中天鋼鐵高堿度燒結(jié)研究與實踐

張俊杰  裴元東  周曉冬  張巧玉  管振列  周翔

（中天鋼鐵集團有限公司）

摘  要：中天燒結(jié)在550m2燒結(jié)機大修期間，為了確保高爐生產(chǎn)需要，對4臺180m2燒結(jié)機的堿度進行了調(diào)整，采用提高生石灰配比的方式，堿度中線從2.1調(diào)整到2.25。高堿度燒結(jié)期間，成分上表現(xiàn)出燒結(jié)礦S含量升高、FeO含量降低的特點；指標上表現(xiàn)出料層透氣性改善、負壓降低的特點，高堿度期間燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量得到保證，強度最高的堿度范圍在2.15-2.2。但超高堿度燒結(jié)也出現(xiàn)了燒結(jié)礦堿度波動率增大的問題，尤其燒結(jié)料厚越高堿度波動率越大。從本次工業(yè)試驗來看，高堿度燒結(jié)中線控制不宜超過2.25。原輔料尤其白灰質(zhì)量的穩(wěn)定供應(yīng)是發(fā)揮高堿度燒結(jié)優(yōu)勢的保障。

關(guān)鍵詞：燒結(jié)；高堿度；分析；實踐

1 前言

高堿度燒結(jié)是近幾十年來不斷發(fā)展成熟的工藝，也是燒結(jié)發(fā)展鐵酸鈣優(yōu)質(zhì)粘結(jié)相、高爐爐料中搭配酸性球團/塊礦的必需。在近幾年環(huán)保管控背景下，燒結(jié)常因限產(chǎn)而堿度升高到較高水平，但燒結(jié)礦的堿度并不是越高越好，過高的堿度可能帶來正硅酸鈣含量高、燒結(jié)礦難滴落等負面問題。

中天鋼鐵共有550m2和4*180m2五臺燒結(jié)機，高爐爐料結(jié)構(gòu)中燒結(jié)礦比例在70%水平。550m2燒結(jié)機自2019年4月9日至5月23日組織大修，期間為了確保高爐生產(chǎn)需求，4月9日對4臺550m2燒結(jié)的堿度中線調(diào)整至2.25，后供礦壓力減緩后，堿度中線自4月23日調(diào)增至2.20，550 m2檢修結(jié)束后堿度中線回歸至2.15。堿度調(diào)整路徑如下：

表1 堿度中線調(diào)整情況

根據(jù)這一階段生產(chǎn)數(shù)據(jù)的變化，分析總結(jié)了中天高堿度燒結(jié)的情況和特點，以為后續(xù)生產(chǎn)提供參考。

2 高堿度期間燒結(jié)礦成分變化特點

2.1 燒結(jié)礦的S含量

燒結(jié)過程中，燒結(jié)料中S的脫除率基本在90%水平，剩余的S則進入燒結(jié)礦，進而帶給高爐�？鄢�原料中S含量波動的影響，如圖1中大數(shù)據(jù)分析可知，隨著中天南區(qū)燒結(jié)礦堿度從1.9增到2.4，燒結(jié)礦的S含量呈現(xiàn)升高趨勢。從回歸公式看，基本上燒結(jié)礦的堿度每升高0.1，燒結(jié)礦的S含量增加0.0031-0.0034%。則在燒結(jié)礦堿度從2.1增加到2.3過程中，隨著有時堿度的波動，則燒結(jié)礦S含量整體上升0.01%是可預(yù)期的。

分析原因，認為主要是兩方面原因?qū)е赂邏A度下燒結(jié)礦S含量升高：

1）高堿度燒結(jié)固S。隨著燒結(jié)礦堿度的逐步提高，CaO含量繼續(xù)增加，則燒結(jié)礦固S的作用進一步強化，發(fā)生如下反應(yīng)。

