劉川川
（河鋼集團邯鋼公司 生產制造部 河北 邯鄲 056002）
摘 要：對邯鋼常用8種鐵礦粉的同化性、液相流動性、黏結相強度、鐵酸鈣生成能力等高溫特性進行了研究，在此基礎上，根據鐵礦粉高溫特性互補原理，設計了7組配礦方案并進行燒結杯實驗，獲得了較好的燒結效果，驗證了基于鐵礦粉高溫特性的燒結優化配礦方法的可行性，為邯鋼改善燒結礦質量、降低鐵成本提供了對策。
關鍵詞：鐵前和原料；鐵礦粉；高溫特性；優化配礦
1 前言
邯鋼高爐爐料結構主要以高堿度燒結礦、酸性球團礦和塊礦為主，其中燒結礦占70%以上，長期以來，燒結配礦時，主要依據鐵礦粉的化學成分和物理性能來選擇鐵礦粉種類，然后通過燒結杯試驗搭配合理的配礦結構來組織生產，這種方法對指導燒結生產起到一定作用，但對于燒結礦成礦特性、質量指標深度研究和預測作用卻十分有限。
不同鐵礦粉具有不同的燒結特性，即使化學成分相近的礦粉，其燒結特性也可能有很大差別，其中鐵礦粉的同化性、液相流動性、黏結相強度、鐵酸鈣生成特性亦是影響燒結礦成礦、質量指標的重要因素。因此，邯鋼通過對常用8種鐵礦粉高溫特性的研究來指導并優化配礦方案，為改善燒結礦質量及冶金性能提供技術支撐。
2 邯鋼燒結常用鐵礦粉化學成分（表1）
表1 邯鋼鐵礦粉的化學成分 / %
Handan Iron and steel slag chemical composition
|
S |
TFe |
SiO2 |
CaO |
MgO |
TiO2 |
Al2O3 |
LOI |
|
|
淶源精粉 |
0.22 |
63.76 |
3.47 |
0.33 |
5.30 |
0.03 |
0.22 |
-1.00 |
|
高堿度精粉 |
0.19 |
50.92 |
6.71 |
14.79 |
3.40 |
0.46 |
1.42 |
-2.00 |
|
邯邢精粉 |
0.18 |
66.00 |
2.80 |
0.98 |
2.18 |
0.15 |
0.54 |
-1.00 |
|
PB粉 |
0.04 |
61.39 |
3.59 |
0.08 |
0.19 |
0.09 |
2.14 |
5.00 |
|
巴西卡粉 |
0.03 |
64.24 |
2.93 |
0.13 |
0.30 |
0.11 |
1.56 |
2.30 |
|
南非粉 |
0.03 |
63.41 |
6.28 |
0.19 |
0.22 |
0.07 |
1.47 |
0.88 |
|
紐曼粉 |
0.04 |
62.41 |
4.28 |
0.08 |
0.21 |
0.09 |
2.12 |
4.00 |
|
揚迪粉 |
0.03 |
57.13 |
5.71 |
0.07 |
0.22 |
0.09 |
1.43 |
11.05 |
（1）國內精粉中除了高堿度精粉外，其他精粉的品位均大于60%，其中邯邢精粉高達66%，國內3種礦粉鋁硅比較低，均在0.20以下，對于控制高爐渣Al2O3含量有益；
（2）澳洲礦粉為赤鐵礦、褐鐵礦混合類型，其燒損較高，為4%-11.5%。PB、紐曼粉鋁硅比較高，在0.50-0.60之間；揚迪粉的品位稍低，SiO2含量較高；
（3）巴西卡粉品位高，但鋁硅比較高，為0.53，燒損低，為2.3%；
（4）南非粉品位較高，鋁硅比較適宜，燒損低于1%。
3邯鋼用鐵礦粉的燒結高溫特性研究
針對邯鋼燒結常用8種鐵礦粉進行了燒結高溫特性實驗測定，并明確它們互補原則，從而指導燒結優化配礦。
3.1同化特性
鐵礦粉的同化特性反映其在燒結過程中與鈣質溶劑反應生成液相的能力，實驗中根據同化溫度（即鐵礦粉與CaO接觸面上發生反應而開始熔化的最低溫度）的高低來評價鐵礦粉同化性能強弱。同化溫度越低，則表明這種鐵礦粉的同化性越強，液相生成越容易，反之亦然。而過高的同化性因生成液相量較多，會影響燒結料層透氣性，故要求鐵礦粉的同化性適宜。邯鋼燒結常用鐵礦粉同化溫度如下表2：
