贺淑珍

摘要：为了响应国家号召，营造绿色、低碳的空气环境，作为碳排放大户的烧结工序，从源头入手，即从烧结配矿、工艺技术等多方面进行优化与应用研究，增配磁铁精矿粉以优化配矿结构，提高烧结料层厚度，复合造块技术的开发研究等，使得固体燃料消耗降低，取得了很好的应用效果。

关键词：配矿优化；厚料层烧结；复合造块；固体燃料消耗

烧结工序作为关键炼铁原料工序，担负着钢铁企业可持续发展、 降本增效、提高企业竞争力的职责，也承担着节能减碳、改善环境的重要责任。为了满足“双碳”战略和超低排放的双重要求，针对太钢烧结原料主要以自产细精矿粉为主，易恶化烧结料层透气性，带来烧结返矿率高，固体燃料消耗高等问题，着手进行了有利于低碳烧结的相关技术研究和探索，以期获得较好的产、质量和消耗指标，降低碳的排放。

1 复合造块技术的开发研究

1.1 原料物、化性能研究

1.1.1 原料物、化性能分析

试验所用原料化学成分见表 1，粒度检测结果见表 2，两种精矿其它物理性能检测见表3。

由表 1 可见，精矿 A 为典型的高品位磁铁精矿粉，CaO、MgO、Al2O3等脉石矿物含量较少；精矿 B 为磁铁矿与赤铁矿构成的混合型铁精矿，其 FeO 含量较低；综合粉是回收利用的含铁原料，其铁品位相对较低一些。

表 2 可见，精矿 A 和精矿 B， 粒度均较细，尤其是精矿 B，小于 0.074mm 颗粒的含量为 98.54%，平均粒度为 0.047mm。这样细度的精矿粉用于烧结，若混匀、制粒得不到强化，将对烧结影响较大。

由表 3 可见，两种精矿的比表面积分别为 1947cm2/g、2210cm2/g，静态成球性指数分别为 0.63、1.11，表明两种精矿均适宜造球，且精矿 A 具有良好成球性，精矿 B 具有非常好的成球性。

1.1.2 两种精矿的颗粒形貌分析

两种精矿的颗粒形貌检测见图 1 和图 2。

由图 1、图 2 可见，两种精矿的粗颗粒表面都吸附了较多的细颗粒，A 精矿表面吸附的细颗粒相对更多，且 A 精矿粒度分布相对较宽一些，B 精矿的粒度细小且粒度范围较窄。由此可见，B 精矿用于烧结，对混合料制粒效果及料层透气性的影响会更大一些。

1.2 复合造块技术开发研究

1.2.1 球团料种类的选择

分别用精矿 A 和精矿 B 作球团料进行试验，试验结果见表 4.

由表 4 可见，精矿 B 作球团时，复合造块的转鼓强度和成品率较 A 精矿作球团时高出约3 个百分点，利用系数也相对高一些，因此，选择精矿 B 赤铁矿粉作球团料较为适宜。A 精矿为磁铁矿粉，在烧结过程中必须先经过氧化才能发生固结，置于烧结料中，氧化环境相对要差一些，尤其是球的内部，影响其固结速度和强度，因此，使得球的强度较难保证。

1.2.2 球团直径的选择

为了保证配入球团既能有好的透气性，又能使球团强度较高，对球团的粒度进行了选择试验。球团粒度分为 6－8mm、8－10mm、10－12mm 进行了对比试验，试验结果见表 5.

从表 5 看出，提高球团直径可明显改善综合料的透气性，随着球团直径的增大，综合料 JPU 提高。当球团直径为 8-10mm，烧结速度、烧结矿成品率、转鼓强度、利用系数和固体燃耗指标均较好；继续增大球团直径，烧结速度和利用系数进一步提高，但烧结矿成品率和转鼓强度有一定降低，固体燃耗增大。综合考虑，球团直径选择 8-10mm 较佳。

1.2.3 球团配比的选择

用 B 精矿粉制作球团，球团直径为 8－10mm，球团配加比例为 20%、30%、40%、50%时的试验结果见图 3(a)、(b)、 (c).

由图 3 可见，随着球团料配比的增加，综合料透气性得到改善。特别是球团比例提高到30%以上，综合料透气性有明显的改善，垂直烧结速度加快，烧结矿的产量指标得到提高；图 4 曲线图显示，烧结矿的转鼓强度和成品率在球团配比为 30－40%时处于较高水平，球团比例继续增加到 50%时，由于烧结速度过快，高温保持时间较短，成矿不充分，使得质量指标下降；从图 5 看出，随着球团的入，料层透气性改善，固体燃料消耗下降，球团配比增加到 50%时，由于成品率下降，固体燃料消耗反弹，在球团比例为 30%－40%时，固体燃料消耗较基准降低了 7.27－7.78kg/t，可以有效减少 CO₂的排放。

复合造块与常规烧结的对比分析

1.2.4 复合造块对烧结各项指标的影响

在料层厚度同为 800mm 时，进行了复合造块对烧结技术、冶金性能等主要指标的影响，与常规烧结对比见图 4.

由图 4 可见，实施复合造块技术较常规烧结，产、质量指标均得到了较大的提升，利用系数由 1.55t/m²h 提高到 1.82t/m²h，转鼓强度和成品率分别提高 1.45%和 2.79%，烧结矿的FeO 含量下降 1.09%，900℃还原度稳中有升，550℃低温还原粉化指数（+3.15mm）上升 3.02%， 固体燃料消耗降低 6kg/t，取得了明显的减碳效果。不同造块方式烟气中 CO 和 CO₂含量检测结果见图 5-1 和图 5-2。

由图 5-1 和图 5-2 可见，复合造块方式下烟气中 CO 和 CO₂ 含量均较常规烧结方式下有所减小。因此，复合造块有利于减少碳的排放。

2 高比例磁精矿粉烧结试验研究

2.1 实验室试验研究

因磁铁精矿粉在烧结过程中氧化放热，有利于减少配碳，为此进行了增加磁铁精矿比例对固体燃料消耗影响的试验研究，在优化混合料水分、燃料配比条件下，试验结果见表 6.

