梅鋼燒結配礦試驗研究與工業應用

田 豐

(上海梅山鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，江蘇 南京 210039)

目前梅鋼燒結使用的主要礦粉有PB粉、卡粉、哈揚迪、圖巴朗以及自產梅精礦。圖巴朗為常用的重要礦種之一，但自2019年1月之后，圖巴朗供應緊張，為了應對圖巴朗資源短缺，計劃在配礦過程增加新的礦種。梅鋼根據可供資源以及燒結“高鐵低硅”的特點，計劃引進有一定價格優勢，同時也經同行廣泛使用的西皮粉[1～2]。首先進行燒結杯試驗研究，根據試驗研究結果指導開展工業性試驗，掌握配礦的變化對燒結與高爐生產的影響，平穩實現燒結配礦結構的轉變。

1 燒結杯試驗

1.1 燒結杯配礦試驗

本次新礦種試驗以西皮粉為主，同時還有SFHT粉，西皮粉屬于澳大利亞FMG粉，SFHT礦粉產自巴西CVRD(淡水河谷)公司。本次燒結杯試驗主要以西皮粉部份替代圖巴朗及以西皮粉+SFHT粉全部替代圖巴朗的配礦方案。試驗的原燃料化學成分如表1所示，試驗以生產采用的年度配礦方案作為基準，試驗方案如表2所示。

表1 原燃料化學成分(%)

表2 燒結杯試驗配礦方案(%)

從表2可以看出，試驗1為6.1%的高硅粉SFHT和增加2.8%的哈混粉替代圖巴朗；試驗2和試驗3為高硅粉和西皮粉替代圖巴朗，試驗4為在基準組的基礎上，以8%的西皮粉替代部分的圖巴朗礦，試驗5中西皮粉配比進一步提升至10%。

試驗燒結料層為750 mm，點火時間為120 s，點火和冷卻負壓為8 kPa，燒結負壓為15.5 kPa。混合料一混采用人工混合，二混在混合料機中混合6分鐘，燒結混合料的實際上料量根據料層確定，燒結冷卻至150 ℃時倒料。燒結配料設定燃料(焦粉)配比為5.0%，外配返礦比例為23%，混合料水分按6.8%±0.2%控制，燒結礦的目標堿度為1.88，MgO含量按1.40%控制。

1.2 試驗結果

1.2.1 結礦技術指標

本次試驗燒結過程指標參數如表3所示，燒結礦成分列于表4。

結合表3可以看出，試驗1中使用哈混粉+SFHT礦替代圖巴朗礦后，燒結時間略有縮短，燒結礦轉鼓強度下降較為明顯，而成品率指標沒有明顯的變化。試驗2、3、5表明，當使用西皮礦和SFHT礦后，燒結時間略有提高，成品率改善明顯，轉鼓強度指標略有下降。試驗4與基準組相比較各項指標略有改善，成品率提升了1.62個百分點，轉鼓強度幾乎不變，利用系數略有提高。試驗5和試驗4相比較后發現西皮粉配比增加后，燒結礦質量略有下降。結合表4可以看出，配加西皮粉后，鐵品位得到較好地提升。當西皮粉配比分別為6%、8%和10%時，燒結礦鐵品位相應提升至58.38%、58.40%和58.42%，分別提高了0.3%、0.32%和0.34%個百分點。西皮粉的鐵品位為61.01%，比圖巴朗的鐵品位(為58.38%)高2.63個百分點，因此，增配西皮粉后有利于改善燒結礦鐵品位。鐵品位的改善，將有助于提升高爐入爐鐵品位，降低渣比和減少燃料消耗[3]。

表3 燒結杯試驗結果

表4 燒結礦化學成分(%)

1.2.2 低溫還原粉化性能

不同燒結杯試驗方案所得到的燒結礦的低溫還原粉化性能檢測結果如表5所示。

表5 低溫還原粉化性能檢測結果

從表5可以看出，試驗1具有較好的低溫還原粉化性能，還原進行轉鼓試驗后，大于3.15 mm的比例的RDI指標優于基準組。配加西皮粉和SFHT粉的試驗2和試驗3的RDI+3.15mm的指標均差于基準組(67.3%)，分別為65.6%和65.2%，分別比基準組低1.7和2.1個百分點。以西皮粉替代部份圖巴朗的試驗4和試驗5的RDI+3.15mm的指標較差，分別為63.3%和64.5%，分別比基準組低4.0和2.8個百分點，主要的原因是西皮粉為褐鐵礦，褐鐵礦在燒結后，結晶水蒸發，留下較多微孔，從而擴大了表面積，有利于CO與燒結礦的接觸還原，增加了低溫還原粉化的幾率[4-5]。后續在工業試驗期間，應密切關注低溫還原粉化指標，但在目前噴灑氯化鈣的情況下，低溫還原粉化指標不會對高爐造成太大的影響。

