固体燃料和熔剂粒度对烧结生产影响的试验研究

吕殿明

摘 要：为了弄清固体燃料和熔剂粒度对烧结生产的影响，确定最佳的粒度控制指标，邯钢公司铁前工艺室采用烧结杯试验，对不同固体燃料和熔剂粒度对烧结生产技术指标的影响进行了试验和分析。

关键词：固体燃料;熔剂;粒度;烧结

烧结是高炉炼铁前最为重要的生产准备工序，主要作用是造块和脱硫，通过烧结设备将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，使之在一定时间和温度条件下，发生一系列物理化学变化烧结成块，从而为高炉炼铁提供高质量的生产原料。烧结矿产的各项质量指标不仅与含铁原料配料有关，而且与烧结所使用固体燃料和熔剂粒度大小有关，两者会从烧结燃烧带、高温保持时间、液相生成等方面对烧结成品率、烧结块转鼓强度、固体燃耗、生产率等技术指标带来不同程度的影响。为了弄清固体燃料和熔剂粒度对烧结生产的影响，确定最佳的粒度控制指标，邯钢公司铁前工艺室采用烧结杯试验，对不同固体燃料和熔剂粒度对烧结生产技术指标的影响进行了试验和分析。

一、试验的基本原理

烧结生产是通过烧结设备将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，使之在一定时间和温度条件下，由粉末状物质烧结成为致密的多晶块状材料。在这个过程中，固体燃料和熔剂为反应的液相生成、颗粒黏结和再结晶过程提供了必要的热量和气氛条件，对烧结矿产各项质量技术指标有很大的影响。这个影响在很大程度上取决于固体燃料和熔剂的粒度。这是因为在其他条件一定情况下，固体燃料和熔剂的粒度大小决定了其与含铁原料的混合情况，决定了其与外界氧气的接触情况，继而对烧结过程中的碳氧反应和燃烧扩散带来影响。如果燃料和熔剂粒度过细的话，碳氧充分接触，燃烧速度就会加快。继而使燃烧层变薄，不利于液相产生，导致出矿率降低，产品转鼓强度不足，且燃料消耗也大;反之，过大的粒度则不利于碳氧反应和燃烧扩大，影响生产率。由此可见，适当增大燃料和熔剂粒度可以提高液相产生量，改善烧结矿强度和节省燃料。为了弄清固定的烧结原料条件下，不同粒度固体燃料和熔剂对烧结矿产质量的影响，我们采用烧结杯模拟烧结生产过程进行了相关的试验。

二、试验材料的准备及方案说明

1、试验材料的准备

烧结原料铁矿粉取样自邯钢烧结生产线一次料场;固体燃料为焦粉，取样自烧结机配料室;生石灰、复合镁粉同样取自烧结机配料室。本次试验采用传统的烧结杯模拟烧结机生产环境，试验条件如下：

铺底料层1Kg（粒度10～16mm）;压料厚度10mm;烧结杯直径200mm;压料后料层高度（包括铺底料）800mm;点火温度1050±50℃;点火时间1.5min;点火负压6kPa;抽风机负压14kPa;冷却负压6kPa;筛分粒级分别为：40、25、16、10、6.3mm;返矿粒度-6.3mm。烧结矿转鼓强度试验执行ISO3271测定标准。

2、試验方案

试验材料采用邯钢生产中实际配比方案，烧结原料、燃料和熔剂等也全部取样自实际生产现场，以确保试验数据的可靠性和可参考性。根据粉体破碎理论，采用“平均粒度”（M.S）参数对固体燃料和熔剂粒度组成进行表征。试验以3mm粒级作为筛分标准，通过增加或减少物料中大于等于该粒级的比例来改变燃料和熔剂平均粒度，以观察燃料和熔剂在不同平均粒度下对烧结矿产各项技术参数指标的影响。熔剂中石灰石粒度采用联动调节的方式，用于调节烧结矿二元碱度;烧结杯试验混合料水分控制在6.5%±0.2%。试验时，首先按照烧结混合料配比对配料进行准确称量，进行干湿混合;预先将铺底料平铺到炉蓖条上，并将待试样品烧结料装入烧结杯，刮平料面后点火。试验参数为：点火温度1100℃、点火负压6kPa、烧结负压12kPa、点火时间2.5min。

三、试验结果分析

1、烧结固体燃料粒度对烧结主要技术指标的影响

试验发现，随着燃料焦粉中<1mm粒级所占比例的减少，垂直燃烧速度加快，烧结利用系数随之呈升高。强度检验发现，烧结矿转鼓强度显著提高。分析原因认为，粗颗粒焦粉燃烧时间较长，可保持较长时间的烧结高温带，从而有利于烧结矿液相生成;此外，粒级较大的焦粉颗粒受风流影响较小，有利于料层的稳定和燃烧热值的提高。再者，烧结矿成品率也随着焦粉中<1mm粒级的减少，呈现出升高的趋势。由于高温保持时间较长使成矿时间延长，致使烧结矿中<5mm的小粒级矿粒明显减少，大粒级部分明显增多，使烧结矿粒度和强度指标得到改善。在良好的加热条件下，加速改善了烧结矿粒度组成，因此从这个角度来看，烧结固体燃料消耗也有所降低。

2、熔剂粒度对烧结主要技术指标的影响

从试验结果来看，随着熔剂平均粒度的增加，转鼓强度和固体燃料都呈先增加后降低的趋势，生产率显著上升。因此，熔剂平均粒度过大或过小都会对烧结主要技术指标产生不利的影响。分析其原因，当熔剂平均粒度较大时，熔剂会更多地分布到料层下部，导致料层上部与下部二元碱度偏析增大，影响烧结矿成分及质量的稳定性;而熔剂平均粒度较小时，熔剂又会过多地分布在温度相对偏低的料层中、上部，不利于液相生成，继而影响其强度等指标。

四、试验结论及建议

由试验结果可知，适当地提高固体燃料和熔剂粒度有利于改善烧结矿产成品率、烧结块转鼓强度、固体燃耗、生产率等技术指标。通过对不同固体燃料和熔剂粒度下试验数据的对比认为，当烧结固体燃料平均粒度在1.81mm，熔剂平均粒度为1.68mm时，上述技术指标可达到较为理想的平衡。在今后的生产中可根据此试验数据进一步调整固体燃料和熔剂粒度，以提高产品质量和生产效益。

参考文献：

[1]周清林，张铁梁.韶钢烧结固体燃料粒度及结构优化技术研究[J].《南方金属》2017（2）

[2]李丙来，刘振林，刘继彬，杨金福.烧结固体燃料粒度对烧结矿产质量试验研究影响[J].《山东冶金》2013（6）21-22