永通铸铁管公司提高烧结矿强度的实践

邱家用

（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083）

永通铸铁管公司提高烧结矿强度的实践

邱家用

（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083）

分析了烧结矿碱度、原料结构、料层厚度、混合料水分和配碳量以及烧结矿矿物组成与结构对烧结矿质量的影响，介绍了采取的适应高铁低硅烧结的技术措施。实践证明，通过采取优化配矿、配加SYP增效剂、提高烧结矿碱度、控制MgO和Al2O3含量等措施,提高了烧结矿中铁酸钙黏结相的生成数量和烧结矿强度，取得了显著效果，满足了高炉炼铁生产的需要。

烧结技术措施烧结矿强度效果

精料是高炉炼铁生产的方针，高铁低硅能改善烧结矿的冶金性能，减少高炉冶炼过程中产生的渣量，减薄软熔层，提高滴落带的透气性，有利于高炉顺行、降低渣比和增铁节焦；同时，减少渣量还有利于增加高炉的喷煤量。但是，随着烧结矿二氧化硅的降低，烧结矿强度开始下降，烧结生产率降低以及低温还原粉化指标变差，高炉入炉粉末增加，弱化了因品位的提高给高炉冶炼带来的强化作用。因此，如何在低硅烧结条件下获得高强度烧结矿成为烧结生产的一项重要课题。

1 存在问题及影响因素分析

随着烧结矿中二氧化硅含量的降低，烧结过程的液相生成量减少，烧结矿强度下降，烧结生产率降低以及低温还原粉化指标变差，高炉生产指标下降。针对这一问题，如何在低硅烧结条件下增加黏结相的数量成为提高烧结矿强度的中心任务。烧结理论的研究成果表明，影响烧结矿转鼓指数的主要因素是针状铁酸钙（CF）或复合铁酸钙（SFCA）的生成数量。而影响针状铁酸钙或复合铁酸钙生成数量的主要因素有：碱度和矿物组成，SiO2、MgO和Al2O3等成分含量，燃料用量，配矿及反应性，料层厚度等工艺操作参数。

1.1 碱度和矿物组成

碱度和矿物组成是影响烧结矿强度的基本影响因素。高碱度烧结矿的矿物组成以铁酸钙为主，自熔性烧结矿的矿物组成以橄榄石为主。随着碱度的提高，铁酸钙（SFCA）含量明显增加，烧结矿的强度得到改善。

1.2 SiO2、MgO和Al2O3含量

SiO2是烧结过程形成硅酸盐黏结相的基础，硅酸盐化合物是烧结过程中常见的液相之一，尤其烧结非熔剂性烧结矿时，主要依靠硅酸盐固结。随着烧结料中SiO2含量的降低，烧结中的液相量减少，当w（SiO2）＜5%时，液相量不足。烧结研究和生产实践表明，低品位、高二氧化硅原料适宜于生产低碱度烧结矿，高品位、低二氧化硅原料适宜于生产高碱度烧结矿［1］。在低硅条件下，应通过提高碱度来发展铁酸钙系黏结相，改善烧结矿强度和还原性。

烧结矿中含有一定的MgO有利于改善高炉炉渣的流动性和提高脱硫能力，同时可改善烧结矿强度、低温还原粉化性能和软熔性能。含MgO的硅酸盐液相黏度大，烧结矿呈中小气孔结构，气孔表面积大。高MgO烧结矿游离氧化钙含量少，可提高贮存强度。但是高的MgO含量会使烧结矿中赤铁矿量减少以及镁磁铁矿增加，会降低烧结矿中铁酸钙的含量，从而不利于烧结矿的冷强度的提高，故MgO含量过高会降低烧结矿的转鼓指数。烧结矿中含有一定量的Al2O3有利于四元系针状交织结构的铁酸钙（SFCA）的形成，可提高烧结矿的强度，Al2O3含量太高时，有助于玻璃质的形成，使烧结矿强度和低温还原粉化性能变坏。有关研究表明，Al2O3可改变“初熔”相的物理化学特性，从而在烧结过程中影响相变与聚变反应，最终导致烧结矿生成一种独特的不规则孔隙结构，进而影响烧结矿的冶金性能［2］。

