摘  要：本文着重对水钢4号高炉槽下入炉烧结矿物理性能中降低5-10mm的部分比例大量实验、探索、分析、归纳，总结得出了一些经验，拟制出控制措施运用于生产实践，入炉烧结矿准粉末达到了≤25%控制目标，以保高炉炉况顺行，取得了较好效果且创造了一定的经济效益。

关键词：降低   入炉烧结矿  5-10mm   探索与实践

Reduce exploration prospective and practice of powder sintering blast furnace No. 4 ShuiChengIron&Stell

Nie Li   Mao Rui  Du Dong   Yue Chang yan  Wu Min

Technology Center¹ and Iron works²  of  Shou Gang  Shui Cheng Iron & Steel(Group)Co.，Ltd 

 (Guizhou, Liupanshui, 553028)

Abstract: This paper focuses on Shuigang No. 4 blast furnace in sinter furnace into the physical properties of the lower part of the proportion of 5-10mm, a large number of experimental exploration, analysis and induction, summarizes some experience, draws up the control measures applied to the practical production, into the furnace to sinter powder reached less than 25% quasi control objectives, to ensure the blast furnace furnace, achieved good results and create a certain economic benefits.

Key words: Exploration and practice of reducing sinter 5-10mm

1、前言

烧结矿是高炉的主料。在高炉小矿槽下皮带上入炉烧结矿进行人工筛分再次检测，烧结矿5-10mm的部分称为准粉末，小于5mm的部分称为粉末，小于5mm的部分工艺控制要求不超过5%，一般在4%以下。准粉末含量高后，会影响高炉上部的不透气，堵塞煤气通道，煤气流分布不均匀、紊乱，易造成悬料、崩滑料，甚至管道形成出气流，煤气利用率降低，焦比升高，产量下降，炉况发生波动，甚至可能炉况失常。因此，对四高炉槽下入炉烧结矿准粉末5-10mm的部分进行技术研究，有着重要而深远的意义。

2、四高炉入炉烧结矿5-10mm准粉末情况

    2016年来，水钢4号高炉槽下烧结准粉末如下图1所示，是近年来比较高的一年，尤其是上半年年平均值达到27.1%，1月份最高达到28.0%，下半年平均值25.6%，7月份最低降到24.8%，年平均值26.3%。由此，提出攻关目标，2017年降到小于25%。

3、水钢四号高炉使用原料情况

2016年来，水钢四号高炉使用原料有：烧结矿、天然块矿（南非块、澳块）、球团（进口普球、国内普球、钛球）。烧结矿主要来源于有效烧结面积均为 265m²的6^#、7^#烧结机。2017年2月12日-4月8日与三高炉大修同步交替对6^#、7^#机烧结机与环冷机进行漏风综合治理节能技术改造，烧结机台车小挡板加高60mm。在此期间为了保四高炉烧结矿用料平衡，炼铁厂料运车间在2017年1月对三高炉供料系统F202-2皮带运输机改造，工艺上打通了四高炉块矿和自产焦炭供料K、J双系统，使用了有效烧结面积为132m²的4号机部分烧结矿。 4^#烧结机于2017年4月20日停产，从此，6^#、7^#机就承担着为有效容积1350m³的三高炉和2500m³的四高炉保供主料任务。

随着高炉的强化及其大型化，对高炉原料质量要求也越来越高，不仅要求它们具有良好的化学分析、物理性能而且还要求具有良好的冶金性能。本文着重对烧结矿物理性能中降低5-10mm的部分比例大量实验探索，总结出了一些经验和措施，2016年 2月10日由技术中心牵头组织炼铁厂烧结工序相关专业技术人员分析1月份准粉末较高的会上也明确提出了主矿种巴西粗粉配比不能低于20%且不能断档；澳粉总配比不能超过50%，其中57澳粉不能超过15%；降低高烧损物料的搭配；加强烧结机操作工艺参数的控制管理等措施与实践。

