华旭军

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）

试验研究

非熔剂性烧结在105 m2烧结机的生产试验

华旭军

（山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南 250101）

为降低炼铁成本，根据现有原燃料条件，在105 m2烧结机进行了非熔剂性烧结工业试验，结果表明，非熔剂性烧结生产会造成烧结利用系数降低、设备作业率下降、烧结矿转鼓强度下降等一系列问题。通过优化烧结配料、合理调整料层厚度、提高混合料温度，并对单辊破碎机设备和成品烧结矿系统设备适应性改造等一系列措施，烧结矿质量明显改善，烧结生产稳定，满足了高炉对非熔剂性烧结矿质量的要求。

非熔剂性烧结；透气性；利用系数；转鼓指数

1 前言

由于钢铁行业市场竞争日益激烈，企业要想生存和发展，就必须降低铁前系统生产成本，提高其产品的市场竞争力。而在烧结生产中，用非熔剂性（或酸性）烧结矿代替成本较高的球团矿和块矿，是降低炼铁成本的必要手段和有效途径。某钢铁公司为了烧结矿入炉比例达到85%～90%的水平，决定将现有的105 m2烧结机改为非熔剂性烧结生产，达到代替球团和块矿的目的。

2 非熔剂性烧结成矿机理

由于非熔剂性烧结生产过程中，不再添加熔剂，其钙、镁成分主要来自矿粉本身。根据烧结理论，其液相形成主要由硅酸铁固相反应体系形成。图1为FeO—SiO2体系状态［1］，从图中可以看出，烧结料的融化温度在1 100～1 200℃区间时，FeO至少要达到62%的水平才能开始形成铁橄榄石液相，之后，烧结料中的Fe2O3和Fe3O4才能被熔解形成化合物，从而保证烧结料固—液结合，进行热交换以及充分进行物理化学反应。

图1 FeO-SiO2体系状态［1］

生产非熔剂烧结矿时，硅酸铁系化合物是烧结矿固结的主要黏结相。铁橄榄石在烧结过程中形成的多少与烧结料中SiO2含量和加入或还原的FeO量有关。增加燃料用量，料层中的温度升高，还原气氛加强，有利于FeO还原，形成的铁橄榄石黏结相就愈多，可提高烧结矿强度，但是，燃料用量增加，液相数量多，此时氧化铁进入熔体的量增加，以自由氧化铁状态存在的量相对减少，使烧结矿还原性降低［1］。因此，在烧结矿强度和还原性方面需综合考虑其烧结配矿、操作参数以及烧结矿质量的取舍关系，既要保证烧结矿的强度，也要考虑烧结矿还原性能。

3 非熔剂性烧结工业试验

与熔剂性烧结矿生产相比，由于烧结厂多以髙碱度烧结矿和极少数低碱度烧结矿（酸性烧结矿）生产为主，非熔剂性烧结矿生产完全没有相关经验厂家可以参照。对现有105 m2烧结生产的配料、操作参数进行阶段性工业试验，摸索最佳配料结构、操作参数，其时间跨度长达半年。

3.1 试验期原料条件

根据生产组织安排，2014年7月2—23日作为试验期，进行非熔剂性烧结矿生产工业试验。试验期烧结原料结构见表1。由于烧结矿粉未进行预混匀，考虑到与高碱度烧结配料结构的一致性，该原料结构基本与高碱度烧结配料结构相同，试验期间烧结矿自然碱度（CaO/SiO2）在0.2左右。

表1 非熔剂性烧结试验期原料结构%

3.2 烧结机主要参数控制

考虑到非熔剂性烧结混合料中未添加熔剂，原料造球作用不明显，混合料粒度组成欠佳，会导致垂直烧结速度较低。为便于烧结过程的调节，工业试验期间中加强了烧结机主要参数的控制，采用了放慢机速，降低烧结机料层厚度等办法，与高碱度烧结操作参数对比如表2所示。

表2 烧结操作参数变化情况

从表2可以看出，生产非熔剂性烧结矿时，烧结机速由1.3 m/min降低到了0.7 m/min左右，料层厚度从800 mm下降到500 mm左右，配碳量上升了2.5个百分点，点火温度和混合料水分控制变化不大。

3.3 烧结矿质量

取2014年6月1—30日的生产指标作为碱性烧结矿生产指标，试验期间所产非熔剂性烧结矿产质量指标及化学成分见表3、表4。因非熔剂性烧结矿为自然碱度（0.2左右），同时试验期间控制烧结机机速、降低料层厚度，烧结机利用系数大幅降低，产量较生产碱性烧结矿时降低983 t/d，与碱性烧结矿相比，非熔剂性烧结矿强度降低6.79%，作业率下降了7.1%，固体燃耗上升了7.4 kg/t，含粉上升了0.58%，烧结矿中亚铁含量从8.56%上升到18.21%，但烧结品位提高8.67%。机尾烧结矿大块有所增加，有跑红现象出现，烧结料面出现风洞，篦条烧损严重。

