太钢实施高铁低硅烧结初步探讨

2003年l2月
December
2003
钢铁研究Research on Iron &SteeI
第6期（总第l35期）
No.6（Suml35）
太钢实施高铁低硅烧结初步探讨
贺淑珍
边建刚
李
铁
（太原钢铁集团公司）
摘要根据试验室试验和工业试验，讨论了太钢实施高铁低硅绕结的技术问题。

针对高铁低硅烧结矿存在的质量问题，提出了相应的改进措施。

关键词高铁低硅烧结矿质量参数
A STUDY ON HIGH IRON AND LOW SILICA SINTER PRODUCTION
AT TAIYUAN IRON AND STEEL GROUP CO ，LTD
He Shuzhen Bian Jiangang Li Tie
（Taiyuan Iron and SteeI Corp Co.）
Synopsis Based on the Iaboratory and industriaI experiments carried out at Taiyuan SteeI ，this paper discusses technoIogicaI probIems encountered in the high iron and Iow siIica sinter pro-duction.To improve the sinter guaIity corresponding measures are put forward in the paper.
Keywords high iron and Iow siIica sinter guaIity parameter
联系人：贺淑珍，高级工程师，太原市（030003）太钢技术中心铁前工艺室
1前言
随着高炉冶炼技术的提高，精料技术进步显得尤为重要。

高铁低硅烧结技术正是目前高炉精料技术发展的趋势。

高铁低硅烧结矿入炉，使得炉渣渣量减少，炼铁焦比降低，高炉利用系数提高，冶炼成本降低。

2002年太钢，投资对自产精矿进行了降硅处理，铁系统资源将发生较大的变化，烧结原料由高硅烧结（烧结矿SiO 2=7%）转向低硅烧结（SiO 2=5%以下）
，烧结矿性能将发生变化。

按国内外生产低硅烧结矿的经验，生产高硅低铁烧结矿将可能带来烧结矿强度降低、低温还原粉化指标升高等不利因素。

为此，我们在进行高铁低硅实验室烧结试验和工业性试验的基础上，对改善烧结矿性能的措施作进一步的探讨，为太钢顺利生产低硅烧结矿和合理使用低硅烧结矿提供参数。

2实验室试验
2.1
实验室烧结杯试验
2.l.l 烧结原料化学性能
烧结原料化学成分分析结果见表l 。

表1
烧结原料化学成分分析结果表
名称!B "#TFe
FeO
SiO 2CaO MgO AI 2O 3烧损精矿A 69.l 26.96
3.60.340.280.l2l 精粉B 66.226.82 5.70.350.50.55l.5矿粉C 63.l l.54 3.90.490.3 2.23矿粉D 59l0.5
5.l 9 2.l l.42白云石230.5l8.70.542煤粉
7.5
0.l
9.37
84
2.l.2实验室试验方案的确定
根据外厂生产经验，低硅烧结矿受碱度、燃料配比、烧结矿的MgO 含量、原料结构和料层厚度影响较大。

为此，特制定试验方案如下：
（l ）首先进行碱度、煤配比、MgO 含量、原料结构、料层厚度对低硅烧结影响的烧结杯试验研究，并对烧结矿进行冶金性能和矿相鉴定。

（2）试验工艺参数：混合料水分控制在6.510.2%，
混料时间固定为3min ；点火温度l 000C ，负压5000Pa ，时间2min ；铺底料高度20mm ，粒度l0~l2.5mm 。

