國內褐鐵礦燒結技術發展現狀及影響因素分析

陳付振，孫俊波

z（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

綜述

國內褐鐵礦燒結技術發展現狀及影響因素分析

陳付振，孫俊波

z（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

高配比褐鐵礦燒結一直是降低鐵前成本的措施，為此國內各大鋼廠進行了大量褐鐵礦燒結試驗和工業試驗研究，針對褐鐵礦燒結存在的問題，結合各大鋼鐵企業的燒結生產實踐，總結和分析了褐鐵礦燒結技術的發展現狀，提出了褐鐵礦燒結的應對措施。

褐鐵礦；燒結；配礦

作為一種含有結晶水的赤鐵礦，褐鐵礦燒結越來越引起廣大冶金工作人員的重視，主要從兩方面因素考慮，一方面，褐鐵礦多為難選礦，采用選礦富集的方式難以有效的經濟利用，很多褐鐵礦的礦物結構復雜，不易粉碎細化，且需磁化后才能磁選；另外一方面，褐鐵礦成本低廉，與進口的大多數粉礦相比，褐鐵礦的價格要低得多，很多褐鐵礦的價格是高品位粉礦的一半左右。

為經濟有效利用褐鐵礦資源，同時針對褐鐵礦加熱失水后自然富集的特點，包括日本在內的諸多國家已經提出了若干燒結使用方案［1-4］，很多冶金企業的褐鐵礦比例已經達到50%左右。鞍鋼目前也配用了部分褐鐵礦，同時有意擴大其比例。本文從褐鐵礦燒結特點出發，針對褐鐵礦燒結現狀，對各企業技術措施進行分析，提出褐鐵礦燒結解決方案，以便對鞍鋼大規模使用褐鐵礦提供技術支撐。

1　褐鐵礦燒結現狀

褐鐵礦在我國和國外均大量存在，目前國內所涉及到的褐鐵礦主要有以下幾種，揚迪、FMG、越南粉和一些地方褐鐵礦。與大多數赤鐵礦和磁鐵精礦相比，褐鐵礦的品位較低［5-11］，一般不超過60%（見表1），硅含量較高，且燒損較大，大多數都在10%。從物理特性來看，褐鐵礦的微孔較多，品質疏松，水分吸收率較高。

褐鐵礦燒結和一般以赤鐵礦、磁鐵礦為主的燒結機理不同，褐鐵礦燒結過程中，由于其自身的空隙度大，反應速度快，冷卻速度也快，礦化時間不足，導致其礦相以赤鐵礦和鐵酸鈣為主，褐鐵礦燒結的礦相組成見圖1［2］，相比而言，以赤鐵礦和磁鐵礦為主要含鐵物料的燒結過程中，其燒結速度和礦化速度得到較好的控制，燒結產物中除赤鐵礦和鐵酸鈣以外，還出現了大量的磁鐵礦，赤磁鐵礦燒結的礦相組成見圖2［3］。

表1　部分褐鐵礦的化學成分（質量分數）　%

目前，國內各大鋼廠均大規模使用褐鐵礦，如寶鋼等鋼廠對褐鐵礦的配加比例已經提升到50%左右，表2列出了國內部分企業燒結試驗或工業試驗所用原料及其最高配比。

表2　國內部分鋼鐵企業的褐鐵礦燒結情況

從表2可以看出，褐鐵礦的應用在各個企業或實驗室的應用不一［12-15］，但應用效果都比較好，采用控制原料與燒結工藝的辦法獲得了理想的燒結性能指標。

總之，褐鐵礦同化性強和結晶水含量高的特點，為褐鐵礦燒結帶來三個不利影響：

（1）結晶水去除后留下了大量的孔洞，它的存在提供了大量的氣體傳輸通道，減少了燒結礦的礦化時間，降低燒結礦的質量；

（2）褐鐵礦本體疏松的特點不適合做燒結混合料的成球核心；

（3）褐鐵礦的同化溫度低，燒結時內部氣孔沒有致密化就會被液相包圍，惡化了燒結礦的產量、質量指標。

2　褐鐵礦燒結影響因素分析

燒結的影響因素分為原料因素和工藝參數，如：配礦結構、混合料水分、固定碳含量、抽風負壓、料層厚度和點火溫度等。本文從解決褐鐵礦燒結難題出發，就配礦結構、混合料水分、燃料用量和料層厚度、堿度5個角度，分析它們對褐鐵礦燒結的影響。

