罕(王)铁降低烧结矿FeO含量的生产实践

罕(王)铁降低烧结矿FeO含量的生产实践

    潘料庭

(抚顺罕王直接还原铁有限公司)

摘要  本文从理论上分析了烧结矿FeO含量对烧结生产经济技术指标的影响，我厂通过围绕降低烧结矿FeO含量来进行生产控制，取得了良好的经济效益，文中提出今后生产的改进方向，以进一步通过降低烧结矿FeO含量，达到“节能降耗优质高效”的生产目标。

关键词  烧结矿  FeO含量   燃料消耗   冶金性能

l  前  言 

  炼铁的精料方针，不仅是对精料的“高、熟、匀、净、小”的冷态性能要求，更是对精料的热态性能要求，如何生产合适的烧结矿FeO含量已经成为各个钢铁生产企业研究的课题。在烧结生产过程中，控制烧结矿中的FeO含量成为一项重要的生产指标，现代化的烧结厂均根据各自的原料条件和工艺特点制定了降低烧结矿FeO含量的目标和措施，在不影响烧结矿强度的条件下，力争将FeO控制在较低的水平，使烧结矿冶金性能得到进一步改善，达到高炉冶炼增产降焦的目的。

2  国内烧结矿FeO控制水平

    国内部分钢铁企业2007年度烧结矿FeO含量指标见表l。从表中可以看出，目前大多数钢铁企业已经不再片面追求统一的烧结矿质量标准，而是针对本公司的工艺条件、冶炼设备和原料条件等，重视烧结矿冶炼适用性。宝钢近几年烧结矿FeO含量均保持在7．5％以下，柳钢80平方米烧结机2007年烧结矿FeO含量也保持在了7．25％以下，目前烧结矿FeO含量控制的趋势是在保证烧结矿强度的前提下，高炉生产越来越追求低FeO冶炼操作。
    我厂现行烧结矿FeO含量标准为8．5±1．5％，是根据450 m³高炉长期的生产实践经验确定的，没有经过必要的系统的实验室研究及高炉工业生产试验。目前存在的问题主要是：1)对烧结矿FeO含量对高炉冶炼影响的研究、认识及重视程度不够；2)烧结矿FeO含量偏高，较国内同类型企业高出l％以上；3)原料波动较大，工人技能水平较低，导致烧结矿FeO含量波动大。

3  烧结矿FeO含量对主要技术指标的影响

    FeO含量是烧结矿的重要技术指标之一。既影响烧结过程，又影响烧结矿的冶金性能及高炉冶炼。适当降低烧结矿FeO含量，可改善烧结矿的还原性能，使高炉增产降焦增效，同时降低烧结固体燃耗。其负面影响是烧结矿强度下降，低温还原粉化增加。表2所示为我厂一年来的数据分析。
3．1 FeO含量对烧结矿强度的影响

    FeO含量适宜时，产质量最好，以铁酸钙为主要粘结相的高碱度烧结矿强度高。由于FeO含量适宜，使整个料层温度水平均匀，表层烧结矿的强度也获得改善，因此在筛分效率稳定的情况下，烧结矿粉末减少。烧结矿FeO含量过高时，强度会降低，这主要是烧结矿FeO含量超过一定值时，烧结矿液相过多，冷却速度减慢促进正硅酸钙的结晶，使铁酸钙粘结相减少。而烧结矿在冷却过程中产生β－2CaO·SiO₂相变，体积膨胀，造成粉化，引起强度下降，粉末增加。

