非熔劑性燒結(jié)在105 m2燒結(jié)機的生產(chǎn)試驗

華旭軍

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

試驗研究

非熔劑性燒結(jié)在105 m2燒結(jié)機的生產(chǎn)試驗

華旭軍

（山東省冶金設計院股份有限公司，山東濟南 250101）

為降低煉鐵成本，根據(jù)現(xiàn)有原燃料條件，在105 m2燒結(jié)機進行了非熔劑性燒結(jié)工業(yè)試驗，結(jié)果表明，非熔劑性燒結(jié)生產(chǎn)會造成燒結(jié)利用系數(shù)降低、設備作業(yè)率下降、燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度下降等一系列問題。通過優(yōu)化燒結(jié)配料、合理調(diào)整料層厚度、提高混合料溫度，并對單輥破碎機設備和成品燒結(jié)礦系統(tǒng)設備適應性改造等一系列措施，燒結(jié)礦質(zhì)量明顯改善，燒結(jié)生產(chǎn)穩(wěn)定，滿足了高爐對非熔劑性燒結(jié)礦質(zhì)量的要求。

非熔劑性燒結(jié)；透氣性；利用系數(shù)；轉(zhuǎn)鼓指數(shù)

1 前言

由于鋼鐵行業(yè)市場競爭日益激烈，企業(yè)要想生存和發(fā)展，就必須降低鐵前系統(tǒng)生產(chǎn)成本，提高其產(chǎn)品的市場競爭力。而在燒結(jié)生產(chǎn)中，用非熔劑性（或酸性）燒結(jié)礦代替成本較高的球團礦和塊礦，是降低煉鐵成本的必要手段和有效途徑。某鋼鐵公司為了燒結(jié)礦入爐比例達到85%～90%的水平，決定將現(xiàn)有的105 m2燒結(jié)機改為非熔劑性燒結(jié)生產(chǎn)，達到代替球團和塊礦的目的。

2 非熔劑性燒結(jié)成礦機理

由于非熔劑性燒結(jié)生產(chǎn)過程中，不再添加熔劑，其鈣、鎂成分主要來自礦粉本身。根據(jù)燒結(jié)理論，其液相形成主要由硅酸鐵固相反應體系形成。圖1為FeO—SiO2體系狀態(tài)［1］，從圖中可以看出，燒結(jié)料的融化溫度在1 100～1 200℃區(qū)間時，F(xiàn)eO至少要達到62%的水平才能開始形成鐵橄欖石液相，之后，燒結(jié)料中的Fe2O3和Fe3O4才能被熔解形成化合物，從而保證燒結(jié)料固—液結(jié)合，進行熱交換以及充分進行物理化學反應。

圖1 FeO-SiO2體系狀態(tài)［1］

生產(chǎn)非熔劑燒結(jié)礦時，硅酸鐵系化合物是燒結(jié)礦固結(jié)的主要黏結(jié)相。鐵橄欖石在燒結(jié)過程中形成的多少與燒結(jié)料中SiO2含量和加入或還原的FeO量有關。增加燃料用量，料層中的溫度升高，還原氣氛加強，有利于FeO還原，形成的鐵橄欖石黏結(jié)相就愈多，可提高燒結(jié)礦強度，但是，燃料用量增加，液相數(shù)量多，此時氧化鐵進入熔體的量增加，以自由氧化鐵狀態(tài)存在的量相對減少，使燒結(jié)礦還原性降低［1］。因此，在燒結(jié)礦強度和還原性方面需綜合考慮其燒結(jié)配礦、操作參數(shù)以及燒結(jié)礦質(zhì)量的取舍關系，既要保證燒結(jié)礦的強度，也要考慮燒結(jié)礦還原性能。

3 非熔劑性燒結(jié)工業(yè)試驗

與熔劑性燒結(jié)礦生產(chǎn)相比，由于燒結(jié)廠多以髙堿度燒結(jié)礦和極少數(shù)低堿度燒結(jié)礦（酸性燒結(jié)礦）生產(chǎn)為主，非熔劑性燒結(jié)礦生產(chǎn)完全沒有相關經(jīng)驗廠家可以參照。對現(xiàn)有105 m2燒結(jié)生產(chǎn)的配料、操作參數(shù)進行階段性工業(yè)試驗，摸索最佳配料結(jié)構(gòu)、操作參數(shù)，其時間跨度長達半年。

