南((昌)钢烧结矿粉化原因分析及改善措施

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摘要：烧结矿小粒级偏多一直是困扰南钢烧结生产及高炉生产的难题，本文对烧结矿粉化的原因进行了分析并提出了改善措施，对生产实践进行了总结。关键词：烧结矿；粉化；原因；改善措施　烧…

摘要：烧结矿小粒级偏多一直是困扰南钢烧结生产及高炉生产的难题，本文对烧结矿粉化的原因进行了分析并提出了改善措施，对生产实践进行了总结。

关键词：烧结矿；粉化；原因；改善措施

　烧结矿粉化的原因很多，包括矿相的变化、成分、烧结工艺参数、烧结过程、原料、运输储存过程等方面的影响，根据这些原因可以制定相应的抑制粉化的措施。南昌钢铁有限责任公司(南钢)烧结厂烧结矿粉化比较严重，烧结矿小粒级偏多，给高炉生产造成一定的影响。2005年根据粉化原因并结合烧结厂现状制定了相应措施，收效良好。

1 烧结矿粉化原因分析

1.1 矿相分析

　对粉末状烧结矿进行矿物组成分析，发现其主要矿物为磁铁矿、富氏体以及少量铁酸钙和赤铁矿，透明矿物为γ型硅酸二钙(以下简称γ—C₂S)，少量钙铁橄榄石，β硅灰石，以及极少量的方解石，石英、游离石灰石和残余的燃料等，其中γ—C₂S、富氏体含量明显多于未粉化的烧结矿中的含量。

1.2 烧结矿粉化与碱度的关系

　周取定教授在对迁安矿烧结矿粉化现象的研究中发现，当碱度小于1.0时基本无粉化，当碱度大于1.0时，烧结矿的粉化率陡然升高，但碱度大于3.0时，烧结矿又基本无粉化。进一步对不同碱度烧结矿进行矿相分析发现，当碱度小于1.0时，因为机烧矿中含钙量少，从而γ—C₂S相对要少。但随着烧结矿碱度的升高，出现一定数量的γ—C₂S和β—C₂S，且随着两者的升高，粉化率亦随之升高。当碱度大于3.0时，几乎所有的C₂S都成为β—C₂S和一定数量的硅酸三钙。由此可见，烧结矿粉化的原因主要取决于γ—C₂S的存在和数量的多少。

1.3 烧结矿粉化与配碳量的关系

　烧结矿的粉化随配碳量的增加而渐趋严重，对同一部台车的烧结矿取样也发现中下层烧结矿粉化比上层的严重。当配碳量少时，烧结矿中C₂S少，富氏体极少或几乎没有，其它硅酸盐矿物也较少，但赤铁矿和铁酸钙则较多，烧结矿基本不粉化。随着配碳量的增加，烧结矿中的富氏体明显的增多，赤铁矿和铁酸钙则明显减少，硅酸盐矿物有所增加。

　以上3点充分证明：烧结矿中的γ—C₂S的形成是导致烧结矿粉化的根本原因。这是因为在烧结过程中，C₂S存在密度不同的α，β，γ3种不同的变体，冷却时，当α—C₂S和β—C₂S向γ—C₂S转变的过程中，分别有10％和12％的体积膨胀，体积膨胀时产生极大的应力，从而导致烧结矿的粉化。

1.4 烧结矿的急冷产生粉化

　烧结矿在急速冷却过程中，体积急速收缩，产生极大的应力，从而使烧结块破裂。产生烧结矿急冷的部位有以下几个地方：

　 (1)边缘效应。料层沿台车挡板处透气性要远远好于台车中部的透气性，导致边缘部分总是提前烧好烧透，提前进入冷却，而烧好的烧结矿透气性又更好，大量的冷风以极高的速度通过边缘，致使这部分烧结矿急速冷却。除其内部因急冷产生破裂外，冷矿与热矿的交界处由于收缩速度的不同也产生应力，导致表面烧矿的粉化。

　 (2)由于烧结矿的过烧而致。当烧结矿过烧时同样会产生急冷，使烧结矿粉化加剧。

　 (3)烧结矿在冷却机上的冷却速度如不加以控制，同样会产生急冷。当炽热的烧结矿一进入环冷机时，即与大量冷风接触，大块烧结矿就像玻璃一样纷纷破裂。

　 (4)当单辊破碎机的破碎效果不是很好的情况下，经破碎机后烧结矿块度太大，大块烧结矿到达环冷机后，其外部由于与冷风直接接触冷却很快，而其内部却难以冷却，这就使得大块烧结矿外冷内热，产生应力，使烧结矿粉化。同时这也降低了环冷机的冷却效果。

