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富氧烧结研究试验

黄克存，班友合，孟德礼，王温

(唐山国丰钢铁有限公司技术中心，河北 唐山 063300)

摘 要：为了获得高质量的烧结矿，降低烧结过程的消耗，根据国丰现有原料条件和烧结矿质量指标的要求，采用部分原燃料配备进行烧结富氧对比试验研究，测定富氧烧结相关参数及烧结矿冶金性能指标的变化，并根据试验结果进行了效益分析。

关 键 词：富氧；烧结；性能；测定；效益；分析

1 引言

烧结是一种氧化和还原的物理化学反应过程，烧结过程中的气氛是影响烧结指标和烧结矿质量的重要因素之一。富氧烧结出发点就源于烧结过程的氧化性气氛的提高。

铁酸钙是烧结矿中理想的粘结相，具有良好的强度和还原性。要形成以铁酸钙为粘结相的烧结矿需要一定的客观条件，生成针状铁酸钙的最佳条件为：①较高的碱度(CaO/SiO2=1．8～2．2)，只有在高碱度条件下，CaO与Fe2O3的结合力强。②较低的烧结温度(磁铁矿原料1230～1250℃，赤铁矿原料1250～1270℃)。③较长的高温保持时间，2～3min。④适宜的Al2O3含量，促进SFCA的生成。⑤良好的氧化气氛，有利于SFCA形成。

综合以上形成针状铁酸钙的条件，在烧结原料条件满足的情况下，低温和高氧化气氛是发展针状铁酸钙的必要工艺条件。为了强化烧结过程中的氧化气氛，可以采取厚料层、降低配碳和富氧烧结工艺措施。本文重点研究富氧烧结杯试验。

2 富氧烧结杯试验

2．1 试验方法与条件

烧结杯Ф300mm×600mm，烧结点火负压为8kPa，抽风负压为12kPa。

(1)垂直烧结速度

c=h/t

式中，c———垂直烧结速度，mm/min；

h———烧结料层高度，mm；

t———烧结时间，min。

(2)混合料的水分

w=(m1－m2)/m1×100%

式中，w———混合料含水量，%；

m1———烘干前混合料质量，g；

m2———烘干后混合料质量，g。

(3)成品率

经落下试验后，大于5mm的为成品烧结矿。

P=G/W2×100%式中，G———大于5mm的为成品烧结矿，kg；

W2———烧结饼重量(不含铺底料)，kg。

(4)粒度组成

将成品矿分别用40mm、25mm、16mm、10mm、5mm的筛子分级，称各级重量，计算＞40mm、25～40mm、16～25mm、10～16mm、5～10mm所占成品的百分比。

(5)转鼓强度

采用ISO1/2转鼓进行试验。

转鼓指数：T=m1/m0×100%

抗磨指数：A=［m0－(m1+m2)］/m0×100%

式中，m0———入鼓试样质量，kg；

m1———转鼓后+6．3mm粒级质量，kg；

m2———转鼓后－6．3～+0．5mm粒级质量，kg。

2．2 试验用原料成分

烧结试验原燃料成分及配比方案见表1～3。

由表1可以看出，赤(褐)铁矿配比达到67．5%，澳粉配比最高，达到28%，其次为科代尔巴西粗粉，配比为20．5%，所用外矿粉中以巴西精粉CVＲD品位最高，SiO2含量最低，低品矿粉配加量较少，只占10%。

3 烧结杯试验参数、结果与分析

3．1 烧结杯试验参数

为保证烧结料物理、化学性质一致，确保烧结试验的可比性，2次烧结试验同时配料、混匀、加水制粒且装料及操作也做到一致，见表4。

3．2 试验结果

烧结杯试验结果见表5～7。

3．3 烧结矿低温还原粉化性能测定结果

低温还原粉化性能测定采用国家标准方法(GB/T13242－91)，结果见表8。

3．4 试验结果分析

2种试验方案中，试验1为未富氧操作，试验2为0．75%富氧操作，通过试验结果可以看出，试验2较试验1在转鼓指数、烧结速度、成品率、还原性和烧结矿粒度组成各方面均由不同程度地提高，但烧结矿低温还原粉化性能和FeO含量却因富氧率提高、富氧时间延长而有大幅下降。

(1)试验2与试验1比较，烧结矿液相反应充分，矿质看起来优于试验1，2种烧结矿粒度组成都较为均匀，强度指标适当，烧结垂直燃烧速度适当，均适合实际生产。

(2)设试验1为基准，试验2较基准烧结速度、烧结成品率、转鼓强度均有上升，返矿率有所下降，富氧烧结使烧结过程中宏观氧化性气氛加强，燃料燃烧更趋充分，促使烧结液相形成，为生成更多优质铁酸钙粘结相提供有利条件，从而引起上述指标改善。富氧烧结使燃料燃烧充分，减少局部还原，使燃烧层温度升高，厚度增加，液相量增加，造成烧结料层透气性阻力增大。因此在试验2中烧结抽风负压大幅上升(见图1)，最高负压13877Pa，较试验1高1629Pa。随着液相量的上升，冷却结晶后造成烧结矿层透气性变差，致使烧结终点负压大幅升高，达到9572Pa，比试验1高1456Pa。