3．2 FeO含量对低温还原粉化率的影响

    随烧结矿中FeO含量降低，低温还原粉化率降低。这主要是FeO含量降低后，烧结矿中100～500μm的骸晶状菱形赤铁矿数量增加所致。

3．3  FeO含量对烧结矿还原性能的影晌

    随着烧结矿中FeO含量降低，其还原性能得到改善，可促进高炉降焦增产。资料统计显示：烧结矿中FeO含量降低l％，可降低高炉焦比1％～1．5％，增产l％～1．5％。

3．4 FeO含量对烧结矿软熔温度的影响

    烧结矿中FeO含量降低，其还原性得到改善，减少软熔带矿石中FeO含量，因而软熔带温度升高。

4  烧结生产中降低FeO含量的技术措施

    FeO含量的降低，既可以通过设定原料条件来确定FeO含量的目标值，控制烧结矿的产量和强度，也可通过调整配矿、配碳、碱度和料层厚度来实现FeO含量的目标值。同时，采取相应的技术措施，改善烧结矿的强度和还原性能，创造高炉冶炼的最佳适应性指标。

4．1  通过采取降低烧结固体燃耗来降低FeO含量

    烧结矿的FeO含量与配碳量有直接关系，一般配碳量增加l％，FeO含量会增高l％～2％，只有低配碳量才能实现低FeO含量。高配碳是烧结矿质量差的根本原因之一。配碳过高，会扩大燃烧带，增加烧结料层阻力，不利于厚料层操作，致使产量降低。同时，还会因为还原气氛增强，使Fe₂O₃不稳定而分解为Fe₃O₄和FeO，造成Fe₃O₄和FeO含量上升，减少复合铁酸钙(SFCA)生成。即便生成了铁酸钙，也多为板状，其强度低，低温还原粉化性能差，直接影响烧结矿的质量，燃料消耗增高。反之，配碳量过低，将会造成燃烧带温度不足，成品率下降，影响烧结矿产、质量。故要求进厂燃料粒度均匀，质量稳定，发热值高。

4．2通过强化混合料制粒，实施低碳厚料层操作，改善烧结矿强度

    由于厚料层烧结有利于铁酸钙和Fe₂O₃矿物相的生成，不利于Fe₃O₄的存在，因此厚料层操作有利于降低FeO含量和提高烧结矿强度。一般情况下，料层每提高100mm，成品烧结矿的FeO含量可降低0．6％～1．5％，转鼓指数可提高1．5％～2．5％。由于料层自动蓄热的作用，为低配碳提供了条件，一般料层每提高100 mm，固体燃耗下降10 kg／t。但是烧结料层也不是越厚越好，一般情况下，料层厚度达到600 mm以后，烧结机利用系数开始下降。料层为500～600 mm时，烧结机利用系数最高。突破600 mm料层，必须要有相应的技术支持。罕王60 m²烧结机通过采取使用生石灰消化器提前消化，使用热水交换器实现生石灰用热水消化，混合机、制粒机使用热水雾化加水，混合料蒸汽预热、制粒机通过变频调速可延长造球时间，低温点火，厚料层烧结，严格控制进厂原燃料质量等措施，对强化烧结和改善烧结矿质量效果明显。

4．3提高熔剂质量，稳定SiO₂含量，生产适宜MgO含量的高碱度烧结矿

    实验室研究和生产实践证明，低品位高二氧化硅原料适合生产低碱度烧结矿。当自熔性烧结矿品位大于56％时，由于粘结相量不足而引起烧结矿强度下降，若要依靠增加燃料用量、提高FeO含量来提高烧结矿强度，将使烧结矿的还原性能恶化，影响高炉煤气利用。随着选矿技术的发展，SiO₂含量的降低，为满足烧结过程中铁酸钙生成的需要，必须提高烧结矿的碱度，同时，提高熔剂质量，减少烧结矿中游离CaO含量，确保烧结矿的冶金性能改善。我厂在投产后经过不断的摸索，R₂在1．85左右，SiO₂在6．5％左右时，烧结矿冶金性能最佳。

    一般认为，烧结矿中添加MgO，主要是为了满足高炉造渣的需要，同时可提高烧结矿强度及软熔性能。但对于高铁低硅低温烧结来说，过高的MgO对烧结矿的强度是不利的，因为MgO的存在，可生成镁橄榄石(熔点为1890℃)、钙镁橄榄石(熔点1454℃)，镁蔷薇辉石(熔点1570℃)、镁黄长石(熔点1454℃)等高熔点矿物，并且这些矿物的形成都要消耗烧结料中的SiO₂，使得烧结液相量进一步减少。因此，高铁低硅烧结矿MgO的含量不能太高，我厂生产采用有利于铁酸钙生成的低温烧结法，同时MgO含量控制在1．8％，使得强度有所提高。