检测指标：利用系数、成品率、转鼓强度、燃料消耗、-5mm 。

2.l.3
烧结杯试验结果分析
·
l l ·
烧结杯试验结果见表2。

表!烧结试验结果一览表
序号
配料方案技术指标!B
矿粉C云石煤份料高
mm
混合料
水分
利用系数
（t·m-21-1）
转鼓强度
ISO
成品率固体燃耗
（kg·t-1）
-5mm-10mm
TFe SiO2Al2O3CaO MgO
R
1128.4 5.5500 6.5 1.9656.772.4960.426.3651.0559.184.75 1.168.28 2.48 1.74 2128.4 5.5500 6.5 2.156078.3959.121.643.6358.844.88 1.338.91 2.46 1.83 3128.4 5.5500 6.7 2.1461.780.358.520.9242.458.244.98 1.089.50 2.42 1.91 4128.4 5.5500 6.6 2.1862.080.5457.919.2839.8657.874.93 1.269.95 2.48 2.02 2128.4 5.5500 6.5 2.1560.078.3959.121.643.6358.844.88 1.338.91 2.46 1.83 5128.4 5.5500 6.6 1.9361.780.1557.519.1841.2258.894.91 1.208.93 2.49 1.82 6128.4 4.5500 6.7 1.5756.769.3457.229.3348.8158.904.87 1.158.87 2.49 1.81 5128.4 5.0500 6.6 1.9361.780.1557.519.1841.2258.894.91 1.208.93 2.49 1.82 712 6.0 5.0500 6.5 2.0362.382.9855.918.3937.5959.334.91 1.198.74 1.99 1.78 5128.4 5.0500 6.6 1.9361.780.1557.519.1841.2258.894.91 1.208.93 2.49 1.82 8248.4 5.0500 6.6 2.2462.182.4757.316.7738.7158.744.87 1.548.77 2.48 1.80 9128.4 5.0600 6.6 2.1166.081.5757.217.823858.8 5.23 1.439.47 2.63 1.81 1012 6.0 5.0600 6.5 2.1668.084.1554.716.535.2259.225.13 1.449.18 2.08 1.79
（1）碱度对低硅烧结矿的影响
由表2可得出，序号1~4，碱度由1.7到2.0，烧结利用系数基本呈上升趋势，烧结矿转鼓强度由56.7!60!62，成品率为72.49!
78.39!80.3!81.54，都呈上升趋势。

返矿含量由26.36!21.6!19.28，呈下降趋势，小于10mm烧结矿含量也随碱度上升而减少，因此，烧结技术指标随碱度升高而有所好转。

这是由于烧结矿碱度提高，烧结矿粘结相中铁酸钙系进一步发展，使得烧结矿强度、成品率提高，烧结固体燃耗相应下降（60.4!59.1!58.5!57.9 kg t）。

碱度由1.7变化到1.8，烧结矿技术指标变化幅度较大，继续增加碱度，变化趋势减缓。

结合太钢铁系统生产情况，烧结矿碱度不可能定位太高，因此，着重进行了烧结矿碱度为1.8条件下的试验研究。

（2）燃料配比对烧结技术指标的影响
以序号2为基准，将燃料配比由5.5降低到5、4.5，烧结利用系数由2.15!1.93!
1.57t m21，逐渐减小，当燃料配比减小到4.5时，混合料配碳量不足，使烧结过程热量不足，烧结温度偏低，烧结时间延长，粘结相量生成不充分，烧结矿夹生，返矿增加到29以上，利用系数下降幅度特别大。

随燃料配比由4.5!5!5.5，烧结矿转鼓强度56.7!61.7!60，成品率69. 34!80.15!78.39，变化曲线呈凸型。

返矿含量29.33!19.18!21.6，变化曲线呈凹型；小于10mm粒级含量48.81!41.22!43. 63。

由此认为燃料配比为5时最好。

进行高铁低硅烧结，烧结矿中液相量要比高硅烧结矿的少，对烧结矿冷强度有不利影响。

为了确保烧结矿强度，保证烧结矿中一定比例的粘结相量，必须提高烧结温度，使熔点较高的矿物参与到粘结相中。

因此，低硅烧结时燃料配比不宜太低。

（3）不同MgO含量影响
对比序号5、7，在料层厚度为500mm，烧结碱度1.8!（MgO）由2.49降低到1.99时，烧结矿转鼓强度提高0.5；成品率提高了2.8多；固体燃耗降低了1.6kg t；返矿含量降低了0.8，小于10mm粒级降低了3.6。

