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1 前 言
烧结生产中加入CaO的主要目的是使烧结矿成分达到一定的碱度要求，确保在高炉冶炼过程中少加或不加石灰石。但随着技术进步及高炉造渣参数的改变，对MgO的 要求也日趋严格。
济南钢铁集团总公司第一烧结厂（简称济钢第一烧结厂）在正常生产中使用的熔剂结构为轻烧白云石和生石灰，根据高炉原料结构的要求，烧结矿碱度一般控制在2.0左右，要求其中的MgO含量为2.0%。在这种情况下吨矿消耗生石灰40kg，轻烧白云石40kg。在对熔剂结构进行选择及优化时，应充分考虑烧结过程中的技术经济指标及生产成本两个方面，追求整体效益的最大化。分析认为在选择钙质熔剂过程中，用石灰石部分或全部取代生石灰，会因削弱了生石灰在烧结过程中的强化作用，引起各项指标的恶化。理想的熔剂结构应该是生石灰加白云石。这是因为生石灰加水消化后生成Ca(OH)2并放出热量,对强化生产过程具有三个方面的优势：（1）放出热量可以提高混合料温度；（2）自身有一定的粘结作用，有利于促进混合料的造球制粒；（3）具有较好的弥散作用，可以与混合料充分混匀与粘结，在焙烧过程中容易最大限度地生成液相或发生矿化反应，有利于粘结成块。
虽然增加焙烧过程的热量支出，但经济上却是合理的。而轻烧白云石加水后难以消化，不具备这些优势。为此，以白云石取代轻烧白云石作为熔剂优化的突破口，并进行了工业试验研究及分析。
2 白云石取代轻烧白云石的工业试验
2.1 试验条件
以正常的熔剂结构，即使用轻烧白云石与生石灰作为基准期，以白云石取代轻烧白云石作为试验期。基准期与试验期的中和料原料结构相同（见表1）。中和料的化学成分见表2。不同时期混合料配比见表3。
2.2 试验结果
基准期（2003.01.21～2003.01.28）与试验期（2003.02.09～2003.02.16）的各项主要经济指标及技术参数见表4、表5。操作工艺参数及产品粒度组成见表6、表7。
表1 基准期与试验期中和料原料结构 ％
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澳矿
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严迪
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巴西粗粉
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巴西精粉
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丹坡
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杂精粉
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钢渣
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返矿
|
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17.2
|
8.9
|
19.8
|
12.7
|
12.7
|
6.2
|
2.5
|
20.0
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表2 不同时期中和料化学成分 ％
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项 目
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TFe
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SiO2
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CaO
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烧损
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计划理论值
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62.53
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3.41
|
2.31
|
2.64
|
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基准期实值
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61.99
|
3.62
|
2.93
|
2.53
|
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试验期实值
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61.02
|
3.80
|
4.17
|
2.45
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表3 不同时期的混合料配比 ％
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时 期
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中和料
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生石灰
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轻烧白云石
|
生白云石
|
焦粉
|
|
基准期
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88.73
|
5.65
|
1.72
|
0
|
3.90
|
|
试验期
|
86.98
|
5.91
|
0
|
2.90
|
4.21
|
表4 不同时期烧结矿化学成分 ％
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时 期
|
TFe
|
FeO
|
SiO2
|
CaO
|
MgO
|
S
|
R
|
|
基准期
|
58.38
|
6.45
|
4.20
|
9.17
|
1.84
|
0.022
|
2.18
|
|
试验期
|
58.09