3.1 試驗期原料條件

根據(jù)生產(chǎn)組織安排，2014年7月2—23日作為試驗期，進行非熔劑性燒結(jié)礦生產(chǎn)工業(yè)試驗。試驗期燒結(jié)原料結(jié)構(gòu)見表1。由于燒結(jié)礦粉未進行預混勻，考慮到與高堿度燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)的一致性，該原料結(jié)構(gòu)基本與高堿度燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)相同，試驗期間燒結(jié)礦自然堿度（CaO/SiO2）在0.2左右。

表1 非熔劑性燒結(jié)試驗期原料結(jié)構(gòu)%

3.2 燒結(jié)機主要參數(shù)控制

考慮到非熔劑性燒結(jié)混合料中未添加熔劑，原料造球作用不明顯，混合料粒度組成欠佳，會導致垂直燒結(jié)速度較低。為便于燒結(jié)過程的調(diào)節(jié)，工業(yè)試驗期間中加強了燒結(jié)機主要參數(shù)的控制，采用了放慢機速，降低燒結(jié)機料層厚度等辦法，與高堿度燒結(jié)操作參數(shù)對比如表2所示。

表2 燒結(jié)操作參數(shù)變化情況

從表2可以看出，生產(chǎn)非熔劑性燒結(jié)礦時，燒結(jié)機速由1.3 m/min降低到了0.7 m/min左右，料層厚度從800 mm下降到500 mm左右，配碳量上升了2.5個百分點，點火溫度和混合料水分控制變化不大。

3.3 燒結(jié)礦質(zhì)量

取2014年6月1—30日的生產(chǎn)指標作為堿性燒結(jié)礦生產(chǎn)指標，試驗期間所產(chǎn)非熔劑性燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標及化學成分見表3、表4。因非熔劑性燒結(jié)礦為自然堿度（0.2左右），同時試驗期間控制燒結(jié)機機速、降低料層厚度，燒結(jié)機利用系數(shù)大幅降低，產(chǎn)量較生產(chǎn)堿性燒結(jié)礦時降低983 t/d，與堿性燒結(jié)礦相比，非熔劑性燒結(jié)礦強度降低6.79%，作業(yè)率下降了7.1%，固體燃耗上升了7.4 kg/t，含粉上升了0.58%，燒結(jié)礦中亞鐵含量從8.56%上升到18.21%，但燒結(jié)品位提高8.67%。機尾燒結(jié)礦大塊有所增加，有跑紅現(xiàn)象出現(xiàn)，燒結(jié)料面出現(xiàn)風洞，篦條燒損嚴重。

表3 燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標情況

表4 燒結(jié)礦成分對比

由于非熔劑性燒結(jié)幾乎不配加熔劑，導致燒結(jié)過程透氣性差，主要特性：垂直燒結(jié)速度減慢，利用系數(shù)降低，作業(yè)率下降，強度下降，品位提高，燃耗增加，成品礦中大塊增加等。

4 存在的問題

4.1 配料結(jié)構(gòu)不合理

由于燒結(jié)過程中未配加任何熔劑，燒結(jié)透氣性顯著下降，非熔劑性燒結(jié)礦生產(chǎn)試驗過程中，未充分考慮配料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，燒結(jié)配料完全按照髙堿度燒結(jié)配料結(jié)構(gòu)進行生產(chǎn)，沒有發(fā)揮配料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的作用來提高燒結(jié)料的原始透氣性。

4.2 利用系數(shù)低，產(chǎn)量損失大

從利用系數(shù)看，非熔劑性燒結(jié)的利用系數(shù)下降30%左右，降低幅度較大。其主要原因也是因不配加生石灰和白云石等熔劑所致：一是在制粒時粘結(jié)不足，使造球效果不好，原始透氣性變差；二是熔劑對混合料的預熱作用基本沒有，同時外加蒸汽的不足使混合料的料溫低，最低接近空氣溫度；三是熔劑中沒有CaO對燃料燃燒的催化作用，使燃料燃燒速度慢，熔融層厚度增大，降低了燒結(jié)生產(chǎn)中的過程透氣性；四是由于生灰消化成極細的消石灰膠體顆粒，具有較大的比表面積，可以吸附和持有大量水分而不丟失物料的松散性和透氣性，消除過濕層，而非熔劑性燒結(jié)生灰只有原料礦粉中含有少量的CaO，導致混合料的濕容量變小，燒結(jié)過濕層現(xiàn)象與生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦時相比較嚴重。最后由于燒結(jié)料造球效果不好，導致燒結(jié)料粒度結(jié)構(gòu)偏細，燒結(jié)布料風洞增加，燒結(jié)返礦增加，成品率降低。

