红钢改善烧结矿粒度组成的实践

虎荣波 周 伟 吴应祥 陈 军 毛林猛

（红钢公司）

1 前言

红钢烧结厂大比例使用高结晶水褐铁矿以来，通过调整熔剂使用比例、水分控制、混合机转速调整、燃料品种使用、碱度调整等工艺参数优化，对厚料层技术改造、混合机加水改造、烧结机漏风治理、主抽风门开度等一系列技术创新实践，取得了显著的成绩[1]。

褐铁矿结晶水含量高，当结晶水经过高温脱出后，铁矿石出现很多孔洞，烧结过程中液相会渗透到孔洞中，孔洞数量多，则渗透到孔洞中的液相增多，用于粘结作用的液相则减少了，这是导致烧结矿转鼓强度差的一个重要原因[2]。随着褐铁矿比例的提高，转鼓强度有下降的趋势，烧结矿在转运过程中粉碎严重，影响其粒度组成， 红钢2018年全年褐铁矿使用比例平均54.31 %，烧结矿16～40 mm粒级46.82 %，转鼓指数80.82 %，与同类烧结机相比，烧结矿16～40 mm粒级有一定的差距，因此改善烧结矿粒度组成依然是烧结攻关的主要方向。2018年烧结矿16～40 mm粒级和转鼓指数见表1。

表 1 烧结矿16～40 mm粒级和转鼓指数统计

2 影响烧结矿16～40 mm粒级组成的因素

2.1 受配矿结构频繁变化影响

2018年上半年褐铁矿使用比例从50 %逐步提至最高最高70 %，下半年逐渐缩减至35 %左右，全年3#烧结机大的配比调整达到20多次（不含单品种配比微调），基本上每月有两次以上调整，过于频繁的配矿调整破坏了烧结生产的稳定性，尤其是上下两个不同配矿结构料堆端头端尾料，对烧结矿质量的影响较大，给烧结矿16～40 mm粒级稳定带来了极大的挑战。褐铁矿比例的调整，配矿结构中精矿比例随之大幅度变化，对烧结过程透气性以及烧结矿粒级组成带来相应的影响。

2.2 受混合矿中的SiO2含量、烧结矿中的碱度R等元素波动影响

实践表明：混匀矿粉TFe波动1 %，则烧结矿TFe波动1～1.4 %,与此同时，由于混匀矿粉中SiO2波动较大，又会引起烧结矿碱度倍数的波动[3]。碱度倍数波动，给烧结矿工艺参数的频繁调整带来了困难，对烧结矿粒级组成造成了一定程度的影响。混匀矿中SiO2含量减少，即便碱度倍数保持不变的情况下，CaO配入量减少，液相生成量减少，对烧结矿粒级组成也带来不利的影响。

2.3 受烧结燃料变化的影响

实践表明，烧结矿16～40 mm粒级比例受烧结固体燃料影响较大，影响因素包括焦末、无烟煤固定碳、粒度组成、＜1 mm部分含量、燃料水分稳定性等。红钢烧结目前所用焦末、无烟煤品种多，库存偏少。焦末、无烟煤露天堆放，雨季较长，每年5～11月份都有不同程度的降雨，雨水导致燃料水分大幅度波动，严重影响烧结固体燃料配加的稳定性。

2.4 受混合料温度偏低的影响

实践表明，混合料温度超过露点以上，可以避免过湿层对烧结过程的影响，对降低烧结固体燃耗、提高质量有绝对的好处，但红钢烧结机混合料温度目前维持在40～44°左右，热源只有生石灰消化释放的热量，即便全生石灰烧结也只能提高至47°左右，烧结过程中需要配加更多的固体燃料来增加温度，且无法消除过湿层对烧结矿质量的影响。

2.5 受冷却制度的影响

碱度倍数为1.05～2.42间的熔剂性烧结矿[4]，主要矿物组成为磁铁矿、少量浮氏体及赤铁矿。粘结相主要为钙铁橄榄石及少量的硅酸一钙、硅酸二钙及玻璃质，这类粘结相冷却时有细小硅酸二钙析出，β向γ的相变转变，体积膨胀，导致粒度组成偏碎，同时冷却速度过快，产生大量玻璃质，导致烧结矿强度变差，转运过程中粉化严重，进一步恶化烧结矿粒度组成。

2.6 受工艺和设备的限制

红钢烧结机混合料矿槽自投产以来未进行过较大的改进，虽然内部衬板每次检修都进行处理，但混合料矿槽粘料严重，尤其是小矿槽粘料，给精细操作带来了很大的困扰，料位稍低，即造成欠料现象，料面坑坑洼洼，导致料层中风量分布不均，料位过高，则易造成配混系统高料位停机或机速大幅度调整，每周需停机2次以上进行清理矿槽，每次停机1～2 h左右，尤其是大比例使用褐铁矿，本身亲水性强，粘性大，且褐铁矿烧结混合料水分偏高，更易造成小矿槽粘料，矿槽严重粘料导致的频繁停机清理，一定程度已经影响烧结矿质量的稳定性。

3 提高烧结矿16～40 mm粒级比例的措施

3.1 稳定配矿结构

烧结杯实验室及生产实践表明，大比例使用褐铁矿时正确的配矿是提高烧结矿质量的基础，提高优质精矿比例，优质精矿比例不低于25 %；同时减少二次资源使用比例，控制在5 %以内，可有效降低二次资源烧结性能较差给烧结带来的负面影响[2]。在确定配矿主体结构的同时，尽可能减少料堆配比变更次数，保证烧结配矿结构的相对稳定，为烧结矿粒度组成提供配矿结构保障。2019年1～5月配矿结构变化情况见表2。