CaO+S→CaS+O

2）高堿度燒結(jié)液相熔點降低。在實踐范圍內(nèi)，隨著燒結(jié)礦堿度的逐步提高，燒結(jié)液相熔點繼續(xù)降低，在一定燃料條件下，一方面液相數(shù)量增多，另一方面燒結(jié)溫度降低，最終不利于燒結(jié)過程中的脫硫反應(yīng)，使S固結(jié)到燒結(jié)礦中的量增加。

圖1 南區(qū)燒結(jié)礦堿度與S含量的關(guān)系

2.2 燒結(jié)礦FeO含量

中天燒結(jié)礦的FeO目前按7-8%控制。在550m2大修期間，180m2燒結(jié)機的FeO常在低限波動，個別時候通過增加燃料配比也難使FeO升高。圖2所示為南區(qū)180m2燒結(jié)礦堿度與FeO含量的關(guān)系。

整體上看，雖然堿度和FeO二者的趨勢不明顯，但仍可看出隨著堿度的提高，F(xiàn)eO有一定降低趨勢。這主要是由于燃料配比等影響FeO的眾多因素也在變化。

圖2 南區(qū)燒結(jié)礦堿度與FeO含量的關(guān)系

分析堿度提高后會使FeO降低的原因如下：

隨著燒結(jié)礦堿度的提高，CaO含量增加，燒結(jié)液相的熔點將進一步降低（如圖3所示），有助于在低溫下生成較多的鐵酸鈣相。在燒結(jié)燃料配比不變時，燒結(jié)的液相量將增多。因此整體上堿度提高有利于操作上降低燃料配比，尤其對于沒有石灰石分解吸熱而言。同時厚料層條件下，蓄熱作用更強，因此燃料配比可進一步下降。即一定的燃料即可以保證燒結(jié)過程需要的液相量，生成最佳的粘結(jié)相鐵酸鈣。

圖3 相圖CaO-Fe2O3

值得注意的是，在這種背景下，繼續(xù)提高燃料配比將會增加燒結(jié)過程的熱量，不僅破壞鐵酸鈣相（高溫分解），也讓更多的礦粉熔化形成液相——如果液相過多，燒結(jié)礦的強度不一定提高，反而容易形成大孔薄壁結(jié)構(gòu)，同時燒結(jié)礦的還原性肯定變差，反而不利于高爐燃料比等指標；同時液相過多也不利于燒結(jié)脫硫反應(yīng)，會使燒結(jié)礦S含量升高。

因此，最關(guān)鍵的問題是高堿度燒結(jié)雖然FeO不高，但液相已足夠，而不是普通燒結(jié)時靠“提高燃料配比—提高FeO/提高液相量—改善燒結(jié)礦質(zhì)量”的邏輯。

因此，超高堿度燒結(jié)FeO控制應(yīng)適當放低。

同時，F(xiàn)eO的控制也應(yīng)與SiO2含量相匹配。低硅條件應(yīng)提高FeO來保強度；但在高硅條件下，F(xiàn)eO含量可適當放低，避免高SiO2高FeO條件下生成較多的硅酸鐵相，反而不利于高爐爐內(nèi)的透氣性。在中天高堿度期間，燒結(jié)礦的SiO2含量在5.3%水平，則FeO含量在8%水平是可行的；個別時候SiO2含量波動在5.5-6.0%，則FeO含量適當放低到7-7.5%對燒結(jié)整體有利。

3 高堿度期間燒結(jié)礦質(zhì)量變化特點

3.1 廢氣溫度和透氣性

燒結(jié)廢氣溫度受上料量、料層負壓影響較大。但同時與燒結(jié)礦堿度也有一定關(guān)系。整體上看，隨著燒結(jié)礦堿度進一步提升，廢氣溫度有升高趨勢；圖4和圖5所示分別為燒結(jié)礦堿度與廢氣溫度的推移圖。后期南區(qū)180m2篦條的糊堵后，廢氣溫度提高，與堿度沒有對應(yīng)關(guān)系。一燒結(jié)堿度從2.15到2.25時，廢氣溫度平均值也從135℃提到141℃�；�本上堿度提高0.1，廢氣溫度中線提高約5-10℃。

