鞍钢大孤山球团厂内配碳工业实践研究

于洪军，王赢博，高源，马文，崔金楠

鞍钢大孤山球团厂内配碳工业实践研究

于洪军1，王赢博2，高源3，马文4，崔金楠4

（1. 鞍钢集团矿业大孤山有限公司，辽宁 鞍山 114000； 2.鞍钢集团矿业弓长岭有限公司，辽宁 鞍山 114000； 3. 鞍钢集团北京研究院有限公司，北京 100000； 4. 鞍钢集团矿业设计研究院有限公司，辽宁 鞍山 114000）

球团内配碳可以改善球团质量，降低燃料消耗，实现高炉增产节焦，节能减排。鞍钢大孤山球团厂通过实验室造球及焙烧实验确定适宜煤粉配比，将煤粉按比例混入膨润土后参与配料，进行工业实践研究。结果发现：当煤粉配比小于0.3%时，对生球指标未产生明显影响，而预热球抗压强度有明显提高，成品球抗压强度略有降低。在煤粉配比为0.2%时，各项指标满足了球团生产工艺要求，煤耗降低了1 kg·t-1球团矿，NOx排放量减少了25%。

内配碳；球团矿；节能

鞍钢矿业公司大孤山球团厂于2005年建厂，设计年生产能力200万t，采用链篦机-回转窑-环冷机生产酸性球团矿。球团生产所使用的磁铁精矿和赤铁精矿配比为75∶25，煤单耗19 kg·t-1球团矿，成品球抗压强度2 600 N·个-1。为了进一步降低燃料消耗、改善球团质量、保证生产稳定进行，大孤山球团厂依据实验室造球及焙烧实验确定的适宜煤粉配比，将煤粉按比例混入膨润土后参与配料，进行工业实践研究[1-2]。

1 原料的理化指标

试验所用铁精矿为来自鞍钢大孤山球团厂，对其理化性能进行了检测。

1.1 铁精矿指标

铁精矿指标如表1所示。

表1 铁精矿指标

从原料条件可以看出，赤铁精矿FeO含量较高，全铁等指标符合技术标准。

1.2 煤粉的工业分析

煤粉的工业分析结果见表2。

表2 煤粉的质量指标

2 实验方法

本实验采用逐步推进的方法，在试验过程中逐渐地提升煤粉的配入比例，分别为0、0.10%、0.20%、0.30%，如产生正效应则继续提升，直至效应减弱，以此来减免对现场生产的影响。

在煤粉仓上加装放料管，将煤粉装入吨袋，运送至膨润土输送车间，然后按比例与膨润土混匀参与配料，进行工业试验。

3 内配碳球团工业试验研究

3.1 煤粉配比对生球指标的影响

为了研究煤粉配比对生球性能指标的影响，本试验在0～0.30%的范围内进行了4次测定，结果如表3所示。由表3可知，随着煤粉配比的增加，抗压强度略有升高，落下强度略有降低，450 ℃下均未出现爆裂情况。煤粉介入未对生球指标产生明显影响。

表3 生球性能测定结果

3.2 煤粉配比对预热球抗压强度的影响

表4为不同煤粉配比下，预热球抗压强度的测定结果。由表4可见，煤粉添加后，预热球的抗压强度明显提高。由300多提升到大于500 N·个-1，充分满足了球团生产需要。

表4 预热球抗压强度

3.3 煤粉配比对成品球质量的影响

3.3.1 煤粉配比对成品球抗压强度的影响

本试验还探究了煤粉配比对成品球抗压强度的影响，如表5所示。从测定结果可以看出，未加煤粉时成品球抗压强度为2 712 N·个-1，随着煤粉的加入，成品球抗压强度有所下降，平均2 491 N·个-1，煤粉配比为0.30%时抗压强度最低。出现这一情况的原因是内配碳球团在预热过程中会快速地在表面形成一层硬壳，进而影响后期焙烧过程中氧气向球团内部的渗入，部分球团形成同心裂纹，最终导致成品球抗压强度下降。

表5 成品球性能测定结果

3.3.2 不同煤粉配比球团表征分析

图1为预热温度950~1 000 ℃、焙烧温度 1 200~1 250 ℃范围内配入不同比例煤粉的金相照片。

图1 焙烧温度950~1 200 ℃配入不同煤粉金相照片

煤粉质量分数小于0.10%时，如图1（a）、图1（b）所示，球团内部出现大量孔隙，大面积亮白色块为单独颗粒的原生赤铁矿矿物，少部分赤铁矿发生再结晶互连。这是由于添加的无烟煤较少，煤粉燃烧较充分，还原气氛弱，不利于赤铁矿向磁铁矿转化。原料中的磁铁矿质量分数本身又高，反而由于煤燃烧后球团内部孔隙增多，图1（a）、图1（b）中可见明显河流状和球状气孔分布，成品球团强度降低。煤粉大于0.10%时，如图1（c）、图1（d）所示，赤铁矿颗粒间形成大片晶体连接。镜下已观察不到原生赤铁矿颗粒，赤铁矿颗粒间都已发生再结晶互连，铁氧化物连成片状，孔隙较少，孔隙率下降，再结晶完善，强度较高。煤粉质量分数过高，大于0.20%时，焙烧结束时仍有磁铁矿存在，部分颗粒发生Fe3O4再结晶，还有少量单独颗粒状的磁铁矿。这是因为配煤量较多，煤粉燃烧不充分，球团内部还原气氛增强，大量赤铁矿被还原为磁铁矿，主要依靠Fe3O4再结晶提供强度。另一方面，煤量多，燃烧放热量高，球团内部结晶完整的Fe2O3晶粒易熔融，液相量增多，强度降低。

