韩晓东，李志斌

(1．鞍钢集团公司科技发展部，辽宁鞍山114021;2．鞍钢股份炼铁总厂，辽宁鞍山114021)

1 引言

随着技术改造逐步深入，鞍钢近年来生产规模不断扩大，生铁产能逐年提升。本部生铁年产量从十年前1 000万吨增加到目前1 600万吨以上。另外，由于矿山矿石开采难度加大及原矿品位降低，铁精矿产量逐年减少。为应对铁料资源的匮乏，我厂对烧结用料结构进行了深入探索研究，主要经历以下几个过程:提高富矿粉配比、合理的烧结矿SiO2含量研究、大量使用杂铁料、廉价褐铁矿的使用等几个阶段。伴随各种原料结构的变化，首先经过实验室烧结杯试验，确定合理原料配比，最后逐一应用到生产实践，通过生产操作的调整，最终保证烧结矿产、质量不受影响，并使生产成本大幅降低。

2 烧结用料结构改变的几个阶段

2.1 提高富矿粉配比生产

几年来，鞍钢烧结富矿粉配比提高近40个百分点，十年前各烧结机粉矿配比为15%左右，到目前已经超过50%。富矿粉与铁精矿相比，烧结性能差别很大，并且不同品种粉矿之间也存在较大差异，主要体现在同化性能、液相流动性、粘结相强度、铁酸钙生成等高温物理化学特性。实验结果表明，烧结提高粉矿配比，为保证烧结矿质量要求，需要增加使用品种，相互弥补其烧结特性的差异。鞍钢烧结提高粉矿配比存在的最大问题是无大型混匀料场，并且受精矿槽的存料量和货位数量限制，每台烧结机最多可以使用两种粉矿，这为烧结配矿带来很大难度。

2.1.1 粉矿配比提高后的生产操作调整

2.1.1.1 厚料层烧结

2000年以前，各烧结机料层最厚为新烧的2台265m2烧结机，料层厚度为600mm。经过近几年的技术改造，新烧2台烧结机料层增加到650mm;二烧1台360m2烧结机于2001年投产，料层厚度为700mm;西烧2台328m2烧结机于2005年投产，料层厚度为720mm;三烧1台360m2烧结机于2009年投产，料层厚度为750mm。料层提高后并适当压料，可以改善增加粉矿用量带来烧结矿强度下降的问题，目前各车间烧结矿转鼓指数全部能达到79%以上。

2.1.1.2 两种粉矿合理搭配

由于各烧结机最多只能使用两种粉矿，根据鞍钢的长协粉矿资源，结合烧结杯实验结果，实际生产过程中，各台烧结机采取巴西粉(分为高品位和低品位两种)和澳粉(纽曼、PB、麦克、扬迪等)搭配使用，澳粉配比为30%左右，巴西粉配比为20%左右，可以弥补以下不足:

(1)巴西粉品位为65%以上，澳粉品位为62%左右，保证烧结矿品位降低幅度较小。

(2)澳粉结构疏松、巴西粉结构致密，有利于液相生成，保证烧结矿强度。

2.2 烧结矿合理SiO2含量研究

鞍钢矿业公司经过近几年的技术改造，铁精矿品位大幅度提升，SiO2含量大幅度下降，全面完成精矿的提铁降硅，几种精矿主要指标对比如表1。

表1 矿山铁精矿提铁降硅前后指标对比(%)

铁精矿提铁降硅后，如果不对烧结矿SiO2含量重新核定研究，必然影响烧结过程液相的形成，最终造成烧结矿强度降低、低温粉化严重。为此，我厂进行多种原料搭配的烧结杯试验，确定烧结矿的合适SiO2含量。

2.2.1 实验室研究

试验原料为烧结所用的铁精矿、富矿粉、杂铁料，烧结矿碱度控制为2.05，通过各种原料配比的搭配，烧结矿SiO2(%)分别控制在4.6以下、4.6～4.8、4.8～5.0、5.0～5.2、5.2以上，对各种SiO2含量烧结矿热态指标检测、矿相分析。