表2 邯鋼鐵礦粉的最低同化溫度 / ℃
The lowest temperature of Handan Iron and steel slag assimilation
|
原料名稱 |
同化溫度 |
原料名稱 |
同化溫度 |
|
淶源精粉 |
1353 |
巴西卡粉 |
1270 |
|
高堿度精粉 |
1225 |
南非粉 |
1235 |
|
邯邢精粉 |
1291 |
紐曼粉 |
1260 |
|
PB粉 |
1215 |
揚迪粉 |
1225 |
從結果看，PB粉、揚迪粉、高堿度精粉、南非粉的最低同化溫度均低于1250℃，同化性較強；紐曼粉和巴西卡粉的最低同化溫度介于1260-1280℃之間，同化性適中；邯邢和淶源精粉的最低同化溫度大于1290℃，同化性較差。
在燒結配礦時應根據鐵礦粉同化性的差異，互補搭配使用，以確保燒結液相生成量和透氣性合適，從而提高燒結礦產率和強度。
3.2液相流動性
鐵礦粉液相流動特性指鐵礦粉在燒結過程中與CaO生成的液相的流動能力，它表征了鐵礦粉燒結過程生成黏結相的“有效黏結范圍”。 一般來說，液相流動性較高時，其粘結周圍的物料的范圍較大，因此可以提高燒結礦的強度；反之，液相流動性過低時，粘結周圍物料的能力下降，導致燒結礦的氣孔增加，使燒結礦的強度下降。但是，粘結相得流動能力不能過大，否則對周圍物料的粘結層厚度會變薄，燒結礦易形成薄壁大孔結構，使燒結礦整體變脆，強度降低，也使燒結礦的還原性變差。由此可見，適宜的液相流動性是保證燒結礦有效固結的基礎。實驗中一般用液相流動性指數來衡量鐵礦石的液相流動性。邯鋼燒結常用鐵礦粉液相流動性如下表3：
表3 邯鋼鐵礦粉的液相流動性指數
Handan Iron and steel slag fluidity of liquid phase
|
原料名稱 |
液相流動性指數 |
原料名稱 |
液相流動性指數 |
|
0.30 |
巴西卡粉 |
0.24 |
|
|
高堿度精粉 |
1.14 |
南非粉 |
1.42 |
|
邯邢精粉 |
0.17 |
紐曼粉 |
0.46 |
|
PB粉 |
0.24 |
揚迪粉 |
0.80 |
從結果看，邯邢精粉、PB粉、巴西卡粉、淶源精粉、紐曼粉、的液相流動性指數較低，均小于0.7；揚迪粉、高堿度精粉、南非粉的液相流動性指數適中，處于0.7～1.6范圍內。
燒結配礦時，要考慮將不同液相流動性的礦粉搭配使用，保證混合料的液相流動性適宜，這對提高燒結成品率和強度具有積極意義。
3.3黏結相自身強度
黏結相自身強度指鐵礦石在燒結生產過程中形成的液相對其周圍的核礦石進行固結的能力，它在很大程度上決定了燒結礦的強度，足夠的黏結相雖然是燒結礦的固結基礎，但黏結相的自身強度也是非常重要的因素。實驗中以小餅抗壓強度值作為該礦粉的黏結相強度，邯鋼燒結常用鐵礦粉黏結相強度如下表4：
表4 邯鋼鐵礦粉的黏結相強度 / N
Handan Iron and steel slag binder strength
|
原料名稱 |
粘結性強度/N |
原料名稱 |
粘結性強度/N |
|
4904.0 |
巴西卡粉 |
4257.0 |
|
|
高堿度精粉 |
182.0 |
南非粉 |
2568.0 |
|
邯邢精粉 |
3923.4 |
紐曼粉 |
2524.0 |
|
PB粉 |
2461.0 |
揚迪粉 |
1015.0 |
燒結一般要求鐵礦粉的黏結相強度＞2000N較合適。從結果看高堿度精粉、揚迪粉黏結相強度在2000N以下，高堿度精粉最低為182N，其他礦粉黏結相強度均大于2000N，巴西卡粉和淶源精粉都在4000N以上。因此在燒結配礦時，要根據互補原則，將不同黏結相礦粉搭配使用，從而提高燒結礦強度。
