改善安鋼3號燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)的實踐

劉月建 萬 雷 周東鋒 關(guān)紅兵

1.前言

安鋼3號燒結(jié)機(jī)投產(chǎn)于2012年，是3號大高爐的配套工程，鐵前配礦人員在高爐穩(wěn)定順行和低成本煉鐵協(xié)調(diào)統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，摸索出一套適合安鋼實際情況的配礦系統(tǒng)，保持了3號燒結(jié)機(jī)主體配礦結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。但是2017年下半年以來，3號燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)出現(xiàn)了持續(xù)下滑的現(xiàn)象，造成3號大高爐上部壓差升高，對高爐的穩(wěn)定順行造成了不利影響。本文從燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)、熔劑結(jié)構(gòu)以及燒結(jié)機(jī)操作等方面進(jìn)行了深入分析，運用排除法找準(zhǔn)了3號燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)變差的主要原因，在采取針對性措施后，高爐順行狀態(tài)得到了快速恢復(fù)。

2.3號機(jī)燒結(jié)礦RDI指標(biāo)變差的原因分析

2.1 燒結(jié)礦SiO2含量的影響

燒結(jié)礦SiO2含量對低溫還原粉化率RDI有較大影響，北京科技大學(xué)閆志武等人研究了在堿度R=2.0條件下，SiO2含量在4.8%-5.7%時的燒結(jié)礦微觀結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明：隨著燒結(jié)礦SiO2含量增加，燒結(jié)礦主要黏結(jié)相由赤鐵礦向鐵酸鈣發(fā)展，鐵酸鈣比例逐漸增加，赤鐵礦結(jié)構(gòu)由片狀向熔蝕狀變化，鐵酸鈣結(jié)構(gòu)由熔蝕狀向針柱狀變化，骸晶狀菱形赤鐵礦的消失使得燒結(jié)礦的低溫還原粉化得到遏制，所以提高燒結(jié)礦SiO2會顯著改善低溫還原粉化性能[1]。2017年1月至2018年3月安鋼各機(jī)組燒結(jié)礦SiO2含量見表1：

安鋼3號燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的低硅燒結(jié)礦品位高、還原性好、高溫冶金性能好，可以減少高爐冶煉過程中產(chǎn)生的渣量，減薄軟熔層，提高滴落帶的透氣性，因而有利于高爐順行和降低焦比。但是較低的Si02不利于改善低溫還原粉化性能，所以3號機(jī)燒結(jié)礦的RDI指標(biāo)會低于1號機(jī)和2號機(jī)。

2.2 精礦比例和品種對燒結(jié)礦RDI的影響

表1 2017年1月至2018年3月燒結(jié)礦SiO2含量

將2017年初到2018年4月份3號機(jī)燒結(jié)礦RDI+6.3和RDI+3.15與3號機(jī)配礦結(jié)構(gòu)中精礦比例以及其中的磁鐵礦比例的走勢對比，可以看出其走勢呈現(xiàn)正相關(guān)性（見圖1）。

圖1 3號機(jī)精礦比例、磁鐵礦比例與燒結(jié)礦RDI的走勢對比 %

重慶大學(xué)程小利的研究表明：次生赤鐵礦如果是由原料中的磁鐵礦在燒結(jié)過程中直接氧化生成的，以顆粒狀態(tài)存在，還原時對燒結(jié)礦的破壞也較?。蝗绻怯蔁Y(jié)熔體中的赤鐵礦和鐵酸鈣在高溫下分解出的磁鐵礦再氧化生成的，還原時對燒結(jié)礦的破壞最大[2]。因此，燒結(jié)過程中生成的骸晶狀菱形赤鐵礦是造成燒結(jié)礦低溫還原粉化的最主要原因。在精礦資源緊張及燒結(jié)機(jī)提產(chǎn)攻關(guān)改善透氣性的要求下，從2017年初到2018年4月份，安鋼3號燒結(jié)機(jī)配礦結(jié)構(gòu)中精礦比例以及磁鐵礦比例均呈現(xiàn)下降趨勢，是造成3號機(jī)燒結(jié)礦RDI指標(biāo)變差的一大原因。

