李建偉  趙建宇  仝興武  羿荃升

(河北津西鋼鐵集團(tuán)股份有限公司）

摘  要  燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)對高爐生產(chǎn)危害較大，主要表現(xiàn)在爐身上部料柱透氣性惡化，增加爐身結(jié)瘤危險(xiǎn)性；破壞煤氣正常分布，煤氣利用變差；瓦斯灰吹出量增加，煤氣凈化困難，煤氣管道破損加劇等，最終導(dǎo)致冶煉強(qiáng)度難以提高，產(chǎn)量下降，焦比升高。因近期津西鋼鐵燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)RDI+3.15較低，高爐崩料、懸料事故較多，燃料消耗上升，產(chǎn)量下降明顯。為了準(zhǔn)確了解影響津西鋼鐵燒結(jié)礦低溫還原粉化性能的各種因素，通過對各種因素的研究分析，找出主要、次要因素，進(jìn)而提升燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)，為高爐提產(chǎn)降耗奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞  燒結(jié)礦  低溫還原粉化指標(biāo)  高爐  煤氣利用率  燃料比

1  引言

進(jìn)入2020年以來，隨著津西燒結(jié)礦冶金性能逐步惡化，尤其低溫還原粉化指標(biāo)僅65%，直接制約著煉鐵高爐穩(wěn)定順行和燃料成本的降低。為保障高爐穩(wěn)定順行，降低煉鐵燃料消耗，通過對影響燒結(jié)礦低溫還原粉化性能因素分析，采取提高燒結(jié)礦低溫還原粉化性能指標(biāo)至75.08%后，高爐生產(chǎn)逐步穩(wěn)定，煤氣利用至45.8%，同比一月份上升1.4%，燃料比下降至530kg/t，同比一月份下降18kg/t。因此研究和分析如何提高燒結(jié)礦低溫還原粉化性能及對高爐生產(chǎn)的影響是十分重要和必要的[1]。

2  原料成分及實(shí)施方法

2.1  原料成分

本次實(shí)驗(yàn)所選用的含鐵原料、燃料、熔劑均由原料料場取樣并送進(jìn)廠化驗(yàn)室單獨(dú)化驗(yàn)，以確保化學(xué)成分的穩(wěn)定。如表1。

為提高津西燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)，給高爐的高產(chǎn)、低耗、穩(wěn)定、順行創(chuàng)造原料條件，燒結(jié)廠通過優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低硅、低鋁、高品的精料方針，即使用燒結(jié)性能較好混合粉，不斷降低超特及鐵精粉使用比例，停止使用含鋁較高的印度礦粉；操作方面，合理控制水碳，保證制粒和成礦，優(yōu)化工藝操作，在透氣性允許情況下提高燒結(jié)料層厚度，確保燒透，燒好；燒結(jié)成分控制方面，適當(dāng)提高R2至1.96%，亞鐵控制9-10%，在保證燒結(jié)礦低粉指標(biāo)的前提下研究還原性，燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)逐步提高。高爐的穩(wěn)定、順行得到了保障，燃料消耗明顯降低。

2.2  實(shí)驗(yàn)方法

由燒結(jié)廠按表2的實(shí)施方案進(jìn)行燒結(jié)，然后分別對其化學(xué)成分及冶金性能進(jìn)行測試。燒結(jié)礦低溫還原粉化性能按照GB/T13242、還原性能按照GB/T13241進(jìn)行測定[2]。通過對津西燒結(jié)礦成分及煉鐵高爐透氣性、煤氣利用等參數(shù)不斷分析研究，最終確定Al2O3、R2、FeO、TiO2對燒結(jié)礦RDI+3.15影響因素較大。故本文主要針對以上四方面進(jìn)行了研究。燒結(jié)參數(shù)見表2。