3.4鐵酸鈣（SFCA）生成特性
指鐵礦石在燒結生產過程中復合鐵酸鈣的生成能力。在燒結粘結相中，復合鐵酸鈣（SFCA）粘結相是最優的，增加其含量既有利于提高燒結礦強度，又能改善燒結礦還原性。邯鋼燒結常用鐵礦粉礦物組成如下表5：
表5 邯鋼鐵礦粉微型燒結試樣的礦物組成 / %
Handan Iron and steel slag micro sintering mineral composition of sample
|
礦粉名稱 |
金屬相 |
|
黏結相 |
氣孔 |
||
|
磁鐵礦 |
赤鐵礦 |
|
鐵酸鈣 |
硅酸鹽 |
||
|
0~5 |
15~20 |
|
30~35 |
25~30 |
20~25 |
|
|
高堿度精粉 |
35~40 |
5~10 |
|
0~5 |
40~45 |
15~20 |
|
邯邢精粉 |
30~35 |
5~10 |
|
0~5 |
40~45 |
25~30 |
|
PB粉 |
30~35 |
少量 |
|
15~20 |
30~35 |
18~23 |
|
巴西卡粉 |
少量 |
20~25 |
|
20~25 |
30~35 |
18~23 |
|
南非粉 |
15~20 |
10~15 |
|
10~15 |
25~30 |
35~40 |
|
紐曼粉 |
35~40 |
少量 |
|
25~30 |
20~25 |
40~45 |
|
揚迪粉 |
50~55 |
5~10 |
|
30~35 |
20~25 |
35~40 |
從結果看，淶源精粉、巴西卡粉和南非粉的鐵酸鈣生成能力較強，但南非粉氣孔率較高，其黏結相強度相對稍差，高堿度精粉的鐵酸鈣生成量最少，其粘結想強度最差。
4燒結優化配礦研究
4.1配礦原則及方案設計
通過以上研究可知，每種鐵礦粉都有獨特燒結高溫特性。配礦結構優化中應運用鐵礦粉互補特性，進行不同品種、比例鐵礦粉的搭配和組織，使混合礦各項高溫特性指標處于適宜水平，最終確保燒結礦質量及冶金性能滿足高爐強化需求。按照以上原則，并結合邯鋼各品種含鐵料資源情況，對燒結常用8種鐵礦粉設計了7組燒結優化配礦方案（見表6）。
表6 邯鋼優化配礦設計方案 / %
Design scheme of optimized ore blending in Handan Iron and Steel Company
|
編號 |
PB粉 |
紐曼粉 |
揚迪粉 |
巴卡粉 |
南非粉 |
邯邢精粉 |
淶源粉 |
高堿粉 |
鋼渣 |
氧化鐵皮 |
除塵灰 |
白云石 |
|
1 |
10.69 |
10.69 |
27.22 |
14.58 |
8.755 |
4.856 |
0 |
2.918 |
3.887 |
0.969 |
12.64 |
2.783 |
|
2 |
11.63 |
11.63 |
29.07 |
14.54 |
7.754 |
4.842 |
0 |
0 |
3.871 |
0.971 |
12.6 |
3.104 |
|
3 |
12.61 |
12.61 |
29.09 |
14.55 |
7.76 |
0 |
4.847 |
0 |
1.934 |
0.967 |
12.61 |
3.027 |
|
4 |
12.08 |
12.08 |
28.97 |
18.35 |
7.724 |
0 |
0 |
0 |
3.868 |
0.97 |
12.55 |
3.417 |
|
5 |
9.659 |
9.659 |
33.81 |
18.36 |
7.727 |
0 |
0 |
0 |
3.864 |
0.972 |
12.56 |
3.389 |