对于序号9、10，料层厚度为600mm，碱度1.8，烧结矿!（MgO）为2.5与2.0相比较，后者比前者烧结矿转鼓强度升高了2，烧结固体燃耗降低了2.5kg t，成品率提高1.5，返矿和小于10mm 粒级都有所降低。

看来适当降低MgO含量十分有利于烧结矿质量的改善和烧结固体燃耗的降低。

MgO含量减少，Fe3O4相对不稳定，易氧化成Fe2O3而生成CF，使高强度物质的量增加，因此，烧结矿强度提高，成品率增大。

MgO含量减少，白云石的配比降低，而白云石在烧结过程中的分解是吸热反应，其配量减少，相对就有利于对分解后的MgO矿化形成新的化合物，固体燃耗降低。

（4）不同原料结构的影响
烧结R=1.8，!（MgO）为2.5时，减少精矿粉A配比，提高矿粉C的配比，序号8，烧结利用系数由1.93提高到2.24（t m2·1）；转鼓强度由61.7提高到62.1；成品率由80.15提高到
·
2
1
·
82.47%，提高了2.32%；返矿含量由19.18%降
低到16.77%；固体燃耗变化不大，烧结返矿和小于10mm含量分别降低2%~3%。

（5）料层厚度的影响
由序号5和序号9（R=1.8，!（MgO）=2.5 %）的结果可看出，相同原料配比，料层厚度由500mm提高到600mm，烧结系数稍有降低，转鼓强度由61.7%提高到66%，成品率提高2.5%，返矿含量由19.18%降低到17.82%。

同样，序号7与序号10（R=1.8，w（MgO）=2.0%）相比较，烧结矿转鼓强度从62%提高到68%，提高幅度较大，固体燃耗由55.9kg/t降低到54.7kg/t，降低了1.2kg/t，烧结返矿由18.39%降低到16.5%，小于10mm粒级含量由37.59%减少到35.22%，烧结矿粒度组成变得更为合理化。

!.!烧结矿冶金性能测定及分析
为了掌握低硅烧结矿的冶金性能，对具有代表性的几组烧结矿进行了900C还原度、550C低温还原粉化性能的测定，测定结果见表3。

表"烧结矿冶金性能测定结果/%
序号900C还原度550C低温还原粉化指标（-3mm）182.918.9
586.920.3
789.623.5
991.621.6
2.2.1900C还原度分析
烧结矿碱度为1.8时（序号5、9），烧结矿的还原度为86.9%、91.6%，处于较好水平；碱度下降到1.7~1.75时（序号1），烧结矿还原度为82.9 %，小于85%。

烧结矿碱度提高，烧结矿还原性能得到改善。

对于序号2与序号7，烧结矿碱度相近，!（MgO）由2.46%下降到1.99%，还原度提高2.7%，这与!（MgO）降低，Fe
3
O4再氧化生
成Fe
2
O3的能力增强，易还原的物质含量增加有关。

序号9，烧结矿的还原度超过了91%，这与料层厚度增加，高温保持时间延长，烧结反应进行充分，CF的量增加且发育完全有关。

2.2.2低温还原粉化指标分析
总的来看，低硅烧结矿的还原粉化（-3mm）指标总体比以往高硅烧结矿的还原粉化指标要
高。

进行低硅烧结，粘结相中SiO
2
含量减少，含铁量相对增加，烧结温度升高，使赤铁矿量增多；而且在相同碱度条件下，配加的CaO量减少，生
成铁酸钙的量随之减少，相应Fe
2O3的量就增多，
这种Fe
3
O4大多为氧化再生的骸晶状菱形赤铁矿
（原生Fe
2
O3大多在烧结过程中已与CaO反应生
成了铁酸钙）。

