提升燒結礦成品率生產實踐

張永亮

（河鋼集團宣鋼公司煉鐵廠，河北 宣化 075100）

我國鋼鐵行業在繼續深入推進供給側結構性改革的過程中，進程總體平穩，但也出現了鋼材平均價格水平下降、進口鐵礦石價格上升的問題。企業生產成本持續走高，利潤空間縮減。為促進高爐煉鐵實現“高效率、高效益、低成本”的生產經營目標，宣鋼鐵前系統管理技術人員以提升燒結礦成品率為切入點開展了一系列的研究工作。宣鋼在線運行的3臺360 m2燒結機，燒結礦成品率指標在行業以及集團內同規模燒結機中處于中下游水平，通過開展技術攻關雖有一定提升，但還未達到領先水平。因此，為進一步實現節能降耗、提高經濟效益、改善環境，提高燒結礦成品率成為宣鋼鐵前燒結系統指標攻關的重要任務[1-2]。

1 宣鋼燒結礦現狀

目前，燒結礦成品率維持在81.5%左右，機燒損耗率10.08%，平均粒級20.63 mm，還原度82.4%。雖然較過去有一定進步，但與行業先進水平相比還有差距。工藝過程控制存在一定缺陷，參數調整思路不夠明確，關鍵技術經濟指標還有提升空間。

2 從機理研究出發提升燒結礦成品率措施

通過燒結礦成品率低的機理性研究，并基于針狀復合鐵酸鈣（SFCA）形成理論，以工藝改進及燒結礦成分優化控制為技術手段，增強燒結過程的氧化性氣氛、減少液相過熔作為改進方向，促進SFCA的充分發展，做到思路明確、有的放矢。

2.1 改善布料效果

2.1.1 穩定緩沖倉出料

緩沖倉經過長時間使用，倉體出現外鼓現象，造成下料不均勻，影響料面平整度。為解決該問題，安裝固定式可旋轉扇形閥，用于引導物料及控制出料口。扇形閥使出料口高度可調整范圍大大增加，調整范圍達到100～400 mm。同時，扇形閥上面加裝6個可活動的小料門，生產中扇形閥控制一定開度，控制整體的下料量并通過小料門進行微調，有效解決緩沖倉儲料不勻及雜物卡阻現象，提高臺車料面平整度，見圖1。

圖1 改善布料效果

2.1.2 促進垂直布料合理偏析

由于料層上、中、下部位物料粒度、成分和碳含量的分布對于燒結過程透氣性、反應有較大的影響，故厚料層燒結條件下物料的分布狀態引起技術工作者的重視。

為了獲得混料在臺車上的粒級分布，對燒結機不同部位進行取樣，分為縱向上、中、下，橫向北、中、南進行取樣，見第143頁圖2。結果見第143頁表1。

表1 燒結機斷面粒級分布（轉速15 Hz） mm

圖2 臺車斷面粒級分布取樣部位

從臺車水平粒級分布看，結果較為理想。中部粒級偏大，兩側粒級偏小，有利控制邊緣效應，無需調整。從垂直粒級分布看，由上至下逐漸增大，但上、下部粒級差僅為0.5 mm左右，偏析量過小。下部粒級小不利于消除過濕層對透氣性的影響，惡化料層透氣性。

九號輥布料由公頻改造為變頻后，為減少九輥消耗，轉速調整為15 Hz左右。分析認為，造成上、下部粒級偏析量小的主要因素為九號輥布料出現問題。應從九號輥安裝角度、間隙調整、轉速調整方面入手。

九號輥角度由40°調整為37.5°，間隙由8 mm改為4 mm，并根據不同轉速測定上、中、下部混料粒級分布。結果見表2。

表2 九號輥轉速與偏析量關系 mm

由表2可知，通過優化九號輥轉速，25 Hz范圍內混料偏析最理想。進一步提高九號輥轉速，臺車落料點堆尖加大而加劇上部大顆粒偏析，減少下部大顆粒，惡化料層透氣性。

控制合理的九號輥轉速，混料沿垂直方向分布得到改善，偏析量趨于合理，提高了料層氣相中的氧分壓，為鐵酸鈣的生成創造了有利條件，有利于減少鐵橄欖石、硅酸二鈣、玻璃質等強度低、還原性差的礦物含量。

2.2 改進工藝操作

2.2.1 工藝管理制度創新

隨著項目的逐步實施，對工藝操作穩定性提出更高要求。為此，技術工作者提出了關鍵工藝參數受控率概念。將抽象的穩定概念用具體的受控率數據體現出來，并建立相應的日核算、月考核制度。根據實際測算，將最關鍵的終點位置、終點溫度受控率規定為96%以上。制度運行后，終點受控率由95%提高至98%，為穩定工藝參數奠定了制度基礎，燒結礦指標明顯改善。

2.2.2 實施800 mm厚料層燒結生產

隨著燒結機向大型化發展，料層厚度也逐步提高。宣鋼3臺360 m2燒結機料層厚度先后提高至800 mm。同時，為抑制邊緣效應，臺車兩側布料高出5 mm，并用單獨小壓料輥壓實。研究表明，料層厚度為200 mm時，自動蓄熱率為35%；400 mm時為52%，600 mm時為62%，800 mm時可以達到70%。料層厚度提高為增強燒結過程的氧化氣氛提供了條件，低溫燒結得以實現，從而減少了燒結礦中硅酸鹽含量，有利于SFCA發展。

2.2.3 穩定入燒混合料水分控制

燒結生產中，水、碳是保證燒結工藝穩定性的關鍵。通過優化自動加水流程，使入燒混合料水分穩定率由過去的80%左右提高至90%以上。在滿足工藝需求的前提下，混合料入燒水分由7.6%逐步下調為7.2%。水分穩定率提高，促進了制粒過程的均勻性；入燒水分的降低，減弱了過濕層的影響，極大地提高了燒結生產的連續性、穩定性。

