摘要:本文简述了烧结生产中返矿的来源，返矿的种类及其在烧结生产中所起的作用，随着烧结生产发展趋势要求，返矿在烧结过程中的变化，以及根据烧结自动化控制的要求所作的有关返矿的工艺的调整，最后介绍了返矿控制模型。
关键词:返矿 烧结 料槽料位
1 前言
返矿是烧结过程的产物，也是烧结生产所用的主要物料之一，包括热返矿和冷返矿(烧结矿整粒系统产生的返矿和高炉槽下返矿)，占烧结混合料总量的30％以上，在烧结生产中起着重要的作用。返矿的数量和质量对烧结过程有着很大的影响，适量、稳定的返矿有利于烧结过程的进行，提高烧结生产率和烧结矿强度。因此，返矿控制对烧结生产有着不可忽视的意义。
2 烧结返矿
返矿包括未烧透和没有烧结的混合料以及小块的烧结矿，是烧结过程中的筛下产物。返矿的成分和烧结矿基本相同，但其TFe和FeO较低，并含有一定数量的固定碳，特别是未烧透时，固定碳含量可高达2.5％以上。返矿是整个烧结过程的循环物。由于返矿粒度较大，具有疏松多孔结构，表面粗糙，形状不规则，特别是对于细精矿烧结来说，返矿可以作为物料的制粒核心，改善烧结料粒度组成，改善烧结料层的透气性，提高垂直烧结速度；同时由于返矿中含有已经烧结的低熔点物质，它有助于烧结过程液相生成,热返矿还能提高料温，大大减轻过湿现象。因此，返矿是烧结过程的强化剂。返矿的强化作用取决于返矿的质量和数量，并要求返矿量的稳定。实践表明，烧结矿产质量在一定的范围内随返矿的加入量的增加而升高，但超过一定限度后，大量的返矿会使混合料的混匀、制粒效果变差，引起透气性变差而达不到烧结所需的温度以及返矿量的波动引起水、碳的波动等原因，而使产量和强度均下降。同时还应该看到，返矿是烧结生产中的循环物，它的增加就意味着烧结生产率下降，即烧结生产中，添加的返矿量超过一定数量后，透气性和垂直烧结速度的任何增加都不能补偿烧结矿成品率的减少。
返矿的加入对烧结生产的影响还与返矿本身的粒度组成有关。质量好的返矿应不含或少含未烧结生料，粒度绝大部分应该在0.5～5mm之间。如果返矿中细粒级太多，说明返矿中夹杂有较多未烧透的烧结料，这在烧结生产中会使烧结料中的含碳量波动，不利于烧结过程的进行；如果返矿中粗粒级过多，会影响混合料的制粒和混匀效果，同时在高温时间较短的烧结过程中来不及产生液相和发生粘结，影响烧结生产率。
3 工艺改造
热返矿可以提高混合料等温度，减少过湿等现象的影响，使用热筛节省了冷却设备，简化了烧结生产工艺流程。但同时也存在着一些问题：(1)热返矿难以准确的参加配料，数量不易控制，而其量较大，温度较高，使烧结料的粒度组成、水分和固定碳含量带来较大的波动，影响烧结生产正常进行；热返矿温度较高，恶化了造球效果；使用热返矿后，劳动条件恶化，易出现皮带事故；(2)热筛的使用使烧结设备落差变大，烧结矿摔打次数增多，使烧结矿中细粒级增多，影响烧结生产率；(3)热筛增加了烧结过程中的热损失，使带冷废气温度降低，不利于废气的余热利用；(4)由于筛除的是高温的烧结矿，设备磨损较大，易损坏，而且筛板易变形，松动漏料，引起停机，并使维修工作在较高的温度下进行，工作量大且危险性增加，停机影响烧结生产的稳定和设备作业率。
随着烧结生产自动化控制水平的逐渐提高，对影响烧结过程中的波动因素要求越来越严格，鉴于以上问题，取消热筛，去除热返矿成为烧结自动化控制和环境改善的一个必然要求。
济钢烧结机改造之前使用热筛，筛除的热返矿加入到二混圆筒前的皮带上，在2002年底进行了改造，去除了热筛，增加了冷返矿筛除设备，把筛下的冷返矿经皮带运送到配料室参与配料，并采取了烧结机扩容、热风烧结等相应措施，使烧结生产不仅没有受到去除热返矿的影响(改造前冷返矿配加入混匀铁料中参与配料)，而且使烧结生产有了较大的突破。改造前后工艺流程框图如图1(虚线为改造后去除部分)。
去除热筛后，采取了一些措施来消除其影响：
3.1 混合料温度的影响
热返矿去除后，最主要的就是对混合料温度的影响，全部使用冷返矿后，由于冷返矿流量稳定，便于配料控制，又有利于润湿，有利于混合料的混匀制粒，虽然混合料温度有所降低，下部有过湿层存在，但料层透气性提高后，过湿影响并不明显。
