Analysis reason sintering drum cold strength index and four blast furnace return rate is some down with the furnace condition fluctuation Shui Steel

Nie li1               Du dong2 

Technology Center1 and Iron works2  of  Shou Gang  Shui Cheng Iron & Steel(Group)Co.，Ltd  

( GuiZhou    LiuPanShui   553028 )

Abstract: often think cold sinter drum index, the better, the lower the rate of return to mine. But during July 13 and 20, found a cold sinter drum index and the four blast furnace outside the same as the rate of decline, seems to be some contradictions. In this paper, the cold strength of sinter shuicheng steel drum index and the four blast furnace outside the same as the rate of decline to do analysis to explore the reason and is due to the different influence factors. Another analysis of the causes for furnace condition fluctuation in the short term this week, and put forward some important index control are suggested.

Keywords: different factors  Drum index and the same as the rate of decline in  furnace condition fluctuation  analysis

摘  要：常認為燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)越好，返礦率越低。但在7月13-20日期間，發(fā)現(xiàn)了燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與四高爐外返礦率同向下降，似乎有些矛盾。本文就水鋼燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與四高爐外返礦率同向下降做了原因分析探討，是因影響因素不同所致。另分析了本周短期內(nèi)發(fā)生爐況波動原因，并提出了部分重要指標控制建議。

關(guān)鍵詞： 因素不同  轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率   同向下降  爐況波動  分析探討

1、前言

水鋼煉鐵廠燒結(jié)工序6#、7#號燒結(jié)機有效燒結(jié)面積2X265m2,分別于2009年9月和2010年7月建成投產(chǎn)，自投產(chǎn)以來至2017年2月，兩臺燒結(jié)機未進行大修，2014年10月進行了點火器改造，2016年1月底對成品系統(tǒng)整粒篩子進行了改造，通常臨時和計劃檢修維護。2017年2月12日-4月8日與三高爐大修同步，交替對6#、7#機燒結(jié)機與環(huán)冷機進行綜合節(jié)能技術(shù)改造，燒結(jié)機臺車小擋板加高60mm,改造完成后，經(jīng)過一段時間生產(chǎn)運行，產(chǎn)量和各項技術(shù)經(jīng)濟指標取得了較為明顯效果。4#機有效燒結(jié)面積為132m2于4月20日停產(chǎn)，6#、7#機承擔著為有效容積1350m3的三高爐和2500m3的四高爐保供主料任務。7月13日-20日這一周期間，出現(xiàn)了燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與四高爐外返礦率呈同向下降趨勢。通常認為燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)越好，返礦率越低。內(nèi)返礦配比23%一周未變，是什么因素影響，本文就水鋼燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與四高爐外返礦率呈同向下降做了原因分析探討，另分析了短期內(nèi)爐況發(fā)生波動原因，并提出了部分重要指標控制建議。

2、高堿度燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓與堿度相關(guān)性分析

2.1、四高爐槽下燒結(jié)篩分與燒結(jié)部分指標

統(tǒng)計了2017年7月13日至20日四高爐槽下燒結(jié)礦篩分與燒結(jié)工序部分指標數(shù)據(jù)如下表1所示。

說明：燃料粒度指小于3mm濕樣粒級。7月18日產(chǎn)量低，更換風口休風90min。5-10mm為人工篩分，≤5mm為振動篩篩分。

2.2、數(shù)據(jù)處理與指標變化趨勢相關(guān)性分析

由于各指標數(shù)量級不同，為便于找到部分指標變化規(guī)律在同一圖中相關(guān)性，對上述有關(guān)的部分指標做擴大倍數(shù)處理，如下圖1中右下角所示，堿度擴大30倍，表示為30xR2,轉(zhuǎn)鼓指數(shù)擴大1.5倍，表示為1.5xTi+6.3，亞鐵擴大10倍，表示為FeOx10,返礦率擴大4倍，表示為4x≤5mm,本文后其它的數(shù)據(jù)處理也一樣。