2.1配礦結構對褐鐵礦燒結的影響

適宜的配礦結構對燒結礦的質量起決定性作用。它對褐鐵礦燒結的影響表現在：褐鐵礦在混勻礦中所占比例超過30%，特別是褐鐵礦同外購粉礦相搭配使用時，燒結礦的產量和質量指標隨褐鐵礦配比升高而下降。

褐鐵礦的同化能力較強，液相生成力高，根據基礎特性互補的配礦原理，褐鐵礦燒結宜配加同化能力低、液相生成能力差的鐵礦。一般國內磁鐵精礦的同化能力都比較低（見圖3），因此大規模的采用褐鐵礦配加磁鐵精礦的鐵料配比方式成為褐鐵礦燒結的主流（見圖4）。

劉正平等人［11］針對越南太鋼褐鐵礦粉所做的試驗表明，磁鐵礦和褐鐵礦搭配使用，在70%褐鐵礦配比下,只要混合料水分、負壓和燃料合適,并采用1.70的堿度,燒結礦的各項指標可以達到高爐使用要求,但將配比控制在35%～45%之間,燒結礦的各項指標會更好。攀鋼燒結使用馬壩褐鐵礦粉實踐表明［5］，其鐵料中配加8%左右的褐鐵礦粉，60%左右的攀精礦和10%的印度粉后，燒結的產量和質量指標能夠滿足生產需要。但筆者認為，若采用褐鐵礦取代印度粉后，在保證燒結產量和質量的前提下還可以進一步提高褐鐵礦配比；劉振林［16］等人為濟鋼所作的研究表明，在中和料配比為澳洲粗粉10%、巴西粗粉12.5%、印度粗粉12%、澳洲褐鐵礦粗粉24%、巴西鐵精粉10%、鋼渣2.5%、國內雜精粉8%、返粉21%的情況下，當燒結堿度為2.2時，利用系數可達1.998 t/（m2·h），轉鼓強度為60%，而且+3.15為70.2%，可滿足高爐需求。此外，韶鋼等鋼鐵廠的燒結實踐也表明［17-18］，大量使用國內精礦的情況下，可以相當幅度的提高褐鐵礦的配加量，同時，還需要指出的是，返礦的增加也有利于褐鐵礦燒結。在褐鐵礦與磁鐵礦共同燒結的情況下，磁鐵礦可作為粘附層包裹褐鐵礦，并且，磁鐵礦的同化溫度高，則有利于褐鐵礦液相生成時氣體的排出，減少燒結孔洞，提高燒結的產量和質量指標，其目的和實現方法同SHS［1］工藝相似，而后者所添加的是以SiO2和MgO為主的高溫物質。

2.2混合料水分對褐鐵礦燒結的影響

混合料水分是燒結過程中影響熱量傳輸效率的重要因素。一般水分含量高，熱量傳遞的快，燒結速度就高，但水分過高，燒結過程中易形成過濕層，對燒結不利。褐鐵礦容積密度小，結構松散，孔隙率高、粘結性小，要求有較高的水分才利于造好小球。張清岑在其研究中提出［19］，褐鐵礦燒結時，由于料層透氣性較好，容積密度大，濕容量大，盡管過濕帶容納了較多的水分，但球粒并未全部破壞，仍能保持一定的透氣性，所以過濕對高水分的褐鐵礦燒結影響并不十分突出。同時，目前國內很多燒結企業大規模采用澳礦燒結，而澳礦適宜于低碳、低水燒結，所以在用褐鐵礦進行替代燒結時，混合料水分隨褐鐵礦配比增加而增加［11］。盡管如此，在實際的研究和生產中，褐鐵礦的水分控制并不高，特別是大多數實驗研究或工業應用中褐鐵礦配比不超過30%左右的情況下，同時又以褐鐵礦和磁鐵礦搭配使用的配礦條件下，適宜的水分含量應維持在8%左右。同時，采取一定措施也可降低混合料水分。BHP公司的研究人員［3］在對揚迪礦造粒研究的基礎上,開發了一種低混合料水分下燒結揚迪礦技術，該技術向造球用水中添加含糖物,以改變水的性質,研究發現含糖10%溶液可封閉揚迪礦中的孔隙,增加可用以顆粒間粘結的液體,從而改善料層透氣性。燒結杯試驗證明,10%的含糖溶液可大幅度提高生產率,該生產率甚至比赤鐵礦燒結還高。