内配碳球团中加入煤粉不会使得主相发生显著变化，如图2所示。焙烧过程中主要通过气氛控制影响Fe2O3形态，C质量分数逐渐提高使得氧化性气氛减弱，还原性气氛增加，从而影响Fe2O3再结晶和分解，氧化性气氛足够的条件下，球团最终主矿相仍然为Fe2O3，衍射峰变化不明显。

当煤粉加入质量分数过低时，强氧化性气氛使得C的还原性气氛弱，此时Fe2O3多数仍然以原生态为主，Fe3O4在适宜的氧化性气氛下被氧化成Fe2O3，细小的Fe2O3此时以微晶连接，但含量大；煤粉质量分数稍提高后，球团焙烧过程中存在部分赤铁矿先还原而后再氧化的变化过程。碳的还原作用改变了赤铁矿球团高温下再结晶的固结方式，使部分原生赤铁矿先还原为磁铁矿，继续在氧化性气氛中焙烧可以再氧化为活性较高的次生赤铁矿，且晶粒聚集大，随着配煤量显著提高，CO气氛的还原作用和分解作用进一步增强，部分Fe2O3晶粒可能出现分解还原再被氧化的过程，晶粒细化松散，配煤量存在最佳值[3-4]。

3.4 煤粉配比对热工参数及NOx排放的影响

表6为各项热工参数及NOx排放的测定结果。由6可以看出，链篦机预热II段的温度控制在 1 030±30 ℃范围内波动时，随着煤粉的添加，回转窑窑头温度及环冷I段温度有所降低，回转窑给煤量和NOx排放量也逐渐减少，当煤粉配比为0.2%和0.3%时，回转窑给煤量为4.1±0.3 t·h-1，煤耗量降低了约0.3 t·h-1，NOx排放量减少了25%。

（a）未掺煤粉（Imax=8 000）；（b）掺0.10%（Imax=6 000）； （c）掺0.20%（Imax=8 000）；（d）掺0.30%（Imax=8 000）。

表6 热工参数及NOx排放测定结果

4 结 论

1）随着煤粉配比增加，抗压强度略有升高，落下强度略有降低，450 ℃下均未出现爆裂情况。当煤粉配入量小于0.30%时，未对生球指标产生明显影响。

2）添加煤粉后，预热球的抗压强度明显提高，由300 多提升到大于500 N·个-1，充分满足了球团生产需要。

3）随着煤粉加入，成品球抗压强度有所下降，煤粉配比为0.30%时抗压强度最低。加入煤粉不会使得XRD衍射峰主相发生显著变化，碳的还原作用改变了赤铁矿球团高温下再结晶的固结方式，配煤量提高，CO气氛的还原作用和分解作用进一步增强，其存在最佳值。

4）随着煤粉添加，回转窑窑头温度及环冷I段温度有所降低，回转窑给煤量和NOx排放量也逐渐减少，当煤粉配比为0.2%和0.3%时，回转窑给煤量为4.1±0.3 t·h-1，煤耗量降低了约0.3 t·h-1，NOx排放量减少了25%。

［1］杨雪峰．混合铁精矿生产氧化球团的基础与应用研究[D]．长沙：中南大学，2011．

［2］梁雪梅，姜涛，陈文忠．小球团烧结燃料添加方式的研究[J].烧结球团， 2000，25（3）：8-10．

［3］陈耀明，李建．氧化球团矿中Fe203结晶规律[J].中南大学学报（自然科学版），2007，38（1）：70-73．

［4］王代军.链篦机-回转窑制备全赤铁矿氧化球团的关键技术研究[D].北京：北京科技大学，2017．

Study on Industrial Practice of Carbon Allocation in Dagushan Pelletizing Plant of Ansteel Group

1,2,3,4,4

（1. Ansteel Group Mining Dagushan Co., Ltd., Anshan Liaoning 114000, China;2. Ansteel Group Mining Gongchangling Co., Ltd., Anshan Liaoning 114000, China;3. Ansteel Group Beijing Research Institute Co., Ltd., Beijing 100000, China;4. Ansteel Group Mine Industry Designing Institute, Anshan Liaoning 114000, China）

Carbon allocation in pellets can improve pellet quality, reduce fuel consumption, increase blast furnace production, save coke, save energy and reduce emission. Through laboratory pelletizing and roasting experiments, Dagushan Pelletizing Plant of Anshan Iron and Steel Group Co., Ltd. determined the suitable proportion of pulverized coal, pulverized coal was mixed into bentonite in proportion, and industrial practice research was carried out. The results showed that when the pulverized coal ratio was less than 0.3%, it had no obvious effect on the green pellet index, but the compressive strength of preheated pellets was obviously improved, while the compressive strength of finished pellets was slightly decreased. When the coal powder ratio was 0.2%, all indexes met the requirements of pellet production process, the coal consumption was reduced by 1kg·t-1pellet, and the NOxemission was reduced by 25%.

Carbon-burdened; Pellet; Energy conservation

2020-11-26

于洪军（1966-），男，辽宁省辽阳市人，高级工程师，硕士研究生，2013年毕业于辽宁科技大学控制理论与控制工程专业。

马 文（1966-），男，高级工程师，研究方向：球团生产工艺。

TF046.6

A

1004-0935（2021）04-0529-03