3  結(jié)果與討論

3.1   Al2O3對RDI+3.15的影響

由圖1可知，隨著Al2O3的降低，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能得到有效改善，而且在高爐爐渣中降低一定Al2O3的含量有利于改善爐渣的流動性和提高脫硫能力。由數(shù)據(jù)分析Al2O3含量由2.45%降低至2.38%，RDI+3.15增加了8.17%。因隨Al2O3含量升高，燒結(jié)礦RDI明顯惡化，其主要原因是燒結(jié)礦RDI+3.15與Al2O3含量的相關(guān)性很好，三價(jià)鐵離子的半徑為0.64×10-10m，三價(jià)鋁離子的半徑為0.51×10-10m二者十分接近。Al2O3在赤鐵礦中固溶量的增加，燒結(jié)溫度較高時(shí)，熔體中次生赤鐵礦結(jié)晶格子的一部分Fe3+被Al3+代替，促使Fe2O3再結(jié)晶連晶，由粒狀向片狀發(fā)展。數(shù)個(gè)單顆粒結(jié)合為片狀結(jié)晶態(tài)，使Fe2O3還原時(shí)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力由較為分散變得相對集中，引起晶面收縮，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力使燒結(jié)礦的強(qiáng)度降低，還原時(shí)容易產(chǎn)生新裂紋，而且裂紋容易擴(kuò)展，促使膨脹激烈化[3]。

從改善燒結(jié)礦低粉指標(biāo)考慮，應(yīng)盡可能降低燒結(jié)礦的Al2O3含量，配加低鋁礦粉的使用量，以保證RDI+3.15指標(biāo)能夠滿足高爐生產(chǎn)需要。

3.2  FeO對RDI+3.15的影響

由圖2可見，隨著亞鐵由8.3%升高至9.8%，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能得到有效改善，因燒結(jié)過程中隨著燃料的增加提高了燒結(jié)礦溫度后亞鐵升高，增加了赤鐵礦的溶解，生成了更多的液相，從而使燒結(jié)礦的結(jié)構(gòu)變得致密，燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)得到改善，但隨著亞鐵逐漸增加，燒結(jié)低溫還原粉化指標(biāo)提升并不大，反而燒結(jié)還原性指標(biāo)開始下降，所以在能夠滿足燒結(jié)低粉指標(biāo)前提下適當(dāng)控制亞鐵在10%以內(nèi)。

3.3  堿度R對RDI+3.15的影響

通過增加生石灰用量，燒結(jié)礦堿度由1.83%升高至1.96%，燒結(jié)礦低溫還原粉化性能得到有效提升，同時(shí)燒結(jié)燒結(jié)料層的通氣性得到改善，因當(dāng)燒結(jié)礦R2較低時(shí)，粘結(jié)相礦物主要有鈣鐵橄欖石及少量的硅酸一鈣、硅酸二鈣，鐵酸鈣和玻璃體，燒結(jié)礦冶金性能差。隨著堿度的提高，硅酸二鈣、鐵酸鈣明顯増多，而鈣鐵橄欖石和玻璃體則逐漸下降，從而改善了燒結(jié)礦RDI+3.15指標(biāo)，所以建議在考慮燒結(jié)產(chǎn)量平衡的同時(shí)，適當(dāng)提高燒結(jié)礦堿度，提高燒結(jié)礦低溫還原粉化性能[4]。

3.4  TiO2對RDI+3.15的影響

通過減少含鈦印度粉、鐵精粉的使用，燒結(jié)礦中TiO2由0.28%降低至0.23%，燒結(jié)RDI+3.15上升，同時(shí)減少高爐鐵水含鈦量，鐵水流動性變好。研究表明燒結(jié)礦中的TiO2主要存在于玻璃相中，TiO2 降低了玻璃相的斷裂韌性，玻璃相的抗還原粉化晶型轉(zhuǎn)變應(yīng)力能力降低，使燒結(jié)礦的裂紋產(chǎn)生更多，粉化加劇。燒結(jié)礦中的ＲDI+3.15隨著燒結(jié)礦中TiO2含量的增加而降低，同時(shí)根據(jù)礦相可知，骸晶狀鈦赤鐵礦含量隨著TiO2含量的增加而增加，在還原時(shí)燒結(jié)礦產(chǎn)生的裂紋增多，同時(shí)燒結(jié)礦中的鈣鈦礦和氣孔也增多，不僅使燒結(jié)礦強(qiáng)度降低，而且改善了還原的動力學(xué)條件，惡化了中鈦型燒結(jié)礦的還原粉化性能，所以降低入爐料鈦含量，有利于燒結(jié)礦冶金性能提升[5]。

4  燒結(jié)礦低溫粉化性能指標(biāo)提升后對高爐的影響

4.1  燒結(jié)低溫還原粉化對高爐透氣性的影響

高爐透氣性是指通過料柱的高溫煤氣流所受阻力的大小[6]。它是反映高爐內(nèi)爐料空隙度和爐料粒度組成之變化的指標(biāo)。公式為每分鐘的入爐風(fēng)量(Q)與當(dāng)時(shí)爐內(nèi)全壓差(ΔP)的比值(Q/(ΔP)) [7]。