这种Fe
2
O3在高炉内400~600C
低温区还原时，易发生型变膨胀，产生粉末恶化料
层透气性，破坏高炉顺行。

比较所测定的这四组
低温还原粉化数据，序号7，由于烧结矿MgO含量
低，Fe
3
O4氧化生成Fe2O3的机会增多，再氧化生
成Fe
2
O3的量增加，低温还原粉化加剧。

2.3低硅烧结矿矿相鉴定及分析
为了更好地了解低硅烧结矿的特征，强化烧
结矿质量，用作烧结矿冶金性能的四组试样进行
了矿相分析。

矿相鉴定结果表明，低硅烧结矿比
以往高硅烧结矿中赤铁矿的量有所增加，C
2
S的
量大大减少且分布疏散，使得烧结矿还原性能整
体得到改善，但低温还原粉化率高；由于碱度、烧
结矿MgO含量、燃料配比、料层厚度的不同，又各
具特点。

序号1碱度较低，CF相对较少一些，大
多以板状、柱状存在，磁铁矿多呈大粒斑状，决定
了烧结矿的强度和还原性差一些。

序号5、7、9，
碱度相同，燃料配比相同，序号7的MgO含量低，
磁铁矿含量相对较少，且大多呈细粒熔蚀他形晶；
CF数量多，分布广，大多以针状存在，有利于提高
强度和还原性；矿样中多处出现骸晶状Fe
2
O3与
其它矿相呈交织结构或呈棱角状，出现在针关CF
和柱状CF的周围。

因此，其低温还原粉化相对
较高。

序号5与序号9原料结构相同，序号9料
层厚度提高了100mm，烧结矿中CF发育更为充
分且大多为针状、网状，磁铁矿大多熔蚀为他形
晶，这种结构决定了它具有较高的这原性能。

"工业性试验研究
在实验室试验的基础上，一烧于2002年12
月26日，二烧于2003年1月2日，开始进行高铁
低硅工业性试验。

试验期间烧结矿碱度定为1.8，
烧结矿强度提高，质量稳定，未给高炉生产带来不
利影响。

全厂渣量由原来的350kg/t减少到297
kg/t，焦比降低。

".#工业性试验低硅烧结经济技术指标完成情况
以一烧为例，低硅烧结经济技术指标随SiO
2
含量不同（低硅尖山配比不同）分阶段统计如表4。

从表4的试验数据来看，随着烧结矿!（SiO
2
）的
降低，由5.5%到4.6%，烧结矿铁品位从57.46
%到58.34%到59.47%，呈上升趋势；转鼓强度
由82.45%!81.17%!79.7%，呈下降趋势；烧
结矿碱度为1.8时，强度较高，烧结矿入炉比例提
·
3
1
·
表4经济技术指标表
序号!（SiO2）/%!（TFe）/%!（FeO）/%R转鼓强度燃耗/（kg·I-1）台时产量/I 1 5.3~5.557.467.65 1.882.4551.9131.54 25~5.1558.348.61 1.8281.8952.44140.73
3 4.6~4.959.479.47 1.8281.653.28125.6
4 5.059.68.86 1.7580.75
5基准期 6.556.488.7 1.5578.352.33142.39
高；烧结矿碱度下调到1.75时，!（SiO
2
）为5%，
强度降低，粉率升高，再加上当时焦炭波动，高炉炉况不顺，反应不良。

在试验期间，尖山粉提铁降硅处理处于试生
产阶段，尖山粉的铁品位、!（SiO
2
）以及水分波动较大，铁品位高的达到了70%，低的67.5%；!（SiO2）高的5%以上，低的小于3%，导致烧结矿碱度波动大，尖山粉水分最高出现13%，给烧结生产操作带来了一定的难度。

