1 前言
马钢一铁总厂现有三台中型烧结机和九座中型高炉，烧结总有效面积为285m2，高炉总有效容积为3300m3，这种工艺配套，造成了烧结产能明显不足，高炉烧结矿入炉率一直不足62%。这一客观现状，迫使高炉不得不增加高价“块矿”和球团矿的使用量。而烧结矿的综合价位，较之两种代用矿，明显低廉，并且烧结矿的综合冶炼性能，较之“块矿”也有较大的优势。所以，在优质低耗的基础上，提升烧结产能，成为一铁总厂的一项迫切任务。
基于这一背景，马钢一铁总厂决定探索和遴选适合自身工艺条件的烧结增效剂，希望通过这类新技术的应用，达到增产、优质和降耗的目的。在经过一系列短周期定性试用几家添加剂之后，初步选择了效果较好的一种新型添加剂，作为进一步研究对象。
2 新型烧结增效剂的机理简析
烧结过程中，煤粉是在非可燃物的包围中燃烧的，与单纯的燃烧方式不同。这种“镶嵌式”燃烧方式，决定了煤的结构裂解和氧化不同于纯燃烧，效率不高。该增效剂可以通过控制和改变煤在燃烧中的结构裂解，提高煤的反应活性，达到提高燃烧效率、控制燃烧气氛和改善燃烧环境的目的。在改善煤的燃烧条件的同时，也增加了适量的氧离子，催化CO2的二次反应，产生CO，扩大了氧化区。这些无疑改善和提高了煤的有效使用水平，有利于烧结。
该增效剂一方面使得燃烧反应速度加快，另一方面由于燃烧废气中可燃气体减少，CO2和水分子含量增高，使得气体热容量增大，气体的传热速率加快，所以，烧结热波前沿移动速度和火焰前沿移动速度都同步提高，这促成了垂直烧结速度的加快，从而有利于增产节能。在正常配碳量的烧结料中，加入该增效剂，高温区的温度较之无增效剂要高。配加该增效剂后，烧结还原性气氛会增强，这减少和抑制了正硅酸钙的形成，有利于赤铁矿和铁酸钙的生成，从而为烧结矿强度的提高创造了有利条件。
这种新型增效剂是以低温烧结和燃煤气化理论作为基础的，归纳起来，主要起助燃剂、增氧剂、阻凝剂、稳定剂和催化剂等五种试剂的作用，对于提高烧结生产率，改善烧结矿的显微结构和还原性，降低燃耗，都有着积极的功效。
该烧结增效剂的主要化学组成见表1。
表1 某新型烧结增效剂的主要化学成分组成
|
化学组成
|
Fe3O2
|
CaCl2·2H2O
|
Aa2B4O7·H2O
|
Al2O3
|
MgO
|
稀土元素
|
其它
|
|
配 比/%
|
3-8
|
5-10
|
20-25
|
10-5
|
8-10
|
10-15
|
15-25
|
3 烧结增效剂在马钢一铁总厂的工业试验
3.1 原料条件及试验方法
3.1.1 原料条件
马钢一铁烧结系统只设置了一个简易的混匀料场，含铁原料只有50%左右参与混匀造堆，混匀矿占全料比40%。由于单堆吨位较小，只有3万吨左右，所以堆次更换频繁，基本上5-7天就要更换一个堆次，且料种不能长周期稳定。
表2给出了试验期间混匀矿的堆次、配比及化学成分。表3是试验期间各堆混匀矿成分的波动数据统计。表4给出了试验期间全料比的配用情况。
表2 各堆混匀矿配料比及其化学成分
|
品种
|
TFe（%）
|
SiO2（%）
|
CaO（%）
|
MgO（%）
|
Al2O3
（%）
|
S
（%）
|
P
（%）
|
|
|
192
|
193
|
194
|
195
|
196
|
197
|
|
轧钢皮
|
69.61
|
2.75
|
2.00
|
0.5
|
0.8
|
0.08
|
0.03
|
12
|
8
|
8
|
8
|
|
|
|
桃精
|
55.76
|
7.15
|
5.32
|
0.51
|
0.40
|
0.13
|
0.009
|
9
|
9
|
8
|
7
|
6
|
7
|
|
姑粉
|
53.00
|
17.00
|
1.05
|
0.28
|
0.83
|
0.06
|
0.33
|
10
|
9
|
10
|
8.5
|
8
|
8
|
|
恰那粉
|
63.30
|
3.33
|
0.03
|
0.15
|
1.90
|
0.02
|
0.06
|
|
|
12
|
12
|
18
|
6
|
|
麦克粉
|
63.71
|
3.33
|
0.49
|
----
|
----
|
0.022
|