高爐透氣性影響到爐料的順利下降及爐內(nèi)在橫向煤氣流的分布及煤氣利用率。若料柱有好的透氣性能，能夠使上升的高溫煤氣流穩(wěn)定均勻地通過料柱，使煤氣流與爐料充分接觸，充分發(fā)揮上升高溫煤氣流的熱傳遞作用和還原作用是保證爐料下降順利的基礎(chǔ)。尤其在強(qiáng)化冶煉時(shí)，初始爐缸煤氣量大幅度增加，若此時(shí)的燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)差，透氣性指數(shù)降低，使風(fēng)壓升高，進(jìn)而出現(xiàn)懸料、塌料等現(xiàn)象，使高爐冶煉進(jìn)程不能順利進(jìn)行[8]。受燒結(jié)礦質(zhì)量差所造成的料柱透氣性差的結(jié)果是造成煤氣流分布不均，同時(shí)造成壓差升高、爐料下降不順利，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)煤氣流偏行和管道等現(xiàn)象。進(jìn)而使整體的煤氣利用程度下降，上層入爐爐料預(yù)熱不充分，中層入爐爐料的還原不徹底，熱量消耗增加，發(fā)展直接還原，使高爐產(chǎn)量降低、消耗增大。為了保證高爐冶煉進(jìn)程順利進(jìn)行同時(shí)獲得良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，就必須通過各種渠道來改善高爐料柱的透氣性，而燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)差時(shí)就會在高爐爐身上部的低溫區(qū)(溫度大約在500C-60℃)還原時(shí)受熱沖擊及鐵礦石中Fe2O3還原(Fe2O3-Fe3O4-FeO)過程中發(fā)生Fe2O3晶形轉(zhuǎn)變，會導(dǎo)致燒結(jié)礦嚴(yán)重破裂、粉化，使高爐料柱的空度降低、爐身上部料柱透氣性惡化，增加爐身結(jié)瘤危險(xiǎn)性；破壞煤氣正常分布。煤氣利用變差；瓦斯灰吹出量增加，煤氣凈化困難，煤氣管道破損加劇等，最終導(dǎo)致燃料消耗提升，產(chǎn)量下降。

此次生產(chǎn)實(shí)踐表明：燒結(jié)低粉提高至75.08%后，高爐壓差明顯降低，在同等風(fēng)壓和頂壓情況下透氣性變好（如圖5），煤氣利用率有所提升（如圖6），高爐順行逐步穩(wěn)定。當(dāng)燒結(jié)礦RDI+3.15每提高1%，煤氣中CO利用率上升0.05%。

4.2  燒結(jié)低溫還原粉化指標(biāo)對高爐燃料比的影響

隨著高爐順行逐步好轉(zhuǎn)，燃料比隨之下降（如圖7），產(chǎn)量上升（如圖8），實(shí)踐表明燒結(jié)低溫還原粉化指標(biāo)RDI+3.15每提高1%，燃料比下降0.166%，產(chǎn)量提高0.564%。

5  結(jié)論

（1）從燒結(jié)礦低溫還原粉化性能來看，低粉在72%以上，有利于高爐穩(wěn)定順行及煤氣利用率提高、燃料比降低。

（2）提高燒結(jié)礦低溫還原粉指標(biāo)，應(yīng)使用燒結(jié)性能較好的混合粉逐步代替含Al2O3、TiO2較高礦粉，堿度控制1.95-2.0%，亞鐵控制9-10%，燒結(jié)礦在能夠滿足低溫還原粉化指標(biāo)前提下適當(dāng)降低亞鐵。

（3）當(dāng)燒結(jié)礦RDI+3.15每提高1%，煤氣中CO利用率上升0.05%，燃料比下降0.166%，產(chǎn)量提高0.564%。

（4）綜合分析，只有燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)滿足高爐透氣性要求前提下，在研究提高燒結(jié)礦還原性能才是燒結(jié)礦調(diào)整的正確方向。

6  參考文獻(xiàn)

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[6] 蘇曉莉，尹怡欣，張森十.高爐透氣性指數(shù)的改進(jìn)多層超限學(xué)習(xí)機(jī)預(yù)測模型[J].控制理論與應(yīng)用，2016，33(12):1675.

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[8] 許滿興.燒結(jié)礦冶金性能對其質(zhì)量和高爐主要操作指標(biāo)的影響[J].燒結(jié)球團(tuán)，2014，39(3):1-2.