2.2.4 優化點火制度

點火操作是鐵礦石高溫燒結的起點，是燒結工藝承上啟下的重要環節，也是燒結過程的基礎。點火效果的好壞直接影響燒結過程能否順利進行及表層燒結礦質量。點火溫度過低，點火強度不足或者點火時間不夠，都會促使料層表面欠熔;點火溫度過高或點火時間過長，又會造成燒結料表面過熔形成硬殼，影響空氣通過，降低料層的透氣性，氧化氣氛減弱。

適宜的點火制度必須根據原燃料條件及混合料中水分選擇適當的空燃比、點火溫度及點火負壓。宣鋼精粉比例由10.5%逐步提高至20%，燃料結構中汽運燒結無煙煤粉比例由35%提高至47%，入燒水分基數由7.6%下調至7.2%。精粉比例的提高、燃料粒度的變小，使料層上部分布的磁鐵礦、燃料增多，原有的點火制度已不適應原燃料結構的變化，常導致過熔現象發生，影響料層透氣性。根據原燃料條件變化，點火溫度由1100℃±50℃調整為1050℃±50℃；空燃比由3.5～5.0調整為4.5～6.0。同時，實施微負壓點火，點火負壓由-10.0 kPa調整為-7.0 kPa。調整后，點火效果改善，氧化氣氛得到加強。

2.2.5 動態優化燃料粒級

燒結生產中，同等原料條件下，燃料粒級對燒結過程具有較大影響。粒級越小，燃燒速度越快，高溫保持時間越短；粒級越大，燃燒速度越慢，燃燒帶越厚，大顆粒周圍還原氣氛強，且易偏析至料層底部造成過熔，惡化料層透氣性。宣鋼入燒原料中，外粉屬于粗顆粒物料，配加比例不同對燃料粒級要求不同。在嚴格控制燃料粒級＞5 mm、含量不超過10%、杜絕出現燃料粒級＞8 mm的前提下，逐步摸索出不同外粉比例條件下適宜的燃料粒級（＜3 mm的含量）。結果見表3。

表3 燃料粒級動態控制范圍

通過動態優化入燒燃料粒級范圍，保證在不同原料條件下適宜的液相量，改善了燒結礦質量指標。

2.3 優化燒結礦成分

2.3.1 FeO的優化控制

溫度和氣氛是SFCA生成的重要條件。對于磁鐵礦來說，SFCA形成的最佳溫度區間為1230～1250℃，赤鐵礦為1250～1270℃。溫度過高，SFCA出現高溫分解現象。控制燒結溫度意味著控制燃料用量，最終體現在燒結礦FeO指標上。較高的FeO含量，燒結氧化氣氛降低，黏結相以鈣鐵橄欖石和玻璃質為主，低溫還原粉化性能好，但強度和還原性較差。降低燃料用量，可以保證燒結過程較強的氧化性氣氛，燒結礦w（FeO）由9.75%逐步下調至9.2%左右，鐵酸鈣生成量增加，同時有利于降低燒結溫度，克服SFCA的高溫分解特性，保持SFCA的穩定存在，抑制了硅酸鹽類礦物的生成。

2.3.2 SiO2的優化控制

一般情況下，混料中適宜的SiO2含量能夠生成足夠的液相把周圍的礦粉黏結起來，提高燒結礦強度。但燒結過程中SiO2與CaO的親和力較強，過高的SiO2含量會導致鐵酸鈣減少，硅酸鈣等硅酸鹽類礦物增加，硅酸鈣相變產生體積膨脹，引起燒結礦粉化，降低轉鼓強度。但SiO2含量過低，則導致燒結礦黏結相數量減少，流動性下降，使燒結礦強度、成品率下降。

宣鋼根據自身原料條件，充分發揮當地精粉資源優勢，結合性價比測算，科學配礦。以SiO2含量中等的PB粉、澳粉和低鈦半自熔為主，合理搭配卡粉、自熔精粉等低硅資源和FMG混合粉、楊迪粉等高硅資源，根據性價比變化，在保證成本和燒結礦性能的基礎上動態調整，實現了w（SiO2）穩定控制在5.1%～5.5%。

2.3.3 堿度的優化控制

燒結礦堿度與鐵酸鈣生成密切相關，SiO2含量一定時，提高堿度有利于提高CaO的分散性和均質性，促進與SiO2形成低熔點物質的液相組織，減少玻璃質含量。同時，使得CaO與Fe2O3接觸點增多，促進鐵酸鈣的生成量增加。除此之外，還可以改善燒結過程中的熱態透氣性，提高垂直燒結速度，增加黏結相數量，改善燒結礦強度和還原性能。在實際生產中，燒結礦堿度下限由1.9倍提高至1.95倍，根據爐料平衡需求在1.95倍～2.15倍動態調整。

3 實施效果（見表4）

表4 燒結礦技術經濟指標

通過技術措施的實施，燒結礦質量指標提升明顯且保持穩定，降低了燒結礦成本。與2019年基準期比較，成品率提高了1.73%，機燒損耗率降低了0.82%，轉鼓強度提高了0.11%，平均粒級提高了0.59 mm，還原度提高了0.7%。

4 結語

燒結礦成品率是燒結生產的一項綜合性技術經濟指標，燒結礦成品率的高低，在某種程度上反映了企業燒結生產過程控制水平的高低。通過一系列措施的實施，燒結成品率及其他性能指標提升，促進了燒結工序更加高效地利用礦粉資源，為高爐穩定運行及指標改善提供了有利條件。在項目實施過程中，節省了燃料用量，減少了CO2、SO2等氣體排放，具有良好的環保效益。