楊延鵬，文 堪，喬石雪，哈樂章，楊雙平

(1.青海西鋼礦冶科技有限責(zé)任公司，青海 西寧 810005；2.西安建筑科技大學(xué) 冶金工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

近年來， 鋼鐵工業(yè)飛速發(fā)展， 導(dǎo)致全球優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源逐漸匱乏[1-3]。目前國內(nèi)外隨著鐵礦石的緊缺，鐵粉價格不斷上漲，特別是進口鐵粉漲價幅度較大[4-5]，由于西鋼礦冶公司地處高海拔的青海省，因此使用進口鐵粉或國內(nèi)較遠(yuǎn)地區(qū)的鐵精粉的成本較高，公司只能少用或不用進口粗粉及較遠(yuǎn)地區(qū)鐵精粉來降低燒結(jié)成本。鐵精粉具有品位高、脈石礦物含量少、價格較低等優(yōu)點，但由于其粒度較細(xì)，會對燒結(jié)生產(chǎn)產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致其使用受到一定限制[6-8]。公司周邊地區(qū)鐵精粉資源較為豐富，當(dāng)前形勢下公司逐漸將目光轉(zhuǎn)向本地區(qū)及周邊的鐵精粉，但由于這些鐵精礦品種較多，且化學(xué)成分差異較大，使得原料的冶金性能變化很大，進而影響燒結(jié)礦的質(zhì)量、產(chǎn)量，同時對高爐的生產(chǎn)也會造成不利影響。

目前，西鋼礦冶公司的鐵精礦原料品種以青海及周邊地區(qū)鐵精粉為主，輔以15%左右進口粗粉，雜料及鋼渣除塵灰等低品位物料占比達(dá)到27%左右，整體原料質(zhì)量不理想，為進一步提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量，穩(wěn)定工藝參數(shù)，強化燒結(jié)過程，各類鐵精粉的合理搭配顯得尤為重要?；诖?，研究進行了燒結(jié)杯試驗，并對鐵精粉的基礎(chǔ)特性進行了探究，同時現(xiàn)場也進行了一系列工藝技術(shù)攻關(guān)，進一步優(yōu)化了鐵精粉的配入結(jié)構(gòu)，以期為公司提質(zhì)降本提供一定的理論支撐，同時也可為使用該地區(qū)鐵精粉的廠家提供一定參考。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

研究以青海地區(qū)鐵精粉、部分廠內(nèi)循環(huán)、雜料及進口粗粉為燒結(jié)原料，以焦粉、生石灰、石灰石為熔燃劑，化學(xué)成分見表1。

表1 原料的化學(xué)成分 %

由表1可知，青海本地及周邊地區(qū)鐵精粉鐵品位偏低，且化學(xué)成分差異較大，特別是SiO2含量差異較大，鐵精粉中SiO2含量決定燒結(jié)液相生成能力，適量的SiO2含量將有利于燒結(jié)礦質(zhì)量的提高。此外，銅業(yè)鐵粉鐵品位較低，鉛鋅銅含量高，且前期的試驗表明相同堿度條件下配入銅業(yè)鐵粉后會降低燒結(jié)礦的還原強度指數(shù)及低溫還原粉化率。

1.2 試驗儀器及試劑

試驗所用主要儀器為TH-SJBA-02型燒結(jié)杯，燒結(jié)杯規(guī)格為Φ320 mm、高500 mm；圓筒混料機；顎式破碎機；SQZ-40型轉(zhuǎn)鼓機；MA150型水分測定儀，可視化微型燒結(jié)試驗裝置；所用試劑主要為CaO(分析純)，Ca(OH)2(分析純)。

