凌钢烧结优化配矿的基础性研究与实践

凌钢烧结优化配矿的基础性研究与实践
全守军
【摘要】介绍了凌钢烧结原有的配矿体系,指出其存在的问题.在分析常用外粉的化学成分及建立新的综合品位评价体系基础上,展开优化配矿研究,实现了烧结产能和质量的提高,获得了较好的经济效益.
【期刊名称】《矿业工程》
【年(卷),期】2019(017)002
【总页数】5页(P35-39)
【关键词】烧结;优化配矿;固体燃耗;降本增效
【作者】全守军
【作者单位】凌源钢铁股份有限公司炼铁厂,辽宁凌源 122504
【正文语种】中文
【中图分类】TF046
0 引言
凌钢地处辽西，是国有大中型企业，年产钢能力600万吨。

凌钢炼铁厂共有5座高炉，配套3台烧结机，年产烧结矿650万吨。

在钢铁市场低迷的严峻形势下，为降低生产成本，提高竞争力，凌钢充分利用自有矿山的优势和周边丰富的铁矿资源，开展了以精粉烧结(占比80%以上)为主的生产组织模式。

近年来，随着国外铁矿石的大量进口和大幅降价，大比例使用地方精粉已没有成本优势，同时，在越来
越严格的环保要求下，国产精粉的数量已不能满足需求，烧结生产的原料结构发生了较大变化。

为合理利用国内、国外两种资源，做到既降低配矿成本又能满足高炉需求，凌钢重新确立了优化配矿模型，并通过高温性能检测的实施和追踪烧结、炼铁之间的成本联系，逐步稳定了主矿体系和明晰了配矿思路，为合理搭配资源、降低铁前成本和保持高炉运行的稳定高效做了有益的探索和实践。

1 原有的配矿体系及存在的问题
1.1 原有配矿体系
凌钢的周边区域朝阳、赤峰和辽阳等地盛产精粉，凌钢下属的保国铁矿和建平铁矿年产矿粉140万吨，质量较为稳定。

但其他精粉来源复杂，无长期协议，即使属于同一家矿粉，也多为周边收购的混合矿粉，成分和性能波动较大，水分不稳定，有害杂质如K、Na、Zn、TiO2、CL等成分含量超标，给采购和生产组织带来很大难度。

表1为凌钢在2016年前使用的部分矿粉组分。

表1 凌钢在2016年前使用的部分矿粉组分(%)矿粉成分自产保国矿地方矿1地方矿2地方矿3自产混合矿自产磷铁矿
Fe69.165.3465.5863.6561.1666.5SiO22.676.474.835.789.547.1S0.0160.0610. 1070.0460.0160.013P0.010.0120.0140.0130.010.3K2O+Na2O0.140.190.120. 070.58Zn0.0210.050.0250.0610.020.045TiO20.30.730.910.840.0152.57
原有的矿粉价值评价体系只考虑了SiO2、CaO、MgO、AL2O3四种组分对品位的影响，采用公式:TFe综=TFe/(100-LOI)/(100+2×R2(SiO2+AL2O3)/(100-LOI)-2(CaO+MgO)/(100-LOI))，对表观品位进行校正后采购。

该种方法只考虑了碱性脉石(CaO+MgO)的作用，扣除了酸性脉石(AL2O3+SiO2)作为渣量的源头对品位造成的影响，而对于有害元素对品位的影响、对烧结矿热性能的影响、对高炉稳定顺行和安全长寿的影响都未进行综合考虑。

尤其是在追求经济炉料和低成本
冶炼的大环境下，对有害元素的危害认识不深，控制不严，生产的均衡稳定高效受到了较大影响。

1.2 存在的问题
——以精粉为主的烧结生产，因为矿粉粒度细、缺少制粒核心，水分波动大，成
球后的强度差等原因造成烧结料层的透气性差，机前混合料的粒度>3mm的仅能
达到70%±。

同时，因混合料的布料密度大，导致料层抽风负压高，物理化学反
应进程缓慢，烧结产能偏低。

为满足高炉需求，烧结碱度控制较高，年平均2.35倍，高的时候达到2.45倍，造成高炉的原料结构中，烧结占比低(60%)，球团占
比高，不利于布料控制和气流控制。

——1#、2#烧结机发生过严重的蓖条糊堵现象[1]，持续时间达数月之久，后被迫将烧结除尘灰单独堆放、高炉布袋灰外卖才得以缓解。

分析是采购的部分精矿K、Na、CL等元素限值超标造成的。

——除自产保国矿外，外购精粉的TiO2含量都超过限定值，最高的达到3%，高炉的TiO2入炉负荷超过10kg/t，在[Si]控制0.35%～0.45%范围内，[Ti]就基本
达到0.15%以上，铁水粘稠，粘罐严重，罐容变小，周转困难，影响了高炉的出
铁节奏和渣铁排放。

