毛爱香，蓝伯洋

（宝武集团广东韶关钢铁有限公司制造管理部，广东韶关   512123）

摘 要  通过对韶钢现用配矿方案进行烧结适宜焦粉粒度组成的技术研究，创造性地提出了韶钢烧结历年来未明确的焦粉适宜粒度组成，为韶钢烧结用焦粉破碎工艺提供了科学依据；该研究成果应用于韶钢实际生产中后，年降低烧结固体燃料成本 4400 万元以上。 

关键词  烧结；配矿方案；焦粉粒度组成；固体燃耗 

1 引言 

铁矿石烧结过程是一个氧化还原兼有的复杂过程，固体燃料的燃烧在这个过程中提供了主要的反应动力。大量研究表明[1,2]，燃料（焦粉、煤粉等）的配加量、粒度组成和燃烧性质直接影响烧结料层的温度与热量分布，燃烧带的厚度以及料层的透气性，烧结气氛等各个方面，当燃料的种类、配加量固定时，燃料粒度的大小就成为烧结过程的决定性因素。不同的燃料粒度组成对烧结矿产质量指标和燃料消耗有不同的影响：粒度过大，燃烧速度慢，燃烧带变宽，烧结透气性变差，垂直烧结速度下降，利用系数会降低；而且粒度大小差异较大时，易发生偏析，大颗粒集中在料层下部，容易导致下部料过熔，而小颗粒由于燃烧速度快，在其周围不能保持一定的高温时间，不利于液相的形成，会导致成品率降低[3~5]，粒度组成的改变，还会对氧化物的再结晶、高价氧化物的还原和分解，低价氧化物的氧化、液相的生成数量、烧结矿的矿物组成以及烧结矿的宏观和微观结构等产生影响，尤其对烧结矿中铁酸钙的生成产生影响[6]，将会直接影响到烧结质量指标。

目前，韶钢烧结用矿粉绝大部分为进口矿粉，主要为巴西粗粉和澳大利亚粉矿，其共同点为粒级较粗。燃料为焦粉和煤粉，其中煤粉是经外购后直接使用于生产；焦粉为自产焦粉，经对辊和四辊破碎、过筛后（6烧过筛、5 烧未过筛）使用。而韶钢历年来未对烧结用适宜焦粉粒度组成展开过相关的研究，对烧结用适宜焦粉粒度组成没有一个明确的概念，而与沙钢、宝钢湛钢等相比，韶钢烧结燃耗明显偏高，对比其烧结用焦粉粒级，韶钢烧结用焦粉粒级中的细粒级、特别是小于 0.5mm 的粒级比例明显偏高，针对韶钢矿粉粒度与焦粉粒度不匹配的现状，为降低烧结燃料消耗，提高烧结矿产质量，找出韶钢配矿结构适宜的焦粉粒度组成，特提出本研究课题。

2   研究过程和结果 

2.1   配矿方案的设计及混匀矿粉的粒度组成 

由上表可知：韶钢现用配矿方案的混匀矿粉平均粒度较粗。 

2.2   烧结杯试验研究 

2.2.1   试验工艺技术参数和试验方案的设计 

2.2.1.1   工艺技术参数 

混合料水分：7.3±0.1%；烧结矿目标碱度：1.96(倍)；烧结矿的镁铝比为 1∶1。 

2.2.1.2   试验方案的设计 

共设计了 9 个试验方案（见表 3），其中：基准方案为韶钢在用的焦粉粒度组成；方案 1 为某公司烧结用焦粉粒度组成；以湛钢焦粉粒度组成为基准，设计方案 2、方案 3 和方案 4：方案 2 为降低<1mm 的比例至 35%，因韶钢匀矿粒度比湛钢小，降<0.5mm，增 1~3mm；方案 3 为降<1mm 至 35%，降<0.5mm，增 3~5mm；方案 4 为降<1mm 至 30%，降>3mm 至 15%，增 1~3mm 至 55%；方案 5 是在方案 4 基础上，降>3mm，增1~3mm；方案 6 是在方案 5 的基础上，降低<1mm 和 1~3mm 的粒级比例，相应地提高 3~5mm 和>5mm 的粒级比例；方案 7 是在基准方案的基础上，将<0.5mm 粒级筛掉 50%后的粒度组成；方案 8 全为 1~3mm 粒级。