表3 烧结矿产质量指标情况

表4 烧结矿成分对比

由于非熔剂性烧结几乎不配加熔剂，导致烧结过程透气性差，主要特性：垂直烧结速度减慢，利用系数降低，作业率下降，强度下降，品位提高，燃耗增加，成品矿中大块增加等。

4 存在的问题

4.1 配料结构不合理

由于烧结过程中未配加任何熔剂，烧结透气性显著下降，非熔剂性烧结矿生产试验过程中，未充分考虑配料结构的优化，烧结配料完全按照髙碱度烧结配料结构进行生产，没有发挥配料结构优化的作用来提高烧结料的原始透气性。

4.2 利用系数低，产量损失大

从利用系数看，非熔剂性烧结的利用系数下降30%左右，降低幅度较大。其主要原因也是因不配加生石灰和白云石等熔剂所致：一是在制粒时粘结不足，使造球效果不好，原始透气性变差；二是熔剂对混合料的预热作用基本没有，同时外加蒸汽的不足使混合料的料温低，最低接近空气温度；三是熔剂中没有CaO对燃料燃烧的催化作用，使燃料燃烧速度慢，熔融层厚度增大，降低了烧结生产中的过程透气性；四是由于生灰消化成极细的消石灰胶体颗粒，具有较大的比表面积，可以吸附和持有大量水分而不丢失物料的松散性和透气性，消除过湿层，而非熔剂性烧结生灰只有原料矿粉中含有少量的CaO，导致混合料的湿容量变小，烧结过湿层现象与生产高碱度烧结矿时相比较严重。最后由于烧结料造球效果不好，导致烧结料粒度结构偏细，烧结布料风洞增加，烧结返矿增加，成品率降低。

4.3 设备作业率降低

生产非熔剂性烧结矿后，烧结设备作业率从96.5%降低到了89.4%，主要原因是由于烧结物料输送环节各相关设备极不适应非熔剂性烧结矿的特性所致。一是一方面由于烧结矿亚铁升高，最高达到20%水平，烧结大块明显增多，＞40 mm的粒级多达45%，单辊破碎设备负荷增加，导致烧结单辊破碎机本身频繁跳闸停机，降低了设备作业率；另一方面烧结机尾卸料口大块无法及时破碎，导致烧结饼蓬料严重，最终也导致单辊破碎机跳闸停机。二是由于烧结矿大块增多，烧结带冷却效果明显降低，成品输送系统皮带烧结红料增加，经常性烧损皮带，造成烧结生产停滞。三是随着烧结大块的增加，原有各设备下料口，如带冷机下料口、成品皮带下料口经常性堵料停机，致使烧结作业率降低。

4.4 烧结固体燃耗上升

自生产非熔剂性烧结矿以来，烧结固体燃耗整体上升了16%左右。从烧结过程机理看，其原因主要为非熔剂性烧结矿产生的液相形成的过程中，烧结矿的成矿机理有别于高碱度烧结矿。高碱度烧结矿的黏结相主要为针状铁酸钙（SFCA），而非熔剂性烧结矿的主要黏结相为高温产生的硅酸盐玻璃相与铁橄榄石；同时为了提高非熔剂性烧结矿的强度需要，促进液相的生成，也加大了燃料的配比。

4.5 烧结矿各质量指标下降

烧结矿转鼓强度降低，含粉上升（5～10 mm粒级从20.5%提高到22%），烧结矿的还原性降低。主要原因：一方面由于没有配加熔剂，烧结液相明显减少，烧结成品率下降，导致转鼓强度下降，含粉上升；另一方面，为了提高烧结矿强度，烧结过程需要更多的燃料来形成液相，烧结过程中的还原氛围区域增加，最终导致烧结FeO含量明显上升，烧结矿的还原性降低。

5 应对措施

5.1 生产应对措施

1）优化配料结构。适当增加粒度粗的低品位矿粉配加比例，增加污泥使用量，减少氧化铁皮等杂料的使用，从而提高烧结混合料的原始透气性。

2）增加蒸汽余热系统，提高烧结料温。一方面在混料系统一次混合料机中增加蒸汽余热管道，提高混合料温，强化混合造粒，减少过湿层。另外，在保证不烫皮带的前提下，环冷的冷却风机尽可能多停，通过提高返矿温度来提高混合料温度，提高透气性并消除过湿层。