——Zn、K、Na等元素超标，入炉Zn负荷1.12kg/t，碱负荷(K2O+Na2O)3.68 kg/t，都超出了行业规范标准，尤其是Zn负荷严重超出，对高炉的长寿运行产生了致命影响，2#、4#高炉的一代炉龄都未达到设计要求。

2 常用外粉的化学成分
根据物资采购部门提供的阶段性货源信息汇总，共有19种矿粉可供选择(见表2)。

表2 19种外粉的化学成分(%)矿粉FeSiO2AL2O3CaOSPK2O+Na2OZnTiO2铁
谷粉57.56.62.60.030.030.1290.090.010.3阿特拉斯粉576.82.20.040.09一钢粉5773.70.050.04吉布森粉5981.90.050.050.030.0060.24
续表
矿粉FeSiO2AL2O3CaOSPK2O+Na2OZnTiO2PMI粉58.056.622.920.020.146国王粉57.35.61.80.050.07伊朗精粉65310.50.020.080.0550.13毛塔粉
62.799.1910.0160.090.07SSFG61.036.741.980.06SFLA64.875.360.550.033混合粉58.25.72.50.050.0350.0650.080.0030.15FMG超特
56.56.43.10.070.0350.0550.110.080.14金布巴粉
61.43.92.70.080.020.110.010.0120.15PB粉
61.53.62.350.040.0220.10.010.0310.08麦克粉
60.94.42.20.030.040.080.020.0020.1小杨迪粉
57.15.91.50.050.010.0450.020.0010.08BRBF粉6351.50.010.06纽曼粉
624.12.20.090.010.080.030.0030.09卡粉652.491.670.1020.094
3 建立新的综合品位评价体系
烧结矿的质量是由化学成分、物理性能和冶金性能三部分组成，其三者的关系是化学成分是基础，物理性能是保证，冶金性能是关键。

铁矿粉的化学成分中，Fe、CaO、MgO是有益组分，SiO2、AL2O3是负价组分，有害杂质包括S、P、K2O、Na2O、Zn、TiO2、CL等(见表3)。

表3 炼铁对铁矿粉有害杂质的限量要求(%)成分CLCuPbSPK2O+Na2OZnTiO2
限量值(%)≤0.001≤0.2≤0.01≤0.3≤0.12≤0.2≤0.01≤0.4
通过对标学习国内优秀厂家的配矿经验并结合凌钢实际，参考了北京科技大学许满兴教授提出的矿粉综合评价法[2]，确立了凌钢新的综合品位评价体系，即：
TFe综粉=TFe/(100-LOI)% ×[100+2R2(SiO2+AL2O3)/(100-LOI)%-
2CaO/(100-LOI)%+2(S+P)/(100-
LOI)%+5(K2O+Na2O+Zn+Pb+Cu+As+CL)/(100-LOI)%]-1×100%
式中 TFe综粉——矿粉的综合品位(校正后的品位)；TFe——表观品位；LOI——
烧损；R2——炉渣二元碱度。

4 优化配矿
4.1 化学成分要求
——坚持低K、Na、Zn、TiO2有害杂质的原则。

虽然以上组分在计算综合品位
和核定其价值时已做了考虑，但仍需高度重视，采购和配料中要严格控制入炉负荷，遵循K2O+Na2O≤0.2kg/t，Zn≤0.01kg/t，TiO2≤0.4kg/t(护炉要求除外)的原则。

——坚持低MgO、低AL2O3原则。

一定的铝硅比(AL2O3/SiO2=0.1～0.4)是形成铁酸钙的必要条件，但烧结中AL2O3的含量>2.0%后，烧结的冷强度和低温还原粉化率(RDI-3.15)会大幅上升，合理的AL2O3应介于1.5%～2.0%之间，优化
配矿时要注意高铝矿和低铝矿的合理搭配。

MgO在矿粉的评价体系中虽然是有益组分，但主要是针对高炉而言的，因为高炉造渣需要一定量的MgO。

但对烧结而言，应尽可能降低MgO含量，因为Mg2+进入磁铁矿晶格，形成镁尖晶石[(Fe·Mg)O·Fe2O3]，稳定了磁铁矿晶格，阻碍了
铁酸钙生成，造成烧结矿强度和还原性的降低，同时，MgO还会使硅酸盐熔体中产生2CaO·SiO2的过程被激活，使烧结矿的质量变差。

在满足高炉造渣需要的情况下，烧结配矿要尽可能降低MgO。

——坚持高品位、低SiO2原则。

品位升高1%，高炉燃料比升高1.5%，产量降
低2%～2.5%。

入炉料SiO2增加1%，高炉渣量增加35kg/t，100Kg渣量影响
焦比3.0～3.5%，影响煤比30Kg/t。

在干基综合吨度价格相同或接近的情况下，
要尽可能的选择高品位、低SiO2的矿粉，理想的SiO2含量应控制在4.8%～5.3%之间。

4.2 矿粉的基础特性要求
铁矿粉的基础特性包括同化温度、液相流动性、黏结相强度、生成铁酸钙能力和连晶固结能力。

根据基础特性，配矿的基本原则是尽可能使同化温度高的与同化温度
低的、液相流动指数高的与液相流动指数低的矿粉做到合理搭配，尽可能多使用黏结相自身强度高、铁酸钙生成能力强和连晶固结能力高的矿粉，通过基础性能的合理搭配，做到优势互补，获得较好的质量目标。

