安秀偉，鄭希全，楊小建，王　東，卞小松

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東　青島266409）

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試驗(yàn)研究

青鋼董家口新區(qū)開爐燒結(jié)優(yōu)化配礦研究

安秀偉，鄭希全，楊小建，王東，卞小松

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東青島266409）

摘要：選取當(dāng)前主流6種巴西和澳大利亞礦粉，針對青鋼董家口新區(qū)1 800 m3級高爐進(jìn)行燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)和燒結(jié)礦的冶金性能檢測。結(jié)果顯示，配比為“20%巴粗粉-15%PB粉-15%巴卡粉-25%揚(yáng)迪粉-25%FMG特粉”的燒結(jié)礦在強(qiáng)度、粒度組成、利用系數(shù)等方面的綜合性能較好。該配比不同堿度的熱態(tài)冶金性能檢測結(jié)果顯示，當(dāng)堿度為1.9時(shí)，綜合冶金性能較好，滿足1 800 m3級高爐的開爐和生產(chǎn)需求。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)；配礦；堿度；粉化性；還原性；軟熔性

1　前　言

在青島市統(tǒng)一規(guī)劃下，青鋼于2013年底開始動(dòng)工實(shí)施搬遷，新址位于青島市黃島區(qū)董家口港區(qū)。青鋼環(huán)保搬遷項(xiàng)目分兩期，一期工程設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵水320萬t，兩座1 800 m3高爐，配套兩臺240 m2燒結(jié)機(jī)，焦炭采用先進(jìn)的7 m頂裝干熄焦技術(shù)；二期工程計(jì)劃建設(shè)1座2 500 m3高爐。經(jīng)過1.5 a的建設(shè)，目前一期工程已接近尾聲，計(jì)劃1#高爐于2015年11月份開爐出鐵，同時(shí)老區(qū)于2015年年底前全部實(shí)現(xiàn)關(guān)停，從而成功實(shí)現(xiàn)環(huán)保搬遷和轉(zhuǎn)型升級。

青鋼屬于臨海鋼鐵企業(yè)，在當(dāng)前國際主流礦石性價(jià)比優(yōu)勢明顯的形勢下，有著較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。尤其新區(qū)緊鄰董家口港，可以實(shí)現(xiàn)礦石皮帶直接到廠，極大地降低了物流運(yùn)輸成本。但是，從500 m3級的高爐到1 800 m3級高爐的跨越還是給青鋼帶了不小的壓力。為了實(shí)現(xiàn)新區(qū)高爐的順利開爐投產(chǎn)，占爐料結(jié)構(gòu)78%的燒結(jié)礦質(zhì)量至關(guān)重要。為此，青鋼結(jié)合自身環(huán)境，針對當(dāng)前可能用到的不同礦粉及條件進(jìn)行了篩選，并對其進(jìn)行了系統(tǒng)的燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)，對燒結(jié)配礦方案進(jìn)行優(yōu)化，從而為高爐的順行以及順利搬遷創(chuàng)造條件。

2　實(shí)驗(yàn)方案

從當(dāng)前市場看，由于普氏指數(shù)處于較低水平，優(yōu)質(zhì)主流礦的性價(jià)比優(yōu)勢較突出。而印度礦由于含Al2O3較高、南非粉含堿金屬較高限制了其使用量，巴西礦和澳大利亞礦由于其品位高、雜質(zhì)少、粒度均勻等優(yōu)勢在目前競爭力較為突出，也是各大鋼鐵企業(yè)燒結(jié)配礦的首選。目前市場上主流的巴西礦和澳礦中性價(jià)比較高的以PB粉、紐曼粉、巴粗粉、巴卡粉、FMG特粉、揚(yáng)迪粉6種礦粉為主導(dǎo)，這也是青鋼目前以及今后一段時(shí)期內(nèi)的主要燒結(jié)用料，其化學(xué)成分如表1所示。

