摘要  根据八钢将要投产的265m²烧结机的条件，研究了各因素对烧结生产的影响，提出了八钢265m²烧结机的适宜工艺参数。

关键词 八钢 烧结 工艺参数

l    前言

  265m²烧结机工程是八钢实现年产1000万t钢的重点项目之一，将对年产1000万钢提供原料保证。265 m²烧结机采用了自动配料、全生石灰烧结、无动力热风烧结、低炭厚料层、延长制粒时间、混合料水分的自动检测与控制、取消热筛、烧结矿筛分采用悬臂筛、高温废气预热混合料等烧结新技术，这些新技术的使用是确保265 m²烧结机产质量指标的前提条件。为了使八钢265 m²烧结机能尽快顺产，各项指标达到较好水平，降低生产成本与能耗，我们针对265 m²烧结机投产后的原料变化、工艺条件等开展烧结试验，优化烧结工艺参数。

2   原料条件

  乌恰矿是一种低硅、高钙、高品位富矿，是理想的入烧原料；入炉矿是一种高硅、低品位矿，不宜大量入烧；梧桐沟矿是一种高硅、低品位菱铁矿，烧失高达21．95%，不宜大量入烧。原料的化学成分见表1。

3    试验结果与分析

3．1不同混合料水分试验

  为选择合适的水分，本次研究分别进行了混合料水分为7．5、8．0％、8．5 %、9．2％的烧结杯试验。固定料层高度为650mm，铺底料重1．5Kg，约30mm厚；烧结矿碱度2．0、MgO2．5％，焦粉配比4．4％，试验结果见表2。

  表2表明，提高混合料水分，垂直烧结速度加快，且水分对烧结速度的影响非常大，水分由7．5％提高到9．2％，垂直烧结速度提高了11．14mm／min。主要是因为提高混合水分，混合料制粒效果改善所至。

    提高混合料水分，烧结矿的转鼓指数与成品率显著降低，混合料水分由7．5 %提高至9．2％，转鼓指数与成品率分别降低了8．27％与4．33％。造成上述结果的主要原因是：提高混合料水分，烧结速度加快，高温区保持时间缩短，液相快速冷却时内应力增加，及烧结矿显微结构中脆相玻璃质相增多。

    随着混合料水分的提高，在垂直烧结速度与成品率的双重作用下，利用系数显著升高，混合料水分由7．5％提高至9．2％，利用系数提高了0．78 t／m²．h。

    随着混合料水分的提高，固体燃耗随着成品率的下降而增加。

    随着混合料水分的提高，烧结矿FeO含量逐渐增加，混合料水分由7．5％提高至9．2 %，烧结矿FeO含量增加了1．74％。分析认为，主要是因为提高混合料水分，烧结速度加快，烧结氧化反应时间缩短，磁铁矿的氧化反应减弱。

    从以上分析可知，混合料水分对烧结指标的影响非常大，在本次试验条件下，混合料适宜水分为8．0～8．5％。

3．2不同焦粉配比试验

    为选择合适的焦粉配比，本次研究分别进行了焦粉配比为4．0％、4．4％、4．8％、5．2％的烧结杯试验。固定料层高度为650mm，铺底料重1．5Kg，约30mm厚；烧结矿碱度2．0、MgO2．5％，试验结果见表3。

    试验结果表明，焦粉配比对烧结指标影响很大，随焦粉配比的增加，烧结热量增加、烧结温度升高，生成的液相数量增多，成品率与转鼓指数都显著提高；焦粉配比由4．0％增加到5．2％，成品率提高8．81％，转鼓指数提高3．67％。

    随着焦粉配比的增加，垂直烧结速度变化不大；焦粉配比由4．0％增加到5．2 %，由于成品率升高，利用系数由1．78t／m²．h提高到2．02t／m²．h。

    烧结矿的FeO含量随焦粉配比的增加而升高，焦粉配比由4．0％增加到5．20％，FeO升高了2．66％。这是因为配碳量增加后，由于碳的不完全燃烧，烧结废气中CO生成量增加，气相分压比CO₂／CO降低，即烧结料层中氧位降低，还原作用加强，促使Fe₂O₃分解还原成Fe₃O₄，甚至还原成富士体。

    随着焦粉配比的增加，固体燃耗显著升高，焦粉配比由4．0%增加到5．2％，固体燃耗由44．84Kg／t增加到53．80Kg／t，升高了8．96Kg／t。

    综上所述，适当增加焦粉配比，有利于提高烧结矿成品率、转鼓指数、利用系数；但从节能降耗及提高烧结矿还原性来说，应采用低碳、高氧位烧结。综合比较，适宜焦粉配比为4．8％。

