优化鞍钢烧结矿碱度及炉料结构的试验研究

韩淑峰，周明顺，沈峰满，翟立委，刘 杰，张 辉

(1.鞍钢股份有限公司 炼铁总厂，辽宁 鞍山 114000;2.鞍钢股份有限公司 技术中心，辽宁 鞍山 114009;3.东北大学 材料与冶金学院，沈阳 110004)

作为高炉炼铁的主要原料，烧结矿的质量对高炉生产具有重要影响.烧结矿碱度是改善烧结工艺和烧结矿质量的重要参数，而且高碱度烧结矿配加酸性球团矿及高品位块矿是较理想的炉料结构［1～4］.目前，鞍钢烧结矿碱度为 1.8 ～2.0，随着酸性炉料用量的增加，烧结矿碱度应适当提高.因此，本文在碱度对烧结工艺及烧结矿品位和硫含量影响的试验研究基础上，结合现阶段鞍钢高炉的炉料种类，研究了配加不同比例的人造富矿及提高澳洲块矿率的炉料结构［5～7］.

1 碱度对烧结生产影响的试验研究

1.1 试验原料及工艺参数

本试验所用原燃料化学成分如表1所示.由于目前鞍钢4个烧结车间的配矿差异较大，因此本试验采用了两套不同的配矿方案(见表2)，在试验条件下，分别进行碱度为1.78～2.53的烧结试验.烧结试验参数如表3所示.

表1 原燃料化学成分(质量分数)Table 1 Chemical composition of raw materials(mass fraction)%

表2 变碱度烧结配料方案(质量分数)Table 2 Design for sintering mixture with different basicity(mass fraction)%

表3 烧结试验参数Table 3 Technical parameters of sintering experiments

1.2 试验结果及分析

碱度对烧结生产指标的影响如图1～图3所示.由图1、图2可见，烧结矿碱度由1.78增加到2.53，方案一和方案二的转鼓强度分别提高了10.29%和13.44%;烧结杯利用系数分别提高了0.473 t/(m2·h)和 0.194 t/(m2·h);烧结矿成品率分别提高了8.24%和3.68%;垂直烧结速度分别提高了5.67 mm/min和2.19 mm/min;10～40 mm合理的烧结矿粒级分别提高了24.09%和17.12%;小于5mm粉末分别减少了9.69%和7.28%.提高碱度对烧结生产指标的改善是由于随烧结料中CaO含量增多，生成的铁酸钙(CaO·Fe2O3)等熔点低、强度高的黏结相增多，烧结料层的透气性改善，烧结生产率提高.烧结矿由于料层温度低(1 300℃以下)，不易产生过熔，因而大块烧结矿减少，粒度组成合理且均匀.另外，烧结矿强度好，粉化现象少，故粉末含量降低.

但随烧结矿碱度提高，也带来两方面的负面影响(见图3):(1)品位下降.碱度由1.78增加到2.53时，方案一和方案二的烧结矿品位分别降低了1.95%和3.21%，这主要是由于配入过多的熔剂，使得全铁品位降低.(2)硫含量升高.碱度由1.78增加到2.53时，方案一和方案二的烧结矿硫含量(质量分数)分别升高了 0.035%和0.032%.其原因有:a)烧结料中CaO含量高，具有很强的吸硫作用，生成稳定的CaS;b)由于碳酸盐分解耗热，高碱度烧结料层高温区温度降低，且烧结速度较快，高温停留时间短，对去硫不利;脱硫率低是高碱度烧结的一个缺点.但高炉冶炼表明，CaS形态存在的硫基本直接进入炉渣，对生铁质量影响不大.

由以上分析表明，提高烧结矿碱度有利于提高烧结矿强度和烧结生产效率，但是烧结矿品位略微降低，且硫含量增加.综合考虑，本文认为鞍钢烧结矿碱度在2.05～2.20之间较好.

图1 碱度对烧结生产指标的影响Fig.1 Effects of basicity on sintering indices

图2 碱度对烧结矿粒度组成的影响Fig.2 Effects of basicity on size distribution of sinter

图3 碱度对烧结矿品位和S含量(质量分数)的影响Fig.3 Effects of basicity on TFe and S content of sinter

2 合理炉料结构的试验研究

合理的炉料结构可以改善高炉透气性，并直接影响着高炉炼铁技术的进步和各项经济指标的提高.为优化鞍钢高炉炉料结构，本文主要进行两种炉料结构的研究:(1)不同碱度烧结矿与酸性球团矿搭配使用的炉料结构;(2)在现有炉料结构中，提高澳矿比例的炉料结构.

