影响烧结矿强度的因素及改善措施（2）

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 2.3.3  MgO对烧结矿强度的影响
大量的试验研究和生产实践证明，MgO有利于烧结矿低温还原粉化性能的改善，在高炉炉缸内，有利于炉渣流动性和脱硫效果的改善，故高炉炼铁都要求烧结矿具有一定含量的MgO。但是由于MgO在烧结过程中易与Fe3O4反应生成镁磁铁矿（MgO ·Fe3O4），从而阻碍Fe3O4在烧结过程中氧化为Fe2O3，从而降低铁酸钙相的生成，造成成品烧结矿的冷强度和还原性降低。经验数据说明，烧结矿的MgO增加1%  ，冷强度降低3%，还原性降低5%。MgO 为难熔矿物，其熔点为2799℃，因此，高MgO 烧结矿必然会导致燃耗高和强度低。梅山钢铁公司和马钢等企业MgO 对烧结矿质量的影响列于表9和表10。
 
表9   梅钢MgO对烧结矿质量的影响
MgO
％
CaO/SiO2
倍
固体燃耗
kg/t
成品率
％
转鼓指数
％
RI
％
2.00
1.80
70.98
71.34
63.33
77.12
1.50
1.80
69.00
73.90
66.67
80.10
1.00
1.80
68.79
72.69
68.67
80.75
2.00
1.90
68.13
74.02
65.20
79.12
1.50
1.90
68.70
72.78
67.33
81.56
1.00
1.90
66.04
75.71
68.40
85.51
 
表10   首钢MgO对烧结矿强度的影响，%
MgO
CaO/SiO2
倍
SiO2
FeO
Al2O3
成品率
转鼓指数
1.91
1.97
5.04
11.07
1.94
79.38
66.67
2.06
1.81
4.95
11.87
1.96
78.32
63.04
2.22
1.80
5.12
13.94
2.03
79.85
60.00
2.32
1.80
5.20
14.44
1.96
79.58
58.52
由表9和表10数据可见，无论是首钢还是梅钢，随烧结矿MgO含量的增加，固体燃耗增加，转鼓强度下降，还原性降低的规律是明显的。
     2.3.4 .Al2O3对烧结矿强度的影响
Al2O3含量是影响烧结矿质量和强度的一个重要因素，因为Al2O3 /SiO2=0.1~0.4是生成铁酸钙的必要条件。碱度低于2.3的高碱度烧结矿，铁酸钙的分子式为5 CaO·2SiO2·9（Al·Fe）2O3，这就要求烧结混合料合理的Al2O3含量为1.5%左右，1%~2%的Al2O3含量为正常值。超过了2%的含量，由于Al2O3的熔点为2042℃，在烧结过程中熔化不了，只能在玻璃相中析出，降低渣相的破裂韧性，严重影响成品矿的冷强度和还原粉化指数，因此，Al2O3含量既是形成烧结矿高强度的必要条件，又是影响烧结矿冷强度的重要因素。杭钢高铝烧结矿对成品矿强度和RDI指数的影响列于表11。
表11    Al2O3（％）含量对杭钢烧结矿强度的影响，%
Al2O3
CaO/SiO2
倍
SiO2
 