圖4 燒結(jié)礦R和SiO2推移圖

圖5 燒結(jié)廢氣溫度推移圖

與對廢氣溫度影響類似，高堿度燒結(jié)有利于降低燒結(jié)負壓，如表2所示。但負壓同時受配料的影響，因此對應(yīng)關(guān)系不是很明顯。

3.2 燒結(jié)指標

隨著堿度的提高，一混加水量呈現(xiàn)升高趨勢。這是由于白灰配比增加后，需要更多的水分形成Ca(OH)2膠體，這有助于改善料層的透氣性和加強粘結(jié)效果，降低返礦，最終內(nèi)返礦在提高堿度過程中呈現(xiàn)降低趨勢。其中8#堆水分稍低是由于南非粉替代楊迪粉所致。

高堿度燒結(jié)改善了料層透氣性，粘結(jié)效果好，有利于燒結(jié)提產(chǎn)，同時高堿度燒結(jié)也有物料輕、配水高等不利因素，尤其在整個高堿度期間外購灰使用背景下，最終整體上燒結(jié)礦的產(chǎn)量得到了保證。

水分高使的燃料消耗一定程度增加，因此燃料配比降幅不顯著。

在高堿度期間，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)整體上較為穩(wěn)定，燒結(jié)礦質(zhì)量得到了保證。一燒結(jié)和二燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓最高對應(yīng)的堿度分別為2.2和2.15。分析認為，二燒結(jié)對提高堿度更敏感的原因是其料層厚度更高，物料的偏析問更大，因此高堿度下物料偏析帶來的負面影響較一燒結(jié)會更大些。

表2  一燒結(jié)堿度中線調(diào)整階段燒結(jié)參數(shù)變化

4 高堿度燒結(jié)的成分波動性尤其堿度合格率問題

4.1 生石灰供應(yīng)保障和原輔料成分的穩(wěn)定性

受550大修期間自產(chǎn)灰供應(yīng)量減少，甚至無自產(chǎn)灰情況下，外購灰廠家頻繁切換影響生石灰配比穩(wěn)定。

燒結(jié)堿度中線調(diào)整對燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定性、亞鐵百分比含量變化均有不同程度影響。二元堿度受CaO和SiO2含量變化影響較大。高堿度燒結(jié)下，因生石灰配比較大，最高達到6.35%，生石灰質(zhì)量波動對燒結(jié)礦堿度帶來較大影響。同時，各類原輔料成分穩(wěn)定性也有影響。

堿度中線變化時，燒結(jié)礦堿度合格率如表3和表4所示。整體上看，燒結(jié)礦堿度合格率隨著堿度提高而下降，尤其對于二燒結(jié)而言，這與外購生石灰使用比例較大、生石灰氧化鈣含量波動大、生石灰因供應(yīng)量頻繁切換生石灰倉、熔劑下料波動、超厚料層燒結(jié)均有關(guān)。一燒結(jié)在4月9日堿度合格率上升是因為550燒結(jié)機大修后，180-2#的生石灰供應(yīng)單位進行了調(diào)整，僅保留了一家外供單位，生石灰使用比例、質(zhì)量穩(wěn)定性均改善，故堿度合格率有明顯上升。

4.2 超厚料層偏析問題

在中天當前較高厚料層的條件下，物料的偏析本身較大，堿度的提高將加劇偏析，最終使燒結(jié)礦成分存在一定波動性。同時，在目前幾臺機的圓輥下輥式布料器受料點太低，九輥/七輥實際僅發(fā)揮3-4輥的作用，布料器起到均勻偏析的效果較弱，也不利于燒結(jié)成分的均勻化，后續(xù)有改造機會應(yīng)進行相應(yīng)改造調(diào)整。

4.3 低比例燒結(jié)礦問題

高堿度燒結(jié)伴隨高爐爐料結(jié)構(gòu)中低入爐燒結(jié)礦比例。在超厚料層條件下，大量塊礦和球團作為高爐返礦返回燒結(jié)利用，尤其粒度較粗的塊礦回用燒結(jié)，粗粒度物料偏析到料層底部，且難以制粒和成礦，最終將加大燒結(jié)礦成分的不均勻性。