-----
|
17
|
25
|
|
|
|
16
|
|
炉灰
|
36.65
|
7
|
6.05
|
1.92
|
2.15
|
0.3
|
0.074
|
12
|
10
|
10
|
10
|
12
|
12
|
|
烧粉
|
57
|
5.5
|
9.7
|
2.8
|
1.45
|
0.035
|
0.02
|
20
|
26
|
25
|
25
|
28
|
30
|
|
混粉
|
56.93
|
5.10
|
8.5
|
1.0
|
0.66
|
0.18
|
0.009
|
|
10
|
6
|
8
|
5
|
|
|
钢渣
|
15.85
|
11.96
|
46.79
|
7.82
|
---
|
---
|
----
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
3
|
|
印果粉
|
62.5
|
4.00
|
0.10
|
0.47
|
2.20
|
0.01
|
0.03
|
17
|
|
18
|
18.5
|
20
|
18
|
|
污泥
|
55.8
|
1.9
|
12
|
4.12
|
---
|
0.155
|
0.066
|
2
|
2
|
2
|
2
|
2
|
2
|
|
合计
|
|
|
|
|
|
|
|
102
|
102
|
102
|
102
|
102
|
102
|
注：配比达102%，是因为污泥2%未参加内配料。
表3 试验用混匀矿的化学成分、标准偏差
|
混匀矿堆
|
TFe
|
SiO2
|
CaO
|
S
|
H2O
|
|
X
|
Max
|
Min
|
σ
|
X
|
Max
|
Min
|
σ
|
|
192#
|
55.17
|
55.85
|
54.20
|
0.4864
|
5.65
|
6.19
|
4.80
|
0.3820
|
5.62
|
0.07
|
7.08
|
|
193#
|
55.45
|
56.43
|
54.68
|
0.3859
|
5.89
|
6.76
|
5.07
|
0.5186
|
5.89
|
0.07
|
7.17
|
|
194#
|
55.10
|
56.24
|
54.49
|
0.4236
|
5.97
|
6.71
|
5.46
|
0.3592
|
5.78
|
0.06
|
7.28
|
|
195#
|
55.15
|
56.34
|
54.10
|
0.5325
|
6.42
|
7.23
|
5.50
|
0.5007
|
5.99
|
0.07
|
7.34
|
|
196#
|
55.49
|
57.02
|
54.29
|
0.7521
|
6.17
|
6.83
|
5.67
|
0.2949
|
6.14
|
0.06
|
7.22
|
|
197#
|
55.19
|
56.04
|
54.42
|
0.5057
|
6.36
|
7.30
|
5.90
|
0.4435
|
6.15
|
0.07
|
7.21
|
|
品种
|
TFe
（%）
|
SiO2
（%）
|
CaO
（%）
|
MgO
（%）
|
Al2O3（%）
|
S
（%）
|
P
（%）
|
与混匀矿各堆对应的配比（%）
|
|
192
|
193
|
194
|
195
|
196
|
197
|
|
巴西粉
|
65.02
|
3.54
|
0.07
|
0.15
|
1.9
|
0.015
|
0.009
|
6
|
6
|
9
|
9
|
9
|
9
|
|
卡拉粉
|
67.5
|
0.08
|
0.04
|
0.07
|
0.90
|
0.02
|
0.06
|
16
|
16
|
13
|
13
|
13
|
13
|
|
PB粉
|
62.55
|
3.55
|
0.10
|
0.30
|
2.20
|
0.08
|
0.02
|
17.7
|
18.1
|
|
|
|
|
|
哈布粉
|
62.00
|
4.20
|
0.10
|
0.47
|
2.30
|
0.01
|
0.03
|
|
|
19.4
|
20
|
20
|
20
|
|