3．3不同烧结矿碱度试验

    本次研究开展了烧结矿碱度分别为1．6、2．0、2．4的烧结杯试验。固定料层高度为650mm，铺底料重1．5Kg，约30mm厚；烧结矿MgO2．5％，焦粉配比4．8％，试验结果见表4。

    提高烧结矿碱度，烧结矿的转鼓指数与成品率显著改善，烧结矿的碱度由1．6提高至2．4，转鼓指数与成品率分别提高了5．73％与1．63％。这是因为：①碱度提高后，烧结矿的矿物组成发生了显著变化，铁酸钙增多，玻璃相减少。在烧结矿中铁酸钙和玻璃相均为粘结相，铁酸钙的抗压强度为336N／m²，玻璃相仅为45N／m²，因此，高碱度烧结矿的矿物组成决定了它的高强度。②从矿物结构来看，高碱度烧结矿的矿相结构均匀，主要以熔蚀交织结构为主，这种结构使烧结矿强度进一步提高。③随着碱度提高，虽然硅酸二钙有所增加，但在高碱度烧结矿中，硅酸二钙均匀分布在铁酸粘结相中，因而8—2CaO．SiO₂比较稳定，不易转变成γ一2CaO．SiO₂。④高碱度烧结矿组成成分较简单，冷却过程中产生的内因力较小，这也有利于烧结矿常温强度的提高。

  随碱度提高，垂直烧结速度显著加快，利用系数逐渐提高，烧结矿的碱度由1．6提高至2．4，垂直烧结速度与利用系数分别提高了4．75 mm／min与0．15 t／m²．h。主要原因是垂直烧结速度取决于料层透气性的好坏，也是料层透气性的反映。烧结料层的透气性一般包括原始透气性和烧结过程透气性。提高烧结矿碱度，一方面，加入混合料中的生石灰量增加，有利于混合料的制粒，原始透气性改善；另一方面，由于混合料中添加的熔剂量增加，导致混合料的烧损增加，形成的气孔增加，烧结过程透气性变好。以上两方面的原因造成垂直烧结速度与利用系数提高。

  尽管随着烧结矿碱度的升高，成品率明显提高，但烧成率却明显降低，在两者的双重影响下，提高碱度，固体燃耗变化不大。

  随碱度提高，烧结矿FeO逐渐降低，烧结矿的碱度由1．6提高至2．4，烧结矿FeO降低了2．02％。

  从以上分析可知，提高烧结矿碱度有利于改善烧结指标，在生产许可的情况下，应尽可能提高烧结矿碱度。

3．4不同料层高度试验

    由于厚料层烧结充分利用了料层的自动蓄热，减少了混合料中的配碳量，发展了烧结时料层中的氧化气氛，所以厚料层烧结具有降低固体燃耗、提高烧结矿产质量等优点。60年代中期，特别是70年代以来，国内外不断向厚料层烧结方向发展。2003年我国烧结机料层高度平均为532mm，其中料层最厚的太钢、莱钢分别为700mm、716mm。八钢新建的265m。烧结机的料层高度为650mm。

  本次研究开展了料层高度分别为600、650、700mm烧结杯试验。固定铺底料重1．5Kg，约30mm厚；烧结矿碱度2．0、MgO 2．5％，焦粉配比4．8％，试验结果见表5。

      提高料层高度，烧结矿的转鼓指数与成品率显著改善，料层高度由600mm提高至700mm，转鼓指数与成品率分别提高了3．74％与3．24％。这主要是由于料层提高后，高温保持时间延长，有利于铁酸钙的发育和粘结相的发展；而且料层越高，料层中下部自动蓄热作用越强，在相同燃料配比时，料层中下部获得的热就越多，料层所能达到的温度也就越高，有利于液相的形成；[6]同时，表层强度较差的烧结矿相对减少。

      随料层高度的提高，垂直烧结速度减慢，料层高度由600mm提高至700mm，垂直烧结速度降低了3．47mm／min。其原因主要是，料层高度增加后，料层阻力增加所致。

     在垂直烧结速度与成品率的双重作用下，提高料层高度，利用系数降低，料层高度由600mm提高至700mm，利用系数降低了0．2t／m²．h。固体燃耗随成品率的提高而降低。在不降低燃料配比的条件下，改变料层高度，烧结矿FeO变化不大。

  从以上分析可知，提高料层高度可以显著提高烧结矿强度与成品率、降低能耗，但其主要缺点是烧结速度与利用系数明显降低。因此，提高料层高度必须与改善烧结料层透气性的一系列措施配套进行。