MgO
 
FeO
 
转鼓指数
RDI+3.15
铝硅比
1.95
1.87
6.14
3.01
8.32
77.94
79.5
0.318
2.45
1.84
6.46
2.99
8.68
75.69
78.5
0.380
2.60
1.86
6.92
2.90
8.73
76.24
77.3
0.376
2.80
1.86
6.58
3.08
8.39
74.06
－
0.425
3.21
1.86
6.71
3.05
8.62
73.29
－
0.479
由表11可见，在杭钢烧结矿化学成分和碱度基本相同的条件下，随着Al2O3含量的升高，成品烧结矿的转鼓指数呈明显下降趋势，Al2O3升高1%，成品矿的转鼓指数平均下降3.72%，低温还原粉化指数也相应呈下降趋势。
    2.4 燃料和熔剂质量及粒度对烧结矿强度的影响
燃料的质量是指燃料的种类，固定碳含量和粒度。昆钢、首钢等企业的研究和生产实践证明，燃料的固定碳含量高，灰分含量低有利于降低燃耗，也有利于改善烧结矿的强度指标；在粒度组成上＜3mm粒级的比例应＞９０%，＞3mm比例高，容易产生偏析，不利于均匀烧结，往往会影响成品率和烧结矿强度；燃料＜0.5mm粒级比例应低，否则会因燃料颗粒细，烧结层高温保温时间短而影响铁酸钙的生成比例和成品矿的强度。
熔剂的质量主要是指生石灰和石灰石、白云石含CaO的比例。质量好的生石灰应含CaO＞80%，生石灰和石灰石、白云石＜3mm的粒级比例应＞９０%。粒度大分解和消化速度慢，会影响混合料的制粒及烧结过程的透气性。采用生石灰替代石灰石作熔剂，生石灰消化后为极细的胶体颗粒，平均比表面积达30m2/g，与石灰石相比大60倍，生石灰制成的胶体颗粒混合料一是不容易在布料和烧结过程中被破碎；二是0.25~0.7mm的准颗粒也易于被黏附到核心的周围，有利于改善混合料的透气性；三是这种胶体颗粒具有较大的活性度，易与混合料中的其它组分接触产生各种固液相反应，不利于游离态的CaO和2CaO·SiO2生成，从而改善烧结矿的质量和提高成品矿的强度。
提高混合料的生石灰配比有利于改善烧结矿的质量和强度，适宜的生石灰配比为5%左右。东北大学和河北理工大学已有的研究证明，生石灰的活性度低，不利于烧结过程生成SFCA，但活性度也不是越高越好，＞300ml后生成SFCA的比例反而有下降，合理的活性度是250ml~300ml为最佳。
    2.5 返矿粒度和数量对烧结矿强度的影响
研究和生产实际证明，热返矿的粒度和数量对烧结矿的强度和粒度组成有显著的影响，在烧结生产中这是一个常常容易被忽视但又不能被忽视的一个因素。热返矿的粒度大和数量多均会起到混合料的水分波动和制粒效果下降，从而影响成品矿的强度和粒度变小。柳钢的生产实践证明，热返矿的粒度＜3mm，热返矿的数量＜8%时，有利于提高烧结矿的强度和优化烧结矿的粒度组成。现在很多企业取消了热矿筛，也就没有了热返矿了，这个影响因素就转换成烧结返矿和高炉返矿的粒度和数量，只要返矿粒度＜5mm，返矿的总数量不超过30%，就不至于造成对成品矿强度的不利影响。
    2.6 烧结主要工艺操作参数对成品矿强度的影响
烧结生产的主要工艺参数有料层厚度、配C配水、制粒和布料、点火操作、抽风负压、机速和冷却速度等因素，它们的相互关系：料层厚度是基础，水碳是保证，混合料的透气性是关键。混合料的透气性与制粒、布料、点火和抽风操作等环节相关。
     2.6.1料层厚度对烧结矿强度的影响
研究和生产实践证明，料层厚度与烧结产质量直接相关，料层厚度直接影响烧结的固体燃耗和成品矿的强度。宝钢的烧结生产实践证明，混合料厚度每提高100mm，烧结配C降低1.04kg/t，降低FeO为0.6%，提高转鼓指数2.3%，降低煤气消耗0.64kg/t，莱钢和宝钢等企业不同料层厚度的烧结生产指标分别列于表11和表12，目前我国烧结生产多数企业的料层厚度为700mm，有些已超过800mm，天津荣程联合钢铁公司的烧结料层最高已到达1000mm的厚料层。
 
表11   莱钢料层厚度对烧结矿强度及质量指标的影响
料层厚度，mm
转鼓指数，％
固体燃耗，kg/t
CaO/SiO2
SiO2，％
FeO，％
500
74.30
64.0
1.81
4.08
10.72
600
77.8
54.0
1.88
4.37
8.90
700
78.42
48.42
1.98
4.98
8.24
800
76.84
48.86
1.912
6.39
8.21
 