表4 几种主要矿粉的烧结基础特性矿粉同化温度(LAT)/℃液相流动性能(FI)黏结相强度SBP/N铁酸钙生成能力SFCA(%)连晶固结能力CCSPB粉1 2331.498麦克粉1 2171.76725524.5343FMG粉1 1701.795纽曼粉1 2330.649037.5325杨迪粉1 1353.12724575508巴卡粉1 3351.7510012100BRBF1 360102地方精粉1 300
根据矿粉的基础特性(见表4)和烧结矿化学成分要求，结合吨度价格，合理搭配国内外两种资源，凌钢确立了20%～25%比例的地方精矿+15%～20%比例的PB粉作为阶段性的主矿体系，还有20%左右的四合一(高返、除尘灰、转炉尘泥等)作为内部循环，余下的35%主要选择3～4种经济矿粉。

4.3 开展烧结高温冶金性能研究
优化配矿的最终效益体现在高炉上，低的烧结成本不等同于低的生铁成本，烧结高温性能分析是对优化配矿科学合理与否的检验，是烧结矿质量能否更好的满足高炉生产要求的关键。

烧结矿的高温冶金性能包括900℃还原性、500℃低温还原粉化性能(RDI+3.15)、荷重软化性能和熔滴性能。

表5 高炉炼铁对烧结热性能指标的要求以及凌钢的检测结果级别900℃还原性(%)RDI+3.15(%)软化开始温度TBS/℃软化区间ΔTB/℃开始熔融温度TS/℃熔融区间ΔT/℃优质≥82≥75普通≥78≥70≥1 100≤150>1 400<100凌钢烧结
75.673.11 183661 261237
由表5可见，低温还原粉化性能RDI+3.15适中，900℃还原性能略低。

开始软化温度较高和软化区间较窄，可维持软熔带区域较好的透气性。

熔融温度偏低，熔融
区间较宽，不利于软熔带以下尤其是滴落带的透气性。

总的看，烧结矿的高温性能基本能够满足高炉生产的需求，但还有进一步优化的空间。

5 取得的成绩
随着外矿比例的增加和优化配矿工作的持续开展，烧结产能逐步提高。

由表6～8
可见，通过提高料层厚度、加强生石灰消化和强化制粒等措施，与以精粉为主的烧结模式相比，固体燃料消耗基本持平，转鼓指数略有降低，高温冶金性能趋于向好，有害元素限值超标得到了有效控制，高炉实现了均衡稳定生产，煤气利用率、燃料比、利用系数等指标也有了较大幅度的改善。

表6 烧结矿化学成分及技经指标时间TFe(%)SiO2(%)MgO(%)AL2O3(%)转鼓(%)固体燃耗/kg·t-1利用系数/t·m2·h-12015年
54.055.352.841.877.855.51.382016年54.455.302.771.977.2561.422017年53.655.402.732.1276.6556.51.532018年(1～8
月)53.515.602.872.1476.4256.51.57
表7 烧结矿热强度指标及有害元素含量(%)标准
RDI+3.15≥72RI≥78K2O+Na2O≤0.2TiO2≤0.4Zn≤0.012016年无无
0.350.80.072017年70720.280.60.042018年73.275.60.130.40.021
表8 高炉主要技经指标完成情况时间燃料比/kg·t-1利用系数t/m3·d煤气利用率(%)[Si](%)2016年5453.4142.50.452017年5363.56440.432018年
5273.6845.60.39
6 结语
——为降低生铁成本，提高企业竞争力，凌钢及时调整了经营管理思路和生产组
织模式，以优化配矿为突破点，实现了烧结产能和质量的提高，生产成本降低，有害元素含量也得到了有效控制，为高炉的稳定、顺行、高效生产提供了原料保证，获得了较好的经济效益。

——优化配矿工作还需要进一步完善提高，尤其是烧结的高温性能中最重要的熔滴性能和标准的要求还有一定的差距，需要在今后的生产实践中逐步摸索解决。

——烧结化学成分中MgO含量偏高，这对烧结的冷强度和还原性都产生了不利影响，主要原因是石灰中MgO含量偏高，下一步要侧重研究本地资源中低SiO2高MgO石灰和高SiO2低MgO石灰对系统成本的影响。

参考文献：
【相关文献】
[1]邹鹏飞，邓有胜，赵改革，等. 湘钢炉条板结原因分析及对策[J]. 烧结球团，2016(6):21-25.
[2] 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[J]. 烧结球团，2016(5)：1-7.。