另外，非定時和量少的取樣化驗也對燒結(jié)礦成分穩(wěn)定性有一定影響。在燒結(jié)物料偏析布料下，料層上下部燒結(jié)礦的成分不可能像球團一樣基本接近（料層上下部燒結(jié)堿度差異在0.3以上——高堿度燒結(jié)會進一步放大這一問題——這也是高堿度燒結(jié)期間頻繁檢測出堿度波動大的原因之一），少量的取樣化驗難保證同時取到料層上下部的燒結(jié)礦樣，則檢驗結(jié)果難有真實代表性。

表3  一燒結(jié)堿度合格率

表4  二燒結(jié)堿度合格率

5 高堿度燒結(jié)的生產(chǎn)要領(lǐng)

1）從源頭抓原料穩(wěn)定。穩(wěn)定配礦結(jié)構(gòu)，減少換料次數(shù)；加強配料管理，保證配料的準確性[1]。

2）生石灰下料。高堿度燒結(jié)下生石灰配比較大，下料波動勢必帶來堿度波動。通過對生石灰倉下料技改后，生石灰下料較之前穩(wěn)定；同時生石灰倉技改運用到粉塵倉，穩(wěn)定粉塵下料，避免因粉塵下料波動帶來的SiO2波動。

3）生石灰消化。高堿度下生石灰配比增加，生石灰消化時間勢必延長，保證一混水溫在75℃以上，適當增加混合料水分，穩(wěn)定一混加水量，強化生石灰消化過程，同時，對小礦槽蒸汽量和圓輥下的混合料溫跟蹤，保證在60℃以上；穩(wěn)定生石灰品種，減少換倉帶來的波動，同時對生石灰進倉做好計劃，合理使用。

4）保證設(shè)備穩(wěn)定運行，強化點巡檢工作，對穩(wěn)定設(shè)備運行的建議、改造積極落實。

6 結(jié)論

1）隨著堿度的提高，CaO配加量增加，燒結(jié)礦的固S作用加強，燒結(jié)礦S含量呈現(xiàn)升高趨勢，中天條件下基本按堿度每升高0.1燒結(jié)礦S含量增加0.003%的趨勢。

2）FeO含量隨著堿度升高有一定降低趨勢，但又受生產(chǎn)中其他因素如配碳量的干擾。堿度提高后燒結(jié)液相熔點降低，燒結(jié)礦FeO中線可適當追求低線控制。

3）堿度從2.1中線提高到2.25過程中，燒結(jié)過程透氣性改善，廢氣溫度提高約10℃，在提高燒結(jié)配水量和提高白灰條件下，通過增加Ca(OH)2膠體，克服了燒結(jié)熔劑量大的缺點，最終燒結(jié)礦的產(chǎn)質(zhì)量均得到了保證。

4）試驗中燒結(jié)礦強度最高時對應(yīng)的堿度在2.15-2.2水平；料厚越高則對堿度越敏感。

5）堿度在2.25-2.3條件下，盡管燒結(jié)礦產(chǎn)質(zhì)量有保證，但燒結(jié)礦成分的波動性尤其是堿度波動性明顯增加。這與物料供應(yīng)保障、厚料層燒結(jié)偏析等均有關(guān)。

6）從本次試驗看高堿度燒結(jié)有利于改善燒結(jié)礦質(zhì)量，但中線控制以不超過2.25為宜。后續(xù)高堿度燒結(jié)時應(yīng)注意成分穩(wěn)定性問題，從保證自產(chǎn)灰供應(yīng)、穩(wěn)定外購灰質(zhì)量、穩(wěn)定大宗原料成分、穩(wěn)定返礦中塊球比例和粒度等方面協(xié)同配套。  

參考文獻

[1] 王靜波，劉月建，程廣田，等.單品種直供配料下提高燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率的實踐.燒結(jié)球團，2019，44（3）：10-13