张卫华，刘怀路，沈洪流，魏瑞瑞，陈那港

内容导读：烧结配矿技术是在全面掌握铁矿粉的常温特性和高温特性的基础上，应用互补性原理和方法进行合理的配矿设计。本文在工业试验中通过增加进口加拿大精粉的配比，迅速提高烧结转鼓强度，改善烧结矿质量。同时对降低高炉渣中氧化镁进行技术攻关，获得了显著效果。

自世界上第一座高炉建立以来，高炉炼铁始终是冶炼生铁所使用的主要的工艺，占据着绝对的主导地位。近些年来，世界各地的学者虽然已经开发出众多非高炉炼铁工艺，但在生产成本的经济性上，仍然无法与传统的高炉生产工艺抗衡。在我国，受历史因素及生产成本的影响，非高炉炼铁工艺发展缓慢，95% 以上的生铁仍然由高炉生产。在高炉生产中，入炉原料主要为烧结矿、球团矿及块矿，其中烧结矿的占比普遍在 80% 以上。因此，烧结矿质量的好坏对高炉的生产及顺行起着决定性的作用，提高烧结矿质量对降低生产成本、保障高炉顺行具有重要的现实意义。

芜湖新兴铸管配置两座 1280 m₃ 高炉和两台265 m² 烧结机，2018 年烧结配矿结构主要采用地方精粉+进口富粉的配矿方式，各项烧结指标一直低于行业平均水平，2019 年针对烧结矿的配矿结构进行了优化攻关，增加了进口精粉 (加拿大精粉) 的使用，在进行了多次工艺调整后，烧结各项指标获得了大幅提升。同时，针对烧结矿质量指标的改变，迅速对高炉布料制度、热制度等采取相应的措施，使得高炉生产指标也得到快速提升。

烧结的配矿优化

由于铁矿粉物理化学特性及冶金性能的不同，使其在烧结特性方面存在较大的差异，烧结配矿技术就是在全面掌握铁矿粉的常温特性和高温特性的基础上，应用互补性原理和方法进行合理配矿设计^[1-4]。而铁矿粉的烧结性能，不仅体现在同化性^[5-7]、液相流动性^[7-12]、粘结相强度、还原性和复合铁酸钙产生能力等方面，还要综合考虑其常温性能：包括化学成分、物理特性 (粒度组成等)。

烧结配矿结构

2018 年芜湖新兴铸管烧结的配矿结构为 22% 地方精粉+73% 的进口富粉+5% 内部循环料，其中地方精粉主要使用五矿精粉，富粉主要使用 22% 的罗布河+超特、30% 的巴粗、6% 的罗伊山和 15% 左右的小料种，内部循环料主要是钢渣精粉和红粉等，综合品位平均在 56.46% 左右，但是从总体烧结效果看，转鼓强度、固体燃耗、利用系数这三项指标都不是很理想，如表 1 及表 2 所示，毛矿的利用系数仅有 1.13 t/(m2 ·h)，转鼓强度为 75.86%，固体燃耗净矿达到 65.85 kg/t。

造成生产指标不理想的原因主要有：(1) 当时环保限产造成开停机较频繁，影响了各项指标。(2) 进口富粉粒度偏大，铁矿粉的成球性能较差。一般要求矿粉粒度组成呈双峰分布，即 1.25~8 mm 及≤200 目部分越多越好，而 200 目~1.25 mm 及﹥8 mm粒级部分越少越好。在使用的铁矿粉中 (表 3)，罗布河、巴西粗粉粒度>10 mm 的比例大 (罗布河达到8.5%，巴西粗粉达到 12%)，罗布河虽然烧损较高，但可提高烧结透气性，并且其同化温度较低，液相生成能力较好，有利于提高烧结透气性，提高烧结产量，巴粗虽然烧损相对低，但粒度过大，大于10 mm 的达到 12 %，对成球不利。(3) 国内精粉同化温度高，一般在 1320 ℃，液相流动性指数、粘结性指数等指标不如进口富粉，虽然化学成分 (品位等) 能够得到保证，但是在烧结矿物理指标 (转鼓强度等) 方面助力不大^[13-14]，如表 3 所示。

