劉征建1，李思達(dá)1，張建良1,3，王耀祖2，王桂林1，牛樂樂1
(1. 北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院， 北京 100083；2. 北京科技大學(xué)人工智能研究院， 北京 100083；3. 昆士蘭大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院， 圣盧西亞 QLD 4072)
摘要：為了響應(yīng)國家碳達(dá)峰碳中和號召，鋼鐵企業(yè)對于生產(chǎn)節(jié)能減排的要求也越來越高，燒結(jié)工藝由于在生產(chǎn)過程中固廢排放量巨大，因此常常面臨限產(chǎn)而導(dǎo)致的燒結(jié)產(chǎn)能不足等問題。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐表明，高爐高比例球團(tuán)冶煉具有燃料比低、渣量少等優(yōu)點(diǎn)，且球團(tuán)礦性能優(yōu)良、生產(chǎn)過程更為環(huán)保，具有很好的應(yīng)用前景。為了配合高球比爐料結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，同時避免由于環(huán)保限產(chǎn)引起的燒結(jié)礦產(chǎn)能不足等問題，國內(nèi)諸多鋼鐵企業(yè)針對超高堿度燒結(jié)礦開展研究。首先從燒結(jié)過程和礦物組成變化兩個方面對超高堿度燒結(jié)礦成礦機(jī)理與質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)燒結(jié)礦堿度在2.10～2.80范圍內(nèi)，隨著堿度的升高，礦物主要黏結(jié)相逐漸向鐵酸鈣系黏結(jié)相轉(zhuǎn)變，礦物組成逐漸平穩(wěn)，而堿度大于2.80后黏結(jié)相中玻璃質(zhì)和裂紋逐漸增加，嚴(yán)重影響燒結(jié)礦質(zhì)量。隨后對國內(nèi)典型鋼鐵企業(yè)超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)概況進(jìn)行了調(diào)研分析，并結(jié)合礦物學(xué)基本原理明確了超高堿度燒結(jié)礦與其經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)間的耦合關(guān)系。最終提煉出鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)超高堿度燒結(jié)礦中出現(xiàn)的問題，基于燒結(jié)工藝、礦物學(xué)原理及實踐經(jīng)驗，探討了問題的產(chǎn)生原因并提出了相應(yīng)的解決建議。
關(guān)鍵詞： 超高堿度燒結(jié)礦；生產(chǎn)實踐；冶金性能；技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；成礦機(jī)理
燒結(jié)工藝作為中國主要的鐵礦粉造塊工藝之一，對中國鋼鐵生產(chǎn)有著重要作用，生產(chǎn)高質(zhì)量燒結(jié)礦是高爐冶煉優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎(chǔ)。目前中國高爐爐料大多以高堿度燒結(jié)礦為主，所占比例為76%左右，同時配加24%左右的酸性球團(tuán)礦和天然塊礦。國內(nèi)外專家學(xué)者對燒結(jié)礦原料配比、質(zhì)量優(yōu)化、礦相結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了大量研究，研究表明，堿度對燒結(jié)礦的礦物組成、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和冶金性能有著顯著影響。20世紀(jì)60年代以來，中國燒結(jié)礦平均堿度整體呈升高趨勢，分為3個階段：解放初期，中國剛剛步入煉鐵行業(yè)，鐵產(chǎn)量低、質(zhì)量差、焦比高，鋼鐵企業(yè)主要使用自然堿度燒結(jié)礦并配有天然塊礦進(jìn)行高爐冶煉；1960-1970年，隨著煉鐵工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，中國鋼鐵企業(yè)開始使用自熔性燒結(jié)礦單一爐料進(jìn)行冶煉生產(chǎn)，冶煉技術(shù)相比解放初期有了較大提高；1970年以后，中國開始推廣使用高堿度燒結(jié)礦進(jìn)行煉鐵生產(chǎn)，加之天然優(yōu)質(zhì)塊礦儲量逐漸降低，高堿度燒結(jié)技術(shù)迅速發(fā)展，中國高爐入爐爐料逐步發(fā)展為如今的以高堿度燒結(jié)礦為主，配加酸性球團(tuán)礦或酸性塊礦的爐料結(jié)構(gòu)。