2.3 赤鐵礦品種對燒結(jié)礦RDI的影響

在3號機(jī)2017年5月份之前的配礦結(jié)構(gòu)中，南非粉始終占有一定比例，但由于其含K、Na堿金屬含量較高，從2017年5月份之后就從3號機(jī)配礦結(jié)構(gòu)中去除了，5月到10月期間取而代之的是PB粉，11月份之后換用羅伊山粉。分析數(shù)據(jù)可以看出，在使用南非粉期間，3號機(jī)燒結(jié)礦RDI指標(biāo)均達(dá)到了較高水平，在2017年5月份之前配用南非粉期間3號機(jī)共取噴Cacl2前的RDI數(shù)據(jù)14組，RDI+3.15全部達(dá)到65%以上，最低的一組67.40%，其中RDI+3.15達(dá)到70%以上的達(dá)到9組，平均噴前RDI+3.15達(dá)到71.19%。且在2018年1月14日至2月14日期間，3號機(jī)因為羅伊山粉銜接不上臨時換用南非粉期間，燒結(jié)礦RDI數(shù)據(jù)均好于之前和之后未配加南非粉時的數(shù)據(jù)。

分析該現(xiàn)象應(yīng)該與燒結(jié)配礦中粉礦的性狀有很大關(guān)系，由于南非粉是一種結(jié)構(gòu)致密的純赤鐵礦，而PB粉和羅伊山粉均是半褐半赤的澳礦，相較于南非粉來說，其致密程度較低，細(xì)粉率遠(yuǎn)高于南非粉。在燒結(jié)過程中PB粉、羅伊山粉所含有的小粒級的赤鐵礦粉接觸面積更大、動力學(xué)條件更好，更容易與鐵酸鈣在高溫下進(jìn)行反應(yīng)，分解出的磁鐵礦再氧化生成骸晶狀的赤鐵礦，對RDI指標(biāo)造成不利影響。所以，停配南非粉也是造成3號機(jī)燒結(jié)礦RDI指標(biāo)變差的一大原因。

2.4 白云石粉配比增加對燒結(jié)礦RDI的影響

從2017年初到2018年4月份以來，為了滿足高爐爐渣鎂鋁比的要求，3號機(jī)燒結(jié)礦的MgO含量呈現(xiàn)了逐步走高的趨勢，MgO絕對值由1.7%左右上升到1.8%-1.9%，燒結(jié)礦鎂鋁比則由0.8左右一路攀升到超過1.1。伴隨著MgO含量的提高，3號機(jī)配料結(jié)構(gòu)中白云石粉配比也在逐步提高，由2017年初的3.0%逐步提高到超過6.0%的水平（見圖2）。

圖2 3號機(jī)白云石粉配比與MgO趨勢 %

有研究表明：MgO對于燒結(jié)礦RDI具有雙重影響，當(dāng)MgO含量在1.8%-2.3%之間，隨著MgO提高，RDI指標(biāo)會得到改善；當(dāng)MgO含量大于2.3%時，隨著MgO提高，RDI指標(biāo)開始惡化。

中南大學(xué)姜濤教授等人研究了燒結(jié)生產(chǎn)分別添加白云石或蛇紋石調(diào)整MgO含量對燒結(jié)礦礦相組成變化的對比，結(jié)果表明：添加白云石來提高M(jìn)gO含量時，燒結(jié)礦中赤鐵礦含量明顯高于添加蛇紋石，而磁鐵礦與鐵酸鈣的含量明顯則低于后者，且硅質(zhì)玻璃體含量較高[3]。

燒結(jié)生產(chǎn)配加白云石后，燒結(jié)礦礦物組成主要為鐵酸鈣與骸晶狀赤鐵礦，且有大量以玻璃相物相存在的硅酸鹽礦物，發(fā)現(xiàn)有微細(xì)裂紋，有損燒結(jié)礦的強(qiáng)度，這部分裂紋提供了燒結(jié)礦在高爐上部低溫（500℃-700℃）環(huán)境下發(fā)生粉化的原始裂紋。所以，過高的白云石粉配比使得燒結(jié)礦礦物組成中產(chǎn)生了大量骸晶狀的赤鐵礦，也是燒結(jié)礦RDI指標(biāo)變差的一大原因。