桃粉
|
50.74
|
8.8
|
8.5
|
1.00
|
0.66
|
0.18
|
0.009
|
4
|
4
|
2
|
2
|
2
|
2
|
|
混匀矿
|
56.85
|
6.61
|
5.32
|
---
|
----
|
0.07
|
---
|
40
|
40
|
40
|
40
|
40
|
40
|
|
云粉
|
---
|
1.25
|
30.1
|
20.86
|
---
|
----
|
---
|
7
|
7
|
7
|
7
|
7
|
7
|
|
灰石
|
---
|
1.23
|
53.40
|
0.7
|
---
|
---
|
---
|
0.5
|
|
0.1
|
0.4
|
0.5
|
0.5
|
|
生石灰
|
---
|
1.13
|
87.09
|
0.06
|
---
|
----
|
---
|
5.3
|
4.9
|
5.1
|
5.1
|
5
|
5
|
|
煤
|
灰份
|
10.07
|
挥发份
|
10.60
|
C
|
79.33
|
----
|
3.5
|
4
|
4
|
3.5
|
3.5
|
3.5
|
|
合计
|
|
|
|
|
|
|
|
100
|
100
|
100
|
100
|
100
|
100
|
表4 试验期间全部配料比情况
从表2、表3可以看出，试验期间使用的6堆混匀矿的配比都不一样，原料条件变化大；混匀造堆过程相对稳定，混匀矿TFe、SiO2的标准偏差均在考核控制范围之内。（考核：σTFe≤0.85，σSiO2≤0.7）。
在配料工序，原料的配比相对稳定，有变化的是根据公司炉料配矿计划，在192、193堆用PB粉替代哈布粉，194-197堆又停配PB粉继续使用哈布粉，PB粉与哈布粉的化学成分基本接近。试验期间各种原料实物配料都非常准确，有专人进行校对；对生产影响较大的原料，其配比基本稳定不变，如混匀矿配比稳定在40%，生石灰配比稳定在5%左右。
3.1.2试验方法及过程
1）试验方法
此次试验选择在3#烧结机上进行，其有效烧结面积为105m2。烧结增效剂的配用地点选在配料室，具体位置处于两个煤粉给料皮带秤之间，见图1所示。增效剂由一条滑差电机控制的皮带给料，其料量通过滑差电机和小矿槽的下料口开口度综合调节。增效剂的配用量按烧结矿的0.03-0.05%范围控制。
试验周期设计为一个月。试验基准期取2006年1-7月份，取3#烧结机相应指标的综合平均值。
2）试验过程
试验于2006年10月1日小夜班正式开始。在整个试验过程中，除10月20日3#烧结机计划检修13小时外，其余时间烧结机生产比较稳定；在原料条件方面，试验期间一共用了6堆混匀矿(192-197堆)，混匀矿的TFe、SiO2的偏差都在控制范围内，生石灰配比除在29、30日出现较大的波动，配比从5%降到3%，其中29日11：00-16：00生石灰停配，对试验有一定影响外，其余时间配比基本稳定在5%左右。在操作方面，配料室重点做好了各个圆盘下料量的检测、电子皮带秤的校核工作，确保各种原料按计划配比配料；烧结生产仍然是按照“以负压定料层、以温度定机速”的操作思路进行操作，全月操作稳定、工艺参数控制在一个较为合适的范围。添加剂由专人24h负责添加，基本上是按吨烧结矿0.04%的比例添加的，做到添加过程连续、均匀，配比符合要求。整个试验于11月1日大夜班结束。
3.2 试验结果及分析
3.2.1 烧结机主要工艺参数
试验期间烧结机主要工艺参数，见表5所示。
表5 烧结机主要工艺参数试验前后对比
|
时间
|
机速
m/min
|
垂直速度
mm/min
|
总管负压
KPa
|
总管温度
℃
|
混合料固定碳
%
|
返矿残碳
%
|
|
基准期平均
|
1.444
|
23.33
|
15.46
|
118
|
3.005
|
0.983
|
|
试验期平均
|
1.486
|
23.88
|
15.37
|
117
|
2.969
|
0.956
|
|
对比,±
|
+0.042
|
+0.55
|
-0.09
|
-1
|
-0.036
|
-0.027
|