相關(guān)性分析：結(jié)合表1數(shù)據(jù)和圖1中部分指標變化規(guī)律可見，除堿度變化趨勢線相關(guān)系數(shù)R2=0.0153與轉(zhuǎn)鼓指數(shù)趨勢線相關(guān)系數(shù)R2=0.0119基本相近外，其余燃料粒度、小于10mm、小于5mm、與亞鐵、與堿度、與轉(zhuǎn)鼓指數(shù)相關(guān)性均不強或不相關(guān)。堿度與轉(zhuǎn)鼓變化趨勢線除17日數(shù)據(jù)偏離外，從總體可看出，堿度與轉(zhuǎn)鼓的變化趨勢線呈反向關(guān)系，變化趨勢基本吻合，生產(chǎn)實踐與理論相符。按燒結(jié)礦堿度分類R2≥2.0倍的燒結(jié)礦為高堿度燒結(jié)礦，高堿度燒結(jié)礦CaO含量較高，主要粘接相為鐵酸鈣，燒結(jié)礦冷態(tài)強度好。但隨著堿度再升高，大于2.10倍以上，大多數(shù)為硅酸二鈣和硅酸三鈣。從表1中可見，燒結(jié)礦SiO2含量呈增加趨勢，CaO含量更高后，生成硅酸鈣量就越多。從燒結(jié)礦物結(jié)構(gòu)組成各組分抗壓強度表中可知，硅酸一鈣20.31N/mm2，硅酸二鈣30.3 N/mm2，較玻璃相40.60 N/mm2還要低，可見硅酸鈣機械強度是最低的，燒結(jié)礦硅酸鈣數(shù)量增加，因為這種礦物在低溫657℃以下由γ-2CaO.SiO2轉(zhuǎn)變成β-2CaO .SiO2時，體積突然膨脹10%左右，導致燒結(jié)礦粉化【1】。而CaO又能降低赤鐵礦至磁鐵礦相變ＴHM的變化，穩(wěn)定磁鐵礦量，抑制赤鐵礦生成【2】。因此，本周轉(zhuǎn)鼓指數(shù)下降，主要因燒結(jié)堿度從2.09倍上升到最高2.18倍后的影響。

3、四高爐返礦率與燒結(jié)機2#風箱負壓總和相關(guān)性分析

通過現(xiàn)場收集相關(guān)操作參數(shù)，對比分析發(fā)現(xiàn)，四高爐返礦率與6#、7#機均以2#風箱總負壓和存在一定的相關(guān)性。由于平均負壓數(shù)據(jù)與返礦率數(shù)據(jù)太接近，便于圖中發(fā)現(xiàn)變化趨勢相關(guān)規(guī)律，不影響分析結(jié)果，數(shù)據(jù)統(tǒng)計表與相關(guān)變化趨勢如下表2、圖2所示。

燒結(jié)抽風負壓也是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的因素之一。一般來說，在相同工況條件下，在一定的用料條件下，在一定負壓范圍內(nèi)，負壓越高，燒結(jié)質(zhì)量越好，返礦率就越少，穿過料層有效風量增加，吸力作用拉近物料顆粒之間距離，生成的液相在冷卻結(jié)晶過程中易于粘接和包裹周圍未熔或半熔的顆粒物，達到造塊目的。但負壓過高后，原始料層間隙太小，氣流阻力增大，又影響燒結(jié)過程原始料層透氣性，使得過濕帶消失時間延長，造成燒結(jié)終點滯后，而影響燒結(jié)礦質(zhì)量。通過上述圖2中2#風箱負壓總和與燒結(jié)返礦率的反向變化趨勢可見，除17日數(shù)據(jù)偏離外，呈反向變化趨勢較明顯，相關(guān)性較強。由此可知，抽風負壓是影響返礦率的重要因素。另外，抽風負壓還與漏風、管道堵塞、混合料水分與粒度等因素有關(guān)系。

4、燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率相關(guān)性分析

4.1  6#、7#機實際用料結(jié)構(gòu)燒結(jié)杯試驗結(jié)果對比分析

2016年至2017年來， 6#、7#機實際生產(chǎn)用料結(jié)構(gòu)燒結(jié)杯試驗，燃料配比6.0-6.3%基本接近，試驗結(jié)果如下圖3所示。

相關(guān)性分析：轉(zhuǎn)鼓指數(shù)變化趨勢線相關(guān)系數(shù)R2=0.0839，返礦率變化趨勢線相關(guān)系數(shù)R2=0.0328，可見，相關(guān)系數(shù)差異較大，說明燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率互不相關(guān)。試驗目的，探索水分、熔劑、燃料的變化對不同礦種或不同用料結(jié)構(gòu)、相同用料結(jié)構(gòu)，不同燃料配比或熔劑對指標影響等，找出相關(guān)規(guī)律以及影響原因分析，對資源采購、配料、實踐生產(chǎn)提供指導，取得良好指標，保高爐生產(chǎn)順行。由于影響因素較多，燒結(jié)過程發(fā)生物理、化學反應、氣固液相反應，熱膨脹或冷卻結(jié)晶因相變而發(fā)生體積膨脹，伴隨著應力產(chǎn)生，有燒結(jié)礦表面與中心溫差產(chǎn)生熱應力，不同膨脹性引起礦相之間應力，正硅酸鈣多晶轉(zhuǎn)變引起相應力[2]，燒結(jié)過程較為復雜，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率均為被檢測項指標，不具備控制轉(zhuǎn)鼓指數(shù)作為自變量，提高或下降多少百分點，與返礦率作為因變量對應上升或下降試驗。通過試驗、生產(chǎn)實踐分析總結(jié)，影響因素較多。為此，燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率非直接相互影響因素。