1.3 配碳量和FeO

配碳量高，烧结矿中FeO含量高。对自熔性烧结矿来说，FeO呈固熔体状态存在，烧结矿的强度随FeO含量的增加而升高，但还原性和软熔性能会明显变差。对高碱度烧结矿来说，强度与FeO含量关系不大，一般随着FeO含量的升高（配碳量增加），会造成Fe2O3分解为Fe3O4和FeO，使得矿物组成中铁酸钙含量降低，从而使烧结矿的强度下降。同时高温烧结得到的铁酸钙往往不是针状铁酸钙，而是柱状甚至板状或块状铁酸钙。烧结矿在冷却过程中会产生大量的裂纹，造成粉化性能变差和还原强度降低。因而高碱度烧结时，配碳量不宜过高。

1.4 料层厚度

料层厚度的高低影响烧结过程自动蓄热的强弱、高温保持时间的长短、垂直烧结速度的大小和气氛性质的好坏，也就是说影响烧结成矿的过程，从而决定成品矿的质量。随着料层厚度的增加，热利用情况变好，高温保持时间延长，氧化性气氛增强，矿物结晶充分，有利于铁酸钙黏结相的发展，从而提高烧结矿的强度和成品率。

1.5 混合料水分

混合料水分是烧结过程中十分活跃的因素，它直接影响FeO的含量和固体燃耗的变化，同时又影响烧结矿强度和粒度组成等指标。合适的混合料水分随料层厚度的增加呈下降的趋势。合理控制混合料水分，是获得低FeO、高强度烧结矿的一个重要因素。

2 提高烧结矿强度的技术措施

2.1 优化配矿改善烧结原料结构

通过调整配矿结构，改善混合料的粒度组成，并改善混匀矿烧结性能的匹配程度。配用合适比例的进口粉矿，可改善混合料的原始粒度组成，增加成球核心，提高料层透气性，为低碳厚料层烧结创造条件，有利于烧结技术经济指标的改善。在配矿时应考虑将同化性能好的矿粉与同化温度较高的铁矿粉搭配使用，以确保烧结料层的热态透气性，避免烧结生产率降低和烧结矿质量变差。近年来，永通公司不断进行配加进口粉矿（印度粉矿、澳粉、南非粉矿、巴西粉矿）的生产实践，配用较多的是澳矿、南非矿和印度矿。印度矿单烧性能差、品位低、SiO2高，南非矿和澳大利亚纽曼山粉矿单烧性好、品位较高、SiO2低，二者合理搭配可改善烧结性能。同时由于南非矿具有烧损小、同化性较好的特性，与磁精矿或高镁精矿（同化性很弱）搭配，可改善综合混合矿的同化性能，促进烧结过程液相的形成和黏结。利用南非矿中较高的Al2O3含量来调整烧结矿中合适的铝硅比（m(Al2O3)/m(SiO2)＝0.10～0.35），促进复合铁酸钙（SFCA）的形成，以求取得合适的生产指标。生产实践表明，提高优质进口粉矿的配加比例对提高烧结矿产量和强度等指标意义重大。另外，适当增加粗粒返矿配比，利用其在烧结中所起的骨架作用，对提高烧结矿强度和成品率也是有利的。

2.2 配加SYP烧结增效剂

为了提高烧结矿强度，降低烧结固体燃料消耗，从2005年开始，在烧结生产中配加SYP烧结增效剂，配比控制在3.5×10-4～4.0×10-4，并根据生产情况进行调整。SYP烧结增效剂以低温烧结和燃煤气化助燃理论为基础，主要由燃煤气化剂、增氧剂、增强剂、阻凝剂和超细粉末稳定剂等组成。利用SYP烧结增效剂对烧结过程所具有的催化强化作用，实现低温高氧化性气氛烧结，提高针状复合铁酸钙（SFCA）的生成量，使烧结矿的固结强度大大改善，从而提高烧结矿强度和烧结矿成品率。生产实践表明，配加SYP烧结增效剂使烧结矿转鼓指数提高3.13%，筛分指数降低2.39%，w（FeO）降低0.84%，固体燃耗降低3.68kg/t，返矿率降低3.48%，烧结矿粒度组成趋于合理，其中5～10mm粒级的质量分数由原来的33.9%降低至10.1%，烧结矿的还原性和低温还原粉化性也有不同程度的改善。结合不同时期原料条件的变化情况，对SYP的配比及配方（结合供应厂家）进行调整，并定期校准，以取得更佳的烧结效果。