|
6 |
9.699 |
9.699 |
33.93 |
13.57 |
7.752 |
4.844 |
0 |
0 |
3.882 |
0.973 |
12.6 |
3.056 |
|
7 |
7.699 |
7.699 |
38.47 |
19.24 |
7.699 |
0 |
0 |
0 |
1.919 |
0.965 |
12.5 |
3.804 |
4.2燒結杯實驗結果
4.2.1燒結技術指標
表7 配礦試驗燒結過程的技術指標
Technical index of Proportioning Test of sintering process
|
編號 |
垂直燒結速度/mm·min-1 |
廢氣最高溫度/℃ |
燒損率/% |
成品率/% |
利用系數/t·m-2·h-1 |
|
1 |
24.49 |
414.00 |
19.76 |
83.82 |
1.78 |
|
2 |
28.57 |
393.00 |
21.10 |
88.98 |
2.16 |
|
3 |
28.57 |
581.00 |
20.81 |
88.30 |
2.03 |
|
4 |
28.57 |
648.00 |
20.79 |
83.23 |
2.06 |
|
5 |
25.00 |
431.00 |
19.48 |
82.69 |
1.80 |
|
6 |
28.57 |
395.00 |
21.24 |
87.24 |
2.00 |
|
7 |
31.58 |
472.00 |
21.24 |
84.07 |
2.16 |
由表7可知，各組方案的成品率、燒結利用系數相差不大，其中方案2和方案7利用系數最高，達2.16t/m2/h。
表8 配礦試驗燒結礦的粒度組成及轉鼓強度/%
Particle size and drum strength of sinter Proportioning Test
|
試驗 |
燒結礦粒級分布/% |
轉鼓指數 |
|||||
|
>40mm |
25-40mm |
16-25mm |
10~16mm |
5~10mm |
<5mm |
||
|
1 |
2.91 |
12.69 |
25.83 |
21.10 |
21.29 |
16.18 |
65.60 |
|
2 |
4.49 |
9.75 |
23.44 |
27.02 |
24.28 |
11.02 |
57.35 |
|
3 |
3.42 |
14.88 |
19.67 |
26.73 |
23.16 |
12.15 |
68.71 |
|
4 |
4.84 |
9.25 |
22.47 |
22.61 |
24.06 |
16.77 |
62.78 |
|
5 |
4.20 |
18.61 |
25.42 |
21.22 |
19.79 |
10.77 |
69.27 |
|
6 |
2.32 |
8.12 |
23.93 |
27.48 |
25.38 |
12.76 |
69.36 |
|
7 |
3.19 |
10.35 |
23.68 |
23.97 |
22.88 |
15.93 |
70.00 |
由表8可知，各組方案的燒結礦小粒級的比例較高，5-10mm粒級在20%左右；各方案的轉鼓強度差別不大，平均在66，方案7轉鼓強度最高，達到70。
4.2.2燒結礦的冶金性能
表9 燒結礦的低溫還原粉化率及中溫還原性
Low temperature reduction, powdering rate and medium temperature reduction of sinter
|
編號 |
RDI+6.3/% |
RDI+3.15/% |
RDI-0.5/% |
還原度/% |
|
1 |
36.93 |
