程建红
（首钢长治钢铁有限公司 山西长治 046031）
摘 要：为开发使用新的铁矿石资源，以拓展烧结优化配矿选择，结合烧结生产实际情况，对毛塔粉进行了烧结试验研究，以明确该铁矿粉对烧结技术经济指标和烧结矿质量的影响，试验结果表明：毛塔粉化学成分中，全铁品位达到61.70%，SiO2含量为11.32%；毛塔粉的同化温度较低，并且液相流动性大，属于易矿化的铁矿粉；随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，垂直烧结速度略有升高稳定，烧结矿成品率和转鼓强度呈现出逐渐降低趋势，烧结利用系数呈现出先略有升高后大幅降低的趋势；随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，烧结返矿比例增加趋势，烧结矿平均粒径有降低趋势，但配加毛塔粉对于烧结矿低温还原粉化有改善作用。
关键词：毛塔粉；烧结配矿；利用系数；低温还原粉化
1 前言
近期以来，全球铁矿石价格处于高位震荡，作为烧结工序最主要的原料，铁矿粉的价格直接影响着烧结矿生产成本。从优化配矿结构、降低烧结生产成本的角度，积极开发使用不同类型的铁矿粉对钢铁企业而言尤为重要；同时，随着国际市场上优质铁矿粉资源的逐渐减少，铁矿石品质逐渐下降成为不可避免地事实，主动适应铁矿石资源地劣化也是当前钢铁企业面临的现实课题[1-4]。为此，首钢长钢尝试开发使用新的铁矿石资源，以拓展烧结优化配矿选择。根据铁矿石资源可获取度和性价比，结合烧结生产实际情况，对毛塔粉进行烧结试验研究，尝试使用毛塔粉替代部分褐铁矿进行铁矿石烧结，以明确该铁矿粉对烧结技术经济指标和烧结矿质量的影响，为在烧结生产中合理选择该矿粉的配加比例提供技术支持。
2 毛塔粉基础物化特征分析
毛塔粉的全铁品位达到61.70%，SiO2含量为10.13%，FeO含量达到11.32%，烧损为-0.4%，属于磁铁矿粉；毛塔粉中K2O和Na2O分别为0.063%和0.022%，与目前所用矿粉相比，毛塔粉碱金属元素含量较高，毛塔粉化学成分如表1所示。
表1 毛塔粉化学成分（%）
|
成分 |
TFe |
FeO |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
K2O |
Na2O |
ZnO |
S |
P |
LOI |
|
含量 |
61.70 |
11.32 |
10.13 |
0.42 |
0.48 |
0.73 |
0.063 |
0.022 |
0.002 |
0.030 |
0.035 |
-0.4 |
毛塔粉最大的特点就是其SiO2含量较高。为此，使用文献[5,6]中的矿粉同化性和液相流动性的试验方法对毛塔粉的烧结基础特性进行研究，结果如表2所示。毛塔粉的同化性温度为1245℃，同化温度适中。普通的磁铁矿粉一般同化温度都将对较高，有的甚至达到1300℃以上；毛塔粉同化温度与典型赤铁矿同化温度相当，这主要与其较高SiO2含量有关。同时，毛塔粉在各温度下的液相流动性均很大，1240℃时的同化温度已达到4.50，表明毛塔粉与熔剂生成液相的能力很强，属于易矿化的铁矿粉。
表2 毛塔粉烧结基础特性
|
同化温度 |
液相流动性 |
||
|
1245℃ |
1240℃ |
1280℃ |
1320℃ |
|
4.50 |
5.08 |
5.39 |
|
3 烧结试验方案
烧结配加毛塔粉烧结杯试验方案如表3所示。其中，矿A和矿B为典型巴西赤铁矿，矿C和矿D为澳洲赤铁矿，矿E和矿F为褐铁矿。在试验方案中，毛塔粉的配比分别为0%、3%、6%、9%，主要替代矿F，配矿调整中为控制SiO2处于合理范围（混匀矿中SiO2含量范围为4.44%～4.55%），同时适当调整了矿A和矿B的比例，其他原料配比基本保持不变。
表3 烧结杯试验配矿方案（%）
|
方案 |
基准 |
方案1 |
方案2 |
方案3 |
|
矿A |
13.00 |
12.00 |
10.50 |
9.00 |
|
矿B |
27.00 |
28.00 |
29.50 |
31.00 |
|
矿C |