3.2 冷却效果的影响
取消了热筛后，在单辊破碎机和带式冷却机之间添设了偏析布料斗，使烧结完成的烧结矿经过破碎后途径偏析布料斗，在带式冷却机上进行偏析布料，形成下大上小的烧结矿粒级分布，减小了气流通过带冷机料层的阻力，在同等条件下提高了带冷机的冷却效率，同样达到了冷却效果。
3.3 对成品筛分能力的影响
热筛的去除加重了成品筛分的负担，对此也采取了相应的措施：一方面增添了5#冷筛，筛孔为5mm，筛除冷返矿；另一方面对冷筛筛孔进行了相应调整，将铺底料粒级由原来的10～20mm调整为8～15mm，保证了对成品烧结矿的筛分。
另外，由于去除了热筛后，节省了除尘设备，同时噪声的影响也大大降低，改善周围环境；热筛去除后使热损失减少，冷却效率提高后，废气温度提高，对热风烧结和余热锅炉等利用废气余热有利；同时由于筛板松动、漏料等原因经常引起的停机不在存在，提高了作业率；减少了设备同时降低了电耗。
4 返矿控制
控制返矿的目的就是要是返矿平衡。
返矿平衡是指烧结矿过筛得到的返矿与加入到混合料中的返矿的比例为1。返矿平衡是烧结生产得以进行的必要条件。在实际生产中，返矿若不平衡，就很难实现高产、优质、低耗，同时破坏生产的稳定；因为返矿的波动会造成烧结混合料中水、碳的波动，同时会使料层透气性、烧结矿中FeO含量及成品烧结矿中小于5mm数量急剧变化，造成烧结生产的恶性循环，使烧结过程难以控制。
返矿配入量是根据原料性质、料层厚度、添加剂(生石灰等)等的不同而有所变化(对于精矿粉烧结和后料层时可适量增多)。返矿控制使烧结混合料中有比较合适的、稳定的返矿量，保持返矿在烧结料中的比例恒定不变，具体化为控制返矿料槽料位稳定在一定的限度范围内，通过控制料槽料位来达到返矿的平衡。
返矿控制：在返矿料槽中根据实际的烧结生产情况设定一定的返矿料位值，根据测定的料位和设定的值来计算返矿的变化量。如图2。
实际生产中在线返矿比率计算如下：
RFRa=RFRB+a×RFRsp—RFRB
RFRa—混合料中返矿比率动态变化值
RFRB—返矿比率基准设定值
RFRSP—返矿比率限度设定值(与各个料位设定值相匹配的返矿比率)
a—系数，根据料位的测量值与料位的设定值计算得出
图2为根据返矿料槽料位设定值与测量值之间的关系返矿变化的一个示意图，从图中可以看到，在不同的料位设定值之间返矿比例的变化速率是不一致的。
L1一L2为基准料位变化范围，当测量值在此范围内时，返矿比例保持不变，返矿量随其它量(混合料量)的变化而变化；
当测量值L1一L3此范围内，返矿的比例保持不变，此时说明返矿料槽料位在上涨，此时超出基准值，返矿料位变化较大，偏离基准值，则可增加混合料中的燃料量，强化烧结过程，获得强度较大的烧结矿，保持平衡；
当测量值在L4一L2范围内时，返矿的比例保持不变，此时说明返矿料槽料位在下降，此时要降低混合料中配碳量，适当增加返矿量；
当测量值在L3以上时，返矿槽位已大大高于基准料位，返矿增长幅度较大，此时，应相应的增加混合料中返矿的比例，加大返矿的使用量同时增加燃料，使返矿槽位恢复到正常位置。
当测量值在L4以下时，返矿槽位已大大低于基准料位，返矿降低幅度较大，此时，应相应的降低混合料中返矿的比例，降低返矿的使用量同时减少燃料，使返矿槽位恢复到正常位置。
返矿料位设定方面，在一定范围内，料位的幅度越小，料槽剩余空间越大，返矿越容易到达平衡；料位的幅度太小，返矿变动就会比较频繁，易引起生产的波动；幅度太大，剩余空间就小，易引起返矿的满仓或空仓。因此应根据实际烧结用料(烧结原料性质)情况、料仓大小以及返矿的时滞等因素综合考虑。
返矿料位的控制与混合料槽的控制、燃料的使用、水分的添加以及烧结过程的控制都有密切的关系，是互相影响，互相制约的。因此返矿的控制应综合考虑以上控制因素。
5 结语
返矿在烧结生产中是不可或缺的一部分，合适的返矿数量和较好的返矿质量可以强化烧结过程，提高烧结矿的强度和产量，返矿波动在一定程度上影响烧结过程的正常进行，保证返矿质量和数量的稳定，对烧结生产有重要的作用。
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