在實際生產(chǎn)中，中國大部分鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)的高堿度燒結(jié)礦的堿度范圍在1.80～2.10之間，所以對于部分鋼鐵企業(yè)所生產(chǎn)的堿度大于2.10的燒結(jié)礦，一般認(rèn)為是超高堿度燒結(jié)礦。為了響應(yīng)國家碳達(dá)峰碳中和號召，鋼鐵企業(yè)對生產(chǎn)節(jié)能減排的要求也越來越高，燒結(jié)工藝由于在生產(chǎn)過程中固廢排放量巨大，因此常常面臨限產(chǎn)而導(dǎo)致的燒結(jié)產(chǎn)能不足等問題。而相比于燒結(jié)，球團(tuán)制備過程在節(jié)能環(huán)保、粒度、性能等方面有著巨大優(yōu)勢，同時對高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有著重要意義。因此，提高球團(tuán)礦的配比逐漸成為中國高爐煉鐵行業(yè)研究熱點(diǎn)。高球團(tuán)比冶煉條件下，生產(chǎn)并采用超高堿度燒結(jié)礦成為平衡高爐爐料堿度的重要途徑?；诖耍疚闹荚趯Τ邏A度燒結(jié)礦技術(shù)進(jìn)行調(diào)研總結(jié)，為鋼鐵企業(yè)超高堿度燒結(jié)礦的生產(chǎn)實踐提供經(jīng)驗。本文主要對國內(nèi)典型鋼鐵企業(yè)超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)概況進(jìn)行調(diào)研分析，并且結(jié)合礦物學(xué)基本原理明確了燒結(jié)礦超高堿度與其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的耦合關(guān)系，探討了超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生的問題并給出了相應(yīng)的解決建議。1 超高堿度燒結(jié)礦成礦機(jī)理與質(zhì)量之間的關(guān)系
1.1超高堿度燒結(jié)礦對燒結(jié)過程影響分析
超高堿度燒結(jié)工藝即在混合料中配加大量熔劑，得到堿度大于2.10的超高堿度燒結(jié)礦。在超高堿度燒結(jié)生產(chǎn)過程中，大量熔劑的加入會使得燒結(jié)料層透氣性得到明顯改善，在燒結(jié)速度加快的同時，高溫持續(xù)時間縮短；熔劑所占比例提高也會使得燒結(jié)礦在燒結(jié)過程中更容易形成低熔點(diǎn)物質(zhì)(Fe2O3·CaO)同時抑制FeO的生成，從而使得燒結(jié)混合料熔化溫度降低，液相量增加，進(jìn)而提高了燒結(jié)混合料的黏結(jié)能力。但是提高燒結(jié)礦的堿度也會隨之帶來一系列問題，例如，熔劑的增加會降低成品礦鐵品位，同時也極易產(chǎn)生大量的游離CaO，在成品燒結(jié)礦中出現(xiàn)“白點(diǎn)”現(xiàn)象，這些分散于燒結(jié)礦內(nèi)部的游離CaO遇水消化易發(fā)生膨脹并最終影響燒結(jié)礦的強(qiáng)度。燒結(jié)過程中液相量的增加、燒結(jié)速度的加快、高溫持續(xù)時間縮短均不利于燒結(jié)脫硫，同時高溫下石灰對硫的吸附作用增強(qiáng)，從而降低燒結(jié)過程脫硫率。1.2超高堿度燒結(jié)礦成礦機(jī)理分析
從燒結(jié)礦成礦機(jī)理方面來看，提高堿度所帶來的最明顯改變則是燒結(jié)礦黏結(jié)相的變化，堿度在2.00～2.80范圍內(nèi)，即超高堿度條件下，燒結(jié)礦主要黏結(jié)相為鐵酸鈣系黏結(jié)相：在堿度為2.00時，黏結(jié)相主要為鐵酸鈣，且多為板狀結(jié)構(gòu)、部分為針狀交織結(jié)構(gòu)，同時含有少量的鈣鐵橄欖石和鈣鎂橄欖石；堿度約為2.40時，主要黏結(jié)相變?yōu)殍F酸鈣，鐵酸鈣體系(CaO·Fe2O3-Fe3O4)和鈣鎂橄欖石，鈣鐵橄欖石消失，黏結(jié)相多為針狀交織結(jié)構(gòu)，部分為板狀結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)趨于均勻；堿度為2.80時，燒結(jié)礦主要黏結(jié)相變?yōu)殍F酸鈣、鐵酸二鈣和鈣鎂橄欖石，黏結(jié)相中出現(xiàn)玻璃質(zhì)并且裂紋增多，使得燒結(jié)礦強(qiáng)度明顯降低。從成礦機(jī)理角度分析可知，堿度2.40為超高堿度燒結(jié)礦的礦相特征分界點(diǎn)，而堿度2.80則為超高堿度燒結(jié)礦的質(zhì)量分界點(diǎn)，堿度高于2.80時，燒結(jié)礦質(zhì)量將會呈嚴(yán)重下滑趨勢。