4、试验研究

4.1 进口粉单烧、混烧烧结杯试验

      2016年以来，进一步开展单矿种与大配比澳粉混烧烧结试验探索与实践，试验结果如下表1所示。

表1    进口粉单烧和大配比澳粉混烧试验数据

从表1中可见，进口粉单烧来看，毛塔粉、金步巴61澳粉、巴卡粉主要增加小于5mm的部分；阿特拉斯57澳粉小于5 mm和5-10mm的部分都很高，61澳粉比57澳粉小得多。大配比澳粉混烧试验结果可看出，大配比澳粉烧结准粉末是比较高的，原因与澳矿水化程度高，伴生褐铁矿量多，烧损高有直接关系，主要是准粉末增加。

4.2  纯煤粉和纯焦粉单烧试验

为了优化燃料结构，摸索降低成本和烧结性能情况，开展了纯焦粉和纯煤粉烧结杯烧结性能试验研究，试验结果如下表2所示。

表2   纯焦粉与纯煤粉烧结杯试验数据

     从表2中数据可知，纯煤粉烧结或烧结煤多余粉焦的燃料结构烧结，都会使烧结矿准粉末和返矿率升高。由此，燃料结构也是影响烧结准粉末和返矿率升高的又一原因。

4.3  国内粉矿复合用料结构烧结试验

因国内粉矿烧结性能和有害元素原因，一般不宜大配比使用。通常是采用混烧复合用料结构烧结杯试验，试验结果如下表3所示。①焙烧粉配比为12%；②铁精粉配比12%；③菱铁粉配比8%；④富矿粉配比6%。另外，硫酸渣、褐铁粉、赤泥粉通常小配比使用一般不超过4%，已做了复合用料结构烧结试验，结果未列入。

表3   国内粉矿复合用料结构混烧试验数据

从表3中可知，焙烧粉和富矿粉烧结准粉末相对较高，虽然都在准粉末控制要求≤25.0%范围，但也不宜多配，多配在复合用料结果中将会导致烧结矿强度下降，准粉末增加。

5、主矿种进口粉使用比例情况

2016年以来，主要进口粉矿消耗数据统计分析如下表4所示。

表4   进口粉主矿种使用比例与入炉烧结准粉末统计  （%）

从表4中可见，数据对比分析四高炉整体入炉准粉末下降原因有：一方面巴西粗粉用量提升，上升了8.52%；另一方面澳粉总用量下降了1.98%，下降幅度不大，基本持平，尤其用量总澳粉中57澳粉用量大幅下降，下降了26.3%，烧结矿强度得到了较大改善，准粉末降低。这与前表1中57澳粉单烧，大配比澳粉混烧试验结果是一致的。因此，复合用料结构中巴西粗粉用量少，57澳粉用量大是烧结矿准粉末高的重要原因。

6、配C和FeO的影响

 烧结矿FeO含量与配C量直接相关，配碳高的，属于高温型烧结，FeO含量就高，有的甚至超过10%，对烧结矿强度造成很大影响。在烧结过程中烧结温度一般在1100-1300℃，在1260或1280℃生成铁酸钙是最多的，因此要求低温烧结，控制合适的配碳量是关键，目的获得更多的主要粘接相铁酸钙，烧结矿有较好强度。

在高碱度矿物结构组成中，复合铁酸钙中的铁主要以三氧化二铁的形式存在，氧化亚铁仅占1%，因此强度和亚铁不直接相关。一般随亚铁升高（配碳增加）造成三氧化二铁分解，使矿物四氧化三铁增加，复合铁酸钙减少，从而成品矿冷态强度下降。同时高温型烧结得到的不是针状铁酸钙，而是柱状或板状的铁酸钙，这种成品矿在冷却过程中会出现大量裂纹，造成粒度碎化，准粉末增加，还原度降低。因此，高配碳，高亚铁含量，常生成大孔薄壁烧结矿，经不起运输过程中的摔打粒度细化，准粉末增加。