3．5不同富矿粉配比试验

    根据265m²烧结机投产后的烧结原料情况，本次研究开展了富矿粉配比分别为6％、12 %、18%的烧结杯试验，富矿粉包括入炉矿、乌恰矿与梧桐沟矿，固定三者比例为1：1：1。固定料层高度为650mm，铺底料重1．5Kg，约30mm厚；烧结矿碱度2．0，MgO2．5％，焦粉配比4．8%，试验结果见表6。

    从表6可以看出，随富矿粉配比的提高，垂直烧结速度加快，利用系数提高，富矿粉配比由6%提高至18％，垂直烧结速度与利用系数分别提高了1．53mm／min与0．1t／m²．h。其原因主要是，富矿粉配比增加后，一方面原料中粗颗粒部分比例增加，另一方面生石灰配比增加，以上两方面有利于混合料的制粒，混合料透气性改善。

    随富矿粉配比的提高，转鼓指数、成品率与固体燃耗变化不大。

    随富矿粉配比的提高，烧结矿品位降低，富矿粉配比由6％提高至18％，富矿粉TFe降低了1．20％。

    从以上分析可知，提高富矿粉配比可以提高利用系数，但烧结矿品位降低，富矿粉配比增加10 %，烧结矿品位降低1％。因此，为减少配加富矿粉而造成的品位降低，应控制富矿粉中SiO₂与TFe含量，富矿粉中SiO₂含量应小于6 %，TFe应大于55％。

3．6不同烧结矿MgO含量试验

    本次研究开展了烧结矿MgO含量分别为2．0、2．5、3．0％的烧结杯试验。固定料层高度为650mm，铺底料重1．5Kg，约30mm厚；烧结矿碱度2．0，焦粉配比4．8 %，试验结果见表7，烧结矿的矿物组成见表8。

   试验结果表明，烧结矿MgO含量由2．0%提高到3．0％，垂直烧结速度、利用系数、转鼓指数、成品率与固体燃耗均变化不大。从表8可知，烧结矿强度变化不大的主要原因是，不同MgO含量烧结矿的矿物组成中铁酸钙含量相差不大且粘结相总量变化不大。

    随烧结矿MgO含量提高，烧结矿FeO升高，烧结矿Mg()含量由2．0%提高至3．0%，烧结矿FeO升高了0．67％。主要是因为FeO—MgO是一个连续固溶体，可以相互固溶而没有任何限制。它可抑制Fe₃O₄在冷却过程中再氧化成Fe₂O₃，对Fe₃O₄有稳定作用。其次，MgO形成难熔化合物，燃烧带温度升高，烧结矿的FeO含量上升。

    研究表明，MgO含量为2．0％、2．5％、3．0％的烧结矿的显微结构主要为熔蚀交织结构，局部存在少量斑状结构。主要由铁酸钙起黏结作用，铁酸钙多呈针状、熔蚀状、片状。硅酸二钙呈针状、蠕虫状分布于烧结矿中。Fe₂O₃分布于孔洞边缘，呈骸晶菱形状。存在少量夹生。随着烧结矿MgO含量的下降，Fe₂O₃含量呈上升趋势。

  综上所述，烧结矿MgO含量在2．0％至3．0％范围内变化，对烧结诸指标的影响不大。

4结论

  (1)混合料水分是影响混合料制粒效果的重要因素，混合料水分对烧结指标的影响非常大，在本次试验条件下，混合料适宜水分为8．0～8．5％。

  (2)适当增加焦粉配比，有利于提高烧结矿成品率、转鼓指数、利用系数；但从节能降耗及提高烧结矿还原性来说，应采用低碳、高氧位烧结。综合比较，本试验条件下，适宜焦粉配比为4．8％。

  (3)提高烧结矿碱度可以显著改善烧结指标，在生产许可的情况下，应尽可能提高烧结矿碱度。

  (4)提高料层高度可以显著提高烧结矿强度与成品率、降低能耗，但其主要缺点是烧结速度与利用系数明显降低。因此，提高料层高度必须与改善烧结料层透气性的一系列措施配套进行。

  (5)提高富矿粉配比可以提高利用系数，但烧结矿品位降低，富矿粉配比增加10%，烧结矿品位降低1％。因此，为减少配加富矿粉而造成的品位降低，应控制富矿粉中SiO₂与TFe含量，富矿粉中SiO₂含量应小于6％，TFe应大于55％。

  (6)烧结矿MgO含量在2．0％至3.0%范围内变化，对烧结诸指标的影响不大。