當(dāng)燒結(jié)礦堿度不超過2.40時，隨著堿度增加，燒結(jié)礦黏結(jié)相形態(tài)變?yōu)閺?qiáng)度更高的針狀交織結(jié)構(gòu)，有利于提高燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度；堿度增加也使得鐵酸鈣生成能力增強(qiáng)，抑制了鐵橄欖石的形成，提高了燒結(jié)礦的低溫粉化還原性能，同時也使得燒結(jié)礦還原性能得到改善。堿度超過2.40以后，燒結(jié)礦黏結(jié)相整體結(jié)構(gòu)趨于均勻，冶金性能增幅逐漸變緩，而隨著堿度進(jìn)一步增加，礦相中出現(xiàn)玻璃質(zhì)及內(nèi)裂紋，使得燒結(jié)礦強(qiáng)度大幅降低，同時較難還原的鐵酸二鈣含量增加，也降低了燒結(jié)礦的還原性。此外，燒結(jié)礦中SiO2、MgO及Al2O3等化學(xué)組分對超高堿度燒結(jié)礦礦相結(jié)構(gòu)及含量也有著一定影響。相同堿度條件下，高SiO2含量可提高燒結(jié)液相量，有利于改善燒結(jié)礦強(qiáng)度，但會降低成品礦含鐵品位，增加噸鐵渣量，提高產(chǎn)品成本；原料中Al2O3的存在形式及反應(yīng)性會影響復(fù)合鐵酸鈣的生成量及結(jié)構(gòu)，適量的Al2O3能夠有效促進(jìn)復(fù)合鐵酸鈣的生成，而鋁元素含量過高、硅鋁比過低則會導(dǎo)致鋁元素向玻璃相富集，引起燒結(jié)礦強(qiáng)度降低；燒結(jié)原料中過量的MgO含量會抑制磁鐵礦的氧化，降低燒結(jié)礦復(fù)合鐵酸鈣的含量。綜上所述，燒結(jié)礦堿度與其他化學(xué)成分等對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，所以在超高堿度燒結(jié)礦的成礦過程中需要進(jìn)一步控制不同組分間的影響。通過查閱文獻(xiàn)及現(xiàn)場調(diào)研，總結(jié)了目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)實行超高堿度燒結(jié)生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)、設(shè)備參數(shù)及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。由前文超高堿度燒結(jié)礦成礦機(jī)理分析研究可知，堿度2.40為燒結(jié)礦物相及性能演變的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)燒結(jié)礦堿度低于2.40時，提高堿度會使鐵酸鈣系黏結(jié)相所占比例提高，有利于改善燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)及冶金性能；而當(dāng)堿度高于2.40時，鐵酸鈣系黏結(jié)相生成量隨著堿度升高逐漸趨于平穩(wěn)，對其冶金性能影響幅度逐漸減小。據(jù)此，將超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實踐分為低于2.40堿度和高于2.40堿度兩類進(jìn)行分類總結(jié)，具體情況如下。2.1堿度低于2.40超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實踐
近年來，隨著宣鋼高爐原料需求量持續(xù)增長，其燒結(jié)礦產(chǎn)量供給出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況。為了解決高爐原料需求問題，宣鋼決定逐步提高燒結(jié)礦堿度，并配以大比例球團(tuán)來保證高爐原料充足，經(jīng)過4個月時間，宣鋼燒結(jié)礦堿度由2.00升至2.24。同時遷鋼也實施超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)，提高燒結(jié)礦堿度以提高酸性球團(tuán)礦入爐比例、降低燒結(jié)礦的使用，遷鋼所生產(chǎn)的燒結(jié)礦堿度已提高至2.29左右。通過對原料和燒結(jié)設(shè)備參數(shù)兩個方面進(jìn)行改進(jìn)，有效地實現(xiàn)了超高堿度燒結(jié)礦的優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)。2.1.1燒結(jié)原料成分和粒度控制