在统计分析8月22日-9月4日期间，烧结准粉末日平均又达到25.4-27.4%，转鼓指数较高达80.0-81.3%，原因经现场落实，要求机尾保发电量，生产四班烧结燃料配比看得较大。8月 25日烧结矿微观结构矿物组成检测：赤铁矿0%，磁铁矿49.8%，铁酸钙34.68%，玻璃相15.52%。该批矿物组成太差，玻璃相太高，主要原因高碱度下，操作上燃料配加量过多，烧结过程还原气氛太强烈，烧结温度太高，生成磁铁矿太多，抑制了复合铁酸钙生成，冷却速度过快，造成结构强度下降，粒度碎化，准粉末增加。为此，提高机尾发电量，建议以保环冷机恢复动、静密封胶皮完好，减少漏风，提高热能回收效率为主，不要求烧结机工看大燃料配比来保机尾发电量，否则，保住了6^#、7^#机尾发电量而受损了烧结矿结构强度影响大高炉顺行。

7、烧结矿SiO₂影响

烧结矿SiO₂在烧结过程中是形成粘接相的主要元素，其含量高低对烧结矿强度和性能有着举足轻重的影响，在8%以上由于正硅酸钙在冷却过程中相变，体积膨胀，严重自然分化，降低烧结矿强度，在5%以下，形成低硅烧结，SiO₂液相较少，也会严重影响烧结矿强度。         按照SiO₂的分类，SiO₂在5%以下为低硅烧结矿，5-6%为中硅烧结矿，在6%以上为高硅烧结矿。根据实践生产经验总结，中硅高碱度烧结矿是比其他类的烧结矿强度和性能都要好，烧结矿最理想的SiO₂范围5.3-5.5%之间，因品位高，高碱度烧结强度和性能都较好，SiO₂太高或太低对烧结矿冷热态强度都不利且影响大。烧结矿SiO₂高低主要取决于用料结构中SiO₂含量高低，与使用的矿类有很大关系。关键是看如何搭配，烧结配料最主要就是要抓住SiO₂含量，若SiO₂含量波动大，选取数据代表性差，配料烧出来的烧结矿化学分析也波动大，尤其碱度和品位的准确性；其次是烧损；再锁定氧化镁含量为2.05%计算。因此，配料是烧结工艺重要环节。2016年烧结矿SiO₂平均6.26%，最高4月份6.83%，最低1月份5.71%。2017年1-9月份SiO₂平均5.94%，最高1月份6.52%，最低9月份5.36%,7月、8月、9月逐月下降，已降到SiO₂含量5.3-5.5%理想的范围。

8、不同碱度对烧结矿微观结构强度影响

2016年1月份最高碱度2.04倍， 2月、5月、6月碱度最低1.87倍，年平均碱度1.92倍，从碱度分类可看出为熔剂性烧结矿。2017年1-9月份，除1月、5月、6月烧结碱度1.93倍、1.93倍、1.97倍也为熔剂性烧结矿外，其余6个月均为高碱度烧结矿，尤其是8月、9月碱度更高，8月平均2.14倍，9月份平均2.19倍。熔剂性烧结矿、高碱度烧结矿、超高碱度烧结矿的矿物组成一般有赤铁矿、磁铁矿、复合铁酸钙、玻璃相，可能有钙铁橄榄石，硅酸钙、硅酸二钙、硅酸三钙，生成矿物是很复杂的。对高碱度烧结矿而言，按烧结矿碱度分类R₂≥2.0倍的烧结矿为高碱度烧结矿，高碱度烧结矿CaO含量较高，主要粘接相为铁酸钙，烧结矿冷态强度好。但随着碱度再升高，大于2.10倍以上，大多数为硅酸二钙和硅酸三钙。如果烧结矿SiO₂含量较高，CaO含量更高后，生成硅酸钙量就越多。从烧结矿物结构组成各组分抗压强度表^[1]中可知，硅酸一钙20.31N/mm²，硅酸二钙30.3 N/mm²，较玻璃相40.60 N/mm²还要低，可见硅酸钙机械强度是最低的，烧结矿硅酸钙数量增加，因为这种矿物在低温657℃以下由γ-2CaO.SiO₂转变成β-2CaO .SiO₂时，体积突然膨胀10%左右，导致烧结矿粉化。而CaO又能降低赤铁矿至磁铁矿相变Ｔ_HM的变化，稳定磁铁矿量，抑制赤铁矿生成，改善低温还原粉化，但超高碱度烧结矿中，过多的CaO含量会游离，增加高炉渣量。

