烧结固体燃料粒度对烧结矿质量的影响

许建军

摘要：本钢烧结矿生产的原燃料结构条件下固体燃料粒度对烧结矿产质量的影响，通过改变固体燃料粒度中＜1 mm的比例进行烧结杯试验。结果表明，随着固体燃料粒度中＜1 mm比例的降低，垂直烧结速度加快，烧结矿成品率、利用系数、转鼓强度、平均粒径等指标明显改善，对降低固体燃料、烧结内返粉和高炉槽下返粉将起到重要作用。生产中应稳定四辊操作，适当放宽输出粒度范围。

关键词：烧结；固体燃料；粒度

铁矿石烧结过程是一个氧化还原兼有的复杂过程，固体燃料的燃烧在这个过程中提供了主要的反应动力，了解燃料的反应过程，就成为解决烧结中一系列问题的关键。大量研究表明，燃料的配加量、粒度组成和燃烧性质直接影响烧结料层的温度与热量分布，燃烧带的厚度以及料层的透气性，烧结气氛等各个方面，当燃料的种类、配加量固定时，燃料粒度的大小就成为烧结过程的决定性因素。

一、慨述

烧结过程中，固体碳的燃烧反应为液相生成和其他反应的进行提供了必要的热量和气氛条件，对烧结矿产质量有很大影响。固体碳的燃烧需要不断地供给足够的氧，而且反应首先是在燃料表面进行。因此，其反应速度（燃料燃烧速度）取决于两个因素：一是碳与氧的化学反应速度；二是氧（气体）向燃料表面的扩散速度。燃烧过程的总速度就取决于这两个因素中最慢的一个速度［1］。大量的动力学研究和对燃烧层厚度的探索性研究表明，烧结过程中的燃料燃烧受扩散控制。因此，烧结混合料中固体燃料的燃烧速度及燃烧层的厚度与燃料颗粒的直径、气流的流速和料层的透气性有关。在其他条件一定时，颗粒的大小就成为烧结过程的决定性因素。高负压状态为燃烧带固体碳的燃烧提供了充足的氧量，在燃料粒度变细时，燃烧速度加快，从而使燃烧层变薄，来不及产生足够的液相，导致烧结矿出矿率降低，返矿量增大，配碳量提高，能耗增大。由此可见，适当增大燃料粒度，降低燃烧速度，可以提高液相产生量，改善烧结矿强度。由于燃料粒度偏细，导致＜1 mm粒级燃料所占的比例升高，在高负压条件下，＜1 mm粒级的燃料被气流抽走，堵塞了混合料的空隙，造成料层的透气性下降，垂直烧结速度降低，烧结矿产量下降。适当增大燃料粒度，还可使＜1 mm粒级的固体燃料所占的比例明显减少，从而改善料层的透气性，提高垂直烧结速度，增加烧结矿产量［2］。目前该钢烧结原料结构条件下，固体燃料粒度对烧结矿产质量的影响，本研究采用烧结杯进行了系统的试验，以探究固体燃料粒度组成发生变化后，烧结利用系数、烧结矿转鼓强度和平均粒径等指标的变化规律。

二、原料性能和试验

为考察烧结用焦粉粒度对烧结矿产质量的影响，进行了不同焦粉粒度的烧结杯烧结试验。本次试验结合后续进一步提高塞拉利昂矿粉比例的需要，塞矿比例提高到35%，并以高二氧化硅的毛塔粉和低三氧化二铝的加拿大精粉搭配。铁矿粉取自济钢120 m2烧结机的一次料场；生石灰取自320 m2烧结机的配料室；复合镁粉取自钢城矿业；固体燃料为焦粉，取自400 m2烧结机配料室；返矿为烧结杯试验循环返矿。从燃料粒度情况看，焦粉存在过粉碎现象，＜1铁矿粉取自济钢120 m2烧结机的一次料场；生石灰取自320 m2烧结机的配料室；复合镁粉取自钢城矿业；固体燃料为焦粉，取自400 m2烧结机配料室；返矿为烧结杯试验循环返矿。从燃料粒度情况看，焦粉存在过粉碎现象，＜1mm部分占到了52.52%。生石灰中-3 mm的比例为84.93%，粒度偏粗；复合镁粉粒度达到工艺要求。本次试验采用传统烧结杯试验研究方法，烧结杯内径250 mm，高度590 mm。试验时，按照烧结混合料配比准确地称量配料，进行干湿混合，预先将重3 kg的铺底料（粒度为10～16 mm）平铺到炉蓖条上，然后人工将混合好的烧结料装入烧结杯，并压料5 mm，刮平后点火。点火使用液化气，点火时间2.5 min，点火负压6 kPa，点火温度1 100 ℃，烧结负压12 kPa。