1.2.3 熔滴性能

熔滴性能檢測是模擬鐵礦石在高爐還原過程中發生的荷重和升溫還原條件下熔化滴落的特性。熔滴性能是評價鐵礦石高溫冶金性能的重要指標之一。

選定四組試驗，進行熔滴性能檢測，檢測結果列于表6。

表6 燒結礦熔滴性能檢測結果

由表中數據可知，軟化區間(T40-T10)試驗3和試驗4最小為92 ℃，比基準小8 ℃；軟熔區間(TD-T10)，試驗2最小，為377 ℃，比基準小39 ℃；熔滴區間(TD-TS)，所測三組試驗結果均優于基準。

2 西皮粉工業試驗

2.1 燒結工業性試驗方案

本次工業試驗方案，使用8%西皮粉替代部分圖巴朗，配礦方案與燒結杯試驗4方案基本差不多。燒結礦最終成分目標是：TFe≥58.0%；SiO2≈4.90%；MgO=1.40%；Al2O3≈1.80%；R=1.88倍。配礦結構詳見下表7。

表7 配加西皮粉工業性試驗原輔料配比(%)

2.2 使用西皮粉工業試驗結果與分析

根據工業性試驗方案，對試驗條件下生產的燒結產質量指標與基準期進行對比分析，研究使用西皮粉對燒結和高爐生產的影響。

2.2.1 燒結生產效率變化

試驗期間燒結利用系數結果如表8所示。試驗期利用系數與基準相比，燒結機的利用系數由1.106 t/m2·h提高至1.124 t/m2·h，燒結利用系數略有提高。

表8 燒結利用系數變化

2.2.2 燒結礦成分變化

試驗期間燒結燒結礦成分檢測結果如表9所示。可以看出，使用西皮粉后，燒結礦全鐵品位有所上升，燒結硅含量幾乎無變化，Al2O3含量略有降低。

表9 燒結礦成分檢測結果(%)

2.2.3 燒結礦粒度、強度及冶金性能變化

試驗期間燒結礦粒度、強度及冶金性能變化如表10所示。

表10 燒結礦粒度、強度及冶金性能變化

從表10可以看出，配加西皮粉后，燒結礦轉鼓強度、平均粒度變化不明顯，而5-10 mm粒級比例、成品率均有所上升，低溫還原粉化性能有下降趨勢。

由此可見，使用8%西皮粉替代部分圖巴朗后，低溫還原粉化性能有下降趨勢，其余指標均向好發展，配加西皮粉沒有對產量產生不利影響。

3 結論

1)配加西皮粉后，燒結利用系數略有上升，5-10mm粒級均有所上升，燒結礦轉鼓強度、燒結礦平均粒度變化不明顯。說明8%西皮粉不會對燒結礦造成負面影響，使用西皮粉替代部分圖巴朗粉方案可行。

2)配加西皮粉后，燒結礦鐵品位有所上升，將有助于提升高爐入爐鐵品位，降低渣比和減少燃料消耗，對高爐有利。

3)配加西皮粉后，Al2O3燒結杯試驗結果略有上升，工業試驗結果略有下降，但基本變化不大，不會對高爐排渣造成影響。

4)配加西皮粉后，低溫還原粉化性能有所惡化，但在目前噴灑氯化鈣的情況下，低溫還原粉化指標能得到保證，不會對高爐造成影響。

5)如后續圖巴朗停用，配加FMG西皮粉不利于提高燒結礦強度等重要指標，但同時搭配以高粘結相生成能力的SFHT礦將有利于燒結礦質量的改善，同時可以彌補因硅含量不足而出現燒結礦液相量變少而導致的燒結礦質量變差。兩種礦種的合理搭配可以使得燒結礦指標得到一定改善，在后續配礦計劃中可以考慮這兩種礦的搭配使用。