9、烧结系统漏风综合治理节能改造

水钢（集团）公司通过与北京国策蓝天节能工程技术有限公司合作，对6^#、7^#烧结机漏风进行综合治理节能技术改造，改造完成后，经过5个多月的运行，对比改造前的情况，烧结原始料层等指标有较大的提升，烧结机漏风率等指标大幅度下降。原720mm的台车挡板高度提高到了780mm,从原700mm厚的原始料层高度提高到了760mm。不仅节能取得了较好的效果，而且烧结矿强度得到了一定改善，入炉烧结矿小于10mm的粒级、外返矿比例降低，如下表5所示。

表5  6^#、7^#机原始料层厚度、四高炉槽下筛分、返矿率数据

10、取得的效果

从表中5可见，2017年1-9月份5-10mm烧结矿准粉末比2016年平均降低了1.9%，小于5mm的降低了0.1%，小于10mm的降低了2.2%。四高炉2016年全年完成焦比355kg/t，2017年1-8月份累计完成焦比375kg/t,按照355kg/t计算。2017年1-8月份四高炉累计完成产量1414997t。按照2017年8月份水钢自产焦制造成本计算。生产实际数据表明^[2]：小于10mm粒级烧结矿含量（质量分数）每减小或降低1%，高炉焦比将降低0.2-0.3%，增产0.2-0.3%。本文中降低焦比和增产均按0.25%取值计算经济效益。2017年8月四高炉生铁产量177651吨，吨铁固定费用224.42元。经济效益测算：（1）、烧结矿小于10mm的粒级下降2.2个百分点，吨铁成本节约2.25元。节约焦炭费用318.73万元。（ 2 ）、烧结矿小于10mm的粒级下降2.2个百分点，增加产量，分摊吨铁固定费用223.86元，节约固定费用79.24万元。由此，2017年1-8月份降低烧结矿粒级小于10mm的2.2%，合计节约费用=318.73+79.24=397.97万元。

11、结论与建议

1、稳定了主矿体系，主矿种巴粗粉和澳粉。2016年巴粗粉只有5个月超过20%，7个月未超过20%，澳粉总配比未超过50%，但是57澳粉配比较大。 2017年1-9月份巴西粉配比均大于20%基本未中断，澳粉总配比未超过50%，57澳粉配比大幅减小，准粉末下降，在用料结构方面这是造成准粉末升高关键原因。建议巴粗粉配比不低于20%且不中断，澳粉总配比不超过50%，57澳粉配比不超过15%。国内粉矿配比按照前述复合用料结构试验结果要求而搭配。

2、燃料结构和燃料配比也是重要因素。尤其燃料配比是关键原因，燃料配比过大，亚铁含量过高，使烧结矿粒度碎化，准粉末增加。在现有燃料条件下，建议燃料配比4.8±0.3%，湿燃料粒度≤3mm的部分不低于75%，亚铁继续控制8-10%。

3、碱度不同对烧结矿微观结构强度影响也不一样，这也是影响准粉末的重要原因。建议控制烧结碱度1.90-2.15倍，最低不低于1.80倍，最高不要超过2.20倍。转鼓指数79.4-80.5%，最低不要低于79%，最高不要超过81%。

4、、烧结矿SiO₂也是影响重要因素，结合碱度控制要求。建议生产中硅高碱度烧结矿，因强度和性能都优越其它类型的烧结矿。

5、综合漏风治理节能EMC工程改造竣工，降低了漏风率，提高了原始料层厚度，烧结矿强度改善，准粉末与返矿率降低，这也是关键原因。建议坚持烧结杯试验结果为指导，坚持“四低一高”操作方针，即低水、低碳、低温烧结、低抽风负压点火，高料层；坚持“铺平、烧透”为原则。

参考文献：

[1] 《烧结球团微观结构》  陈耀铭，陈锐 编著  中南大学出版社.2011年12月

[2] 《山西冶金》  于广富等人著 论文《烧结矿小于10mm粒级含量指标的影响因素和改善措施》 2015年第3期 总第155期