1 前 言

隨著鋼鐵市場的快速發展，優質的粉礦資源逐步減少，褐鐵礦作為一種較為廉價的礦石逐步推向市場。在燒結工序中，提高相對廉價褐鐵礦的使用量，在滿足質量要求的基礎上，可以有效地降低燒結礦成本。國內很多鋼鐵企業通過調整料層厚度和水炭配比，褐鐵礦配加到 30% 以上，其中寶鋼最高，短暫的配到了55%［1］。寧波鋼鐵從 2015 年開始著力進行高配比褐鐵礦的試驗研究和生產實踐攻關，通過原料結構優化和對燒結料層厚度、燒結負壓、燒結礦堿度等一系列調整措施，褐鐵礦配比從35% 成功提高至 60%，燒結礦質量保持在較好的水平，滿足了高爐高效順行的要求。

2 高褐鐵礦燒結試驗研究

2. 1 褐鐵礦的礦物性能分析

澳洲楊迪礦屬于河道型褐鐵礦，結晶水含量高，其通用化學式為 mFe2O3 ·nH2O ( m = 1～3，n =1 ～4) 。其 X 射線衍射結果見表1 與圖1?？梢?，該礦物主要由褐鐵礦、赤鐵礦和極少數磁鐵礦及少量脈石組成。

2. 2 試驗參數和方案

試驗采用300 mm ×700 mm 燒結杯系統。試驗過程中，一次混合加水潤濕，二次混合制粒 3 min; 試驗工藝參數為:制粒時間 3 min，料層厚度 650 mm，點火時間 1. 5 min，鋪底料厚度約30 mm，點火溫度 1 050 ±50 ℃，點火負壓 8 kPa，燒結負壓 12 kPa，冷卻負壓 8 kPa，冷卻時間 3 min，冷卻溫度 ＜250 ℃。

試驗取用寧鋼生產中使用的原料，燒結礦堿度為 1. 80，MgO 含量固定為 1. 5%，熔劑用石灰石和白云石粉。試驗具體配比詳見表 2。

2. 3 燒結杯試驗原燃料分析

本次燒結杯試驗所用原料及燃料成分分別見表 3 與表 4，含鐵原料的粒度組成見表 5。

2. 4 試驗結果及分析

試驗褐鐵礦配比從 30% 增加到 70%，其結果詳見表 6。

從表 6 的試驗結果可得出以下幾個結論:

(1) 隨著褐鐵礦的配比從 30% 提高到70%，垂直燒結速度呈下降趨勢。其主要原因是雖然隨著褐鐵礦的配比增加，混合料變得疏松，原始透氣性變好，但是褐鐵礦的同化溫度低、液相生成能力強、流動性高于其它赤鐵礦石，增加了燃燒帶的厚度，從而影響了燃燒帶的透氣性，導致垂直燒結速度不升反降［2］。另外，過多的水分增加了氣流帶出水分的負荷，氣流蒸汽飽和后，水不再以氣體的形式遷移，以液體的形式向料層下部遷移，易堵塞氣流通道，從而降低料層透氣性。

(2) 燒結礦的成品率隨著褐鐵礦配比的升高而降低。褐鐵礦配比在 30% 時，燒結的成品率為 75. 14%，當褐鐵礦配比增加到 70% 時，成品率下降到71. 91%。其主要原因是褐鐵礦燒結容易形成薄壁大孔結構，使燒結礦整體變脆，在運輸和整粒過程中容易破碎導致成品率低;另外，因為褐鐵礦液相生成溫度低，容易產生大量液相，而且液相的流動性好，容易封閉料層的孔隙，使燒結料層的透氣性不均勻，加劇燒結料層中焦粉燃燒形成的橫向不均勻性所致。

(3) 因成品率和垂直燒結速度隨著褐鐵礦配比升高而降低，導致燒結利用系數也隨著褐鐵礦配比的升高而降低。褐鐵礦配比為 30%時，利用系數達到 1. 51 t/ ( m2 ·h) ，當褐鐵礦配加到70%時，利用系數降低到1. 28 t/ ( m2 ·h) 。

(4) 燒結固體燃耗隨褐鐵礦配比升高而增加，主要是由于結晶水含量高需要消耗大量的熱及成品率的降低所致。

(5) 隨著褐鐵礦配比的提高，燒結礦質量指標仍然較好。褐鐵礦配比從 30% 提高到 70%后，燒 結 礦 轉 鼓 指 數 從 72. 83% 提 高 到73. 06%，最高到 73. 47%，轉鼓指數略趨好;燒結礦平均粒徑均保持在 25. 3mm 以上，其 5～10mm 的含量從 16. 96% 降低到 15. 21%。主要原因是褐鐵礦生成鐵酸鈣的能力大，隨著褐鐵礦配比的增加，燒結礦鐵酸鈣生成能力提高，從而導致燒結強度略趨好。