烧结配矿结构优化

通过表 3 对比进口精粉和国内精粉的烧结基础特性，可以看到，进口精粉烧结性能优于国内精粉。因此通过增加进口精粉配比，减少进口富粉配比，以达到配矿结构互补的目的。其中进口精粉选定了加拿大精粉，这是因为加拿大精粉^[12-13] 的同化温度要低于其他精粉，如表 4 所示。同时，加拿大精粉中的 SiO₂ 含量也较高 (4.4% 左右)，容易产生液相复合铁酸钙，增加液相量，提高流动性。另外，由于 Fe²⁺的存在，容易产生低熔点物质钙铁橄榄石，进一步增加流动性。与其他铁矿粉相比，加拿大精粉的粒度更大，可以弥补因减少富粉导致的透气性降低的问题，有利于生产。

2019 年的工业试验按月进行，主要调整了国内精粉和进口精粉及进口富粉的比例。进口富粉主要增减巴西粗粉的配比，进口精粉为加拿大精粉，后期增加了伊朗精粉，国内精粉为五矿精粉，试验数据如表 5 所示。

图 1~图 3 为使用加拿大精粉后烧结矿转鼓强度、烧结机利用系数及烧结固体燃耗的变化。可以看出，转鼓强度在加拿大精粉配加到 9.19% 时达到最高值 77.62%，利用系数在加拿大精粉配加到2.23% 时达到最高值 1.33 t/(m² ·h)，固体燃耗在加拿大精粉配加到 7.71% 时达到最低值 59.2 kg/t。这主要得益于加拿大精粉的特性，相对于富粉，加拿大精粉透气性差，但对提高烧结转鼓强度有利。从此次工业试验综合来看，加拿大精粉配加到 7%~9%，进口富粉配加到 65%~70%，可以得到较为合适的烧结矿技术指标。

高炉应对攻关

攻关原因

因烧结配矿提高了加拿大精粉比例，使得烧结矿中的 SiO₂ 含量降低，平均 SiO₂ 含量在 5.15% 左右，促使高炉的渣量相对减少；同时烧结矿的转鼓强度提高，高炉炉料的透气性获得改善，使得高炉的指标提升，这为降低高炉渣中的镁铝比创造了有利条件。

高炉炉渣中 MgO 含量的控制，是一个重要的工艺控制点。MgO 的作用主要有两点：(1) 降低炉渣熔化温度，改善流动性，提高脱硫效率；(2) 当炉渣中Al₂O₃ 增加时，增加 MgO 含量，可以降低炉渣的黏度。其机理是 MgO 与 Al₂O₃、SiO₂ 及硅酸盐反应产生一系列的低熔点化合物，降低了高炉渣的黏度。但是 MgO 过高，会造成如下影响：(1) 随着渣中 MgO 含量增加，炉渣成分向钙镁橄榄石方向转变，使炉渣熔点升高，黏度增大，流动性变差。同时增加 MgO 含量会增加渣量，造成燃料消耗升高，吨铁耗风增加，产量下降。(2)MgO 的价格高于氧化钙，通过提高氧化镁的含量，来保证四元碱度和二元碱度，成本较高。

因此，降低 MgO 的含量并使其达到合适的控制点，不但可以降低燃料消耗，也可以降低烧结矿的成本，同时结合原料质量的改善，还可以提高高炉产量等经济指标。

攻关主要措施

(1) 装料制度：提高矿批量，因烧结矿性能改善，烧结矿硅含量下降，渣量减少，透气增强，可压制边缘，布料上增大矿角并增加外环圈数，以提高煤气利用率。

(2) 渣制度：改变过去以二元碱度为主的控制方法，改以四元碱度控制为准，四元碱度由过去的1.03 调整到 1.0；同时下调镁铝比，直接降低烧结原料中的 MgO，此次目标镁铝比为 0.58。