2.2.2.2   试验结果分析 

（1）焦粉粒度中<1mm 比例对烧结指标的影响。

图 1 给出了焦粉中<1mm 比例对烧结指标和烧结矿粒度组成的影响。从实验结果来看，随着其中<1mm比例由 55%降低至 35%，烧结速度降低，烧结矿成品率和转鼓强度均明显提高：其中折算生产转鼓强度提高了 2.56%（生产与试验室的折算系数按 1.2 计算），幅度较大；同时，固体燃耗降低，成品率提高，烧结矿粒级组成指标改善。 

当焦粉过粉碎时，随着<1mm 粒级含量升高，燃烧速度加快，产生高温时间变短，升温速度更慢，提供给料层熔融所需的热量更少，因此使成品率与烧结矿的强度下降[7]；同时，由于<1mm 粒级的焦粉容易被气流抽走，造成燃料的浪费，使燃耗升高。因此，为了保证烧结矿强度，必须控制焦粉中<1mm 的粒级量，改善焦粉的整体粒度分布。在本实验的条件下，方案 2 的烧结矿综合质量指标最优，因此焦粉中<1mm 的比例不宜超过 35%。 

（2）焦粉粒度中 1~3mm 对烧结指标的影响。

图 3 给出了燃料中>3mm 比例对烧结指标和烧结矿粒度组成的影响。从实验结果来看，随着其中>3mm比例的提高，烧结矿成品率和转鼓强度均显著降低，固体燃耗增加；>3mm 量从 21%提高到 35%后，折算转鼓强度下降了 2%左右，幅度较大，烧结矿粒级组成指标趋于恶化。燃料中>3mm 的量增加，布料后由于粒度偏析，大颗粒燃料容易落到下层，其自动蓄热性会造成下部高温热量高形成大块，造成这部分烧结矿冶金性能变差；同时，由于大颗粒量增加，而燃料整体配加量未变，也会造成中上部燃料分布更加偏析，造成燃料分布极其不均，部分生矿周围无充足液相粘结，不易矿化，影响成品矿粒度，粒度指标恶化，而且固体燃耗升高。烧结的根本是燃料燃烧，焦粉是提供烧结燃烧所需热量的主要原料，而且焦粉是用量少，但可以发挥较大作用的燃料，因此要着力控制焦粉粒度分布，避免其在布料过程中造成过分偏析，影响燃料的充分利用，同时影响烧结指标。在本实验条件下，>3mm 控制在 21%内时的烧结矿产质量综合指标最好，由此可得出大于 3mm(%)为小于 21%。 

2.2.2.3   分析结果对比 

通过对 9 组不同焦粉粒度组成对烧结指标影响结果的分析，得出结论为：焦粉粒度中 1~3mm 粒级控制在 55%；<1mm 控制在 35%；>3mm 控制在 21%以内，从而得出方案 2 和方案 4 为适宜的焦粉粒度组成方案（见表 3），将此 2 个方案与基准方案对比，结果见表 5。 

由图 4 可知：方案 2 和方案 4 的烧结矿产质量指标明显高于基准方案，而方案 2 和方案 4 相比较而言，方案 4 的综合产质量指标更优，基于此，得出韶钢现用配矿结构的烧结适宜焦粉粒度组成以方案 4 最优。 

2.2.2.4   韶钢细粒级（<0.5mm）焦粉筛掉一半后对烧结指标的影响 

为掌握并了解韶钢细粒级（<0.5mm）焦粉筛掉一半（方案 7）后对烧结矿产质量指标的影响，将其与韶钢现用焦粉粒度组成（基准方案）及某公司焦粉粒度组成（方案 1）的烧结指标进行比对，分析其可行性，具体如表 6 所示。

由表 6 可知：方案 7（<0.5mm 细粒级筛掉一半）的焦粉粒度组成与某公司（方案 1）相比较：<1mm 和>5mm 粒级基本相同，而 1~3mm 粒级降低了 4%，3~5mm 粒级提高了 4%，造成方案 7 比方案 1 的平均粒度提高了 0.1mm，总之，2 个方案的粒度组成比较接近。 

烧结指标相比较（见图 5）：与基准方案相比对，方案 7（<0.5mm 细粒级筛掉一半）除产量指标略有降低以外，其余各项指标都有提高，特别是转鼓强度和固体燃耗明显改善，即：固体燃耗降低了 1.2 公斤标煤/吨烧结矿，转鼓强度提高了 1.6%；与方案 1 相比，烧结指标都较接近。 