2.3 提高烧结矿碱度

生产实践和理论研究表明：烧结矿的碱度不同，其矿物组成也不同，随着烧结矿碱度的提高，液相生成量增加，尤其是铁酸钙（SFCA）数量增加，烧结矿的宏观结构也随之由自熔性的多孔薄壁结构向高碱度的大孔厚壁结构转变，促进烧结矿强度、还原性及低温还原粉化性能的改善。永通公司烧结矿w（SiO2）降到4.8%左右时，碱度提高到2.30，转鼓指数均在74%以上，成品率和利用系数也都明显提高。因此，提高烧结矿碱度是改善低硅烧结矿强度的有效措施之一。

2.4 提高料层厚度

实践证明，要实现低FeO、高还原性和高强度的要求，就必须采取厚料层。提高料层可增强烧结过程的自动蓄热作用，降低烧结固体燃耗。同时由于料层提高，高温保持时间延长，垂直烧结速度减慢和氧化性气氛增强，有利于铁酸钙黏结相的发展，烧结过程反应充分，提高烧结矿强度和成品率。在现有原料条件下，当料层厚度从500mm提高到550mm，固体燃耗从52.4kg/t降低到48.6kg/t（降低2.8kg/t），返矿率下降1.82%，w（FeO）降低0.4%，转鼓指数提高0.9%。由于料层提高后垂直烧结速度降低，利用系数略有下降，故一般将料层厚度控制在520～530mm，在提高烧结矿强度的同时保证较高的生产率。

2.5 控制合适的MgO和Al2O3含量

在烧结矿中含有一定量的MgO可改善烧结矿的高温性能，提高烧结矿的热稳定性和还原强度。MgO可以固溶于磁铁矿中，起到稳定Fe3O4、抑制Fe2O3形成的作用，因而抑制了低温还原时发生晶型转变造成的烧结矿粉化，从而大大改善了烧结矿的低温粉化性能。但随着烧结矿中MgO含量的增加，降低了烧结矿的含铁品位。同时，由于MgO是高熔点物质（2799℃），其化合物的熔化温度也很高，为了维持必要的黏结相，需要增加燃料配加量，燃烧带变宽，料层透气性下降，产量降低。在烧结过程中，MgO部分固溶于磁铁矿形成镁磁铁矿，会降低烧结矿中铁酸钙的含量，从而不利于烧结矿的冷强度［3］，降低烧结矿的转鼓指数。有关研究表明：对以细磁铁精矿为主的低硅烧结而言，当烧结矿中w（MgO）从1.4%增加到2.3%时，烧结速度从22.61mm/min减慢到19.48mm/min，利用系数从2.031t/(m2·h)降低到1.629t/(m2·h)［4］。永通公司根据原料条件进行合理配矿，控制w（MgO）不超过2.5%。

一定的铝硅比（m(Al2O3)/m(SiO2)=0.10～0.35）是烧结过程形成复合针状铁酸钙的必要条件。Al2O3属于高熔点（2042℃）物质，在烧结矿中w(Al2O3)应低于1.8%［3］，否则会降低烧结矿的冷强度，恶化烧结矿的还原粉化指标。在高炉渣中，w（Al2O3）应控制在13%～15%，超过此值，会降低炉渣的流动性和脱硫能力。因此，控制烧结矿中w（MgO）＜2.5%、w（Al2O3）＜1.8%，对提高烧结矿的强度至关重要。

2.6 控制熔剂和燃料的粒度

烧结生产中熔剂和燃料粒度过粗时，会造成粒度偏析，使烧结过程不均匀，造成烧结矿强度和粒度组成不均匀。因此，要求粒度小于3mm的熔剂和燃料的质量分数应达到85%以上。当熔剂粒度偏大时，烧结矿中白点多，在冷却过程中吸水消化膨胀，造成自然粉化。燃料的粒度不能过粗，也不能过细，否则会降低烧结矿的强度和成品率。对于反应性强的无烟煤粉，其最佳粒度范围可适当放宽，控制其粒度＜3mm的应达到70%以上。