1.3 試驗及檢測方法

1.3.1 燒結(jié)杯試驗

混料：將各種原料、燃料按一定配比稱量，分兩步進行混料，一次混合為人工拌料混勻與加水。二次混合在滾筒混料機上進行混勻與制粒，混料后取混合料試樣測定其含水率。

點火燒結(jié):燒結(jié)試驗在燒結(jié)杯中完成，先在燒結(jié)杯底部加入一定量的燒結(jié)礦作為鋪底料，然后將二次混合后的料稱重，采用多點加入法加到燒結(jié)杯中(物料總重40 kg)，無壓實，點火時間為2～3 min。以廢氣溫度最高值為燒結(jié)終點，點火后至燒結(jié)終點的時間為燒結(jié)時間。到達(dá)終點后空吹3 min以降低燒結(jié)礦溫度，燒結(jié)完畢。燒結(jié)杯試驗工藝流程如圖1所示。

圖1 燒結(jié)工藝流程圖

1.3.2 檢測方法

轉(zhuǎn)鼓指數(shù)測定：將燒結(jié)礦經(jīng)鍔式破碎機破碎后，用5～40 mm篩子將其分級，按5～10 mm、10～16 mm、 16～25 mm 、25～40 mm、>40 mm燒結(jié)礦的質(zhì)量比取樣(共15 kg)，后將樣品置于轉(zhuǎn)鼓機中進行轉(zhuǎn)鼓測試。

鐵精粉同化性能測定：先將鐵精粉和分析純CaO試劑研磨到粒度<147 μm，然后取適量鐵精粉試樣和CaO試劑，在高壓壓片機上分別制成Φ8 mm×5～6 mm 的礦粉圓柱試樣和Φ25 mm×4 mm的CaO墊片試樣，將鐵精粉試樣置于CaO墊片之上，置于可視化微型燒結(jié)試驗裝置進行測定。

鐵精粉液相流動性能測定：向不同鐵精粉中配加15% 的CaO試劑，在搖杯中混勻.取適量混合料在8 mm圓柱形磨具中以20 MPa 壓力壓制成小餅試樣，以模擬黏附粉，將小餅試樣置于25 mm×0. 2 mm 的表面整潔光滑的惰性合金墊片上，然后在可視化微型燒結(jié)試驗裝置進行測定。

鐵精粉黏結(jié)相自身強度測定：將鐵精粉和CaO試劑按一定的二元堿度配料，在一定壓力下制成小餅試樣， 然后放入微型燒結(jié)實驗裝置， 在氮氣氣氛下進行焙燒。實驗結(jié)束后，將小餅送入測壓裝置， 以三個試樣小餅的平均抗壓強度評價不同鐵精粉的黏結(jié)相自身強度。

鐵精粉鐵酸鈣生成性能測定：將鐵精粉和Ca(OH)2磨細(xì)至15 μm下，然后將鐵精粉與一定量的Ca(OH)2混合，控制混合料的堿度，然后在一定的壓力下，壓制成礦粉小餅(Φ8 mm×10 mm)，將其置于可視化微型燒結(jié)試驗裝置中，按一定的焙燒溫度和焙燒時間下進行焙燒，選取倍燒后的團塊進行煮膠定型，然后磨片，在Leica DM電動聚焦透反兩用偏光顯微鏡下，對鐵酸鈣生成情況進行觀察，并用Image Plus圖像分析軟件進行面積定量統(tǒng)計，計算鐵酸鈣的面積百分比，即鐵酸鈣生成量。

2 結(jié)果與討論

2.1 配碳量試驗結(jié)果分析

為探究對配碳量對燒結(jié)礦性能的影響，研究進行了配碳量試驗，燒結(jié)試驗階段配碳量選取4.8%～5.1%，料層實際高度保持在420 mm左右，堿度控制在1.90左右(與實際燒結(jié)生產(chǎn)盡量一致)，燒結(jié)工藝參數(shù)為：料層高度420±20 mm、燒結(jié)抽風(fēng)負(fù)壓10 kPa、目測混合料水分適宜，檢測范圍在10.3%～11.2%、強化混合料制粒，3～5 mm粒級的數(shù)量占比大于40%，本次燒結(jié)試驗分為兩個不同配比料堆(配比及熔劑參考現(xiàn)場適當(dāng)調(diào)整)，主要是對當(dāng)期鐵精礦的燒結(jié)特性進行摸底，配料表見表2，配碳表見表3，試驗結(jié)果如表4、表5所示。