2.3固定碳含量對褐鐵礦燒結的影響

固定碳含量是影響褐鐵礦燒結的重要因素，褐鐵礦含有結晶水，需要額外的能量去除結晶水，但是，褐鐵礦的同化溫度又比較低，不宜采用較高的燒結溫度。李艷茹等人的研究表明［13］，褐鐵礦燒結的適宜燒結溫度為1 240～1 300℃，此時，燒結礦中大量產生針狀鐵酸鈣，高于此溫度，針狀鐵酸鈣向板狀鐵酸鈣轉化，還有，褐鐵礦料層孔隙的封閉使炭在水平面上均勻燃燒，也降低了燒結成品率，所以探討合適的碳含量對褐鐵礦燒結具有重大意義。寶鋼［20］的經驗是配碳量在2.96%～4.53%范圍，隨著燒結配碳量提高，燒結生產率與成品率均明顯上升，但成品率在配碳量大于3.91%后增幅趨緩。燒結礦轉鼓強度呈先升后降趨勢，碳含量配比小于3.59%時，燒結礦強度隨配碳量增加而上升，燃料配比大于3.91%時，燒結礦強度下降。因此，碳含量配比以3.59%～3.91%范圍為最佳。越南太鋼的燒結研究表明［11］，在褐鐵礦與磁鐵礦的配比為7∶3的情況下，在方案1中,隨著焦粉的配比（8.5%～11.5%）逐漸提高,燒結速度沒有明顯變化,成品率逐漸升高,生產率變化不大，對轉鼓影響較明顯,配9.5%焦粉的轉鼓最好,相應的FeO為9.5%，但當褐鐵礦配比為30%時，焦粉含量增加對成品率、生產率、轉鼓指數無明顯提高。

2.4料層高度和抽風負壓對褐鐵礦燒結的影響

褐鐵礦對燒結的一個顯著影響就是其內部孔洞的存在對燒結礦礦化時間的影響，對其采取的措施有兩個方面，首先是消除孔洞，可采取配加磁鐵精礦或粘附高溫熔劑的方式解決；其次，減少孔洞內空氣的通過量，可采取的措施就是壓料、提高料層高度和降低抽風負壓。最佳的方案就是厚料層燒結褐鐵礦或者褐鐵礦偏析布料。攀鋼［5］的經驗是,料層提高到630 mm(扣除鋪底料)以上,短時間內可達700 mm(臺車擋板720 mm),燒結礦FeO控制在7.2%左右,實行高氧位厚料層操作。認為厚料層可以延長馬壩粉礦的同化時間、減少燒結礦的孔隙,提高燒結礦的致密度，燒結氧位高，可促進鐵酸鹽的生成及馬壩粉礦內針鐵礦的再結晶而致密化。而不必靠提高燒結礦FeO來提高燒結礦強度。寶鋼朱世宗等人則認為［20］，綜合考慮料厚對燒結利用系數和燒結礦冷態強度的影響，采用薄料快轉的方法，有利于提高燒結的產質量指標。

2.5堿度等對褐鐵礦燒結的影響

二元堿度對褐鐵礦燒結的影響表現在堿度越高，燒結礦相中鐵酸鈣的含量越高，燒結礦的還原性及強度較好，但在相同燃料加入量的情況下，燒結過程中液相形成的溫度較低，造成燒結礦的總體指標并不是最優；三元堿度，特別是MgO對褐鐵礦燒結的影響表現在MgO大部分固溶于赤鐵礦中形成類質同相的含鎂赤鐵礦,少部分取代鈣離子固溶于粘結相的硅酸鹽晶體中,因此,燒結過程中加入鎂的作用是通過鎂離子與赤鐵礦及硅酸二鈣中的Fe、Ca離子發生取代反應,穩定了這些晶體中的晶格,因此,MgO含量增加,強度增加,還原性變差,低溫還原粉化率變好［21-22］。

提高點火溫度和點火時間等也對褐鐵礦燒結具有很大的影響，一方面彌補了褐鐵礦結晶水消耗熱量帶來的熱損失，另外減少了燒結過程中上部的熱損失［23-24］。其他一些實驗研究也表明，壓料操作對褐鐵礦燒結具有較大影響［13，25］。