通過上述圖3趨勢變化相關(guān)性分析比較，本周出現(xiàn)燒結(jié)礦冷態(tài)強度轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與四高爐返礦率呈同向下降，是因影響直接因素不同，并不矛盾。

4.2  生產(chǎn)實際轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率相關(guān)性分析

統(tǒng)計了2009年來至2017年1-6月份轉(zhuǎn)鼓和返礦數(shù)據(jù)分析，燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓與返礦率變化趨勢如下圖4所示。

相關(guān)性對比分析：從上述圖4中轉(zhuǎn)鼓變化趨勢線可見，除2009年和2010年轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低于79%，最高轉(zhuǎn)鼓指數(shù)2017年3月80.1%外，其余6年和5個月的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均在79.4%左右且差距較小，返礦率逐年、逐月呈下降的變化趨勢。從2011年20.54%下降到了2017年6月的13.8%，以1%為一個數(shù)量級，已下降了6個數(shù)量級，下降幅度很大，轉(zhuǎn)鼓與返礦率變化趨勢線也不成相關(guān)關(guān)系，但通過其他途徑如改變或改善用料結(jié)構(gòu)，進行技術(shù)攻關(guān)，工藝與設(shè)備改進、提升裝備水平等措施，仍可以達到降低返礦率目的。因此，在此范圍內(nèi)轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率兩者變化趨勢規(guī)律性、相關(guān)性不強，進一步說明燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓與返礦率非直接影響關(guān)系。

5、料層厚度與轉(zhuǎn)鼓、返礦率相關(guān)性分析

2017年1-6月份6#、7#機料層厚度與轉(zhuǎn)鼓、返礦率數(shù)據(jù)如下圖6所示。進一步提高料層，充分發(fā)揮了自動蓄熱作用。環(huán)冷機改造后密封效果好，保溫性強，再結(jié)晶效果好。

從圖5中可見，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)變化趨勢線變化與料層厚度、返礦率變化趨勢線相關(guān)性不明顯。料層厚度與返礦率變化趨勢線，除5月份對應的點偏離外，呈反向關(guān)系，趨勢變化較明顯，相關(guān)性較強。可見，料層厚度是影響返礦率的重要原因。

6、燃料單耗與料層、返礦率相關(guān)性分析

2017年1-6月燃料單耗、料層、返礦率變化趨勢如下圖6所示。

變化趨勢分析：2017年3月22日-31日在試驗室其它條件相同的前提下，對相同配比5.6%的純焦粉與純煤粉燒結(jié)做了燒結(jié)杯試驗，試驗結(jié)果，配加純焦粉的返礦率為16.25%，配加純煤粉的返礦率為20.74%，相差了4.49%，說明用純煤粉燒結(jié)生產(chǎn)會使返礦率升高，使用純焦粉會降低返礦率，由于焦粉價格與煤粉價格原因和資源量制約，為了焦粉與煤粉優(yōu)化資源搭配，成本、指標取得較好效果。從圖6中可見，前5個月焦粉單耗最下第一條趨勢線與最上第二條返礦率變化趨勢線，呈反向關(guān)系也較明顯，規(guī)律性較強，說明焦粉單耗的高低也是影響返礦率又一因素之一。

7、燒結(jié)礦強度對四高爐爐況影響

從表1中可見，四高爐產(chǎn)量從7月14日-19日產(chǎn)量均在6000噸以下，低于正常產(chǎn)量水平，因爐況不穩(wěn)定，發(fā)生波動，主要表現(xiàn)為出氣流，高爐上部透氣性差，風量下降，產(chǎn)量下降，焦比上升。         通過上述燒結(jié)礦冷態(tài)強度分析，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)呈現(xiàn)出下降趨勢，但變化幅度不大，返礦率也同向下降，5-10mm的部分也不高，均在控制要求25%以下，影響原因是什么。實驗室對工業(yè)生產(chǎn)燒結(jié)礦低溫還原粉化試驗分析如下表3所示。