|
6.5
|
4.12
|
9.60
|
1.86
|
0.019
|
2.33
|
|
比 较
|
-0.29
|
+0.05
|
-0.08
|
+0.43
|
+0.02
|
-0.003
|
+0.15
|
表5 不同时期生产指标
|
时 期
|
日产量
/t.d-1
|
系数
/t.m-2.h-1
|
含粉率/%
|
转鼓指数/%
|
TFe稳定率/%
|
R稳定率
/%
|
焦粉
/kg.t-1
|
电耗
/kW.h.t-1
|
|
基准期
|
7963
|
1.884
|
9.77
|
72.28
|
94.55
|
88.54
|
44.2
|
32.77
|
|
试验期
|
8189
|
1.962
|
9.22
|
72.97
|
95.73
|
89.74
|
46.75
|
32.33
|
|
比 较
|
+226
|
+0.078
|
-0.55
|
+0.69
|
+1.18
|
+1.20
|
+2.55
|
-0.44
|
表6 不同时期的操作工艺参数
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时 期
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点火温度/℃
|
废气温度/℃
|
烟道负压/kPa
|
混合料水分/%
|
垂烧速度/mm.min-1
|
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基准期
|
989
|
90.9
|
13.39
|
7.01
|
24.08
|
|
试验期
|
1007
|
93.74
|
13.18
|
6.85
|
25.17
|
|
比 较
|
+18
|
+2.84
|
-0.21
|
-0.16
|
+1.09
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表7 不同时期的烧结矿粒度组成 ％
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时 期
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＞40mm
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40～25mm
|
25～10mm
|
10～5mm
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＜5mm
|
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基准期
|
6.50
|
10.17
|
48.14
|
25.42
|
9.77
|
|
试验期
|
5.19
|
9.69
|
49.82
|
26.08
|
9.22
|
|
比 较
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-1.31
|
-0.48
|
+1.68
|
+0.66
|
-0.55
|
3 结果分析
3.1 对生产指标的影响
从化学成分看，两个时期的最大区别是试验期烧结矿碱度根据济钢系统平衡的要求，提高到2.33（实际统计值），由此引起烧结矿品位下降0.29个百分点。按照正常规律，当碱度提高后，对烧结过程的脱硫反应极为不利，而在该试验过程中，烧结矿中的S含量不升反降。这与整个系统的稳定程度有关，同时也说明用白云石取代轻烧白云石后，改善了生产过程中的透气性及氧化性气氛。
试验期间的日产量比基准期提高226t，含粉率及转鼓指数等项指标都有不同程度的提高，但焦粉单耗明显上升，上升幅度达2.55kg/t，这一数值也与理论计算值相符。电耗下降的原因与产量的提高密不可分，就是说，尽管破碎系统的用电量上升了，但总的单耗下降。
3.2 工艺参数分析
试验期间的大烟道负压下降0.24kPa，废气温度上升2.84℃，混合料水分下降0.16个百分点。实际上，在试验期间，根据烧结理论，对相关参数进行了合理优化与调整，其中包括降水降碳（相对而言）、提高点火温度及增加料层厚度等方面。各种因素对透气性的影响有利有弊，但使用白云石粉取代轻烧白云石后，这些参数的变动，对烧结生产的技术经济指标有好的影响。
3.3 对烧结矿粒度组成的影响
由表7可以看出，试验期间产品的各种粒度组成变化不大，基本维持在原有水平。其中变化最大的是10～25mm粒级，增加1.68个百分点，小于5mm的筛分指数下降0.55个百分点。总的趋势是大于25mm的部分有所下降，小于25mm的部分有所上升，烧结矿的平均粒径稍有下降，但变化不大。因粒度的均匀程度有所提高，有利于高炉冶炼。
3.4 经济效益分析
工业性试验证明，使用白云石取代轻烧白云石后可使吨矿的焦粉单耗上升2.55kg，按目前市场焦粉单价为0.25元/kg，即吨矿成本上升0.64元。而轻烧白云石的单价为0.15元/kg，吨矿单耗40kg，吨矿总的费用支出为6.00元。白云石单价为0.05元/kg ,吨矿单耗40kg轻烧白云石需用64kg白云石取代，即吨矿的费用支出为3.2元。考虑到焦粉单耗上升后引起的费用支出，则熔剂结构优化后，吨矿可降低成本2.16元。按年产320万t计算，每年的降成本效益为691万元。
3.5 对焙烧过程及热制度的影响
在混合料的焙烧过程中，碳的燃烧自上而下依次进行，其中透气性最差的是燃烧带。因为一是燃烧带的温度最高，通过的气体体积最大，造成压差升高；二是燃烧带在高温条件下形成液相最多，也阻碍了气体的通过。在配用轻烧白云石的条件下，现场测定燃烧带的最高温度为1373℃，而在使用白云石取代轻烧白云石的条件下，用同一方法测定燃烧带的最高温度只有1321℃，比前者降低52℃。最高温度点降低的原因是使用白云石时，白云石在高温条件下分解吸热，削弱了燃烧带温度的高峰。白云石的理论分解温度为730～760℃，但在烧结焙烧的条件下，垂直烧结速度很快，在1300℃以上的高温条件下，仍然有白云石的分解现象存在。在用白云石取代轻烧白云石的生产过程中，伴随着燃烧带最高温度的降低，不但有利于铁酸钙的形成，而且强化了料层的透气性，对提高产量及改善工艺参数都具有积极意义。
4 结 论
4.1 在烧结生产中，合理的熔剂结构应该是生石灰（钙质熔剂）与白云石（镁质熔剂）相搭配，可以达到技术上可行、经济上合理的目的。
4.2 在选择镁质熔剂过程中，用白云石取代轻烧白云石，虽然引起焦粉单耗上升2.55kg/t，但因白云石价格便宜，可获得巨大的经济效益，而且有利于产量、质量的提高及工艺参数的改善。
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