表12   宝钢料层厚度对烧结矿强度及质量指标的影响
料层厚度，mm
转鼓指数，％
固体燃耗，kg/t
CaO/SiO2
SiO2，％
FeO，％
606
75.8
46.67
1.82
4.80
6.48
681
75.6
43.44
2.02
4.73
7.60
714
81.4
42.64
1.89
4.83
8.13
752
82.7
40.4
1.93
4.71
8.10
由表11、表12可见，在莱钢、宝钢条件下，呈现烧结矿随料层厚度的增加，固体燃耗下降，烧结矿强度升高的普遍规律。因此烧结生产应遵循不断强化制粒、改善混合料的透气性、挖掘料层厚度的潜力，追求厚料层、低燃耗、高强度、低FeO的目标。
     2.6.2  配C、配水对烧结矿强度的影响
烧结生产实践证明，合理的配C配水是搞好烧结生产的保证，烧结生产在常规条件下，增加1%的配C，FeO提高1.8%~2.0%，高配碳必然高FeO，高温型烧结得不到质量优的烧结矿。对于高碱度烧结矿而言，FeO在铁酸钙矿物相中并不单独存在，在最佳碱度范围内，铁酸钙的分子式为5CaO·2SiO2·9(AlFe)2O3,因此提高FeO含量于烧结矿强度没有直接关系。配C、烧结温度、FeO、烧结矿强度的关系列于表13。
表13   配C、FeO与烧结矿强度的关系
配C，％
2.8
3.3
3.3
4.0
4.2
5.0
烧结温度，℃
1225
1265
1290
1315
1340
1360
FeO，％
5.26
6.39
6.85
8.24
10.40
11.08
烧结矿强度，％
54.23
69.17
72.85
73.52
75.58
72.37
由表13可见，虽然随配C的增加，FeO升高，烧结矿强度是不断提高的，但当配C量超过4.0％时，烧结温度已超过了1300℃，达到1315℃，进入了高温型烧结，烧结矿的质量开始下降。因此在正常情况下，配C、FeO和强度的最佳值是配C在3.3%~4.0%之间，FeO含量在6.85%~8.24%的范围内，不是强度最高时的配C和FeO为烧结最佳条件。
混合料水分对烧结产、质量的影响是一个十分重要十分敏感的因素，因为混合料水分直接影响FeO含量和固体燃耗的变化，进而影响烧结矿强度和粒度组成等烧结矿的质量指标。生产实践证明，混合料水分随料层厚度增加应该下降，其规律是厚料层、低C低水才能低FeO，柳钢混合料水分对成品矿FeO和强度的影响列于表14。
表14   混合料水分对成品矿FeO和强度的影响
混合料水分，％
CaO/SiO2
料层厚度，mm
FeO，％
转鼓指数，％
返矿率，％
8.74
1.73
619
8.58
67.0
＞15.0
7.27
1.73
619
7.11
71.97
11.9
6.69
1.71
620
6.25
69.25
12.0
由表14可见，混合料水分在碱度和料层厚度相同的条件下，对成品矿的FeO和转鼓指数有明显的影响，准确而又及时控制混合料的水分，是获得低FeO、高强度成品矿的一个重要条件。
     2.6.3点火操作对烧结矿强度的影响
点好火是提高烧结生产的一个重要环节，点好火的操作时要把握好点火温度，点火负压和点火强度三要素。点火温度的高低与烧结所用矿种相关，对于一般赤铁矿和磁铁矿粉烧结，点火温度控制在1050℃±50℃为合适；对于高水化程度的褐铁矿粉烧结，因为热爆裂严重，适宜的点火温度为950℃±50℃；对于高Al2O3矿粉烧结，要适当提高点火温度，适宜的点火温度为1100℃±50℃。点火温度要掌握一个适宜的温度，点火温度过低，台车表层温度不足，影响表层的成品矿和强度；点火温度过高，造成台车表层过烧结块，增大烧结阻力，导致成品率和强度下降。点火负压正常情况下为烧结抽风负压的60%~70%为宜，即一般为8kPa左右。点火负压过高或过低都会给烧结生产造成严重的影响。过高的点火负压会破坏原始料层的透气性，降低垂直烧结速度，延缓烧结终点，严重影响烧结的产量和强度；过低的点火负压会影响点火后阻碍烧结带往下引，拖延烧结速度和烧结终点，而同样影响烧结的成品率和成品矿强度。
点火强度是指单面烧结面积供给的热量，正常的点火强度应为2-3万×4.18kJ/min·m2，这一数值与燃料的发热值相关，一般高炉煤气点火正常热耗为4.3万×4.18kJ/t。点火强度过低或过高，也会影响烧结的成品率和成品矿强度。