表2 配料表

表3 配碳量表 %

表4 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)

結(jié)合表2～表5可知，相同料堆(A料堆)條件下，與5.1%配碳量相比，4.8%配碳量的燒結(jié)終點溫度明顯較低，基本在280 ℃左右，并且垂直燒結(jié)速度、燒結(jié)率、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)稍高，同時FeO含量低，從成品燒結(jié)礦來看，局部有部分過熔，這表明配碳量過高，會對燒結(jié)礦質(zhì)量造成不利影響，主要原因是配碳量過高會導(dǎo)致燒結(jié)礦過熔，影響燒結(jié)透氣性，進而降低垂直燒結(jié)速度，并且配碳量過高還會使得局部還原氣氛加強導(dǎo)致FeO含量偏高，從而降低了燒結(jié)礦的還原性[9]。當(dāng)配碳量為4.8%時，燒結(jié)礦的FeO含量為11.57%，相對于生產(chǎn)要求的7%～9%仍然偏高，因此在實際生產(chǎn)中配碳量還需進一步降低，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)場經(jīng)驗，實際生產(chǎn)的配碳量宜控制在4.5%左右。

表5 燒結(jié)礦化學(xué)成分

由表3可知，在相同配碳量(4.8%)條件下，與A料堆相比，B料堆的燒結(jié)成品率及轉(zhuǎn)鼓指數(shù)明顯偏低，從A、B料堆的鐵精粉配比來看，B料堆的慶華鐵粉及銘鑫鐵粉配比差異較大，此外B料堆還配入了銅業(yè)鐵粉，由前期試驗可知銅業(yè)鐵粉有害元素較多，會對燒結(jié)礦質(zhì)量會產(chǎn)生不利影響，因此在實際生產(chǎn)中應(yīng)著重考慮這三種鐵精粉的配入比例。

2.2 鐵精粉的粒度結(jié)果分析

由于鐵精粉的粒度過細(xì)會對制粒造球及燒結(jié)透氣性產(chǎn)生不利影響，因此研究對公司所用到的鐵精粉進行了粒度篩分，篩分結(jié)果如表6所示。

表6 鐵精粉-200目含量表 %

由表6可知，公司所用鐵精粉種類較雜，其中慶華鐵粉、銅業(yè)鐵粉、代縣鐵粉、博鐵粉、連野鐵粉的粒度較細(xì)，-200目占比基本在95%以上，而銘鑫鐵粉、鑫建利鐵粉、昆龍偉業(yè)鐵粉，百卓鐵粉、乾辰鐵粉、海西國投鐵粉、陜西云森鐵粉粒度相對適中，-200目含量基本在60%～90%，五礦鐵粉粒度較粗-200目占比為33.4%，由于鐵精粉粒度過細(xì)，其比表面積較大，吸水性增強，制粒造球時需要較高的適宜水分來保證成球率，并且適宜水分的區(qū)間范圍較窄，易造成水分過大，使得過濕現(xiàn)象加重，料層透氣性變差，進而對燒結(jié)產(chǎn)生不利影響[10]，因此在實際生產(chǎn)過程中，過細(xì)鐵精粉的配入比例不宜過高，可以適當(dāng)提高粒度相對適中的鐵精粉配入比例，來保證燒結(jié)透氣性。