2.7 强化岗位标准化操作

永通公司烧结厂严格贯彻“精心备料，减少漏风，稳定水碳，厚料低碳，铺平烧透，烧好返矿”的烧结生产操作方针，推行低碳、低水、厚料层操作。

配料工序：加强自动配料系统的校验与调整，提高配比准确性；稳定对生石灰的打水，掌握加水量，特别是使用热水作为生石灰消化用水，改善生石灰的消化效果。

混料工序：强化加水操作，提高混合料料流和水分的稳定性，一次混合水分控制在（6.5±0.5）%，二次混合水分控制在（8.0±0.5）%，并根据原料变化作相应的调整，配用富矿粉则适当增加水量；控制粒度组成3～10mm的混合料的质量分数在70%以上，提高料层透气性，为烧结矿强度和生产率的提高提供条件。

烧结工序：将烧结点火温度控制在950～1000℃，配碳量控制在3.8%～4.2%（质量分数），料层厚度控制在520～530mm，实现低温、低负压点火；结合偏析布料技术和料面平料压料技术，强化布料操作，调整松料和压料强度，同时配合全屏阻流器实现能量和风量的合理分配和有效利用，从而较好地实现了烧结料层横向和纵向的均匀烧结；加强烧结终点控制，强化烧结过程，改善强度高、还原性好的铁酸钙体系的生成条件，促进铁酸钙的大量生成，提高烧结矿产、质量。

3 生产效果

通过采取优化配矿、配加SYP增效剂、提高烧结矿碱度、控制MgO和Al2O3含量等措施,使低硅烧结矿强度得到提高,满足了高炉生产的需要。低硅烧结主要技术经济指标见下页表1。由表1可知，2009年烧结矿w（SiO2）降到4.85%，w（TFe）提高到56.42%，转鼓指数提高到75.12%，利用系数提高到2.395t/(m2·h)，固体燃耗降到47.83kg/t。

4 结论

（1）优化配矿、改善烧结原料结构是降低烧结矿SiO2含量及提高烧结矿品位和强度的重要手段。

（2）提高烧结矿碱度和采取厚料层烧结是改善烧结矿强度的有效措施。

（3）控制烧结矿中合适的MgO和Al2O3含量，是获得高强度烧结矿的重要条件。

（4）配加SYP烧结增效剂，实现低温高氧化性气氛烧结，可提高烧结矿强度，降低烧结固体燃耗，改善烧结矿还原性和低温还原粉化性。

表1 烧结主要技术经济指标对比

［1］周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］.北京:冶金工业出版社,2003:30.

［2］(澳)L Lu，R JHolmes，JR Manue．A12O3对赤铁矿烧结过程的影响［J］.世界钢铁，2007（5）:23-30.

［3］许满兴，冯根生.改善烧结矿强度和粒度组成的理论与实践［G］．2001中国钢铁年会论文集，2001:243-244.

［4］黄柱成，韩志国.MgO对以细磁铁精矿为主的低硅烧结的影响［J］.中南大学学报（自然科学版），2005，36（5）:800-806.

（编辑：胡玉香）

Practice of Im proving Sinter Strength at Yongtong Cast Iron Pipe Co.

QIU Jiayong
（Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083,China）

Of these factors such as sinter basicity,raw material structure,depth of bed,dosage of moisture and carbon inmixture,aswell asmineral composition and structure of sinter,the influence on the sinter quality were analyzed.The technicalmeasures adapt to high-iron low-silicon sintering were introduced.Practice has proved that the remarkable result was achieved by increasing the content of calcium ferrite binder in sinter,improving the sinter strength,to meet the need of BF smelting.

sintering,technicalmeasures,sinter strength,result

book=23,ebook=97

TF046

A

2010-02-25

邱家用（1975-），男，北京科技大学冶金与生态工程学院在职研究生。Tel:13598140608，E-mail：qiujiayong5803454@yahoo.com.cn

1672-1152（2010）02-0023-04