3）控制料层厚度，尽量做到厚料层烧结。为了实现厚料层烧结，采用配水优化、使用新型松料器、布料雾化喷水等一系列创新措施，实现了突破，目前烧结生产的原始料层厚度高到550 mm，料层中的自动蓄热作用得到强化，促进了黏结相的生成，转鼓强度及成品粒级有了明显改善。此外，厚料层操作的实施，使烧结过程中的自动蓄热能力得到提升，燃料消耗大幅度降低。

4）控制FeO不高于16%的水平。烧结矿FeO的高低直接影响烧结矿的粒度组成，为了使烧结矿大块比例降低，采用控制FeO不高于16%的原则进行配碳操作，结合料层厚度的适当提高，烧结大块比例下降到30%水平。

5）控制大烟道温度。非熔剂性烧结由于燃料配比高及垂直烧结速度慢，使机尾高温段风箱带入的热量较高碱度烧结多，导致大烟道温度明显高于高碱度烧结，需要注意降低大烟道温度，以保护电场及抽风机叶轮。

5.2 设备改造应对措施

1）单辊破碎机的维护及改造。一是在运行允许的情况下，通过电气措施放大单辊破碎机跳闸额定电流比例。二是由于105 m2所使用的单辊破碎机为锤头式，机尾卸料料温高，锤头和衬条变形严重，出现罗杆出伸，锤头无法固定，经常性导致锤头卡衬条、断星齿、断衬条、电机跳闸等，特别是生产非熔剂性烧结矿时，更是造成烧结矿无法及时破碎而停机。为此，把锤头式单辊改为一体式，避免了以上问题的发生。三是单辊刮料刀与台车间的距离在保证两者不刮卡的前提下尽可能小，防止带料或个别矿未经破碎直接从该空隙漏下堵漏嘴。

2）加大溜槽漏嘴尺寸，解决大块料堵下料口问题。随着生产操作的调整，烧结矿大块堵下料口的问题得到一定改善，但没有彻底解决，通过加大成品系统中溜槽漏嘴的尺寸，解决此问题。

3）增大冷却强度，解决红料烫皮带的问题。在实际生产中增大冷却机的冷却强度，多加注意成矿系统皮带突发故障造成带负荷停机的情况，为避免烫坏皮带，及时打水冷却。

4）提高篦条质量并改变项修模式，解决篦条烧损问题。篦条烧损严重经常性导致烧结料面风洞增加，烧结成品率、作业率都下降，针对此问题，一方面提高篦条质量，提高烧结篦条的使用寿命；另一方面改变烧结项修模式，即把原有两个月12 h项修模式改成1月6 h项修模式，使得篦条能够得到及时更换，减少影响烧结生产的可能。

6 应对改进效果

采取应对措施并加强现场操作管理等，非熔剂性烧结矿产质量指标都得到了较大改善，见表5。

表5 2014年7月—2015年1月烧结矿产质量指标

由表5可以看出，烧结机利用系数不断提高，产量大幅度增加；烧结矿转鼓强度提高并基本保持稳定；烧结生产组织顺畅，烧结机作业率稳步提高，固体燃耗下降，亚铁控制在16%水平，含粉率下降，＞40 mm大块减少，带冷机跑红现象大大减少。

105m2烧结机生产非熔剂性烧结矿的实践表明，制定合理的原料结构，并采取相应的技术措施后，可以生产出满足高炉生产需求的质量指标较好的非熔剂性烧结矿。

［1］王筱留.钢铁冶金学（炼铁部分）［M］.北京：冶金工业出版社，2013.

［2］唐贤容.烧结理论与工艺［M］.长沙：中南工业大学出版社，1992.

Production Test of Non-sintered Flux in 105 m2Sintering Machine

HUA Xujun

（Shandong Province Metallurgical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

To reduce the iron making cost,according to the existing conditions of the ore and fuel,the production practice test of nonsintered flux at 105 m2sintering machine shows that:non-sintered flux production will cause a series of problems of decreasing the productivity of sintering machine,equipment operation rate,and the sinter ISO drum strength etc.By optimization of the sintering burdening,reasonable adjusting the thickness of material,improving the temperature of mixture,and a series of measures on the single roll crusher equipment and sinter system equipment,the sinter quality was obviously improved.The operation of sintering production was stable.And the quality of non-sintered flux production can meet the requirements of blast furnace.

non-sintered flux;air permeability;productivity of sintering machine;tumbler index

TF046

A

1004-4620（2015）03-0025-03

2015-02-06

华旭军，男，1981年生，2004年毕业于武汉科技大学矿物加工工程专业；2007年毕业于武汉科技大学材料学专业，硕士。现为山东省冶金设计院股份有限公司工程师，从事烧结球团设计与技术研究工作。