5.00 |
5.00 |
5.00 |
5.00 |
|
矿D |
5.00 |
5.00 |
5.00 |
5.00 |
|
矿E |
15.00 |
15.00 |
15.00 |
15.00 |
|
矿F |
15.00 |
12.00 |
9.00 |
6.00 |
|
毛塔粉 |
0.00 |
3.00 |
6.00 |
9.00 |
烧结杯试验参数设定如表4所示，烧结矿二元碱度按2.0倍进行控制，碱度控制措施为固定生石灰比例，通过调整石灰石比例来保持碱度稳定；MgO含量按2.0%进行控制，燃料配比为3.9%。
表4 烧结杯试验参数设定
|
烧结杯直径/mm |
铺底料/kg |
点火温度/℃ |
烧结负压/Pa |
料层高度/mm |
|
320 |
4 |
1010 |
17500 |
850 |
|
点火负压/ Pa |
冷却负压/Pa |
点火时间/s |
落下试验 |
水分 |
|
12000 |
16500 |
188 |
2米高度落3次 |
6.6±0.2 |
4 烧结杯试验结果与分析
4.1 配加毛塔粉对混合料粒度的影响
对各方案烧结杯试验的混合料进行粒度分析，结果如表5所示。随着毛塔粉配加比例的增加，混合料中8-10mm的颗粒比例逐渐增加，3-5mm和1-3mm的颗粒比例降低，混合料中<1mm的颗粒比例增加，整体来看混合料的平均粒径呈增加趋势。
表5 烧结混合料粒度组成
|
方案 |
混合料粒度（%） |
平均粒径 |
|||||
|
>10mm |
8-10mm |
5-8mm |
3-5mm |
1-3mm |
<1mm |
||
|
基准 |
8.03 |
6.19 |
30.75 |
37.04 |
17.70 |
0.29 |
5.60 |
|
方案1 |
6.98 |
8.62 |
31.29 |
35.19 |
17.51 |
0.41 |
5.62 |
|
方案2 |
7.69 |
8.17 |
30.29 |
36.15 |
17.12 |
0.58 |
5.65 |
|
方案3 |
8.47 |
10.46 |
30.18 |
34.16 |
15.94 |
0.80 |
5.86 |
4.2 配加毛塔粉对技术经济指标的影响
（1）毛塔粉配比对垂直烧结速度的影响
图1 毛塔粉配比对垂直烧结速度的影响
由图1可知，随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，垂直烧结速度略有升高稳定，升高幅度不大，表明其对烧结料层透气性影响不大。
（2）毛塔粉配比对成品率的影响
由图2可知，随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，烧结矿成品率呈现出逐渐降低趋势，当毛塔粉配比为9%时，烧结矿成品率最低，较基准方案降低5个百分点。总体来看，配加一定比例的毛塔粉不利于烧结矿成品率。
图2 毛塔粉配比对成品率的影响
（3）毛塔粉配比对转鼓强度的影响
从图3可以看出，随着毛塔粉比例的增加，烧结矿转鼓强度呈现出逐渐降低的趋势，基准方案中烧结矿转鼓最高；当毛塔粉配比达到9%时，转鼓强度比基准降低3.7个百分点。由此可见，毛塔粉的配加，不利于提高烧结矿转鼓强度。从成品率和转鼓强度来看，在当前配料条件下配加毛塔粉对烧结矿的质量不利。
图3 毛塔粉配比对转鼓强度的影响
（4）毛塔粉配比对固体燃耗的影响
由图4可知，随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，烧结固体燃耗呈现出先降低后升高的趋势；当毛塔粉配比为3%时，固体燃耗最低，达到50.11kg/t，比基准方案降低约0.44kg/t；毛塔粉比例继续增加，则固体燃耗均高于基准方案。因此，毛塔粉的配加比例不宜增加过多。
图4 毛塔粉配比对固体燃耗的影响
（5）毛塔粉配比对烧结利用系数的影响
从图5中可以看出，随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，烧结利用系数呈现出先略有升高后大幅降低的趋势。这与前文所述毛塔粉对垂直烧结速度的影响保持一致。因此，虽然毛塔粉配比增加会使烧结利用系数略有改善，但综合来看，毛塔粉对烧结技术经济指标有不利影响。