 結(jié)合表1和表3來看，四高爐產(chǎn)量變化與7月16日用上秘魯精粉到7月18日增加到15%變用料結(jié)構(gòu)后，燒結(jié)礦冶金性能逐漸得到改善。與采用調(diào)整布料制度，查冷卻系統(tǒng)原因，休風更換風口相結(jié)合，爐況逐步趨于正常。燒結(jié)礦熱態(tài)強度下降原因分析：（1）與礦石的種類和結(jié)構(gòu)有關(guān)系。以赤鐵礦為主或較多量赤鐵礦粉燒結(jié)，燒結(jié)礦低溫還原粉化高一些[2]；（2）由表1可知，Al2O3含量較高，處于2.40%-2.47%的較高水平，原因Al2O3含量較高增加了液相的黏度，使得未還原和殘余的赤鐵礦增加，促進低溫還原粉化；（3）由表1可知， SiO2呈現(xiàn)上升趨勢，Al/Si≥0.4，處于較高水平，雖然RDI-0.5指數(shù)下降，RDI-3.15指數(shù)下降，但RDI+6.3指數(shù)上升仍然處于較低水平。雖SiO2呈現(xiàn)上升趨勢，有利于提高強度，但Al2O3含量較高， Al/Si也較高，是影響低溫還原粉化關(guān)鍵因素。為此，本次四高爐短期爐況波動分析認為，主要是由于燒結(jié)礦熱態(tài)強度低溫還原粉化指數(shù)下降所致。

8、 主要控制指標建議

本周統(tǒng)計還發(fā)現(xiàn)堿度超過2.20倍后，F(xiàn)eO含量均小于8%。如 7月15日8:00樣R2 2.23倍  FeO 6.66%，18:00樣R2 2.24倍  FeO 7.28%，7月16日12:00樣R2 2.42倍  FeO 7.55%，18:00樣R2 2.25倍  FeO 7.00%，7月17日8:00樣R2 2.23倍  FeO 7.66%，18:00樣R2 2.28倍  FeO 6.52%。現(xiàn)生產(chǎn)實踐證明了FeO含量控制在≤8%-10%較合適的水平。燒結(jié)堿度超過2.20倍后，F(xiàn)eO含量低于8%。由此，建議：（1）、燒結(jié)堿度R2正?？刂圃?.90-2.15倍，堿度最高不能超過2.20倍，最低不能低于1.80倍。（2）、燒結(jié)機原始料層控制≥750mm。（3）、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)正常控制在79.4%或以上，最低不能低于79.0%。（4）、配料室小于3毫米濕燃料粒度≥75%，主要獲得微孔結(jié)構(gòu)強度較好，還原性較好，較理想的燒結(jié)礦結(jié)構(gòu)。（5）、燒結(jié)礦二氧化硅建議控制在5.3-6.0%之間，最高不要超過6.5%，因高硅燒結(jié)礦儲存時間長了會自然粉化，二氧化硅也是影響低溫還原粉化的重要因素。不論是高硅，還是低硅燒結(jié)礦，都會導致粉化。（6）、燒結(jié)礦鋁硅比也是影響低溫還原粉化的重要原因，建議控制小于0.4。（7）、用料結(jié)構(gòu)中要保持一定的磁鐵精粉比例，改善冶金性能。

9、結(jié)語

1、通過上述相關(guān)性對比分析，進一步說明轉(zhuǎn)鼓指數(shù)與返礦率由于不同因素影響而呈同向下降趨勢非直接影響關(guān)系。

2、燒結(jié)礦冷態(tài)強度是從燒結(jié)機下來，到環(huán)冷機出來，經(jīng)高爐小礦槽，到高爐主皮帶，這一運輸過程主要抗粒度衰減、整粒、篩除粉末。冷態(tài)強度是基礎(chǔ)，也是最基本要求。但沒有經(jīng)過高溫和煤氣還原過程同時的考驗，熱態(tài)強度冶金性能才是關(guān)鍵，大高爐生產(chǎn)建議更應該重視熱態(tài)強度。

參考文獻：

[1] 陳耀銘，陳銳編著. 燒結(jié)球團微觀結(jié)構(gòu)[M].湖南：中南大學出版社.2011年12月.

[2] 周取定.鐵礦石造塊及工藝[M].北京：冶金工業(yè)出版社.