2.3 鐵精粉基礎(chǔ)特性結(jié)果分析

為了解各種鐵精粉的基礎(chǔ)特性，以便合理搭配使用，研究對公司主要用到的鐵精粉及其他含鐵原料的基礎(chǔ)特性進行了檢測，檢測結(jié)果如表7所示。

表7 各種鐵精粉的基礎(chǔ)特性

由表7可知，慶華鐵粉的同化溫度較低，其同化性能較好，并且其黏結(jié)相強度較高，鐵酸鈣生成量較好，因此配入慶華鐵粉可提高燒結(jié)礦強度，但由于慶華鐵粉的液相流動性較差，且該鐵粉粒度較細(xì)，因此在實際生產(chǎn)中應(yīng)將其與液相流動性較好的鐵精粉搭配使用，且該鐵粉的配入比例不宜過高，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗其配入比例應(yīng)該在35%以下；銘鑫鐵粉、鑫建利鐵粉及乾辰鐵粉的同化溫度較高，同化性相對較差，但它們的黏結(jié)相強度及液相流動性相對較好，且它們的粒度適中，因此在實際生產(chǎn)中應(yīng)將它們與同化溫度較低的慶華鐵精粉搭配使用；昆龍偉業(yè)鐵粉及肅北博倫鐵粉的同化溫度相對較高，同化性較差，但它們的液相流動性與鐵酸鈣生成量相對較好，可以與慶華鐵粉搭配使用，但肅北博倫鐵粉粒度較細(xì)，配入比例不宜過高，而昆侖偉業(yè)鐵粉粒度適中，在與慶華鐵粉搭配使用時可適當(dāng)增加配入比例。由表7還可知硫酸渣的同化溫度過高，液相流動性、粘結(jié)相強度非常差，且鐵酸鈣生成量較少，因此在實際生產(chǎn)中應(yīng)減少其配入量，一般低于5%以下。

2.4 現(xiàn)場工藝技術(shù)攻關(guān)

由于原料質(zhì)量不理想，為保證燒結(jié)礦質(zhì)量及降低燒結(jié)成本，在優(yōu)化鐵精粉配比的背景下，進行了一系列工藝技術(shù)攻關(guān)，具體如下：

(1)通過對污泥加蒸汽、上料線加保溫罩、二混通蒸汽、在圓輥和九輥下斜插噴加蒸汽等方法提高料溫，降低過濕層，提高料層透氣。

(2)通過對燒結(jié)機加防護罩，把燒結(jié)機自身的余熱再利用，進一步提高燒結(jié)機溫度，進而提高燒結(jié)礦表層強度。

(3)采用性價比較高的蘭炭代替部分焦粉的方案，通過試驗，目前已將蘭炭配比提升至10kg/t，不僅大大改善了燒結(jié)過程工藝參數(shù)，而且降低了燃料單耗，從而降低了燃料成本。

(4)為避免燃料粒度過細(xì)對燒結(jié)造成不利影響，通過在燃料破碎前加裝篩子預(yù)先過濾掉<1mm的過細(xì)顆粒，減少燃料中過細(xì)顆粒的比例，進而提高燃料利用效率及燒結(jié)礦質(zhì)量。

(5)通過對風(fēng)箱補焊及燒結(jié)密封系統(tǒng)改造等措施降低燒結(jié)機臺車漏風(fēng)率，在燒結(jié)臺車兩邊鋪設(shè)銷子來減少燒結(jié)機邊緣效應(yīng)，進一步提高燒結(jié)機利用系數(shù)。

(6)對制粒機進行更換襯板，并對制粒機轉(zhuǎn)速進行優(yōu)化，找到合適的轉(zhuǎn)速范圍及填充率，從而進一步提高制粒機的制粒效果，提高料層透氣性。

(7)由于厚料層操作具有自動蓄熱及降低燃料單耗等特點，因此采用厚料層操作，有利于提高燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量，降低燃料成本。

(8)對環(huán)冷機進行密封改造，減少漏風(fēng)率，提高環(huán)冷機的利用效率，降低能耗。

(9)對不同鐵精粉采取分段式布料，平鋪直取，確保原料的混勻效果。通過以上技術(shù)攻關(guān)進一步強化燒結(jié)過程，提高燒結(jié)透氣性及燒結(jié)機利用系數(shù)，以保證在優(yōu)化鐵精粉配比后生產(chǎn)更高質(zhì)量的燒結(jié)礦。

2.5 現(xiàn)場實際鐵精粉配比優(yōu)化結(jié)果分析

為優(yōu)化鐵精粉配比，研究以配碳量試驗結(jié)果、各種鐵精粉粒級情況及各種鐵精粉基礎(chǔ)特性為參考，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，制定了4種鐵精粉配比方案，進行了現(xiàn)場實踐，在實際生產(chǎn)中，配碳量為(4.4±0.1)%，水分控制在(8.1±0.02)%，生石灰配比為(4.4±0.1)%，石灰石配比為2.0%，堿度控制在1.90左右，料層厚度控制在590 mm左右，配料方案如表8所示，燒結(jié)礦化學(xué)成分見表9，燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)如表10所示。