图5 毛塔粉配比对烧结利用系数的影响
（6）毛塔粉配比对粒度组成的影响
图6 毛塔粉配比对粒度组成的影响
从图6和图7可以看出，随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，烧结返矿比例增加趋势，＞40mm的大颗粒比例有降低趋势，5-10mm的比例略减少，烧结矿平均粒径有降低趋势。
图7 毛塔粉配比对平均粒径的影响
4.3 毛塔粉对低温还原粉化性能的影响
对不同毛塔粉配比条件下烧结矿低温还原粉化性能进行分析，结果如表6所示。随着毛塔粉配比从3%增加到9%，烧结矿低温还原粉化指标RDI+3.15呈现出波动趋势，方案1和方案3烧结矿低温还原粉化指标高于基准方案约0.6-0.8个百分点，达到70.5%以上；而方案2烧结矿低温还原粉化指标REDI+3.15则低于基准方案约0.3个百分点，其值为69.61%。总体来看，配加毛塔粉对于烧结矿低温还原粉化略有改善。
表6 不同毛塔粉配比的烧结矿低温还原粉化性能
|
试样 |
毛塔粉比例 |
RDI+6.5 |
RDI+3.15 |
RDI-0.5 |
|
基准 |
0% |
40.62 |
69.90 |
7.28 |
|
方案1 |
3% |
37.66 |
70.56 |
7.74 |
|
方案2 |
9% |
40.81 |
69.61 |
6.57 |
|
方案3 |
6% |
38.76 |
70.76 |
7.33 |
5 结论
（1）毛塔粉化学成分中，全铁品位达到61.70%，SiO2含量为11.32%；毛塔粉的同化温度较低，并且液相流动性大，属于易矿化的铁矿粉。
（2）随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，垂直烧结速度略有升高稳定，升高幅度不大，表明其对烧结料层透气性影响不大；烧结矿成品率和转鼓强度呈现出逐渐降低趋势，当毛塔粉配比为9%时，烧结矿成品率最低，较基准方案降低5个百分点。
（3）随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，烧结固体燃耗呈现出先降低后升高的趋势；当毛塔粉配比为3%时，固体燃耗最低，达到50.11kg/t，比基准方案降低约0.44kg/t；毛塔粉比例继续增加，则固体燃耗均高于基准方案；烧结利用系数呈现出先略有升高后大幅降低的趋势；随着毛塔粉配比由基准方案的0%增加至方案3的9%，烧结返矿比例增加趋势，＞40mm的大颗粒比例有降低趋势，5-10mm的比例略减少，烧结矿平均粒径有降低趋势。
（4）随着毛塔粉配比从3%增加到9%，烧结矿低温还原粉化指标RDI+3.15呈现出波动趋势，方案1和方案3烧结矿低温还原粉化指标高于基准方案约0.6-0.8个百分点，达到70.5%以上；而方案2烧结矿低温还原粉化指标REDI+3.15则低于基准方案约0.3个百分点，其值为69.61%。总体来看，配加毛塔粉对于烧结矿低温还原粉化略有改善。
参考文献：
[1] 林安川,高勇,陈元富,张涛.铁矿石经济性研究及其在红钢的应用[J].钢铁研究,2015,43(02):42-47+62.
[2] 张亚鹏,张建良,王振阳,刘征建,刘兴乐.细磨海砂矿烧结特性及其对烧结矿质量影响机理[J].工程科学学报,2016,38(04):468-475.
[3] 章苇玲,牛长胜,王纪元.一种高硅粉矿在湛江钢铁的试验研究和工业使用实践[J].宝钢技术,2020(06):53-58.
[4] 廖建国. 利用劣质资源生产优质烧结矿的研究[N]. 世界金属导报,2019-12-31(B02).
[5] 吴胜利,杜建新,马洪斌,田筠清,许海发.铁矿粉烧结液相流动特性[J].北京科技大学学报,2005(03):291-293+320.
[6] 吴胜利,刘宇,杜建新,米坤,林鸿.铁矿粉与CaO同化能力的试验研究[J].北京科技大学学报,2002(03):258-261.