从表5可以看出，试验期与基准期总管负压、总管废气温度变化不大，试验期烧结操作水平稳定，都控制在合适的范围内。混合料固定碳试验期与基准期相比降低了1.2%，证明该增效剂在节能方面产生了一定的功效。
3.2.2 烧结矿产量及固体燃耗指标
试验期间，20日计划检修以及29、30日生石灰波动对试验有一定影响，该时段产量不纳入产量统计。根据统计，试验期间烧结矿产量达122763吨，烧结机利用系数为1.856 t/m2·h，较基准期1.814 t/m2·h提高了0.042 t/m2·h，提高幅度为2.32%；烧结固体燃耗为37.78 kg/t，较基准期40.72 kg/t下降了2.94 kg/t，降低幅度达7.2%。由此可知，烧结矿产量增幅不是很大，但烧结矿固体燃耗下降明显。
3.2.3 烧结矿质量指标
烧结矿质量主要从烧结矿理化性能指标及烧结矿粒级分布进行分析。从表6可看出，烧结矿化学成分由于烧结矿碱度考核指标为2.25倍，比基准期考核要求高，所以烧结矿TFe下降了0.25%。烧结矿FeO变化不大，试验期与基准期相比降低了0.03个百分点。
从表7中可以看出试验期的烧结矿质量与基准期相比有所提高，转鼓指数提高0.5个百分点，烧结矿抗磨和筛分指数分别降低0.22%和0.36%。主要原因是烧结氛围比基准期比有所改善以及试验期烧结矿碱度考核基数高（R=2.25倍）等。从烧结矿的粒级组成来看，试验期与基准期变化不大。
表6 烧结矿化学成分
|
|
TFe
|
SiO2
|
CaO
|
MgO
|
FeO
|
S
|
P
|
R2
|
|
基准期
|
56.52
|
4.88
|
10.42
|
2.58
|
8.00
|
0.020
|
0.080
|
2.14
|
|
试验期
|
56.27
|
4.81
|
10.68
|
2.49
|
7.97
|
0.018
|
0.076
|
2.22
|
|
对比
|
-0.25
|
-0.07
|
+0.26
|
-0.09
|
-0.03
|
-0.002
|
-0.004
|
+0.08
|
表7 烧结矿物理性能指标
|
项目
|
转鼓指数
|
抗磨指数
|
筛分指数
|
小于10mm
|
10-16
mm
|
16-25
mm
|
25-40
mm
|
大于40mm
|
|
基准期
|
74.11
|
3.97
|
3.58
|
17.20
|
17.34
|
18.31
|
22.15
|
22.26
|
|
试验期
|
74.61
|
3.75
|
3.22
|
17.18
|
17.17
|
18.35
|
21.78
|
25.57
|
|
对比
|
+0.50
|
-0.22
|
-0.36
|
-0.02
|
-0.17
|
+0.04
|
-0.37
|
+3.31
|
4 效益评价
试验期间，烧结矿固体燃耗下降了2.94 kg/t，故此项可节约成本：P1=2.94×0.92×680÷1000=2.00元/吨。
烧结矿增产带来固定费用的降低为：P2=25.32－25.32÷（1＋2.32%）=0.57元/吨。
试验期间，增效剂使用量为0.412Kg/t烧结矿，其单价按5800元/吨，故使用该增效剂后，吨烧结矿成本增加为：P3=5800÷1000×0.412=2.39元/吨。
所以，使用该增效剂后，烧结工序可产生综合经济效益为：P=P1+P2-P3=2.00＋0.57－2.39=0.18元/吨。
烧结矿质量提升、产量增加，在高炉可产生间接的经济效益，在此不另作计算。
5 结论
这种新型增效剂在马钢一铁总厂的试验，获得了初步成功。基于马钢现有原料条件和工艺装备，该增效剂能产生一定的综合经济效果，烧结过程也能得到一定的改善，尤其是可以显著降低烧结矿的固体燃耗。但在提高烧结产能方面，似乎效果不太明显，有待进一步试验探讨。该添加剂若在马钢现有工艺条件下进一步试用，需做以下方面的努力：要充分考虑富粉率较高、粒度较粗、透气性较好的原料条件，研制可以高效提升烧结产能的配方；增效剂的添加方式宜朝精确化方向改进；增效剂的强吸水特性有待攻克抑制。
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