工艺参数对烧结矿质量的影响及分析
张爽
首钢矿业公司烧结厂
摘 要 高炉炼铁所使用的主要含铁原料是烧结矿，近几年，我国生铁产量不断上升，烧结矿用量大幅增加。烧结生产是一个复杂的物理化学过程，这就决定了烧结过程具有工艺参数变化大，影响烧结矿质量的因素多，各参数和变量之间的关系极其复杂的特性。因此，难以用数学模型的方法来达到优化控制的目的，只能借助人工智能和专家系统来实现对烧结过程的优化控制。提高烧结矿的质量、降低消耗、节约能源、保护环境在烧结生产中显得越来越重要，也是烧结生产工艺技术发展的永恒课题和方向。本文介绍了烧结工业的发展概况及首钢360平大型烧结机的建设背景，详细阐述了烧结的定义和烧结工艺概况，论述了正确认识烧结工艺参数对搞好烧结生产的意义，介绍了烧结工艺参数及其相互关系和烧结主要工艺参数对其烧结矿质量的影响，提出了对烧结工艺参数认识的几点结论性意见以及改进工艺流程，优化烧结矿质量的措施。关键词 烧结 工艺参数 相互关系 烧结矿质量
1前言
解放前我国钢铁工业十分落后，到1937年底，共有十台烧结机，面积为33平方米，年产烧结矿仅十几万吨。解放后，我国钢铁工业有了很大的发展，一大批钢铁企业建立了现代化的原料厂，进口矿粉的使用改善了烧结用料，使含铁原料得到了优化，所生产的烧结矿不但产量高、质量好，环保也有所改善，工序能耗也低。目前我国广泛采用的是带式烧结机，因为它具有生产效率高，原料适应性强，自动化程度高，劳动条件好和便于大型化、自动化，所以世界上有90%的烧结矿是这种方法生产的。烧结机大型化已普遍受到认同，新上烧结机普遍大型化。1.1本文研究的目的及意义
烧结生产是一个复杂的物理化学过程，这就决定了烧结过程具有工艺参数变化大，影响烧结矿质量的因素多，各参数和变量之间的关系极其复杂的特性。因此，造成采用传统定量方法的数学模型的应用受到了一定的限制，难以用数学模型的方法来达到优化控制的目的，只能借助人工智能和专家系统来实现对烧结过程的优化控制。但烧结生产技术发展的历史证实，不论烧结过程如何多变，也不论工艺参数之间的关系如何复杂，总是能不断被人们所认识和掌握的。本文的目的在于揭示烧结过程中工艺参数的内在联系，以便掌握其规律，更好的完成集控工的工作，促进烧结生产技术的发展和烧结矿质量的提高。
1.2首钢360平大型烧结机建造背景
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随着钢铁工业的发展，为达到烧结矿产量要求，设备面积也不断增大。迁钢公司配套完善项目建成投产后，将形成年产800万吨钢坯生产规模，公司内部炉料需求达到了新水平。为保迁钢公司3座高炉稳定生产，矿业公司烧结厂新建360平烧结机一台，采用“带式烧结、环冷”生产工艺。
2 烧结工艺概述
2.1烧结的定义
所谓烧结，就是将各种粉状含铁原料，按照要求配入一定数量的燃料和溶剂，均匀混合制粒后在烧结设备上点火烧结；在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学反应的作用下，混合料中部分易熔物质发生软化、融化，产生一定数量的液相，液相物质润湿其他未融化的矿石颗粒；随着温度的降低，液相物质将矿粉颗粒粘结成块。这个过程称为烧结，所得的块矿叫烧结矿。2.2 烧结工序流程简介
烧结生产工艺流程通常由下列几部分组成：含铁原料、燃料和溶剂的接受和贮存；原料、燃料和溶剂的破碎筛分；烧结料的配料、混合制粒、布料、点火和烧结；烧结矿的破碎、筛分、冷却和整粒。根据原料条件、工厂生产规律和对产品的要求不同，其流程繁简不一。下图为首钢360平大型烧结机的工艺流程图：
配料一次混合中间仓二次混合烧结破碎冷却筛分成品图1.360平工艺流程图
3烧结工艺参数