3　褐鐵礦燒結應對措施

根據褐鐵礦物化性能和礦物結構，以及對燒結過程的影響分析，結合鞍鋼鲅魚圈405 m2燒結機的生產工藝和原料條件，在褐鐵礦使用方面主要采取以下應對措施。

3.1優化配礦，調整原料結構

通過調整配礦結構，改善混合料的粒度組成，同時改善混勻礦燒結性能的匹配程度。由于褐鐵礦的同化性能強，在配入量較大時易出現過熔，故在配礦時應與同化溫度較高的磁選鐵精礦搭配使用，以確保燒結料層的熱態透氣性，避免燒結生產率降低和燒結礦質量變差。所以在配礦時增加了少量磁選鐵精礦 （弓磁和地產鐵精礦）的使用比例，使燒結過程礦化反應充分進行，確保燒結技術指標不因褐鐵礦的配入大幅度下滑。

3.2適當增加混合料水分

針對褐鐵礦粉濕容量大和制粒時適宜水分高的特點，需增加混合機內水分添加量，提高混合料的制粒性能和料層透氣性，改善燒結過程的氣體動力學。根據燒結杯試驗結果，大比例褐鐵礦燒結混合料水分控制要比赤鐵礦高1.5%～2.0%。

3.3增加燃料用量，放寬燃料粒度上限

由于褐鐵礦本身帶入大量的吸附水和結晶水，其蒸發和分解需要消耗一部分熱量；另一方面其中的鐵是以Fe2O3形態存在，要使Fe2O3變成液相或促進Fe2O3與脈石作用生成液相，均需要較高的溫度。因此，必須提高燃料配比，適當放寬燃料粒度上限，將0～3 mm粒級百分含量由95%下調到85%，這樣有利于延長高溫保持時間，促進褐鐵礦孔隙的閉合，避免液相滲入裂隙發生同化作用而造成脆化。

3.4提高點火溫度、延長點火時間

為了充分排除褐鐵礦顆粒內的結晶水，以保證燒結礦強度，可適當提高點火溫度，也可延長點火時間，來彌補燒結表層熱量的不足，并為料層內提供熱量，改善礦物的結晶狀態，提高表層燒結礦強度。

3.5適當壓料

燒結前對料面進行壓料，配合厚料層可增加臺車上燒結料的容積密度，同時減少料層的收縮量，減弱料層阻力的下降和料面風速的增加，提高燒結礦的強度和成品率。

4　結論

（1）褐鐵礦可以用于燒結生產，且在國內各大鋼廠均取得了較大的進展，目前其配比最高可達51%。

（2）褐鐵礦燒結采用同化溫度較高的褐鐵礦與國內精礦相搭配使用，各項燒結指標明顯變好。

（3）褐鐵礦燒結過程中，混合料水分隨褐鐵礦配比的增加而增加，但因不同品種的褐鐵礦物理特性不同，適宜混合料水分的增加幅度不同，在褐鐵礦配比不超過30%的情況下，混合料水分可維持在8%左右。

（4）褐鐵礦燒結過程中，燃料添加量比一般赤、磁鐵礦燒結要高，但因褐鐵礦同化溫度較低，碳含量不宜過高。

（5）針對鞍鋼現實狀況，若大幅度提高褐鐵礦在燒結中配加比例，最直接的方法就是減少澳礦的配加比例，提高本地精礦在燒結含鐵物料中的比例。

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（編輯 賀英群）

Current Development Situation on Technology for Limonite-sintering at Home and Analysis on Its Influence Factors

Chen Fuzhen,Sun Junbo
（Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China）

The sintering technology with high proportion of limonite is always the way to cut down the cost for iron-making beforehand.For this a large amount of experiments on sintering with Limonite and corresponding industrial application test researches were carried out by domestic large steel works.With regard to the problems existed in sintering with limonite together with the sintering production practice by many large iron and steel enterprises,the current development situation on technology for limonite-sintering was summarized and analyzed and then the countermeasures for limonite-sintering were proposed.

limonite;sintering;ore matching

TF124

A

1006-4613（2015）04-0008-05

陳付振，碩士，工程師，1999年畢業于西安建筑科技大學鋼鐵冶金專業。

E-mail:chen-fuzhen@163.com

2015-06-02