4．4使用烧结助燃剂，降低燃耗，提高强度，降低FeO含量

    烧结助燃剂工作机理是通过提高烧结料层中的氧位和催化燃料，确保料层中的固体燃料得以充分和快速燃烧，从而提高了高温区温度和垂直烧结速度，减少固体燃耗；助燃剂中的低熔点物质在高温区与烧结物料相互作用，生成较多的液相量，提高了烧结矿的强度；助燃剂中的稀有元素，强化了烧结矿中铁酸钙的生成条件，细化了烧结矿的矿相晶粒，改善了烧结矿的强度和冶金性能。
    从我厂使用生产实践来看，烧结配加万分之四的助燃剂后，烧结矿各项技术经济指标均有显著改善，特别表现在烧结矿产量的提高、转鼓强度的提高及固体燃料消耗的降低上。烧结矿产量平均提高了5％左右，转鼓强度平均提高了2个百分点，每吨烧结矿固体燃料消耗平均降低了4．6 kg／t，FeO含量平均降低了0．6％。

4．5采用低温烧结技术

    低温烧结是指控制烧结温度在1200～1280℃的范围内，适当增宽高温带，确保生成足够的粘结相的一种烧结新工艺。低温烧结矿中铁矿物以赤铁矿为主，且多呈原生颗粒状；粘结相以针状交织结构的四元铁酸钙SFCA为主，结构式为Ca₅Si₂(FeAl)₁₈ O₃₆，与普通熔融型(烧结温度大于1300℃)烧结矿比较，低温烧结具有强度高、还原性好、低温还原粉化率低等特点，是一种优质的高炉炉料。

    我厂采用100％磁铁精矿烧结，结合北科大的实验研究结果，按照实现低温烧结的措施要求：1)进厂原燃料粒度细，铁精粉－200目达60％以上，熔剂和焦粉0～3 mm占85％以上；2)碱度控制1．8～2．0，SiO₂含量在5．5％以上，Al₂O₃／SiO₂为0．1～0．35；3)因无赤铁矿粉配入，想办法提高Al₂O₃含量；4)强化混匀、制粒、采用低碳厚料层操作；5)采用低温点火器点火并降低垂直烧结速度。

    从我厂的生产实践来看，通过采取低温烧结措施，烧结矿技术经济指标取得了明显改善，烧结矿产量提高了5％左右，转鼓强度提高了2％左右，烧结矿固体燃料消耗平均降低了5 kg／t，FeO含量平均降低了0．8％。

5  通过降低烧结矿Fe0含量取得的经济效益分析

    我厂围绕降低烧结FeO含量进行了一系列的技改措施，使得烧结矿产质量指标步入了先进行列，吨矿电耗下降了2度，达到了36度，一年节约电费：72万吨×2度×0．55元／度吨=79．2万元；固体燃料消耗平均下降8 kg／t，达到了54 kg／t，一年节约成本：8 kg／t×72万吨×890元／t÷1000=5 12．64万元。综合起来每年节约成本在600万元以上，取得较大经济效益。

6  结  语

    1)在保证烧结矿的前提之下，通过采取各种技术措施，适宜降低．FeO含量，可以改善烧结矿冶金性能，为高炉实现提产增效创造条件，也为烧结生产提高产量，降低固体燃料消耗和降低生产成本做贡献。

    2)导致烧结矿FeO含量偏高和不稳定的原因是多方面的，但是生产中必须要控制好原燃料质量的稳定，用烧结理论指导生产，在稳定过程中寻求降低烧结矿FeO含量的途径。

    3)在现有全磁铁精矿烧结的原料条件下，我厂将继续围绕降低烧结矿FeO含量开展工作，不断引进新工艺、新技术，在实践中发现问题，总结和积累经验，努力降低烧结矿FeO含量，争创更大的经济效益。