梅钢烧结配矿试验研究与工业应用

田 丰

(上海梅山钢铁股份有限公司炼铁厂，江苏 南京 210039)

目前梅钢烧结使用的主要矿粉有PB粉、卡粉、哈扬迪、图巴朗以及自产梅精矿。图巴朗为常用的重要矿种之一，但自2019年1月之后，图巴朗供应紧张，为了应对图巴朗资源短缺，计划在配矿过程增加新的矿种。梅钢根据可供资源以及烧结“高铁低硅”的特点，计划引进有一定价格优势，同时也经同行广泛使用的西皮粉[1～2]。首先进行烧结杯试验研究，根据试验研究结果指导开展工业性试验，掌握配矿的变化对烧结与高炉生产的影响，平稳实现烧结配矿结构的转变。

1 烧结杯试验

1.1 烧结杯配矿试验

本次新矿种试验以西皮粉为主，同时还有SFHT粉，西皮粉属于澳大利亚FMG粉，SFHT矿粉产自巴西CVRD(淡水河谷)公司。本次烧结杯试验主要以西皮粉部份替代图巴朗及以西皮粉+SFHT粉全部替代图巴朗的配矿方案。试验的原燃料化学成分如表1所示，试验以生产采用的年度配矿方案作为基准，试验方案如表2所示。

表1 原燃料化学成分(%)

表2 烧结杯试验配矿方案(%)

从表2可以看出，试验1为6.1%的高硅粉SFHT和增加2.8%的哈混粉替代图巴朗；试验2和试验3为高硅粉和西皮粉替代图巴朗，试验4为在基准组的基础上，以8%的西皮粉替代部分的图巴朗矿，试验5中西皮粉配比进一步提升至10%。

试验烧结料层为750 mm，点火时间为120 s，点火和冷却负压为8 kPa，烧结负压为15.5 kPa。混合料一混采用人工混合，二混在混合料机中混合6分钟，烧结混合料的实际上料量根据料层确定，烧结冷却至150 ℃时倒料。烧结配料设定燃料(焦粉)配比为5.0%，外配返矿比例为23%，混合料水分按6.8%±0.2%控制，烧结矿的目标碱度为1.88，MgO含量按1.40%控制。

1.2 试验结果

1.2.1 结矿技术指标

本次试验烧结过程指标参数如表3所示，烧结矿成分列于表4。

结合表3可以看出，试验1中使用哈混粉+SFHT矿替代图巴朗矿后，烧结时间略有缩短，烧结矿转鼓强度下降较为明显，而成品率指标没有明显的变化。试验2、3、5表明，当使用西皮矿和SFHT矿后，烧结时间略有提高，成品率改善明显，转鼓强度指标略有下降。试验4与基准组相比较各项指标略有改善，成品率提升了1.62个百分点，转鼓强度几乎不变，利用系数略有提高。试验5和试验4相比较后发现西皮粉配比增加后，烧结矿质量略有下降。结合表4可以看出，配加西皮粉后，铁品位得到较好地提升。当西皮粉配比分别为6%、8%和10%时，烧结矿铁品位相应提升至58.38%、58.40%和58.42%，分别提高了0.3%、0.32%和0.34%个百分点。西皮粉的铁品位为61.01%，比图巴朗的铁品位(为58.38%)高2.63个百分点，因此，增配西皮粉后有利于改善烧结矿铁品位。铁品位的改善，将有助于提升高炉入炉铁品位，降低渣比和减少燃料消耗[3]。

表3 烧结杯试验结果

表4 烧结矿化学成分(%)

1.2.2 低温还原粉化性能

不同烧结杯试验方案所得到的烧结矿的低温还原粉化性能检测结果如表5所示。

表5 低温还原粉化性能检测结果

从表5可以看出，试验1具有较好的低温还原粉化性能，还原进行转鼓试验后，大于3.15 mm的比例的RDI指标优于基准组。配加西皮粉和SFHT粉的试验2和试验3的RDI+3.15mm的指标均差于基准组(67.3%)，分别为65.6%和65.2%，分别比基准组低1.7和2.1个百分点。以西皮粉替代部份图巴朗的试验4和试验5的RDI+3.15mm的指标较差，分别为63.3%和64.5%，分别比基准组低4.0和2.8个百分点，主要的原因是西皮粉为褐铁矿，褐铁矿在烧结后，结晶水蒸发，留下较多微孔，从而扩大了表面积，有利于CO与烧结矿的接触还原，增加了低温还原粉化的几率[4-5]。后续在工业试验期间，应密切关注低温还原粉化指标，但在目前喷洒氯化钙的情况下，低温还原粉化指标不会对高炉造成太大的影响。