针对这些不利因素，攻关组派专业技术人员现场跟踪，及时解决实际存在问题，严把原料进厂关；操作方面，每个环节严格要求，机速由原来的1.3~1.4m/min限制到1.2m/min以下，以烧结终点为依据，合理配加燃料、控制烧结速度。

由于采取以上措施，低硅烧结生产试验取得了很好的效果。

4太钢低硅烧结应采取的措施
4.1烧结矿!（SiO2）含量适宜
工业生产试验数据已表明，提高烧结矿品位，
降低!（SiO
2
）含量，对铁系统很有好处。

但烧结
矿!（SiO
2
）含量太低，烧结液相量不足，转鼓强度降低，粉率升高，对高炉炼铁也是不利的。

分析生产低硅烧结以来的生产情况，当烧结矿的!（SiO2）降低到4.5%以下，烧结矿的转鼓强度
要比!（SiO
2
）为4.8%以上时降低近1%~2%；
烧结矿的!（SiO
2
）降到4%以下，烧结矿粉率大量增加，导致高炉炉况不顺。

因此，要保证烧结矿
的强度，烧结矿的!（SiO
2
）应以大于4.5%为好。

4.2推行厚料层、慢机速操作
厚料层烧结是目前国内处烧结厂提高烧结矿成品率及质量的主要手段，亦是保障低硅烧结过程的液相生成及结晶发育完全的重要措施。

因此，要尽可能保证高料层烧结（一烧必保料厚580mm，二烧不低于700mm），并且严格控制烧结机速一烧不超过1. 2m/min，二烧不超过1m/min，确保烧好、烧透，烧结终点不提前也不滞后，使高温固结时间延长，固相反应和液相形成充分，矿物结晶完善，从而达到改善烧结矿内部结构和提高烧结矿质量的目的。

4.3优化太钢烧结原料结构
长期以来，太钢烧结形成了富矿粉一直拘泥于
使用澳大利亚哈默斯利矿粉的格局，因而很少对其它富矿粉进行使用。

但哈默斯利矿粉存在铁品位较低、Al
2
O3含量高，不利于烧结矿品位的提高和炉渣脱S能力的提高。

近几年，随关巴西、南非、印度高品位富矿粉在中国市场的拓展，使用高品位富矿粉或价格低廉的扬迪矿的厂家越来越多。

扬迪矿是一种褐铁矿粉，该矿烧损大，烧结以后品位进行富积，而且软熔温度低，在一定程度上能够改善低硅烧结矿的粘结相，还可以适当降低烧结成本，因
此，太钢应对一些Al
2
O3含量较低的高品位富矿粉和扬迪矿的烧结性能进行研究与应用。

4.4烧结矿碱度与适宜MgO含量的定位
上面的烧结试验结果已得出，提升低硅烧结矿的碱度有利于提高烧结矿常温强度和高温强度。

而从太钢铁系统的实情来考虑，烧结矿碱度提高又会增加成本，因此，烧结矿碱度的定位在满足成本的同时必须确保烧结矿强度，即碱度不应低于1.8。

提高烧结矿MgO含量有利于改善烧结矿的软熔性能，也有利于改善高炉炉渣的流动性和提高脱S能力，但MgO在烧结过程中易与磁铁矿生成镁磁
铁矿（Fe
3
O4.MgO），有碍Fe3O4氧化为Fe2O3，从而降低铁酸钙相的生成，不利于烧结矿的中温还原性和强度的提高［2］。

因此，烧结矿适宜MgO含量的定位，必须考虑烧结矿强度和炉渣性能，二者兼顾，既要保证烧结矿强度不降低，又要确保炉渣流动性和脱S能力。

从工业生产试验期间的生产情况来看，要保证高炉炉况顺行，烧结矿强度稳定，粉率降低，又有利于烧结生产配料操作，建议烧结矿的!（MgO）可由2.5%适当降低到2.3%。