4.3 設備作業(yè)率降低

生產(chǎn)非熔劑性燒結(jié)礦后，燒結(jié)設備作業(yè)率從96.5%降低到了89.4%，主要原因是由于燒結(jié)物料輸送環(huán)節(jié)各相關設備極不適應非熔劑性燒結(jié)礦的特性所致。一是一方面由于燒結(jié)礦亞鐵升高，最高達到20%水平，燒結(jié)大塊明顯增多，＞40 mm的粒級多達45%，單輥破碎設備負荷增加，導致燒結(jié)單輥破碎機本身頻繁跳閘停機，降低了設備作業(yè)率；另一方面燒結(jié)機尾卸料口大塊無法及時破碎，導致燒結(jié)餅蓬料嚴重，最終也導致單輥破碎機跳閘停機。二是由于燒結(jié)礦大塊增多，燒結(jié)帶冷卻效果明顯降低，成品輸送系統(tǒng)皮帶燒結(jié)紅料增加，經(jīng)常性燒損皮帶，造成燒結(jié)生產(chǎn)停滯。三是隨著燒結(jié)大塊的增加，原有各設備下料口，如帶冷機下料口、成品皮帶下料口經(jīng)常性堵料停機，致使燒結(jié)作業(yè)率降低。

4.4 燒結(jié)固體燃耗上升

自生產(chǎn)非熔劑性燒結(jié)礦以來，燒結(jié)固體燃耗整體上升了16%左右。從燒結(jié)過程機理看，其原因主要為非熔劑性燒結(jié)礦產(chǎn)生的液相形成的過程中，燒結(jié)礦的成礦機理有別于高堿度燒結(jié)礦。高堿度燒結(jié)礦的黏結(jié)相主要為針狀鐵酸鈣（SFCA），而非熔劑性燒結(jié)礦的主要黏結(jié)相為高溫產(chǎn)生的硅酸鹽玻璃相與鐵橄欖石；同時為了提高非熔劑性燒結(jié)礦的強度需要，促進液相的生成，也加大了燃料的配比。

4.5 燒結(jié)礦各質(zhì)量指標下降

燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度降低，含粉上升（5～10 mm粒級從20.5%提高到22%），燒結(jié)礦的還原性降低。主要原因：一方面由于沒有配加熔劑，燒結(jié)液相明顯減少，燒結(jié)成品率下降，導致轉(zhuǎn)鼓強度下降，含粉上升；另一方面，為了提高燒結(jié)礦強度，燒結(jié)過程需要更多的燃料來形成液相，燒結(jié)過程中的還原氛圍區(qū)域增加，最終導致燒結(jié)FeO含量明顯上升，燒結(jié)礦的還原性降低。

5 應對措施

5.1 生產(chǎn)應對措施

1）優(yōu)化配料結(jié)構(gòu)。適當增加粒度粗的低品位礦粉配加比例，增加污泥使用量，減少氧化鐵皮等雜料的使用，從而提高燒結(jié)混合料的原始透氣性。

2）增加蒸汽余熱系統(tǒng)，提高燒結(jié)料溫。一方面在混料系統(tǒng)一次混合料機中增加蒸汽余熱管道，提高混合料溫，強化混合造粒，減少過濕層。另外，在保證不燙皮帶的前提下，環(huán)冷的冷卻風機盡可能多停，通過提高返礦溫度來提高混合料溫度，提高透氣性并消除過濕層。

3）控制料層厚度，盡量做到厚料層燒結(jié)。為了實現(xiàn)厚料層燒結(jié)，采用配水優(yōu)化、使用新型松料器、布料霧化噴水等一系列創(chuàng)新措施，實現(xiàn)了突破，目前燒結(jié)生產(chǎn)的原始料層厚度高到550 mm，料層中的自動蓄熱作用得到強化，促進了黏結(jié)相的生成，轉(zhuǎn)鼓強度及成品粒級有了明顯改善。此外，厚料層操作的實施，使燒結(jié)過程中的自動蓄熱能力得到提升，燃料消耗大幅度降低。

4）控制FeO不高于16%的水平。燒結(jié)礦FeO的高低直接影響燒結(jié)礦的粒度組成，為了使燒結(jié)礦大塊比例降低，采用控制FeO不高于16%的原則進行配碳操作，結(jié)合料層厚度的適當提高，燒結(jié)大塊比例下降到30%水平。