2.2.1.1 烧结矿热态指标

通过合理配料，最终检测烧结矿热态指标如表2。

表2 低温还原粉化指标比较(%)

由表2可知，随烧结矿SiO2升高，500℃低温还原粉化指标有所改善，烧结矿强度指标RDI+3.15逐渐增加，均大于70%，抗磨指标RDI－0.5逐渐减少，均小于7%。

表3 还原性指标比较(%)

从还原性指数来看，随烧结矿SiO2含量增加，900℃还原性指数先升高后下降，SiO2为4.8% ～5.0%时，还原性指数达到最高。

2.2.1.2 烧结矿矿相分析

通过对烧结矿微观结构检测、矿相分析，不同SiO2含量烧结矿矿物组成如表4。

随烧结矿SiO2含量增加，铁酸钙呈上升趋势，烧结矿强度增加，但升高到5.0尤其是5.2以上，矿物结构有不尽合理趋势，磁铁矿和玻璃相、硅酸二钙增多，铁酸钙和散粒状赤铁矿减少，交织熔蚀结构、粒状结构和铁酸钙与硅酸二钙形成的共晶组织增多，铁酸钙自身形成的交织结构减少。

由以上对烧结矿低温还原粉化、还原性、矿物组成实验室研究结果，考虑鞍钢原料结构及烧结矿品位，目前烧结矿含 SiO2按4.8% ～5.0%组织。

2.3 合理使用杂铁料

目前烧结所用杂铁料包括:氧化铁皮、磁选钢渣、铁红、转炉泥、瓦斯灰、精铁粉、除尘灰、球团粉、部分高炉返矿等，年产量200万吨左右，全部用于烧结生产。

2.3.1 杂铁料化学成分

所有杂铁料的共同特点是化学成分波动大、碱性物质含量高、粘性大、部分品种含水量高。由于以上特点，杂铁料与正常铁料相比难于烧结，如果生产操作控制不当，很容易造成烧结矿强度变差、粒度不均、化学指标波动。各种杂铁料成分如表5。

表4 烧结矿矿物组成(体积百分比%)

表5 杂铁料化学成分(%)

从杂铁料化学成分可以看出，用于烧结生产不仅可以代替部分铁料，还可以代替部分熔剂，另外瓦斯灰等含炭量较高，还可以代替部分燃料，因此，烧结大量使用杂铁料，对企业节能减排意义深远。

2.3.2 杂铁料的使用

2005年以前，所有品种基本全部单独使用，流程如下:

该使用方式存在以下问题:

(1)由于杂铁料品种多、单个品种产生量小，烧结机不能长期使用一个品种，致使变料频繁，造成烧结矿质量波动。

(2)各烧结机所用杂铁料品种不同，造成各车间烧结矿品位差异较大。

(3)冬季气温低，含水量大的品种(如转炉泥)单独存放，易产生冻块，不能使用。

为克服以上缺点，经过广泛探索研究，决定改变杂铁料使用方式，从2006年开始，逐渐将所有品种杂铁料混合在一起，作为一个品种，称其为混料，尽量保证成分均匀，整个流程如下:

此种混合方式克服以往单品种使用的缺陷，由于固定各种杂铁料配比，混料成分基本保持相对稳定，其化学成分如表6。

表6 混料化学成分(%)

连续几年来，烧结机杂铁料用量逐渐增加，从2005年的130万吨，增加到2010年的260万吨，尤其2010年下半年，为降低生产成本，各烧结机杂铁料配比由15%，增加到20%，降低“八家子”料场杂铁料库存，多用近50万吨，创效超1亿元。