表1　6種主流礦粉的主要化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

生產(chǎn)實(shí)踐表明，高堿度燒結(jié)礦堿度在1.8～2.0、SiO2含量在4.8%～5.8%時(shí)，各項(xiàng)冶金性能較好，強(qiáng)度較高，且符合經(jīng)濟(jì)煉鐵的要求［1］。為此分別取堿度為1.8、1.9和2.0，SiO2含量取4.8%、5.0%、5.4%、5.7%，采用以上6種礦粉進(jìn)行配礦，并對不同堿度及SiO2含量的配礦方案進(jìn)行燒結(jié)杯正交實(shí)驗(yàn)，具體配礦方案如表2所示。

3　實(shí)驗(yàn)方法

具體實(shí)驗(yàn)流程如圖1所示。其中燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)每次所用混合料為40 kg，料層厚度為700 mm，點(diǎn)火溫度為1 050℃，點(diǎn)火時(shí)間1.5 min，燒結(jié)負(fù)壓為11 kPa；燒結(jié)礦強(qiáng)度、低溫還原粉化性能、還原性均采用通用的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測；軟化熔滴性能檢測由于目前還沒有出臺國家標(biāo)準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)以北京科技大學(xué)制定的鐵礦石軟化熔滴性能試驗(yàn)設(shè)備和方法進(jìn)行檢測［2］。

表2　燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)方案配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

4　實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

不同實(shí)驗(yàn)方案燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及成品礦的粒度組成如表3所示。由表3可以看出，盡管不同實(shí)驗(yàn)方案所用的礦種及配比均存在差別，導(dǎo)致混合料的各項(xiàng)燒結(jié)性能存在較大差別，但是不同實(shí)驗(yàn)方案中的SiO2含量對燒結(jié)礦的強(qiáng)度及其粒度組成起到了主導(dǎo)作用。這主要是因?yàn)榛旌狭现蠸iO2含量的增加，有利于燒結(jié)礦主要粘結(jié)相針狀鐵酸鈣的形成。同時(shí)在同一實(shí)驗(yàn)方案中，隨著堿度的增加，燒結(jié)礦的強(qiáng)度也逐漸增加。這主要是因?yàn)樽鳛闊Y(jié)熔劑的CaO含量的增加，對于燒結(jié)過程中液相的生成有促進(jìn)作用［3］。因此，當(dāng)對燒結(jié)礦強(qiáng)度要求較高時(shí)，可以選擇硅含量較高的方案5，且堿度為1.9或2.0時(shí)，其轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度為68.00%，為5種實(shí)驗(yàn)方案中的最大值（盡管該值相對1 800 m3的高爐偏小，但是實(shí)際生產(chǎn)中由于邊界效應(yīng)減弱，實(shí)際轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度要高于此值，可滿足生產(chǎn)需求）。

表3　燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及成品礦粒度組成

而垂直燒結(jié)速度和利用系數(shù)與混合料中SiO2含量的關(guān)系卻并不明顯，這主要是因?yàn)榇怪睙Y(jié)速度主要與料層的透氣性有關(guān)，而料層透氣性主要取決于礦粉的成球性。從6種礦粉的微觀形貌來看，紐曼粉和巴粗粉由于表面較光滑，吸水能力差，不利于制粒成球，而巴卡粉和PB粉由于表面粗糙，適宜成球，對料層透氣性有較大的改善作用。因此，方案4的配比較為理想，可獲得較高的利用系數(shù)和較快的垂直燒結(jié)速度。同時(shí)，隨著堿度的提高，燒結(jié)混合料中熔劑CaO與水形成Ca（OH）2膠體的數(shù)量增多，可使混合料的透氣性得以明顯改善。因此，當(dāng)對燒結(jié)礦產(chǎn)量要求較高時(shí)，選擇含巴卡粉和PB粉較高而含巴粗粉和紐曼粉較低的方案4為宜，且堿度較高時(shí)，燒結(jié)礦產(chǎn)量較高。