料层高度、混合料水分、燃料配比、烧结负压和机速是影响烧结矿质量的主要因素。生产实践证明，这些主要工艺参数选定的合适与否，对烧结矿质量有很大的影响。3.1料层厚度对烧结矿质量的影响
建国以来，我国烧结生产的操作模式经历了三个发展阶段：70年代以前为第一阶段，普遍采用薄铺快转、大水高碳、低强度、高FeO操作；70年代末期进入厚料层、高负压、
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大风量、低FeO、高强度操作的第二阶段；近几年来，又开始进入厚料层、低能耗、强化制粒、低负压小风量、改善环保的均匀烧结阶段。不同阶段，其料层厚度各不一样。第一阶段低于300mm，第二阶段为400-500mm，第三阶段高于600mm。其他的条件均依料层的厚度的不同而变化，因此，料层厚度始终是影响烧结生产的基础条件。尤其是现代烧结要实现低碳、低FeO、高强度和高还原率的目标，更离不开厚料层这个基础条件。下表为柳钢、莱钢、宝钢、首钢的料层厚度和配碳对烧结矿质量的影响列表：
表1.料层高度、配碳量变化对烧结矿质量的影响
企业名称柳钢50 平
料层高度/mm
517618
莱钢105平
500600
宝钢450平
506606
首钢360平
750
固体燃耗/kg.t-1
73.354.33665746.346.67
利用系数
1.4771.5791.461.451.361.27
转股指数/%
72.3871.3874.378.1473.975.7883
FeO/%
10.657.0410.728.866.416.48
由表可以看出：
（1）料层厚度对烧结矿产量的影响。
由于料层厚度对垂直烧结速度和成品率都有影响，因此其产量是两种影响共同的结果。利用系数先是随料层的后厚度增加而提高，当料层厚度提高到600mm后，又会开始下降，现在料层厚度有所增加，最佳范围控制在750mm左右，烧结机的利用系数最高。（2）料层厚度对烧结矿质量的能耗的影响。
厚料层操作有利于降低FeO含量和提高强度。由于料层有自动蓄热作用，为低配碳提供了条件，一般料层每提高100mm，固体燃耗可下降10kg/t。
烧结料层的厚薄对烧结矿强度有着重要的影响，当烧结料层薄时，由于烧结机运转速度比较快，使烧结过程中高温保持时间短，导致烧结矿强度降低。随着烧结料层的加厚，在保持垂直烧结速度不变的情况下，因机速减慢，点火时间与高温保持时间延长，有利于提高烧结矿的强度。此外，还是得烧结料表层供热充足，提高台车表层烧结矿质量。不仅如此，料层增厚还可使烧结矿层的自动蓄热作用得到充分发挥，烧结料的配碳量减少，烧结矿中FeO含量减少，改善烧结矿的还原性。
在2010年2月份我厂利用对360平烧结机检修机会，将台车栏板高度由高700mm增加到760mm，增高60mm，改造后通过对参数的不断摸索总结，烧结机布料厚度不断增加，目前已基本稳定在750mm左右，料厚的提高不仅提高了产能，也对改善烧结矿实物
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质量发挥了积极作用。下图为我厂360平烧结机2009-2011年料厚比较图：
表2.2009-2011年的料厚比较
时间料厚
2009686mm
2010740mm
2011750mm
2009-2011年料厚比较图760740720料厚70068066064020092010年份2011686740750图2.2009-2011年料厚比较图
3.2 配碳和混合料水分对烧结矿质量的影响
水、碳是烧结生产获得高产、优质的保证。从混合料水分对垂直烧结速度、成品率、利用系数和转鼓指数的影响的实验研究表明，水分不是越低越好，而是在一定料层厚度的基础上，有一个最佳值。因此，烧结生产要达到高产、优质的目标，就应该探索在具体条件下混合料水分的最佳值。