5结语
（1）实施低硅烧结，烧结矿强度会因SiO
2
低，
（下转第54页）
·
4
1
·
比17~26m厚钢板-20CA
kv
冲击功分别大于100J和180J，表明WO490D 钢板具有优良的低温韧性。

图7-20CA
kv
数理统计直方图（!16mm 钢板）图8-20CA
kv
数理统计直方图（>16mm钢板）
8图内外桥梁用钢技术水平对比分析
国内外屈服强度345Mpa级桥梁用钢的力学性能要求见表7。

可以看出，武钢研制的高韧性桥梁用钢WO490D钢的技术水平，不仅达到国外代表90年代国际先进水平的同类钢种的技术标准要求，而且高于我国最新颁布实施的桥梁结构用钢标准GB/T714-2000的技术要求。

先进的技术标准水平，为该钢应用于高参数的桥梁创造了条件。

表7国内外!S345Mpa级桥梁用钢力学性能要求
钢号交货
状态
标准号
板厚
/mm
拉伸试验
!S/Mpa!b/Mpa"5/%
纵向冲击试验
温度/C A KV/J
冷弯试验
180 !=2a
WO490D 热轧或
正火
WJX（ZB）
!16"345510"21
>16~35"325490"20
>35~50"315470"20
-20"47
d=2a
d=3a
O345gD 热轧或
正火
GB/T714
!16"345510"21
>16~35"325490"20
>35~50"315470"20
-20"34
d=2a
d=3a
SM490C 热轧或
正火
JISG
1306
!16"325490~610"17
>16~40"315490~610"21
>40~100"295490~610"23
0"47---
S355N正火DIN EN
10113
!16"355470~630"22
>16~40"345470~630"22
>40~63"335470~630"22
-20"40---
9结语
武钢为满足国内公路桥梁对高性能WO490D 钢板的需要，迄今已生产WO490D钢板30000余I，成功地应用于武汉长江三桥、军山长江大桥、润扬长江大桥、缅甸大桥、洛口大桥、西安环城高架桥梁工程及武汉国际会展中心钢梁建设。

取得了显著的经济效益和社会效益。

由于WO490D钢具有高韧性和优良的综合性能，受到了桥梁制造行业的高度评价。

武钢桥梁钢系列化的研制和应用成功，为国家GB/T714-2000《桥梁结构用钢》新标准的颁布起到了积极推进作用。

（收稿日期：2003-06-15）
（上接第14页）
粘结相量减少受到一定影响。

提高烧结矿碱度、适当降低烧结矿含量、提高绕结料层厚度和进口矿配比是改善低硅烧结矿强度较有效的措施。

（2）低硅烧结矿的铁品位和还原度提高，低温还原粉化也高。

（3）实验室试验结果表明，从太钢铁系统的现状及保证烧结矿质量出发，烧结矿以碱度为1.8，烧结矿的"（MgO）介于2.0%~2.5%为好。

（4）在太钢高精粉原料条件下，低硅烧结成矿机理有待进一步深入研究。

（5）进一步优化原料结构，确保烧结原料质量稳定将是保障烧结矿质量的又一有效措施。

参考文献
1成兰伯.高炉炼铁工艺及计算.北京：冶金工业出版社.1990
2任允.MgO的赋存状态和矿物组成及其对冶金性能影响的研究.烧结球团，1984，（3）：1~6
（收稿日期：2003-07-18）
·
4
5
·
太钢实施高铁低硅烧结初步探讨
作者：贺淑珍， 边建刚， 李铁
作者单位：太原钢铁集团公司
刊名：
钢铁研究
英文刊名：RESEARCH ON IRON AND STEEL
年，卷(期)：2003,31(6)
被引用次数：1次
1.成兰伯高炉炼铁工艺及计算 1990
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引用本文格式：贺淑珍.边建刚.李铁太钢实施高铁低硅烧结初步探讨[期刊论文]-钢铁研究 2003(6)。