5號(hào)燒結(jié)機(jī)混合料水分對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響

江孝武

(上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039)

梅精礦作為梅鋼公司的自產(chǎn)礦，長(zhǎng)期以來(lái)幾乎沒(méi)有停用過(guò)，也是一直以來(lái)燒結(jié)配用比例較高的含鐵原料。隨著近年燒結(jié)產(chǎn)能的擴(kuò)大和外銷市場(chǎng)不斷開(kāi)拓，在目前的生產(chǎn)中，梅鋼公司5號(hào)燒結(jié)機(jī)使用的梅精礦配比較往年有所下降，一般在15%左右。但由于梅精礦礦物組成復(fù)雜，含粘性物質(zhì)較多、水分大時(shí)粘設(shè)備、水分小時(shí)結(jié)塊散不開(kāi)，給使用帶來(lái)了很多不便，燒結(jié)料層厚度不均，嚴(yán)重制約了燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量[1]。

一般認(rèn)為，水分在燒結(jié)過(guò)程中對(duì)強(qiáng)化燒結(jié)混合料制粒效果影響顯著，并有助于固體燃料的燃燒[2]。但混合料的加水量并不是越多越好，混合料含水量過(guò)大時(shí)，混勻制粒過(guò)程無(wú)法順利進(jìn)行，且在燒結(jié)過(guò)程中，過(guò)濕層變寬，影響料層透氣性；混合料含水量過(guò)小時(shí)，物料無(wú)法充分潤(rùn)濕、接觸，無(wú)法凝聚成球，減弱制粒效果。故而，合適的混合料加水量，對(duì)于燒結(jié)過(guò)程尤其重要，不僅可以保證燒結(jié)制粒效果，優(yōu)化燒結(jié)過(guò)程，而且對(duì)減少燒結(jié)燃料使用，降低燒結(jié)礦成本、提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量等都有著顯著的影響。

研究表明，對(duì)于不同的燒結(jié)混合料，其制粒所需的最佳水分差異明顯[3-6]。2007年，Manuel等[7]研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)確定礦物中SiO2、LOIT和Al2O3(1 mm)的含量，以及粒度分?jǐn)?shù)的百分比，可以準(zhǔn)確判斷最佳水分。2010年，Lv[8]等首次通過(guò)濕容量的概念來(lái)研究燒結(jié)混合料最佳含水量，對(duì)鐵礦粉的濕容量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和分析。實(shí)驗(yàn)表明，鐵礦粉濕容量主要受其粒度的影響，隨礦物粒度的減小而逐漸增加，在料層透氣性達(dá)到最佳時(shí)，M=6.94+0.12N(其中M表示濕容量，N表示鐵礦石的最佳配水量)。此方程表明當(dāng)料層透氣性最佳時(shí)，混合料所需的水分配加量隨著鐵礦粉濕容量的增大而增加。

本文以梅鋼5號(hào)燒結(jié)機(jī)配礦結(jié)構(gòu)及實(shí)際生產(chǎn)要求為基礎(chǔ)，主要研究混合料水分大小對(duì)梅鋼燒結(jié)礦質(zhì)量的影響，分析了不同加水量對(duì)梅鋼5號(hào)燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量的影響，指出在保持目前正常生產(chǎn)條件下，燒結(jié)礦滿足入爐條件時(shí)，梅鋼燒結(jié)混合料的最佳水分，為提高燒結(jié)礦質(zhì)量和產(chǎn)量提供了數(shù)據(jù)支持，以便進(jìn)一步指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

本試驗(yàn)期間，所使用的含鐵原料有：梅精粉、ore A、ore B、ore C、ore D等；燃料主要是焦粉；熔劑為堿性熔劑，主要為石灰石、生石灰、白云石。各種原料及燃料的化學(xué)組成分別列于表1。

表1 試驗(yàn)主要原料的化學(xué)成分 單位：%

由表1可知，梅精粉的全鐵和SiO2含量分別為58.06%和6.02%，是一種典型的酸性精粉。Ore A是一種典型的褐鐵礦粉[9]，其燒損較高，配比增加易導(dǎo)致燒結(jié)礦成品率下降。而梅精粉粒度較細(xì)，易結(jié)塊、散不開(kāi)，配比過(guò)高也不利于燒結(jié)[1]。因此，在實(shí)際燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)合理搭配各礦粉比例，保證燒結(jié)過(guò)程料層透氣性。在本試驗(yàn)中，礦種配比和實(shí)際生產(chǎn)保持一致，由煉鐵廠生技室給出。

表2 混合料配礦結(jié)構(gòu) 單位：%

1.2 試驗(yàn)方案

以梅鋼5號(hào)燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的實(shí)際配礦方案為基礎(chǔ)進(jìn)行燒結(jié)試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)條件如表3所示。各中間指標(biāo)均符合生產(chǎn)要求，混合料依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況做出變動(dòng)，水分按6.75%、7.0%、7.25%、7.5%、7.75%、8.0%控制。水分由公式

表3 工藝參數(shù)(基準(zhǔn))

W=(m2-m1)/m2×100%

確定，其中：W為混合料含水量，m2為混合料烘干前質(zhì)量，m1為混合料烘干后質(zhì)量，所用儀器為電熱鼓風(fēng)干燥箱(101A-1B型，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠)。

燒結(jié)完成后，經(jīng)破碎篩分，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取粒度大于5 mm部分作為成品礦對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)(GB 8029-1987)和低溫還原粉化性能(GB/T 13241-1991)檢測(cè)等。分析各燒結(jié)指標(biāo)與水分含量的關(guān)系，判斷混合料的最佳水分。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 水分對(duì)梅精礦燒結(jié)過(guò)程的影響