(3) 热制度：要求铁水中 Si 含量在 0.4% 左右，以此来控制炉温，保证高炉充沛的物理热，防止工业试验中炉温过低对高炉造成影响。

攻关成果

(1) 主要控制参数如表 6 所示。

此次高炉攻关工业试验较为理想，矿批由初期的 39.0 t 提高到 41.5 t，焦炭负荷由 4.5 提高到 4.8，镁铝比由 0.62 降低到 0.58，高炉运行稳定，未发生炉温大幅度下滑、悬料等工艺性事故。

(2) 主要指标如表 7 所示。

主要指标在此次攻关中获得重大进步，在品位由 57.69% 下降到 57.35% 的情况下，燃料比下降了12 kg/t，利用系数上升了 0.21 t/m³，综合比较，在烧结强度指标大幅度提升的情况下，高炉的矿批、布料角度随之调整，同时降低了镁铝比，对高炉的经济指标提升非常有利。

结束语

(1) 加拿大精粉的配加量在 7%~9% 时，烧结矿的综合性能最佳，但要注意加拿大精粉的粒度不能过小，200 目粒度的矿粉占比 7%~8% 最为合适。

(2) 在提高烧结经济指标、增加精粉比例时，推荐增加进口精粉配比，从同化温度来看，进口精粉的性能要好于国产精粉，同时在实际生产中可以发现，进口精粉的指标比较稳定。

(3) 在原料质量得到改善时，要快速增加矿批量，加强边缘的压制，在高炉透气性改善后，使高炉的煤气利用率达到最佳。

(4) 渣制度控制方面，将四元碱度控制到 1.0，镁铝比降低到 0.58，此时，炉况的稳定性较好，经济指标较佳。

参考文献

[1] 姚朝权, 张建良, 张亚鹏, 等. 基于天钢铁矿粉高温性能的烧结优化配矿. 烧结球团, 2015，40(2)：15

[2] 毕学工, 吴名, 周进东, 等. 优化高炉配矿模型的开发及应用. 炼铁, 2017，36(2)：10

[3]  张琦, 刘然, 王小艾, 等. 富矿粉烧结配矿优化研究. 重庆大学学报, 2018，41(2)：44  

[4] 许满兴. 优化高炉炼铁原料采购与烧结高炉配矿一体化的思路和方法. 烧结球团, 2016，41(5)：1

[5] 吴胜利, 刘宇, 杜建新, 等. 铁矿石的烧结基础特性之新概念. 北京科技大学学报, 2002，24(3)：254

[6] 吴胜利, 刘宇, 杜建新, 等. 铁矿粉与CaO同化能力的试验研究. 北京科技大学学报, 2002，24(3)：258

[7] Debrincat D, Loo C E, Hutchens M F. Effect of iron ore particle assimilation on sinter structure. ISIJ Int，2004，44：1308

[8] Lv X W, Bai C G, Deng Q Y, et al. Behavior of liquid phase formation during iron ores sintering. ISIJ Int，2011，51(5)：722

[9] 吴胜利, 苏博, 齐渊洪, 等. 铁矿粉液相流动性的主要液相生成特征因素解析. 工程科学学报, 2018，40(3)：321

[10] 王天雄, 丁成义, 吕学伟. 烧结原料理论液相量对烧结矿质量的影响. 钢铁研究学报, 2016，28(9)：28

[11] 谢皓, 白晨光, 吕学伟, 等. 昆钢铁矿粉烧结特性试验研究. 钢铁, 2010，45(2)：9

[12] 阎丽娟, 吴胜利. 加拿大卡罗尔湖精粉在宝钢的试验研究. 冶金工程, 2017，4(4)：221

[13] 许满兴. 进口铁矿粉主要化学成分烧结特性与科学合理配矿// 2015年全国烧结生产技术研讨会论文集. 南京, 2015：22  

[14]  许满兴. 铁矿粉种类、化学成分、烧结基础特性与科学合理配好矿// 2015年全国烧结生产技术研讨会论文集. 南京, 2015：35