表8 配料方案 %

表9 燒結(jié)礦化學(xué)成分

表10 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)

結(jié)合表8～表10可知，方案A的鐵精粉配比所生產(chǎn)出的燒結(jié)礦各項指標(biāo)相對較好，且燒結(jié)機利用系數(shù)有所提高，方案D的鐵精粉配比所生產(chǎn)出的燒結(jié)礦各項指標(biāo)相對較差，同時燒結(jié)機利用系數(shù)較低。對比4種鐵精粉配比方案發(fā)現(xiàn)，在粗粉及雜料配入量基本相同的條件下，慶華鐵粉的配比對燒結(jié)礦的質(zhì)量影響較大，且慶華鐵粉配比過高時，燒結(jié)過程明顯惡化，燒結(jié)礦質(zhì)量也相對較差，主要原因是慶華鐵粉作為公司的核心鐵精粉，其配比基數(shù)原本較高，由于其粒度過細(xì)，且其液相流動性較差，單一慶華鐵精粉配入過多會對燒結(jié)透氣性造成不利影響，并且會使得燒結(jié)礦的固結(jié)強度降低，因此在實際生產(chǎn)中慶華鐵粉的配入量在30%左右較為合適。

由于公司使用的鐵精粉較雜，其他粒度相對適中的鐵精粉如，鑫建利、昆侖偉業(yè)及五礦等鐵精粉可以根據(jù)其粒度及基礎(chǔ)特性，相互調(diào)整替代與慶華鐵粉合理搭配，為此公司依據(jù)上述實踐結(jié)果，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，制定了其他三種配料方案，并進行了現(xiàn)場實踐，配料方案見表11，燒結(jié)礦化學(xué)成分及質(zhì)量指標(biāo)分別見表12、表13。

表11 配料方案

表12 燒結(jié)礦化學(xué)成分

表13 燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)

結(jié)合表11～表13可知，方案1、方案2及方案3所生產(chǎn)的燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)相對較好，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、成品率及燒結(jié)機利用系數(shù)相對穩(wěn)定，并且在實際生產(chǎn)過程中過程控制也相對穩(wěn)定，燒結(jié)礦質(zhì)量滿足高爐生產(chǎn)要求，這表明上述三種方案能夠保證燒結(jié)礦質(zhì)量，強化燒結(jié)過程，可作為公司的備選配料方案。

3 結(jié) 論

(1)配碳量試驗結(jié)果表明，配碳量過高，會對燒結(jié)礦質(zhì)量造成不利影響，主要原因是配碳量過高會導(dǎo)致燒結(jié)礦過熔，影響燒結(jié)透氣性，進而降低垂直燒結(jié)速度，并且配碳量過高還會使得料層局部還原氣氛加強導(dǎo)致FeO含量偏高，從而降低了燒結(jié)礦的還原性，因此現(xiàn)場實際的配碳量建議為4.5%左右。

(2)慶華鐵精粉同化性能較好，并且其黏結(jié)相強度較高，鐵酸鈣生成量較好，但其液相流動性較差，其應(yīng)與液相流動性較好的銘鑫鐵粉、鑫建利及乾辰等鐵精粉合理搭配使用；由于慶華鐵精粉粒度較細(xì)，配入量不宜過高，適宜配比在30%左右。

(3)依據(jù)各種鐵精粉的燒結(jié)基礎(chǔ)特性，提出了鐵精粉配比的優(yōu)化方案，并通過現(xiàn)場實踐證明，優(yōu)化方案切實可行，能夠進一步提高燒結(jié)礦質(zhì)量，強化燒結(jié)過程，達(dá)到企業(yè)降本提質(zhì)的目的，研究對提高燒結(jié)礦的生產(chǎn)質(zhì)量具有重要參考意義。