　 (5)台车表层的烧结矿由于与空气直接接触，冷却速度更快，同时由于燃烧过快，产生不了足够的液相，其强度也很差。

1.5 点火效果不好产生粉化

　如果点火不均也会使烧结矿产生粉化。由于点火负压较高，各火嘴喷出的火焰被强拉至料面，形成柱状火焰，这样火焰正下方的混合料由于得到大量的热，混合料中燃料被快速点燃，也放出大量的热，这部分混合料很快发生物理化学反应，产生大量的液相，而火嘴与火嘴中间的混合料则由于得不到充分的热量而反应很慢，或有部分焦粉尚未点燃，变成残碳。

　同时如果点火负压过高，导致表层燃烧速度过快，产生不了足够的液相，从而其强度很差，在运输过程中由于摔打而产生粉化。

1.6 燃料分布不均产生粉化

　如果燃料粒度过粗，必然导致燃料在混合料中分布不均。在燃料燃烧过程中，粗粒燃料附近的混合料因得到过多热量而产生过多液相，在冷却过程中形成很脆的玻璃相。而远离燃料颗粒的区域，由于得不到足够的热量，从而产生不了足够的液相，则强度亦很差，且在这两部分的交界处又会产生应力，加剧了烧结矿的粉化。这就要求固体燃料粒度要达到一定的细度，一般要求小于3mm部分要达到85％。但燃料过细则会影响透气性。

1.7 烧结过程未控制好产生粉化

　一是由于水分的波动使造球不好，无法烧好烧透从而产生粉化；二是由于布料不平使各部透气性不一致，则燃烧速度不一致，从而产生粉化；三是如果有老鼠洞或其它原因漏风，使局部未烧好烧透，从而产生粉化；四是由于冷热返矿过多产生粉化，这是由于返矿过多不利于造球，特别是热返矿，因其温度很高，当在混料机中加水润湿时，表面的水分被很快蒸发，因此细粒物料无法相粘成球。

1.8 铺底料的粉化

　铺底料也是烧结矿。在烧结过程前期，由于抽风把上部混合料的水分抽下，将铺底料润湿，而在后期由于渐渐烧透，铺底料渐渐受热，到烧结终点时则受到强热，这类似于自然界的风化过程。经过风化的烧结矿产生粉化。

1.9 原料的影响

　不同原料结构的混合料烧结后粉化率是不同的。原料的问题是个很复杂的问题，包括不同原料的成球性、亲水性、矿物组成、同化性、熔点的高低、粒度的粗细、化学成分、矿相等都有很大的关系。这些只有通过大量的实验才能获得相关的数据。

1.10 碱金属对粉化的影响

　有研究显示，钾、钠等碱金属会使烧结矿产生严重粉化，并使高炉炉墙、炉衬受损，焦炭温度降低。

1.11 烧结矿在整粒、运输过程中产生粉化

　烧结矿在筛分、运输过程中要经过几十道摔打而产生大量的粉末。

2 南钢控制烧结矿粉化的生产实践

2.1 降低SiO₂含量

　降低SiO₂含量主要是由于在碱度不变的情况下可减少CaO的配入量，从总体上降低C₂S的含量，从而降低γ一C₂S的形成。近两年来由于钢铁生产的迅猛发展，烧结原料空前紧张，原料的质量也大幅下降，特别原料中的SiO₂含量大幅上升，导致烧结矿中SiO₂含量随之上升。表1列举了国内烧结矿质量相对较好的几个钢厂，2004年烧结矿SiO₂含量，由表可见2004年南钢烧结厂烧结矿SiO₂含量远高于另5家钢厂。2005年10月份以来南钢烧结厂提出了要降低烧结矿中的SiO₂含量的要求和措施，目前烧结矿SiO₂含量已基本控制在6％以下。

表1 　2004年国内部分钢厂烧结矿SiO₂含量, ％

钢厂名称	烧结矿SiO₂含量	钢厂名称	烧结矿SiO₂含量
宝钢	4.57	沙钢	5.25
莱钢	4.25	新(余)钢	5.30
杭钢	5.14	南(昌)钢	6.27

2.2 配加白云石

　配加白云石是一把双刃剑，一方面烧结矿中MgO可以抑制γ一C₂S的生成，但另一方面过多的MgO又使烧结矿变脆，粒级组成变差。为此目前控制烧结矿中MgO含量在2.4％±0.1％。

2.3 低温烧结

　低温和氧化性气氛可以控制C₂S的生成，从而降低烧结矿的粉化，可以通过热风烧结和富氧烧结来补充热量的不足。为此烧结厂控制烧结料层大于600mm，在保证烧结矿强度前提下降低配碳量，使烧结保持氧化性气氛。

2.4 控制烧结矿中C₂S的相变

　一是加入含磷矿物，微量的磷可以与β一C₂S形成固溶体，阻止β一C₂S的相变。研究表明当烧结矿中含磷达到0.04％时，烧结矿基本不粉化。另外硼、铬、锰、钒也有类似的效果。