1.2.3 熔滴性能

熔滴性能检测是模拟铁矿石在高炉还原过程中发生的荷重和升温还原条件下熔化滴落的特性。熔滴性能是评价铁矿石高温冶金性能的重要指标之一。

选定四组试验，进行熔滴性能检测，检测结果列于表6。

表6 烧结矿熔滴性能检测结果

由表中数据可知，软化区间(T40-T10)试验3和试验4最小为92 ℃，比基准小8 ℃；软熔区间(TD-T10)，试验2最小，为377 ℃，比基准小39 ℃；熔滴区间(TD-TS)，所测三组试验结果均优于基准。

2 西皮粉工业试验

2.1 烧结工业性试验方案

本次工业试验方案，使用8%西皮粉替代部分图巴朗，配矿方案与烧结杯试验4方案基本差不多。烧结矿最终成分目标是：TFe≥58.0%；SiO2≈4.90%；MgO=1.40%；Al2O3≈1.80%；R=1.88倍。配矿结构详见下表7。

表7 配加西皮粉工业性试验原辅料配比(%)

2.2 使用西皮粉工业试验结果与分析

根据工业性试验方案，对试验条件下生产的烧结产质量指标与基准期进行对比分析，研究使用西皮粉对烧结和高炉生产的影响。

2.2.1 烧结生产效率变化

试验期间烧结利用系数结果如表8所示。试验期利用系数与基准相比，烧结机的利用系数由1.106 t/m2·h提高至1.124 t/m2·h，烧结利用系数略有提高。

表8 烧结利用系数变化

2.2.2 烧结矿成分变化

试验期间烧结烧结矿成分检测结果如表9所示。可以看出，使用西皮粉后，烧结矿全铁品位有所上升，烧结硅含量几乎无变化，Al2O3含量略有降低。

表9 烧结矿成分检测结果(%)

2.2.3 烧结矿粒度、强度及冶金性能变化

试验期间烧结矿粒度、强度及冶金性能变化如表10所示。

表10 烧结矿粒度、强度及冶金性能变化

从表10可以看出，配加西皮粉后，烧结矿转鼓强度、平均粒度变化不明显，而5-10 mm粒级比例、成品率均有所上升，低温还原粉化性能有下降趋势。

由此可见，使用8%西皮粉替代部分图巴朗后，低温还原粉化性能有下降趋势，其余指标均向好发展，配加西皮粉没有对产量产生不利影响。

3 结论

1)配加西皮粉后，烧结利用系数略有上升，5-10mm粒级均有所上升，烧结矿转鼓强度、烧结矿平均粒度变化不明显。说明8%西皮粉不会对烧结矿造成负面影响，使用西皮粉替代部分图巴朗粉方案可行。

2)配加西皮粉后，烧结矿铁品位有所上升，将有助于提升高炉入炉铁品位，降低渣比和减少燃料消耗，对高炉有利。

3)配加西皮粉后，Al2O3烧结杯试验结果略有上升，工业试验结果略有下降，但基本变化不大，不会对高炉排渣造成影响。

4)配加西皮粉后，低温还原粉化性能有所恶化，但在目前喷洒氯化钙的情况下，低温还原粉化指标能得到保证，不会对高炉造成影响。

5)如后续图巴朗停用，配加FMG西皮粉不利于提高烧结矿强度等重要指标，但同时搭配以高粘结相生成能力的SFHT矿将有利于烧结矿质量的改善，同时可以弥补因硅含量不足而出现烧结矿液相量变少而导致的烧结矿质量变差。两种矿种的合理搭配可以使得烧结矿指标得到一定改善，在后续配矿计划中可以考虑这两种矿的搭配使用。