烧结配矿优化及高炉生产应对实践

供稿|张卫华，刘怀路，沈洪流，魏瑞瑞，陈那港 / ZHANG Wei-hua, LIU Huai-lu, SHEN Hong-liu,WEI Rui-rui, CHEN Na-gang

作者单位：芜湖新兴铸管有限责任公司炼铁部，安徽 芜湖 241000

内容导读烧结配矿技术是在全面掌握铁矿粉的常温特性和高温特性的基础上，应用互补性原理和方法进行合理的配矿设计。本文在工业试验中通过增加进口加拿大精粉的配比，迅速提高烧结转鼓强度，改善烧结矿质量。同时对降低高炉渣中氧化镁进行技术攻关，获得了显著效果。

自世界上第一座高炉建立以来，高炉炼铁始终是冶炼生铁所使用的主要的工艺，占据着绝对的主导地位。近些年来，世界各地的学者虽然已经开发出众多非高炉炼铁工艺，但在生产成本的经济性上，仍然无法与传统的高炉生产工艺抗衡。在我国，受历史因素及生产成本的影响，非高炉炼铁工艺发展缓慢，95%以上的生铁仍然由高炉生产。在高炉生产中，入炉原料主要为烧结矿、球团矿及块矿，其中烧结矿的占比普遍在80%以上。因此，烧结矿质量的好坏对高炉的生产及顺行起着决定性的作用，提高烧结矿质量对降低生产成本、保障高炉顺行具有重要的现实意义。

芜湖新兴铸管配置两座1280 m3高炉和两台265 m2烧结机，2018年烧结配矿结构主要采用地方精粉+进口富粉的配矿方式，各项烧结指标一直低于行业平均水平，2019年针对烧结矿的配矿结构进行了优化攻关，增加了进口精粉（加拿大精粉）的使用，在进行了多次工艺调整后，烧结各项指标获得了大幅提升。同时，针对烧结矿质量指标的改变，迅速对高炉布料制度、热制度等采取相应的措施，使得高炉生产指标也得到快速提升。

烧结的配矿优化

由于铁矿粉物理化学特性及冶金性能的不同，使其在烧结特性方面存在较大的差异，烧结配矿技术就是在全面掌握铁矿粉的常温特性和高温特性的基础上，应用互补性原理和方法进行合理配矿设计[1-4]。而铁矿粉的烧结性能，不仅体现在同化性[5-7]、液相流动性[7-12]、粘结相强度、还原性和复合铁酸钙产生能力等方面，还要综合考虑其常温性能：包括化学成分、物理特性（粒度组成等）。

烧结配矿结构

2018年芜湖新兴铸管烧结的配矿结构为22%地方精粉+73%的进口富粉+5%内部循环料，其中地方精粉主要使用五矿精粉，富粉主要使用22%的罗布河+超特、30%的巴粗、6%的罗伊山和15%左右的小料种，内部循环料主要是钢渣精粉和红粉等，综合品位平均在56.46%左右，但是从总体烧结效果看，转鼓强度、固体燃耗、利用系数这三项指标都不是很理想，如表1及表2所示，毛矿的利用系数仅有1.13 t/（m2·h），转鼓强度为75.86%，固体燃耗净矿达到65.85 kg/t。

表1 2018年烧结配矿结构

表2 主要烧结指标

造成生产指标不理想的原因主要有：（1）当时环保限产造成开停机较频繁，影响了各项指标。（2）进口富粉粒度偏大，铁矿粉的成球性能较差。一般要求矿粉粒度组成呈双峰分布，即1.25～8 mm及≤200目部分越多越好，而200目～1.25 mm及＞8 mm粒级部分越少越好。在使用的铁矿粉中（表3），罗布河、巴西粗粉粒度＞10 mm的比例大（罗布河达到8.5%，巴西粗粉达到12%），罗布河虽然烧损较高，但可提高烧结透气性，并且其同化温度较低，液相生成能力较好，有利于提高烧结透气性，提高烧结产量，巴粗虽然烧损相对低，但粒度过大，大于10 mm的达到12 %，对成球不利。（3）国内精粉同化温度高，一般在1320 ℃，液相流动性指数、粘结性指数等指标不如进口富粉，虽然化学成分（品位等）能够得到保证，但是在烧结矿物理指标（转鼓强度等） 方面助力不大[13-14]，如表3所示。

表3 主要矿种烧结基础特性

烧结配矿结构优化

通过表3对比进口精粉和国内精粉的烧结基础特性，可以看到，进口精粉烧结性能优于国内精粉。因此通过增加进口精粉配比，减少进口富粉配比，以达到配矿结构互补的目的。其中进口精粉选定了加拿大精粉，这是因为加拿大精粉[12-13]的同化温度要低于其他精粉，如表4所示。同时，加拿大精粉中的SiO2含量也较高（4.4%左右），容易产生液相复合铁酸钙，增加液相量，提高流动性。另外，由于Fe2+的存在，容易产生低熔点物质钙铁橄榄石，进一步增加流动性。与其他铁矿粉相比，加拿大精粉的粒度更大，可以弥补因减少富粉导致的透气性降低的问题，有利于生产。