總的來看，方案4和方案5分別在強(qiáng)度和產(chǎn)量上占有優(yōu)勢，但是相比方案5，盡管方案4在轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度上稍顯不足，但是由于其利用系數(shù)高、硅含量較低，成礦率較高，且在粒度分布上10～25 mm所占比例較高等優(yōu)勢，對于實(shí)現(xiàn)高爐精料冶煉、降低燒結(jié)能耗和改善高爐透氣性方面均具有積極作用，應(yīng)是重點(diǎn)考慮的方案。

4.2燒結(jié)礦冶金性能分析

在高爐冶煉過程中，不僅需要原料化學(xué)成分以及各項(xiàng)冷態(tài)性能滿足生產(chǎn)要求，當(dāng)前爐料的各種熱態(tài)指標(biāo)也越來越受到了各大鋼鐵廠的關(guān)注。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證方案4所對應(yīng)的燒結(jié)礦的熱態(tài)性能能否滿足青鋼新區(qū)1 800 m3高爐開爐及生產(chǎn)的需求，對方案4所涉及的3種堿度的燒結(jié)礦進(jìn)行熱態(tài)冶金性能分析，包括低溫還原粉化性能（RDI+3.15）、還原度指數(shù)（RI）以及軟化熔滴性能（T10、T40、Td、△TA、△Td）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　方案4配料不同堿度燒結(jié)礦的熱態(tài)冶金性能

4.2.1低溫還原粉化性能

燒結(jié)礦在高爐上部隨著還原的不斷進(jìn)行再生赤鐵礦還原粉化出現(xiàn)裂紋，高爐透氣性變化，進(jìn)而影響高爐順行。因此，燒結(jié)礦的低溫還原粉化指數(shù)是衡量燒結(jié)礦質(zhì)量優(yōu)劣的一個(gè)重要評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由表4可以看出，隨著堿度的增加，低溫還原粉化指數(shù)逐漸降低，且堿度由1.8提高到1.9時(shí)，燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)的降低幅度要明顯低于堿度由1.9提高到2.0時(shí)下降的幅度。即在爐身上部隨著溫度及還原度的增加，燒結(jié)礦小顆粒逐漸增多，惡化高爐上部透氣性。

4.2.2還原性

還原性的好壞直接影響到了高爐冶煉的直接還原度，在我國當(dāng)前原燃料及操作水平下還原性越好，直接還原度就越低，高爐的燃料比也就越低。從表4可以發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)礦堿度的提高，其還原性逐漸增加，但是不同堿度的燒結(jié)礦還原性指數(shù)相差較小，且均在80%以上，還原性較好。

4.2.3軟化熔滴性能

燒結(jié)礦的軟化熔滴性能直接影響到了高爐軟熔帶的薄厚程度、位置的高低以及透氣性等。因此，合適的軟熔特性對高爐的穩(wěn)定、順行、低耗有著重要意義。而其中燒結(jié)礦的軟化溫度區(qū)間和滴落溫度區(qū)間是衡量燒結(jié)礦軟化熔滴性能的重要指標(biāo)，對于高爐冶煉而言，在一定的范圍內(nèi)軟化和滴落區(qū)間越窄，越有利于發(fā)展間接還原，同時(shí)可以減少軟熔帶煤氣流阻力損失，強(qiáng)化高爐冶煉。

從表4可以看出，3個(gè)堿度的燒結(jié)礦的各項(xiàng)軟熔性能均相差不大，且性能較好，其中堿度為1.9時(shí)燒結(jié)礦的軟化溫度區(qū)間最窄，而堿度為1.8時(shí)熔滴溫度區(qū)間最窄。