68.68 |
6.82 |
81.07 |
|
2 |
43.77 |
70.93 |
5.91 |
79.08 |
|
3 |
35.53 |
67.44 |
6.94 |
83.36 |
|
4 |
39.46 |
69.92 |
6.79 |
82.54 |
|
5 |
41.60 |
74.91 |
5.59 |
78.75 |
|
6 |
40.44 |
70.19 |
7.02 |
84.24 |
|
7 |
42.51 |
74.64 |
5.39 |
80.31 |
由表9可知，各方案低溫還原粉化率及中溫還原性相差不大，其中方案7低溫還原粉化性能最好，還原度平均81.3%，方案6還原度最高，達84.24%。
綜合以上分析，7組燒結優化配礦方案絕大多數獲得了較好的燒結礦產量、質量及冶金性能指標，結果表明基于鐵礦粉高溫特性互補原理的燒結優化配礦方案具有科學性和可行性[1]，合理運用鐵礦粉高溫特性進行燒結配礦，可以提高燒結配礦的針對性和有效性，起到“事半功倍”的效果，對提高鐵礦粉利用水平，改善燒結礦產質量指標，強化高爐冶煉，降低鐵成本等有著重要的意義。
5生產效果
按照上述配礦互補原則及實驗結果，近年來邯鋼配礦結構中同化性較好的澳系礦粉占比45-50%，黏結相強度和鐵酸鈣生成能力較強的致密巴卡粉和南非粉配比在25%左右，同時考慮到燒結透氣性和產量，國內精粉配比控制在5-10%，每年以此為框架調整并優化配礦結構，在燒結和高爐生產上效果良好（見表10、表11和表12）
表10 邯鋼435m2燒結機生產指標情況
435m2 sintering machine production index
|
利用系數t/m3.h |
返礦率% |
品位穩定率% |
堿度穩定率% |
固體燃耗kg/t |
料層厚度mm |
機速m/min |
|
1.33 |
7.5 |
99.84 |
97.82 |
51 |
800 |
1.89 |
表11 燒結礦質量指標情況
The sinter quality indexes
|
燒結礦成分、強度及粒度 |
中溫還原度% |
荷重軟化溫度（℃） |
||||||
|
Tfe% |
SiO2% |
R2% |
轉鼓指數% |
平均粒度mm |
軟化開始10% |
軟化結束40% |
軟化區間10-40% |
|
|
57.1 |
5.19 |
1.86 |
81.09 |
22.47 |
89.13 |
1092.4 |
1230.2 |
137.8 |
表12 邯鋼3200m3高爐生產指標情況
Production indexes of 3200m3 blast furnace in Handan Iron and Steel Co.
|
燒結礦比例% |
利用系數t/m3.d |
焦比kg/t |
煤比kg/t |
燃料比kg/t |
煤氣利用率% |
|
78% |
2.47 |
330 |
140 |
510 |
50.8 |
6結論
（1）邯鋼燒結常用鐵礦粉不僅在化學成分上存在差異，而且在同化性、液相流動性、黏結相自身強度、鐵酸鈣生成特性等高溫性能方面也存在明顯差異；
（2）基于鐵礦粉高溫特性互補原理的燒結優化配礦，是在全面掌握鐵礦粉常溫特性和高溫特性的基礎上，在滿足燒結礦化學成分要求同時，實現鐵礦粉在高溫特性上互補搭配，以提高燒結配礦針對性和有效性，對改善燒結礦質量指標、降低鐵成本有著重要意義；
（3）針對邯鋼實際生產情況，基于鐵礦粉高溫特性互補原則設計的配礦方案，通過燒結杯實驗驗證了這一燒結優化配礦技術的科學性和可行性，并有效的指導了實際生產，使燒結礦質量指標能夠滿足高爐強化需求，對高爐順行、降低燃耗有著積極意義。
參考文獻
[1] 鐵礦燒結優化配礦原理與技術，范曉慧，2013.2.