配碳的高低对烧结矿的质量有明显影响。配碳过高，会扩大燃烧带，增加烧结层的阻力，致使产量降低；同时，还会因还原气氛增强，是Fe2O3分解，铁酸钙含量下降，直接影响烧结矿质量。反之，配碳过低，将造成烧结带温度不足，成品率下降，影响烧结矿的质量。
3.3抽风负压对烧结矿质量的影响
在影响烧结生产的几种工艺参数中，料层的透气性是关键。在料层增厚的同时，提高抽分负压和减慢机速，虽然不能增加产量，但可使烧结矿质量明显改善，且能耗降低，成品烧结矿FeO降低，转鼓指数提高。
点火负压也是一项不可忽视的工艺参数，点火负压太低，则不易点好火，使之顺利地将燃烧带往下引，从而影响垂直烧结速度和产量；点火负压过高，则会破坏料层的原始透气性，严重影响产量。3.4机速对烧结矿质量的影响
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机速及垂直烧结速度对烧结矿质量的影响，是对立统一的一对矛盾。为追求产量，就需要加快机速和垂直烧结速度；而要追求质量，又需要放慢机速和垂直烧结速度。3.5 成品矿的FeO含量对烧结产量的影响
亚铁（FeO）含量既是一个主控因素，又是一个被控因素。我们既可通过设定原料条件来确定FeO的目标值，去控制烧结矿的产量和强度；也可以通过调整配矿、配碳、碱度和料层厚度来实现FeO的目标值。烧结矿亚铁含量高，其还原性较差，很大程度上影响高炉产量和焦比。因此，应尽力提高烧结矿的氧化度，降低烧结矿的亚铁含量。国家关于优质烧结矿的质量标准规定，烧结矿的FeO应<=10%,矿业烧结厂近几年烧结矿的FeO均保持在6%-9%的水平。
4结论性意见
由以上论证和分析，可以得出如下结论性意见：
（1）在烧结主要工艺参数中，厚料层是基础，适宜的水、碳是保证，混合料透气性是保证烧结矿质量的关键。
（2）厚料层是烧结生产实现低碳、低FeO、高强度、高还原性的基础。
（3）混合料适宜的水分和配碳取决于矿种、碱度、料层厚度和返矿的粒度及数量，适宜的水分随料层厚度的提高而下降，厚料层、低水分才能实现低FeO。
（4）高抽风负压、高机速有利于产量的提高，而不利于强度的改善；厚料层、低负压、低机速有利于固体燃耗和FeO的降低，也有利于转鼓强度的改善。
（5）FeO是衡量一个企业烧结技术水平的重要标志，厚料层、低配碳和低水分有利于降低FeO。
5总 结
经生产实践证明，要生产优质、高效、低耗烧结矿，必须稳定原料条件，精心原料准备，加强烧结生产操作，创新改造传统生产工艺。
对以上结论我们得出，烧结生产的技术操作方针是：“优化料比、精准配料、稳定水碳、强化制粒、减少漏风、低碳厚料、坚持自控、烧匀筛透”的“32字操作方针”。优化料比是实现烧结“优质、高效、低耗”生产的前提；精准配料是生产满足高炉需要烧结矿、是001质量工程的基础；稳定水碳是稳定生产的关键性措施；减少漏风是烧结生产的保证措施；低碳厚料、坚持自控是生产优质、高产、低耗烧结矿的途径；烧匀筛透是保证实物质量的要求。
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操作方针互为条件，互相制约，互相促进，它们是相辅相成的，是一条操作链环环相扣，是一个有机联系的整体。生产中某一因素、某一环节的失控就会引起其它环节的波动、生产中各环节的相对稳定就遭破坏，因此，我们要综合分析各种因素，抓住主要矛盾，进行平衡调整，各工序要互创条件，达到三十二字操作方针要求，从而达到提高烧结矿的质量、降低消耗、节约能源、保护环境的目的。
参考文献
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