表4 进口部分精粉烧结基础性能比较

2019年的工业试验按月进行，主要调整了国内精粉和进口精粉及进口富粉的比例。进口富粉主要增减巴西粗粉的配比，进口精粉为加拿大精粉，后期增加了伊朗精粉，国内精粉为五矿精粉，试验数据如表5所示。

表5 2019年攻关过程工业试验原料配比（质量分数）及烧结指标

图1～图3为使用加拿大精粉后烧结矿转鼓强度、烧结机利用系数及烧结固体燃耗的变化。可以看出，转鼓强度在加拿大精粉配加到9.19%时达到最高值77.62%，利用系数在加拿大精粉配加到2.23%时达到最高值1.33 t/（m2·h），固体燃耗在加拿大精粉配加到7.71%时达到最低值59.2 kg/t。这主要得益于加拿大精粉的特性，相对于富粉，加拿大精粉透气性差，但对提高烧结转鼓强度有利。从此次工业试验综合来看，加拿大精粉配加到7%～9%，进口富粉配加到65%～70%，可以得到较为合适的烧结矿技术指标。

图1 加拿大精粉配比和转鼓强度的关系

图2 加拿大精粉配比和利用系数的关系

图3 加拿大精粉与固体燃耗的关系

高炉应对攻关

攻关原因

因烧结配矿提高了加拿大精粉比例，使得烧结矿中的SiO2含量降低，平均SiO2含量在5.15%左右，促使高炉的渣量相对减少；同时烧结矿的转鼓强度提高，高炉炉料的透气性获得改善，使得高炉的指标提升，这为降低高炉渣中的镁铝比创造了有利条件。

高炉炉渣中MgO含量的控制，是一个重要的工艺控制点。MgO的作用主要有两点：（1）降低炉渣熔化温度，改善流动性，提高脱硫效率；（2）当炉渣中Al2O3增加时，增加MgO含量，可以降低炉渣的黏度。其机理是MgO与Al2O3、SiO2及硅酸盐反应产生一系列的低熔点化合物，降低了高炉渣的黏度。

但是MgO过高，会造成如下影响：（1）随着渣中MgO含量增加，炉渣成分向钙镁橄榄石方向转变，使炉渣熔点升高，黏度增大，流动性变差。同时增加MgO含量会增加渣量，造成燃料消耗升高，吨铁耗风增加，产量下降。（2）MgO的价格高于氧化钙，通过提高氧化镁的含量，来保证四元碱度和二元碱度，成本较高。

因此，降低MgO的含量并使其达到合适的控制点，不但可以降低燃料消耗，也可以降低烧结矿的成本，同时结合原料质量的改善，还可以提高高炉产量等经济指标。

攻关主要措施

（1）装料制度：提高矿批量，因烧结矿性能改善，烧结矿硅含量下降，渣量减少，透气增强，可压制边缘，布料上增大矿角并增加外环圈数，以提高煤气利用率。

（2）渣制度：改变过去以二元碱度为主的控制方法，改以四元碱度控制为准，四元碱度由过去的1.03调整到1.0；同时下调镁铝比，直接降低烧结原料中的MgO，此次目标镁铝比为0.58。

（3）热制度：要求铁水中Si含量在0.4%左右，以此来控制炉温，保证高炉充沛的物理热，防止工业试验中炉温过低对高炉造成影响。

攻关成果

（1）主要控制参数如表6所示。

表6 攻关前后参数表

此次高炉攻关工业试验较为理想，矿批由初期的39.0 t提高到41.5 t，焦炭负荷由4.5提高到4.8，镁铝比由0.62降低到0.58，高炉运行稳定，未发生炉温大幅度下滑、悬料等工艺性事故。

（2）主要指标如表7所示。

表7 攻关指标同比

主要指标在此次攻关中获得重大进步，在品位由57.69%下降到57.35%的情况下，燃料比下降了12 kg/t，利用系数上升了0.21 t/m3，综合比较，在烧结强度指标大幅度提升的情况下，高炉的矿批、布料角度随之调整，同时降低了镁铝比，对高炉的经济指标提升非常有利。

结束语

（1）加拿大精粉的配加量在7%～9%时，烧结矿的综合性能最佳，但要注意加拿大精粉的粒度不能过小，200目粒度的矿粉占比7%～8%最为合适。

（2）在提高烧结经济指标、增加精粉比例时，推荐增加进口精粉配比，从同化温度来看，进口精粉的性能要好于国产精粉，同时在实际生产中可以发现，进口精粉的指标比较稳定。

（3）在原料质量得到改善时，要快速增加矿批量，加强边缘的压制，在高炉透气性改善后，使高炉的煤气利用率达到最佳。

（4）渣制度控制方面，将四元碱度控制到1.0，镁铝比降低到0.58，此时，炉况的稳定性较好，经济指标较佳。