總上可以看出，方案4中不同堿度的燒結(jié)礦的各項(xiàng)冶金性能檢測中各有優(yōu)勢，但是差別不大，且表現(xiàn)良好。綜合比較，當(dāng)堿度為1.9時(shí)，低溫還原粉化性和還原性適中，軟熔性能表現(xiàn)突出，綜合優(yōu)勢比較明顯，可作為青鋼1 800 m3高爐開爐和生產(chǎn)的原料。

5　結(jié)　論

5.1當(dāng)對燒結(jié)礦強(qiáng)度要求較高時(shí)，可以選擇硅含量較高的方案5，且堿度控制在1.9或2.0較好；當(dāng)對燒結(jié)礦產(chǎn)量要求較高時(shí)，選擇含巴卡粉和PB粉較高而含巴粗粉和紐曼粉較低的方案4為宜。

5.2方案4配比中，隨著堿度的提高，燒結(jié)礦的低溫還原粉化指數(shù)逐漸降低，而還原性逐漸增加，但不同堿度燒結(jié)礦的低溫還原粉化性和還原性指標(biāo)均達(dá)到了一級品的標(biāo)準(zhǔn)。

5.3方案4配比中，3個(gè)堿度的燒結(jié)礦的各項(xiàng)軟熔性能均相差不大，且各項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)良好。其中堿度為1.9時(shí)燒結(jié)礦的軟化溫度區(qū)間最窄，而堿度為1.8時(shí)熔滴溫度區(qū)間最窄。

5.4采用方案4配比，且控制堿度為1.9時(shí)，燒結(jié)生產(chǎn)的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和燒結(jié)礦各項(xiàng)冶金性能的綜合指標(biāo)表現(xiàn)較好，可滿足青鋼1 800 m3高爐開爐和生產(chǎn)的需求，是燒結(jié)配礦的首選。

參考文獻(xiàn)：

［1］項(xiàng)鐘庸，王筱留，吳啟常，等.高爐設(shè)計(jì)——煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐［M］.2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2009：59-63.

［2］AN Xiuwei, WANG Jingsong, LAN Rongzong, et al. Softening and Melting Behavior of Mixed Burden for Oxygen Blast Furnace ［J］.Journal of Iron and Steel Research International，2013，20 （5）：11-16.

［3］劉麗娜，韓秀麗.影響燒結(jié)礦質(zhì)量因素的綜述［J］.河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，28（2）：18-22.

試驗(yàn)研究

Research on Optimization of Sintering Ore Proportioning for Blowing-in Preparing of Blast Furnace of the New District in Dongjiakou of Qingdao Steel

AN Xiuwei, ZHENG Xiquan, YANG Xiaojian, WANG Dong, BIAN Xiaosong

（Qingdao Special Steel Co., Ltd., Qingdao 266409, China）

Abstract:Six kinds of current mainstream ore from Brazil and Australia were selected to experiment by sintering cup and metallurgical properties testing of sinter, which was used to prepare for the blast furnace blowing-in of the new district in Dongjiakou of Qingdao Steel. The result of sintering cup experiments showed that the sinter, the ratio was“20% SSFT-15% PB Fine-15% SFCJ-25% Yandi Fine-25% FMG Special Fine”, had the better combination property, such as the strength, the grain composition, the utilization coefficient, and so on. The results of metallurgical properties testing of different basicity sinter of the above ratio showed that the combination hot metallurgical property of the sinter was better, when the basicity was 1.9. And it could meet the requirement of blowing-in and production of the 1 800 m3blast furnace.

Key words:sintering; ore bland; basicity; pulverization; reducibility; softing and melting property

中圖分類號：TF046.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4620（2016）02-0026-03

收稿日期：2015-09-18

作者簡介：安秀偉，男，1984年生，2013年畢業(yè)于北京科技大學(xué)冶金工程專業(yè)，博士。現(xiàn)為青島特殊鋼鐵有限公司煉鐵作業(yè)部技術(shù)科工藝技術(shù)主管、工程師，從事煉鐵技術(shù)研究工作。