烧结机大量使用杂铁料后，生产操作通过混合料水分控制、强化制粒、提高料温、改善料层透气性等措施，保证烧结矿产量、质量指标满足要求。烧结矿指标与基准期对比如表7。

2.4 廉价褐铁矿研究与使用

根据鞍钢目前的铁料资源及未来发展规划，铁矿粉供应存在较大缺口，烧结只能增加使用外购矿粉，鉴于粉矿采购存在难度及价格居高不下，烧结增加褐铁矿用量势在必行，褐铁矿作为低价富矿粉，结晶水含量高、烧损大，结构疏松，呈多孔状，在国外烧结厂已经广泛使用，鞍钢从2007年开始由实验室研究逐步应用到生产实践。

2.4.1 实验室研究

试验所用含铁原料为炼铁厂生产用料，褐铁矿系澳大利亚扬迪矿，褐铁矿含结晶水10%左右，化学式为mFe2O3·nH2O，化学成分如表8。

表7 烧结矿指标

表8 褐铁矿化学成分(%)

2.4.1.1 同化性对比试验

同化性是考察烧结过程中铁矿石与CaO反应能力的指标，矿化反应生成低熔点物质的能力直接影响烧结矿产量、质量。扬迪矿与其他铁料同化性对比如图1。

扬迪矿同化温度为1 200℃左右，PB粉同化温度为1 230℃，而其他铁精矿同化温度为1 300℃ ～1 350℃，说明扬迪矿同化性好于铁精矿及其他粉矿。

2.4.1.2 不同褐铁矿配比烧结实验

实验室分别配加0%、10%、20%、30%进行烧结杯试验，工艺参数选择烧结机实际工矿条件，最终烧结矿指标对比如表9。

图1 不同铁料同化温度对比

表9 不同褐铁矿配比下烧结主要经济技术指标

由表9可知:随着褐铁矿配比由0%增加到30%，烧结机利用系数逐渐增加，烧结矿转鼓强度逐渐增加，筛分指数变化不大，低温还原粉化逐渐降低，但幅度不大，配比控制在30%以内完全可以满足生产需求。

2.4.2 工业实践

从2008年7月份，炼铁厂新烧两台265m2烧结机使用扬迪矿生产，配比定为由15%逐渐提高到25%，生产操作重点作以下调整:

(1)增加混合料水分

针对褐铁矿湿容量大的特点，生产过程中将混合料水分增加1个百分点，控制在8%左右，提高混合料制粒性能和料层透气性，改善烧结过程。

(2)增加燃料用量

由于褐铁矿结晶水含量较高，分解需要消耗热量较多，将燃料配比提高0.5%，同时放宽燃料粒度上限，延长烧结过程高温时间，促进褐铁矿孔隙闭合，保证烧结矿强度。

(3)厚料层压料生产

由于褐铁矿疏松多孔，因此料层厚度增加并且适当压料，可减少料层收缩量，有利于缓解结晶水分解和收缩造成料层阻力下降，提高烧结矿强度和成品率。根据新烧烧结机状况，料层保证 650mm，压料量控制在15～20mm。

通过生产实践，褐铁矿配比为25%，烧结矿指标与未使用褐铁矿变化不大，完全可以满足高炉需求，新烧烧结矿指标如表10。

实验室试验和工业实践表明，烧结生产中配加一定量褐铁矿，通过合理控制生产操作，对烧结矿产、质量影响不大，并可以大大降低生产成本。

表10 新烧主要经济技术指标对比

3 结束语

为应对鞍钢铁料资源的变化及降成本的要求，烧结生产经历4个主要变料过程，通过对各种用料结构的探索研究，得出以下结论:

(1)烧结富矿粉配比提高后，通过实施厚料层压料操作、合理的粉矿料种搭配及配比控制，保证烧结矿强度不受影响。

(2)依据不同SiO2含量烧结矿的低温还原粉化、还原性、矿物组成实验室研究结果，生产过程中控制合理的烧结矿SiO2(%)范围是4.8～5.0。

(3)鞍钢所有杂铁料全部混为一个品种用于烧结生产，通过对使用方式合理改变，保证烧结矿质量不变，并大幅度降低生产成本。

(4)通过对廉价褐铁矿烧结特性研究、生产过程的控制，成功的将其配比提高到25%，并保证烧结矿产量、质量不变。