2.1 不同碱度烧结矿与酸性球团矿搭配

研究方案为:在保证炉渣碱度一致的前提下，改变不同碱度烧结矿和酸性球团矿的配比，比较综合炉料的高温软熔性能.根据鞍钢焦炭、喷煤等实际条件，制定综合炉料入炉碱度为1.45.试验所用烧结矿由烧结杯实验得到(烧结杯试验条件同本文2.1)，球团矿来自鞍钢生产现场.烧结矿和球团矿的化学成分如表4所示，炉料结构的搭配情况如表5所示，软熔滴落试验条件及性能指标分别示于表6、表7和图4、图5.

由图5可见，在确保入炉碱度一致的条件下，碱度为2.05和2.14的烧结矿和球团搭配时，综合炉料的软熔性能最好，表现为软熔温度区间窄，最大压差低，S特性值低(高压差区间对温度的积分)，软熔带厚度薄，有利于改善高炉中下部的透气性.烧结矿碱度过低时，熔化开始温度TS较低，导致软熔带上沿温度较低.烧结矿碱度较高时，为了平衡炉渣碱度，需配加较多酸性球团，由于酸性球团熔化开始温度低，而高碱度烧结矿熔化终了温度较高，其作用结果便是软熔带过厚.因此，过高或过低碱度的烧结矿都不利于优化高炉炉料结构;为保证高炉综合炉料具有良好的高温软熔性能，鞍钢烧结矿适宜的碱度应为2.05～2.14.

表4 烧结矿与球团矿化学成分(质量分数)Table 4 Chemical composition of sinters and pellet(mass fraction)%

表5 炉料结构配比方案Table 5 Design for iron burden compositions with same basicity

表6 矿石软熔滴落试验条件Table 6 Experimental conditions of softening and melting test

表7 不同炉料结构的软熔试验数据Table 7 Softening and melting characteristics of iron burdens

图4 不同炉料结构的料柱压差Fig.4 Pressure drop of iron ore bed

图5 不同炉料结构的熔化特性值S和软熔带厚度Fig.5 Characteristic parameter‘S’and thickness of cohesive zone of iron burdens

2.2 提高澳矿比例的炉料结构

澳洲块矿(简称澳矿)是一种高品位的优良酸性炉料，为提高澳矿在鞍钢高炉入炉混合矿中的比例，研究了澳矿(化学成分见表8)与鞍钢烧结矿和球团矿搭配使用时的高温软熔性能.试验方案如表9所示.其中，方案1、2为鞍钢高炉常用的炉料结构，方案3为前一阶段鞍钢大高炉配加澳矿时的炉料结构，方案4为目前拟提高澳矿用量的炉料结构.试验结果如图6所示.

表8 澳矿化学成分(质量分数)Table 8 Chemical compositions of Australian lump ore(mass fraction)%

表9 配加澳矿的炉料结构方案(质量分数)Table 9 Burden design with Australian lump ore(mass fraction)%

图6 综合炉料的软熔性能Fig.6 Softening and melting characteristics of iron burdens containing Australian lump ore

由图6可见，配加澳矿后，炉料结构3和4的高温软熔性能都明显优于鞍钢常规的炉料结构，表现在软熔温度区间窄，料柱压差低，S值低.而且，与目前使用的澳矿为8%炉料相比，当澳矿比例提高到17%时，高温软熔性能得到进一步改善，此时料柱最高压差为7.81 kPa，S值为32.93 kPa·℃.实验室研究发现，澳矿在鞍钢高炉的应用比例超过19%时，因炉渣Al2O3含量的增加，导致冶炼效果变差.因此，在鞍钢现有生产条件下，建议将进口澳洲块矿比例提高至17%.

3 结论

(1)烧结矿碱度由1.78增加到2.53，烧结矿转鼓强度提高，垂直烧结速度，烧结杯利用系数提高，烧结矿成品率分别提高，合理的烧结矿粒级提高，粉末减少.但是烧结矿硫含量略增，品位有所下降.综合考虑碱度对烧结工艺和烧结矿品位及硫含量的影响，鞍钢烧结矿碱度在2.05～2.20之间较好.

(2)在由碱度为2.05～2.14的烧结矿和酸性球团组成的综合炉料，其软熔性能最好，表现为软熔温度区间窄，最大压差低，S特性值低，软熔带厚度薄，有利于改善高炉中下部的透气性.

(3)在鞍钢常规炉料结构中配加澳洲块矿后，综合炉料的高温软熔性能得到明显提高，表现在软熔温度区间窄，料柱压差低，S值低.与目前使用澳矿为8%的炉料相比，当澳矿比例提高到17%时，高温软熔性能得到进一步改善.建议在鞍钢现有生产条件下，将进口澳洲块矿比例提高至17%.

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