　有研究表明，当烧结矿中加入品位为1％的磷灰石6％或加入3％的转炉钢渣，可以有效地抑制烧结矿的粉化。南钢烧结厂烧结大堆平铺料中配入了3％的钢渣粉。

　同时要求烧结矿中A1₂0₃的含量不能大于2.1％，A1₂0₃含量高也会使烧结矿粉化。南钢烧结厂烧结矿中A1₂0₃含量平均小于2.0％，这一点没有问题。

2.5 提高烧结矿的碱度

　提高烧结矿的碱度目的是生成铁酸钙和C₃S，减少C₂S的生成和增加烧结矿的强度，增强抗摔打能力。2005年南钢烧结厂烧结矿碱度平均为1.95。

2.6 微负压点火

　要控制点火负压不能高于4kPa，这样就要求严格控制烧结机最初3个风箱的风量，现在一般的烧结机都有风门执行机构，但由于安装等问题，往往效果不明显。南钢烧结厂130 m²烧结机点火负压一直很高，1号风箱负压在16kPa左右，为此通过检修恢复了前3个风箱的风门执行机构的自动控制，更换了磨损的翻板，规定1号风箱风门处于长闭状态，每班打开一次放料防止堵塞。使1号风箱负压控制在14 kPa以下，炉膛内负压控制在4kPa以下。

2.7 提高焦粉破碎效果

　焦粉小于3mm部分粒级要求达到85％以上。要提高焦粉破碎效果主要是在设备管理和原料控制上下功夫，充分发挥粗破作用。2005年对焦粉破碎进行了攻关，目前焦粉粒级基本达到要求。

2.8 控制边缘效应

　在台车两边多布料，并把压料辊由原来的l根改成现在的3根，中间长两边短，两边辊子的单位长度重量要比中间重，这样两边料要比中间料压得更紧，有意降低两侧的透气性。同时将铺底料漏斗左右两侧收小，降低两边铺底料的厚度，从而增加两侧料层厚度。

2.9 控制冷热返矿的的数量和质量

　要求冷返矿参加配料配比要均匀，同时做好冷、热筛筛板维护和及时更换不合格的筛板。另外将热筛筛孔改为3mm，从而降低热返矿的粒度和数量。

2.10 合理控制环冷机的风量

　在保证不出红矿的情况下合理控制环冷机的风量是必要的。130 m²烧结机环冷机有4台鼓风机，从2004年下半年开始平时生产只开3台，并将第一台风机风门开30％，第二台开50％，第三台开80％，有一定效果。

2.11 提高冷筛筛分效果

　 2005年8月将冷筛筛板全部改成筛孔为6.3mm梳齿筛，提高了筛分效率，尽量把粉末筛除防止粉末进高炉。烧结矿出厂含粉率控制在5％左右。

2.12 优化配矿

　 2005年在原料配矿及防止原料混料上做了大量的工作。先通过原料特性实验确定每种原料的特性，并结合原料特性及其它一些条件确定每个大堆的配比，最后通过烧结杯实验进行验证，并对每堆料生产使用后的参数统计分析，不断优化配矿。另外将新老两个料场通过皮带机联通，料场货位综合使用，各品种都有明显的隔离带，有效地防止了混料。

2.13 降低铺底料粒度

　利用2005年年终大修时间将一次冷筛一段筛孔由原10mm改为8mm，二段筛孔由原20mm改为16 ㎜，使铺底料粒级控制在8～16mm，并降低台车上铺底料的厚度。

3 效果检查

　通过一系列措施，2005年烧结矿粒级组成得到持续改善，烧结矿粉化得到较大程度的遏制。表2列出了南钢烧结厂130m²烧结机2005年各月烧结矿出厂粒级组成对比情况。由表2可见烧结矿小于10㎜部分和小于5mm部分都呈下降趋势。

表2 　2005年1～12月份烧结矿粒级组成

月份	粒级(㎜),%		月份	粒级(㎜),%
月份	＜10	＜5	月份	＜10	＜5
1	36.1	9.6	7	31.6	8.1
2	35.2	10.2	8	33.2	7.6
3	37.5	9.3	9	32.3	5.4
4	33.7	8.5	10	30.3	5.2
5	33.8	7.8	11	29.8	4.9
6	34.1	8.6	12	28.6	5.1

4 结语

　实践证明，南钢烧结厂在控制烧结矿粉化，改善烧结矿粒级组成上采取的措施，包括降低SiO₂含量、配加白云石、低温烧结、配入了3％的钢渣粉、提高烧结矿的碱度、微负压点火、提高焦粉破碎效果、控制边缘效应、控制冷热返矿的数量和质量、合理控制环冷机的风量、提高冷筛筛分效果、优化配矿、降低铺底料粒度等，取得了较好的效果。

　但是目前烧结矿小粒级仍然较多，同质量要求仍然有较大差距，下一步计划做喷洒一定比例的CaCl₂溶液实验，以期达到更好的效果。

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