3 效益 

2018 年以来，韶钢每吨烧结矿固体燃料消耗为 51.95kg 标煤，本课题研究完成后，按年产烧结矿 860万吨计算，煤粉价格为 1000 元/吨，煤粉折算成标煤的系数为 0.7143，试验室固体燃耗与生产的折算系数为0.88，则产生的效益为： 

（1）若按照方案 4（优化后的韶钢烧结用焦粉粒度组成）组织烧结生产，在提高烧结矿质量指标的同时，每吨烧结矿的固体燃料消耗降低 4.19kg 标煤左右，则年降低烧结固体燃料成本为： 4.19/0.7143×0.88×860/1000×1000=4439 万元 

（2）若按照方案 7（＜0.5mm 细粒级焦粉筛掉一半）组织烧结生产，在提高烧结矿质量指标的同时，每吨烧结矿的固体燃料消耗降低 1.21kg 标煤左右，则年降低烧结固体燃料成本为： 1.21/0.7143×0.88×860/1000×1000=1282 万元 

4  结论 

通过对韶钢现用配矿方案的 9 组不同焦粉粒度组成试验方案的烧结杯对比试验研究，得出：  

（1）韶钢烧结适宜焦粉粒度组成为：<1mm 控制在 35%；1~3mm 粒级控制在 55%；>3mm 控制在 21%以内。 

（2）对符合“适宜焦粉粒度组成”的 2 个方案优化后，找出韶钢现用配矿方案的最优焦粉粒度组成是方案 4，即：<1mm 控制在 30%（<0.5mm 与 0.5~1mm 各占 15%）；1~3mm 粒级控制在 55%；>3mm 控制在 15%。 

（3）优化后的焦粉粒度组成（即方案 4）与韶钢现用焦粉粒度组成方案相比，在提高烧结矿产质量指标的同时，可降低烧结固体燃料消耗 4.19kgce/t 烧结矿，则年降低烧结固体燃料成本为 4439 万元；将焦粉中<0.5mm 细粒级筛掉一半（即方案 7）后，在提高烧结矿产质量指标的同时，可降低烧结固体燃料消耗 1.21 kgce/t 烧结矿，则年降低烧结固体燃料成本为 1282 万元。 

总之，韶钢现用配矿方案的适宜焦粉粒度组成以方案 4 为最优，因此，在当前烧结产能要求高产的前提下，应综合考虑焦粉平均粒度和合理控制焦粉粒度组成，使其与混匀矿粉各粒级相匹配，最终达到改善烧结综合指标、降低烧结生产成本的目的。 

5   建议 

（1）根据试验室研究结果，对于韶钢现用配矿方案，建议在韶钢将来具备预筛分焦粉条件时，按照方案4 组织焦粉破碎、加工、生产； 

（2）鉴于将韶钢现用焦粉中<0.5mm 细粒级筛掉一半后，可达到降低烧结固体燃耗 1.21 公斤标煤/吨烧结矿，提高转鼓强度 1.6%的效果，建议在韶钢目前不具备筛分工艺条件下，尽可能筛除其中<0.5mm 的细粒级焦粉，用于高炉喷吹等。 

（3）由于市场环境的影响，韶钢将来的配矿结构可能会发生变化，鉴于此，有必要在现有研究成果的基础上，进一步完善该课题的研究。 

6  参考文献 

[1]  冯根生,  吴胜利,  赵佐军.  改善厚料层烧结热态透气性的研究[J].  烧结球团, 2011, 36(1): 1-5. 

[2]  吴胜利.  提高厚料层烧结燃料燃烧性的试验研究[J].  钢铁, 2010, 45(11): 16-21. 

[3]  刘自民,  金俊,  武轶,  等.  固体燃料和溶剂粒度对烧结生成影响的试验研究[J].  烧结球团, 2015, 40(4): 16-19. 

[4]  欧大明,  孙祺,  沈红标,  等.  焦粉粒度对铁矿石烧结过程的影响[J].  钢铁, 2008, 43(10): 8-12. 

[5]  韩淑峰,  周明顺,  夏铁玉,  等.  烧结固体燃料最佳粒度的研究[J].  烧结球团, 2013, 38(2): 20-24. 

[6]  王永红,  刘建波,  周俊兰,  杜屏,  冯根生.  燃料粒度对烧结指标的影响研究.  烧结球团, 2018, 43(3): 37-42. 

[7]  孙丽明,  李建宏,  夏志宏,  李保军.  不同焦粉粒度对烧结过程影响的探讨.  烧结球团, 2000, 25(2): 19-20.