三、烧结试验及结果

1、试验方案。根据资源及成分的平衡，试验用中和料结构为塞矿粉35%＋毛塔粉40%＋加拿大精粉5%＋返矿粉 20%。试验配料结构为：中和料 82.62%、生石灰9.62%、复合镁粉2.71%、焦粉5.06%。固体燃料粒度的改变是将从400 m2烧结机配料室取来的焦粉用1mm的编织筛进行筛分，筛出＜1 mm的焦粉，然后按照试验方案进行配制。

方案1为从现场取来的焦粉直接进行试验，焦粉中＜1 mm的比例为52.52%。

方案2为从现场取来的焦粉筛出近一半＜1 mm的焦粉，即焦粉中＜1 mm的比例为26%。

方案3为从现场取来的焦粉中筛出全部＜1 mm的焦粉，即焦粉中＜1 mm的比例为0。

2、试验结果烧结杯试验结果见表。

3、结果分析

1）固体燃料粒度对烧结利用系数的影响。随着焦粉中＜1 mm粒级的减少，垂直烧结速度加快，烧结利用系数呈提高趋势。 2）固体燃料粒度对烧结转鼓指数的影响。随着焦粉中＜1 mm部分的减少，烧结矿转鼓强度也明显提高，这说明降低焦粉中的＜1 mm部分粉末有利于提高烧结矿强度。出现这种情况的原因有两方面：一是较粗颗粒的焦粉粒度燃烧时间较长，使烧结高温带保持时间较长，有利于烧结矿液相的生成和成矿过程，二是较粗的焦粉颗粒，不容易被风抽走，有利于整体料层燃烧热值的提高。烧结矿的成品率也表现出与烧结矿转鼓强度类似的趋势：随着焦粉中＜1 mm粒级的减少，烧结矿的成品率呈显著提高趋势。 3）固体燃料粒度对烧结矿粒度组成的影响。随着焦粉中＜1 mm粒度所占比例的减少，烧结矿中大粒级部分明显增多，小粒级部分明显减少，尤其是 5～10 mm 粒级和＜5 mm 粒级部分明显减少；烧结矿的平均粒径，随着焦粉中＜1 mm粒级的减少而明显增大。出现这种情况的原因，与上面的分析是一样的，也是由于提高了燃烧带温度，延长了高温的保持时间，烧结液相量增多，成矿时间长，从而实现了烧结矿强度的提高，主要体现在烧结矿粒度组成的改善上。烧结矿中赤铁矿较多，主要是原生赤铁矿，再生赤铁矿只占5％～7％。原生赤铁矿多为大粒状(>1mm)，部分散粒状。大粒原生赤铁矿中部分内部较致密，部分内部较疏松。较多的原生赤铁矿外部发生氧化再结晶，形成菱形状。该结构烧结矿应有较好的强度和还原性。另外，从表可以看出，随着焦粉中＜1 mm部分的减少，烧结矿的粒度组成呈加速改善的趋势。这从另外一个角度也说明减少1 mm以下的焦粉粒度，可以达到降低烧结固体燃料消耗的目的。总体上来说，减少烧结固体燃料中＜1 mm的比例，对烧结矿产质量的提高，有非常明显的效果。

结论

1、烧结用固体燃料中＜1 mm部分不利于烧结过程进行，减少这部分的带入，有利于烧结矿产量、转鼓强度的提高以及烧结矿平均粒径的增大，对降低烧结内返粉以及高炉返粉率有重要作用。

2、在组织生产时，稳定四辊操作，适当放宽输出粒度范围。通过适当增加固体燃料破碎对辊间距来降低＜1 mm的燃料粒度比例，杜绝固体燃料的过粉碎现象。在不改变目前生产条件的情况下，可采取如下措施：一是焦粉和无烟煤分时段进行破碎，在焦粉与无烟煤切换时，及时调整四辊上下间隙；二是在破碎焦粉时四辊间隙可放宽到 4.5～5 mm；在破碎无烟煤时四辊间隙可放宽到6～7 mm。 4.3 建议探索制定烧结固体燃料集中破碎、筛分的方案，可将燃料中＜1 mm部分筛出供应高炉喷吹用或者给125#焦炉生产捣固焦，使烧结固体燃料按照粒度分类使用，充分发挥固体燃料的作用，达到降低系统能耗的目的。

参考文献：

［1］ 德庆．郭字峰，邱冠周．钒钛磁铁精矿冷固结球团催化还原机理［M］.昆明：云南人民出版社，2018.

［2］ 淑娟，侯洪宇.烧结固体燃料燃烧动力学特征及包钢降耗途径［J］.包钢科技，2019，26（4）：5.

［3］ 吕志升，何晓义，侯贵生.固体燃料在烧结中的燃烧分析及降耗措施［J］.包钢科技，2018（3）：21.

［3］孙丽明，李建宏，夏志宏．不同焦粉粒度对烧结过程影响的探讨[J]．烧结球团，2017，25(2)：19—20．