表2 3號機(jī)2017年以來燒結(jié)礦FeO完成情況

2.5 燒結(jié)礦FeO含量的影響分析

3號燒結(jié)機(jī)從2016年以來，燒結(jié)礦的FeO含量保持了長期穩(wěn)定，一直按照7%-9%控制，合格率長期保持在80%以上，個別月份達(dá)到90%以上，所以FeO含量變化并非造成3號機(jī)RDI降低的原因[4]。

2.6 其它因素的影響分析

（1）Al2O3與RDI的關(guān)系：Al2O3升高，會造成燒結(jié)礦RDI惡化，為此應(yīng)該降低燒結(jié)礦Al2O3含量。從2017年以來，3#機(jī)Al2O3總體是降低趨勢，目前維持在1.8%-1.9%范圍內(nèi)，Al2O3并非是影響燒結(jié)礦RDI指標(biāo)變差的原因。

（2）堿度與RDI關(guān)系：在MgO、SiO2含量不變的情況下，隨著燒結(jié)礦堿度的提高，RDI指數(shù)會得到改善。從2017年以來除取暖季以外，3號機(jī)R總體穩(wěn)定，燒結(jié)礦堿度并非是影響燒結(jié)礦RDI指標(biāo)變差的原因[5]。

3.改善RDI指標(biāo)的措施

針對原因分析，為了改善3號機(jī)燒結(jié)礦RDI指標(biāo)，技術(shù)人員從以下幾個方面采取了措施：

（1）根據(jù)透氣性情況和高爐對燒結(jié)礦性能的要求，3號機(jī)精礦比例適當(dāng)提高到20%-23%，改善RDI指標(biāo)。同時根據(jù)資源情況適當(dāng)提高優(yōu)質(zhì)精礦的比例，以達(dá)到提高精礦比例的同時不影響透氣性的目的。

（2）采取措施降低3號燒結(jié)機(jī)白云石粉配比，一是通過配礦結(jié)構(gòu)的優(yōu)化降低燒結(jié)礦的Al2O3含量。二是降低球團(tuán)和塊礦的Al2O3含量來降低高爐爐渣的Al2O3含量；三是提高球團(tuán)礦鎂含量，降低燒結(jié)礦提MgO壓力。

（3）將3號機(jī)燒結(jié)礦FeO控制標(biāo)準(zhǔn)由7%-9%適當(dāng)提高到8%-10%。

（4）短期內(nèi)通過噴灑燒結(jié)助劑的方式改善入爐燒結(jié)礦的RDI指標(biāo)。

4.結(jié)論

（1）由于高爐對燒結(jié)礦品位的要求，3號機(jī)燒結(jié)礦SiO2含量較低，但是較低的SiO2不利于改善低溫還原粉化性能；

（2）將燒結(jié)配礦數(shù)據(jù)與燒結(jié)過程參數(shù)以及燒結(jié)礦質(zhì)量做對比，采取數(shù)據(jù)歸納、同類合并和趨勢分析的方法，逐項排除影響因素，分析得到磁鐵礦比例降低、致密的赤鐵礦比例降低以及白云石粉配比升高是造成3號機(jī)RDI指標(biāo)變差的主要原因。正確運用數(shù)據(jù)分析的方法能夠幫助技術(shù)人員更快地找準(zhǔn)問題的根源；

（3）通過適當(dāng)提高燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)中的磁鐵礦比例，通過多種措施降低白云石粉配比以及適當(dāng)提高燒結(jié)礦FeO含量的方法可以顯著改善燒結(jié)礦原始RDI指標(biāo)。通過采取以上措施，3號機(jī)燒結(jié)礦原始RDI+3.15穩(wěn)定達(dá)到65%以上，滿足了高爐要求；

（4）通過噴灑燒結(jié)助劑的方式可以有效改善入爐燒結(jié)礦的RDI指標(biāo)，3號機(jī)燒結(jié)礦噴后RDI+3.15穩(wěn)定達(dá)到70%以上，一般認(rèn)為，當(dāng)燒結(jié)礦噴前RDI+3.15數(shù)據(jù)≤60%時要進(jìn)行燒結(jié)助劑的噴灑。