(3)富氧烧结使烧结过程中燃料燃烧更趋充分，燃烧层温度有所升高，加速烧结料层固相反应，烧结垂直燃烧速度加快，整体烧结时间缩短0．6min(见图2)。

(4)富氧烧结后烧结矿转鼓强度提高0．66%，说明富氧条件下，燃料的燃烧得到改善，烧结过程中氧化气氛得到加强，证明了富氧烧结对烧结结块和矿化起作用，提高了烧结矿的强度，成品率提升0．82%，返矿率下降1．81%，见图3。

(5)从烧结矿粒度组成方面来看，富氧烧结生产的烧结矿粒度组成更适宜高炉生产，对高炉煤气利用、焦比降低提供有利支撑，10～25mm粒级所占比例较试验1高0．95%。

(6)富氧条件下，燃料的燃烧得到改善，随着烧结上层热量的增加，烧结料层的自动蓄热作用，使烧结下层热量增强，但由于烧结的氧化气氛得到加强，烧结料层中的再生赤铁矿增加，烧结矿FeO含量下降0．36%。

(7)该烧结试验方案中主要原料为赤(褐)铁矿，配比达到67．5%，赤铁矿主要成分为Fe2O3，再加上富氧烧结造成烧结料层中宏观氧化性气氛加强，矿石中一部分Fe3O4氧化成Fe2O3，烧结矿中Fe2O3升高。在500℃低温区，由于热冲击和烧结矿中Fe2O3还原(Fe2O3－Fe3O4－FeO)发生晶体转变等因素，导致块状含铁物料的粉化，使烧结矿低温还原粉化升高。同时受现烧结厚料层、低碳工艺及试验机上冷却工艺影响，烧结矿中的磁铁矿再氧化，Fe2O3增加，导致烧结矿低温还原粉化指数下降12．14%。

(8)烧结过程混合料固体燃料配加量及其燃烧程度的不同，直接影响到烧结过程的气氛，从而影响到烧结矿的化学成分、宏观结构、矿物组成及其微观结构，最终必然会影响烧结矿的还原性。烧结矿中的铁酸钙矿物含量上升，烧结矿的还原性升高2．4%。

4 富氧效益分析

(1)使用0．75%的富氧吨矿提高的费用

富氧料层占烧结料层比例：

垂直燃烧速度(mm/min)×富氧时间(min)/烧结料层(mm)×100%

=21．82×12/600×100%=43．64%

以132烧结机为例(132烧结机烧结料层700mm，垂直燃烧速度15．91mm/min，烧结机速1m/min，风门开度90%，主抽风量13500m3/min)，现场富氧料层达到试验比例所需时间：

垂直燃烧速度(mm/min)×富氧时间(min)/烧结料层(mm)×100%

=15．91×x/700×100%=43．64%

x=20．37(min)

富氧有效抽风面积：

烧结机速(m/min)×富氧时间(min)×台车宽度(m)

=1×20．37×3=61．11(m2)

富氧率达到0．75%时吨矿所需氧气量：

主抽风量(m3/min)×风门开度×(富氧有效抽风面积(m2)/烧结有效抽风面积(m2))×0．75%×时间(min)/烧结台时(t/h)

=13500×90%×61．11/132×0．75%×60/180

=14．06(m3)

富氧0．75%时吨矿提高成本价格：

吨矿所需氧气量×氧气单价=14．06×0．44=6．19(元)

(2)烧结矿成品率提升对成本的影响

132烧结台时产量按175t/h计算：

富氧20．37min，烧结矿产量提升=175×0．82%×20．37/60=0．48(t)

按682．47元/t烧结矿计算，影响成本为682．47×0．48=3．27(元)

(3)总成本变化总成本

=节约费用－升高费用

=3．27－6．19=－2．92(元/t)

5 结语

通过分析富氧烧结试验结果，结合试验过程参数控制得出以下结论：

(1)富氧烧结使烧结过程中宏观氧化性气氛加强，燃料燃烧更趋充分，促使烧结液相形成，为生成更多优质铁酸钙粘结相提供有利条件，从而引起烧结速度、烧结成品率、转鼓强度均有上升，返矿率、FeO含量有所下降。

(2)富氧条件下，燃料的燃烧得到改善，随着烧结上层热量的增加，烧结料层的自动蓄热作用，使烧结下层热量增强，但由于烧结的氧化气氛得到加强，烧结料层中的再生赤铁矿增加，烧结矿FeO含量下降0．36%。

(3)富氧烧结造成烧结料层中宏观氧化性气氛加强，使矿石中一部分Fe3O4氧化成Fe2O3，导致烧结矿低温还原粉化指数下降12．14%。

(4)富氧烧结矿二元碱度控制在1．9～2．1之间，较高的碱度对富氧烧结形成具有良好冶金性能指标的复合型铁酸钙至关重要。

(5)配加富氧造成烧结矿成本的上升，对企业经济效益和降低成本工作不利，并且使烧结矿的低温还原粉化加剧(低温还原粉化指数下降12．14%)，对高炉稳定顺行有一定影响。