分析表 6 数据，随着磁铁精矿粉配比的增加，41%－56%－60%－65%，焦粉配比减少， 4.4%－4.25%－4.25%－4.1%，利用系数稳中有升，这可能与磁铁精矿粉出矿率高，制粒性能好有关；转鼓强度和成品率均随磁精矿配比升高而提升，固体消耗可分别降低 2.16 kg/t、2.44kg/t、3.81kg/t。

2.2 工业性试验研究

在三烧进行了增加磁铁矿比例，减少进口矿的工业性试验研究，在试验期间，混合料水分从 7.8%调整至 8.5%，焦粉配比从 4.3%减少到 3.7%，试验结果见表 7。

工业性试验结果表明，磁精矿粉比例由 38.5%增加到 45%－55%－60%，转鼓强度稳中有升，烧结矿的平均粒径呈增大趋势，烧返基本呈下降趋势，序号 3 因机速较快，使得烧返稍高一点；利用系数随着磁铁精矿粉比例的增加，从 1.207t/m ²h 提高到 1.251 t/m 2h、1.434t/m 2h、1.386 t/m 2h，增产效果非常显著。对应固体燃料消耗由 49.12kg/t 降低至 48.54kg/t、46.78kg/t、45.88kg/t。

因此，增加磁铁矿粉配比，利用其氧化反应自放热，较外加燃料更有助于烧结过程成矿反应进行，使得产、质量指标提升，烧结固体燃料消耗指标降低，从而减少碳的排放。

3 厚料层烧结技术的开发研究与应用

3.1 实验室试验研究

3.1.1 烧结杯试验研究

采用混匀料配比为：37.5%磁精矿粉+12%进口粉+44.5%赤铁精粉+6%回收料；进行料层厚度分别为：700mm、800mm、900mm 的对比试验，试验结果见图表 4(a)、(b)、 (c)。 从图 4(a)可见，料层厚度从 700mm 提高到 800mm－900mm，垂直烧结速度呈下降趋势，由于 800mm 成品率提高，利用系数由 700mm 的 1.658 t/m2h 提高到 1.66t/m²h，900mm 利用系数降低到 1.592t/m2h；图 4(b)显示，转鼓强度、成品率均在 800mm 料高时最佳，由图 4(c)看出，固体燃料消耗 800－900mm 较 700mm 降低 1kg/t 以上。

烧结杯初步试验结果表明，在料层厚度为 800mm 时，取得的指标最优。为此，进行了 800mm 料高的配碳优化试验，试验结果见图 5.

由图 5（a）可见，800mm 料高，随着燃料配比的降低，从 4.3%－3.8%，以 0.1%递减，利用系数呈凸型变化，燃料配比在 4.1－3.9%时，利用系数较高；燃料配比对质量指标的影响如图 5（b），配比在 3.9%－4.1%时，成品率和转鼓强度均为较高值，处于较好水平。由图（c）可见，随着配比减少，固体燃料消耗大致呈下降趋势，燃料配比为 4%以下时，固体燃料消耗较低，在 43.5kg/t 以下，较 700mm 时降低了约 4kg/t。

综合考虑产、质量指标及固体燃料消耗指标，燃料配比选择 3.9%－4%为佳。

3.1.2 烧结矿冶金性能检测

对烧结矿化学成分及冶金性能检测结果见表 8.

表8 结果表明，提高高比例精矿粉烧结料层厚度，降低燃料配比 0.3%，烧结矿的 FeO 含量较方案 1 料层高度为 700mm 时降低了 1.1%，还原度提高了 2.69%，低温还原粉化指标为 73.83%，处于较好水平。

3.2 工业生产实践

在实验室试验的基础上，对 450m2烧结机和 660m2烧结机进行了提高台车栏板改造，台车栏板由 700mm 提高到 830mm。改造前、后运行情况对比见表 9。

由表9 可见，两台大型烧结机提高料层厚度 100mm 以上，机速降低 0.2m/min，450m²烧结机在利用系数提高 1.59%的情况下，转鼓强度稳中有升，烧返减少 3.35 个百分点，高返减少 1.6 个百分点，质量指标整体得到了提升，固体燃料消耗由 50.1kg/t 降低到 47.5kg/t，降低了 2.6kg/t；660m²烧结机在利用系数提高 6.9%的情况下，转鼓强度提高 1.19%，烧返、高返分别减少 1.53 和 1.95 个百分点，固体燃料消耗由 49.67kg/t 降低到 47.02kg/t，降低了2.65kg/t。 实施厚料层后，全厂固体燃料消耗降低 2.65kg/t 以上，可减少碳排放 9.57 万 t/年。

4 结论

（1）针对以细精矿粉为烧结原料的生产厂，进行复合造块技术的开发研究，即以赤铁精矿粉为造球料，球团直径为 8-10 mm，球团配加比例为 30%－40%时，可以取得较好的产、质量指标，并显著降低固体燃料消耗，减少碳的排放。

（2）大比例配用磁铁精矿粉，烧结过程利用磁铁矿氧化放热，在产、质量指标得到保障的同时，亦有助于固体燃料消耗的降低。

（3）高精粉率烧结料层厚度从 700mm 提高至 830mm，从实验室试验到工业生产实践表明：在利用系数提高的条件下，质量指标整体得到提升，固体燃料消耗降低 2.6kg/t 以上，取得了很好的应用效果。

参考文献

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