5）控制大煙道溫度。非熔劑性燒結(jié)由于燃料配比高及垂直燒結(jié)速度慢，使機尾高溫段風箱帶入的熱量較高堿度燒結(jié)多，導致大煙道溫度明顯高于高堿度燒結(jié)，需要注意降低大煙道溫度，以保護電場及抽風機葉輪。

5.2 設備改造應對措施

1）單輥破碎機的維護及改造。一是在運行允許的情況下，通過電氣措施放大單輥破碎機跳閘額定電流比例。二是由于105 m2所使用的單輥破碎機為錘頭式，機尾卸料料溫高，錘頭和襯條變形嚴重，出現(xiàn)羅桿出伸，錘頭無法固定，經(jīng)常性導致錘頭卡襯條、斷星齒、斷襯條、電機跳閘等，特別是生產(chǎn)非熔劑性燒結(jié)礦時，更是造成燒結(jié)礦無法及時破碎而停機。為此，把錘頭式單輥改為一體式，避免了以上問題的發(fā)生。三是單輥刮料刀與臺車間的距離在保證兩者不刮卡的前提下盡可能小，防止帶料或個別礦未經(jīng)破碎直接從該空隙漏下堵漏嘴。

2）加大溜槽漏嘴尺寸，解決大塊料堵下料口問題。隨著生產(chǎn)操作的調(diào)整，燒結(jié)礦大塊堵下料口的問題得到一定改善，但沒有徹底解決，通過加大成品系統(tǒng)中溜槽漏嘴的尺寸，解決此問題。

3）增大冷卻強度，解決紅料燙皮帶的問題。在實際生產(chǎn)中增大冷卻機的冷卻強度，多加注意成礦系統(tǒng)皮帶突發(fā)故障造成帶負荷停機的情況，為避免燙壞皮帶，及時打水冷卻。

4）提高篦條質(zhì)量并改變項修模式，解決篦條燒損問題。篦條燒損嚴重經(jīng)常性導致燒結(jié)料面風洞增加，燒結(jié)成品率、作業(yè)率都下降，針對此問題，一方面提高篦條質(zhì)量，提高燒結(jié)篦條的使用壽命；另一方面改變燒結(jié)項修模式，即把原有兩個月12 h項修模式改成1月6 h項修模式，使得篦條能夠得到及時更換，減少影響燒結(jié)生產(chǎn)的可能。

6 應對改進效果

采取應對措施并加強現(xiàn)場操作管理等，非熔劑性燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標都得到了較大改善，見表5。

表5 2014年7月—2015年1月燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量指標

由表5可以看出，燒結(jié)機利用系數(shù)不斷提高，產(chǎn)量大幅度增加；燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度提高并基本保持穩(wěn)定；燒結(jié)生產(chǎn)組織順暢，燒結(jié)機作業(yè)率穩(wěn)步提高，固體燃耗下降，亞鐵控制在16%水平，含粉率下降，＞40 mm大塊減少，帶冷機跑紅現(xiàn)象大大減少。

105m2燒結(jié)機生產(chǎn)非熔劑性燒結(jié)礦的實踐表明，制定合理的原料結(jié)構(gòu)，并采取相應的技術措施后，可以生產(chǎn)出滿足高爐生產(chǎn)需求的質(zhì)量指標較好的非熔劑性燒結(jié)礦。

［1］王筱留.鋼鐵冶金學（煉鐵部分）［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2013.

［2］唐賢容.燒結(jié)理論與工藝［M］.長沙：中南工業(yè)大學出版社，1992.

Production Test of Non-sintered Flux in 105 m2Sintering Machine

HUA Xujun

（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

To reduce the iron making cost,according to the existing conditions of the ore and fuel,the production practice test of nonsintered flux at 105 m2sintering machine shows that:non-sintered flux production will cause a series of problems of decreasing the productivity of sintering machine,equipment operation rate,and the sinter ISO drum strength etc.By optimization of the sintering burdening,reasonable adjusting the thickness of material,improving the temperature of mixture,and a series of measures on the single roll crusher equipment and sinter system equipment,the sinter quality was obviously improved.The operation of sintering production was stable.And the quality of non-sintered flux production can meet the requirements of blast furnace.

non-sintered flux;air permeability;productivity of sintering machine;tumbler index

TF046

A

1004-4620（2015）03-0025-03

2015-02-06

華旭軍，男，1981年生，2004年畢業(yè)于武漢科技大學礦物加工工程專業(yè)；2007年畢業(yè)于武漢科技大學材料學專業(yè)，碩士?，F(xiàn)為山東省冶金設計院股份有限公司工程師，從事燒結(jié)球團設計與技術研究工作。