3.2 强化混匀造堆，提高烧结矿碱度R稳定率、关注混匀矿SiO2等元素的含量

烧结原料造堆采取小品种集中混匀为杂矿堆，在进行预混一次混匀、二次混匀，最终为烧结所用料堆，造堆过程中强化料仓清理，减少堵料，减少造堆过程中的断点次数，提高混匀矿质量。2018年以来35个料堆混匀矿中SiO2含量走势见 图1，烧结矿碱度R（M±0.1）稳定率走势见图2。

表 2 配矿结构变化统计

图 1 35个料堆混匀矿中SiO2含量走势图

图 2 35个料堆烧结矿碱度R（M±0.1）稳定率走势图

从图1可以看出，大部分料堆都在5.0 %以上，最高的4个料堆混匀矿SiO2超过6.0 %，只有4个料堆低于5.0 %。从图2可以看出，料堆烧结矿碱度R（M±0.1）稳定率基本上都在95 %以上，近期几个料堆都超过97 %以上且较稳定。

3.3 燃料分仓搭配使用

红钢烧结对工艺流程进行优化，打破了原来只有两个燃料仓的传统生产工艺，基本解决了以往燃料品种更换时导致的异常质量波动，过去更换燃料时，同一个燃料仓同时装两种以上的焦末或无烟煤，往往由于混匀不均而在烧结机上出现“花脸”现象，对质量稳定带来了严重的影响。现在燃料仓增加至三个以上，能结合燃料库存及现有品种进行搭配使用，自2019年1月17日三个仓同时使用以来，360#料堆烧结矿质量，尤其是16～40 mm粒级得到了有效改善，未发生359#料堆更换燃料品种时烧结矿粒级大幅度的波动现象。利用烧结杯对燃料品种搭配进行试验摸索，结合燃料库存及各燃料品种的物理、化学性能指标，摸索最适搭配比例，确保烧结矿质量稳步向前。

3.4 污泥池通入蒸汽预热污泥温度

在过湿层，冷凝水充塞在料粒之间的空隙中使料层过湿，增加了气流阻力，而且过湿现象会破坏下部料层松散的小料球，过湿严重甚至会变成糊状，进一步恶化了料层的透气性，影响烧结过程的正常进行[5]。提高混合料温度，削弱过湿层影响，烧结厂通过增加蒸汽管道至污泥池中，有效提高混合料温度，混合料温度提高至54 ℃左右，最大限度削弱过湿层对烧结过程的影响，因混合料温度的提高，促进烧结固体燃耗的降低，对烧结矿16～40 mm粒级比例的提高创造了有利条 件。通入蒸汽前后污泥温度变化情况见表3。

表 3 通入蒸汽前后污泥温度变化情况 ℃

表 4 停机清理矿槽统计表

表 5 烧结矿粒度组成及转鼓指数统计

3.5 优化烧结矿冷却制度

研究表明，随冷却速度加快, 烧结矿的成品率、转鼓强度、粒度均有下降趋势，＜5 mm 粒级有所增加[6]。因此, 在保证生产顺行前提下, 适当降低烧结矿的冷却速度, 有利于改善烧结矿质量。根据上料量及时调整环冷机机速，优化环冷鼓风机开启台数，尽量让高温烧结矿在环冷机上延长冷却时间，环冷机出口温度控制在80～120 ℃之间，避免因冷却速度过快促使大量的玻璃质生成，减少烧结矿在转运过程中的粉碎。

3.6 解决矿槽粘料对烧结矿质量的影响

2019年4月28日，利用同高炉同步检修的机会，对烧结混合料矿槽进行技改，小矿槽整体改造，小矿槽全面贴防粘料衬板，增加两套空气炮及时清理粘料，自改进以来，基本上解决了停机清理矿槽的问题，避免了频繁开、停机对烧结矿质量的影响，从根本上消除了工艺设备对质量提升的限制。技改后对比技改前，因频繁停机清理矿槽、及上料量调整、机速调整等综合因素每月返矿可以下降0.95 %左右（相同配矿结构下），对粒级改善起到有效促进作用。

4 效果

通过一系列措施，虽然褐铁矿使用比例不断提高，但烧结矿质量一直稳步向前，有的指标还在不断刷新记录，截止2019年5月，褐铁矿比例从50 %提高至67 %以上，烧结矿16～40 mm粒级比例突破52 %，能稳定在50 %以上，较2018年同水平褐铁矿条件下增幅超过6 %以上，转鼓指数保持在80 %以上。

5 结语

（1）大比例使用褐铁矿时正确的配矿是提高烧结矿质量的基础，提高优质精矿比例，优质精矿比例不低于25 %；同时减少二次资源使用比例，控制在5 %以内，可有效降低二次资源烧结性能较差给烧结带来的负面影响[7]，减少配矿结构更换的频次，有利于稳定烧结生产过程，减小粒级波动。

（2）配矿中关注混匀矿中的SiO2含量，尽量控制在5 %以上，提高混匀矿质量，提高烧结矿中的碱度R稳定率。

（3）红钢烧结对工艺流程进行优化，增加燃料仓，结合燃料库存及现有品种进行搭配使用，改善烧结矿质量，避免更换燃料品种时烧结矿粒级大幅度的波动现象。

（4）通过污泥池引入蒸汽，混合料温度提至54 ℃以上，有效削弱过湿层对烧结过程的影响。

（5）优化冷却制度，改善烧结矿结晶条件，可有效提高烧结矿强度及粒度组成。

（6）混合料矿槽技改，可避免因频繁停机带来的烧结矿质量波动。