3 高褐鐵礦燒結生產實踐

3. 1 生產工藝調整

在生產實踐中，隨著褐鐵礦配比的提高，燒結配礦結構和部分生產工藝參數也做了相應的動態調整，具體如下。

3. 1. 1 調整配礦結構

因褐鐵礦的同化溫度低，液相流動性普遍較好，在選擇精粉品種時，盡量選用同化溫度相對較高的磁精粉，實踐中選擇配加的磁精粉有南非精粉、智利精粉，磁精粉配比保持在8% 以上，以改善混勻礦燒結性能的匹配程度［3］。此外，精粉配比的增加，也提高了混合料的堆比重，減少了燒結過程中出現的大量收縮，對提高燒結礦強度和成品率有利。實踐中褐鐵礦配比超過 50%時，精粉配比保持在 15%以上，2017 年精粉配比達 19%。

3. 1. 2 實行厚料層燒結

燒結過程自上而下是一個自動的蓄熱過程，隨著燒結料層的提高，自動蓄熱的熱量不斷增加［4］。應用厚料層燒結技術還可以有效地降低燒結固體燃料的配加，同時提高燒結過程的氧化氣氛，延長燒結高溫保溫時間，促進鐵酸鈣的形成，從而改善燒結礦的質量。燒結料層厚度初始設計為 650 mm，后來通過對臺車墻板的加高和采用燒結溢流布料技術，料層厚度從650 mm 提高到 780 mm。

3. 1. 3 適當提高燒結礦堿度

混合料中 CaO 的存在有利于易還原鐵酸鈣CaO·Fe2O3 的生成。隨著燒結礦堿度的提高，除了與 SiO2 和 FeO 結合的 CaO 外，還有多余的CaO 和 Fe2O3 反應生成鐵酸鈣，堿度越高，出現的鐵酸鈣越多，從而可改善燒結礦的強度和還原性。在生產高堿度燒結礦時，鐵酸鈣液相起主導作用，因此在高褐鐵礦燒結時，可以適當提高燒結礦的堿度來改善燒結礦的各項指標［5］。2013 年、2014 年，生產中燒結礦堿度基準控制在 1. 79 ～1. 82 之間，2015 年以后，生產中將燒結礦堿度基準從 1. 82 提高到目前的1. 88，燒結礦質量良好，高爐穩定順行。

3. 1. 4 降低燒結過程負壓

褐鐵礦結構比較疏松，其在較低的抽風負壓下燒結速度即可以達到較高。在高抽風負壓燒結條件下，燒結速度更快，會造成燒結過程中的高溫保持時間短，燒結反應時間不充分，液相生成不足，結晶也不完善，不僅會導致燒結礦成品率下降，而且也會使燒結礦強度降低。因此，降低燒結負壓，可以明顯改變燒結速度，增加燒結過程的高溫保持時間，使燒結礦結晶更加完善。2 # 燒結機投產后，生產中對 1 # 燒結機的兩臺主抽風機進行了變頻改造，燒結負壓從設計的額定 17 kPa 降低到 12 kPa 以下，燒結礦質量良好穩定。

3. 1. 5 適當的生石灰配比

在混合料中配加生石灰可以提高混合料的料溫、濕容量和改善制粒效果。但在高褐鐵礦燒結時，過高的生石灰配加，會導致混合料過于疏松，燒結速度過快，燒結礦強度質量降低。因此，高褐鐵礦配比生產時，合適的生石灰配比很有必要。褐鐵礦配比在 30% 以下時，噸燒生石灰消耗在45 ～50 kg 之間; 當褐鐵礦配比超過 50%后，噸燒生石灰消耗降低到 25 kg 以下，最低只有 16 kg，燒結礦質量保持在原來的較好水平。

3. 2 生產情況

目前兩臺 430 m2 的燒結機，配套兩座2 500 m3 的高爐，燒結產能只需要發揮 65% ～70%。從 2015 年開始褐鐵礦的配比不斷提升，從 35%開始一直配加到 60%，短時間到 65%，2017 年一直保持在較高的水平。不同時期不同 配比褐鐵礦生產的技術經濟指標詳見表 7。

根據表 7 生產數據統計可知: 燒結礦強度變化不大，都保持在較好水平，平均粒徑略微變粗;固體燃料消耗隨著褐鐵礦配比增加略微增加;垂直燒結速度不斷下降，但成品率變化不大，均保持在 79%以上; 利用系數因燒結礦產能富余較大，只是微弱下降，沒有真實反映出其規律; 褐鐵礦配比升高后，燒結品位仍然保持在57. 4% 以上的較好水平，在 2017 年配加 FMG高硅、高鋁的褐鐵礦后，導致燒結礦二氧化硅升高，品位下降到 57. 2% 左右; 燒結礦 ＲDI 指標有略微劣化跡象。

4 結 論

高褐鐵礦試驗和生產實踐證明:

(1) 經過配礦結構優化和生產工藝調整，在燒結產能富余的條件下，褐鐵礦配比到 60%可行，燒結礦質量穩定。

(2) 當燒結產能富余，在不追求產能的情況下，成品率可保持在79%以上的較好水平。

(3) 褐鐵礦品位較低，燒損高，配加優質低硅低鋁的褐鐵礦，提高褐鐵礦配比后，燒結礦品位仍然可以保持在較高的水平。

(4) 當褐鐵礦達到一定的配比以后，燒結混合料的水份不再隨褐鐵礦配比增加而增加，而是穩定在 7. 2% ～7. 4%之間。