燒結(jié)礦混合料水分對(duì)梅精礦燒結(jié)過(guò)程的影響如圖1～圖3所示。

圖1 水分對(duì)燒結(jié)成品率的影響

圖2 水分對(duì)燒結(jié)利用系數(shù)的影響

圖3 水分對(duì)燒結(jié)礦FeO的影響

圖1為水分對(duì)燒結(jié)成品率的影響。由圖1可知，燒結(jié)成品率隨燒結(jié)混合料水分的增加，先升高后降低，在燒結(jié)混合料水分為7.5%時(shí)，燒結(jié)成品率最高，達(dá)到83.6%。在水分過(guò)大時(shí)，一方面在同燃料配比下，更多的熱量被用于水分蒸發(fā)，造成燒結(jié)過(guò)程熱量不足，有相當(dāng)比例的混合料未生成液相，導(dǎo)致燒結(jié)礦成品率降低；另一方面是水分過(guò)大時(shí)，造球階段易形成大球，在燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)燒不透現(xiàn)象，導(dǎo)致燒結(jié)礦成品率降低。

圖2為混合料水分與燒結(jié)利用系數(shù)變化關(guān)系。由圖2可知，當(dāng)燒結(jié)混合料水分提高時(shí)，燒結(jié)利用系數(shù)變化趨勢(shì)和燒結(jié)成品率變化趨勢(shì)保持一致，隨混合料水分的增加，燒結(jié)利用系數(shù)先增大后降低。在水分達(dá)到7.25%時(shí)，利用系數(shù)最高，為1.38 t·m-2·h-1。適當(dāng)提高燒結(jié)混勻礦水分，有利于造球，從而改善燒結(jié)料層的透氣性，縮短燒結(jié)時(shí)間，提高燒結(jié)垂直燃燒速度和燒結(jié)利用系數(shù)；在相同料溫下，水分過(guò)大使得過(guò)濕層過(guò)大，透氣性變差，燒結(jié)時(shí)間上升，造成垂直燃燒速度下降。同時(shí)成品率降低也是導(dǎo)致燒結(jié)利用系數(shù)下降的原因。

圖3為燒結(jié)礦FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨混合料水分變化趨勢(shì)圖。由圖3可知，燒結(jié)礦FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著燒結(jié)混合料水分的提高線性下降，在水分達(dá)到7.8%后，燒結(jié)礦FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)上升。這主要是由于水分升高，被用于水分蒸發(fā)的熱量增加，相應(yīng)的被用于燒結(jié)化學(xué)反應(yīng)的熱量降低，使得燒結(jié)礦FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。

2.2 混合料水分對(duì)梅精礦燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響

圖4為混合料水分對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響。隨著水分的增加，混合料造球效果及燒結(jié)過(guò)程不斷改善，使得燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)升高，當(dāng)水分繼續(xù)增加時(shí)，燒結(jié)過(guò)程產(chǎn)生液相的熱量不足，不利于燒結(jié)礦強(qiáng)度的提高，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)下降。當(dāng)水分在7.5%時(shí)，燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)最大。

圖4 水分對(duì)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)的影響

2.3 混合料水分對(duì)梅精礦燒結(jié)礦RDI+3.15的影響

圖5為混合料水分對(duì)燒結(jié)礦RDI+3.15的影響。隨著燒結(jié)混合料水分的提高，燒結(jié)礦低溫還原粉化率先提高后降低。這可能是由于隨著燒結(jié)混合料水分提高，燒結(jié)礦FeO質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，而赤鐵礦質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，降低了Fe2O3還原到Fe3O4過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹而導(dǎo)致的粉化。隨著水分的進(jìn)一步增加，燒結(jié)過(guò)程熱量不足，燒結(jié)礦液相量不足，造成燒結(jié)礦強(qiáng)度變差，低溫還原粉化嚴(yán)重。由圖5可知，水分在7.5%時(shí)，燒結(jié)礦的粉化指標(biāo)最佳，達(dá)到83.6%。

圖5 水分對(duì)燒結(jié)礦RDI+3.15的影響

3 結(jié)論

(1)燒結(jié)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化，梅精粉由于其粒度細(xì)，親水性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)水分變化十分敏感，選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)乃?，?duì)于提高燒結(jié)礦產(chǎn)量、改善燒結(jié)礦質(zhì)量至關(guān)重要。

(2)在基準(zhǔn)條件下，混合料水分在7.5%時(shí)，燒結(jié)礦的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)值，此時(shí)燒結(jié)成品率為83.6%，燒結(jié)利用系數(shù)為1.36 t ·m-2·h-1，燒結(jié)礦FeO含量為8.72%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為83.1%，RDI+3.15為83.6%，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足生產(chǎn)要求。

(3)考慮到燒結(jié)原料中也含有部分水分，在實(shí)際生產(chǎn)中若要達(dá)到混合料含水量最優(yōu)值，可適當(dāng)減小一混、二混處加水量。綜合考慮，實(shí)際生產(chǎn)中，一混、二混的最佳加水量為7.2±0.1%，其中一混占加水總量的90%。

(4)采用最佳水分生產(chǎn)，可以有效避免因?yàn)樗诌^(guò)多造成的燒結(jié)過(guò)程中熱量的無(wú)效浪費(fèi)，很大程度上節(jié)省了燃料的使用，降低了生產(chǎn)成本。