針對堿度低于2.40的超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)，需要合理控制燒結(jié)原料的成分和粒度。由于在超高堿度條件下，SiO2含量的輕微波動就會導(dǎo)致燒結(jié)礦堿度發(fā)生巨大變化，所以在配料過程中，需要嚴(yán)格控制SiO2含量、加強(qiáng)原料混勻、穩(wěn)定熔劑質(zhì)量以保證在生產(chǎn)超高堿度燒結(jié)礦過程中成品礦堿度的穩(wěn)定性。粗粒級熔劑在混勻制粒過程中易成為核顆粒，這些被礦粉包裹的熔劑是燒結(jié)礦出現(xiàn)“白點(diǎn)”現(xiàn)象的主要影響因素，而超高堿度燒結(jié)生產(chǎn)中需要配加大量熔劑，所以超高堿度燒結(jié)生產(chǎn)對于熔劑粒級分布的要求更為嚴(yán)格。據(jù)調(diào)研，宣鋼燒結(jié)用生石灰粒度不大于3 mm部分嚴(yán)格控制在85%以上，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在74%以上。2.1.2超高堿度燒結(jié)工藝參數(shù)調(diào)整
生產(chǎn)實踐表明，大量熔劑的加入使得超高堿度燒結(jié)過程料層透氣性增加，燒結(jié)速度加快，所以需要延長高溫保持時間以促進(jìn)礦物結(jié)晶。宣鋼燒結(jié)工藝改進(jìn)前后的重點(diǎn)工藝參數(shù)對比見表1，為了匹配超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)工藝，宣鋼選擇提高料層厚度和降低負(fù)壓的方式來延長燒結(jié)高溫保持時間，其中料層厚度由730提高至750 mm，燒結(jié)負(fù)壓由15.6降低至14.7 kPa，并在燒結(jié)之前對混合料進(jìn)行壓料處理；由于生石灰用量提高，所以加水量隨之上升，控制水分在7.3%左右。遷鋼超高堿度燒結(jié)生產(chǎn)料層厚度控制在750～790 mm，燒結(jié)機(jī)機(jī)速最低可達(dá)1.8 m/min，垂直燒結(jié)速度控制在19.5 mm/min左右以保證燒結(jié)燃料充分燃燒，燒結(jié)負(fù)壓控制在13 kPa左右來保證燒結(jié)過程適宜的透氣性。
2.1.3超高堿度燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
4個月以來，宣鋼逐步提高生產(chǎn)堿度后對各項燒結(jié)指標(biāo)的影響見表2，由表2可知，隨著堿度的提高，料層中熔劑含量逐漸增加，鐵礦粉所占比例相應(yīng)降低，進(jìn)而呈現(xiàn)出燒結(jié)礦鐵品位降低趨勢；石灰石分解為吸熱反應(yīng)，其配比的增加使得固體燃耗相應(yīng)提高；料層透氣性的改變提高了垂直燒結(jié)速度，進(jìn)而影響了燒結(jié)利用系數(shù)及成品率。調(diào)研數(shù)據(jù)表明，平均堿度每升高0.1，其固體燃耗增加0.55 kg/t、成品率降低0.71%、鐵品位降低0.25%。遷鋼超高堿度燒結(jié)礦的化學(xué)組成和部分燒結(jié)指標(biāo)分別見表3和表4，可以看出，遷鋼對原料化學(xué)成分和粒度的控制，成品鐵礦品位穩(wěn)定率、堿度穩(wěn)定率和一級品率均嚴(yán)格控制在100%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達(dá)到84.2%，燒結(jié)礦質(zhì)量進(jìn)一步改善。
2.2堿度高于2.40超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實踐
當(dāng)堿度高于2.40后，為了保證燒結(jié)礦鐵品位及經(jīng)濟(jì)效益，鋼鐵企業(yè)往往通過降低SiO2含量(硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至5%以內(nèi))來提高燒結(jié)礦堿度，而燒結(jié)礦SiO2含量的降低會造成燒結(jié)液相量減少，且脈石含量不均勻引起的堿度波動使得黏結(jié)相中鐵酸二鈣和玻璃相含量的增加，最終導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度降低及冶金性能劣化。因此高堿度燒結(jié)礦對原料化學(xué)成分及粒度的控制提出更高的要求，需要根據(jù)原料自身特性進(jìn)一步優(yōu)化配比以滿足超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)。2.2.1燒結(jié)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及冶金性能
凌鋼燒結(jié)礦堿度高達(dá)2.45，經(jīng)過優(yōu)化配礦后，對不同種類鐵礦粉燒結(jié)原料進(jìn)行合理搭配，降低了燒結(jié)成本，滿足了堿度高于2.40的燒結(jié)礦生產(chǎn)，使得成品礦質(zhì)量整體改善。在超高堿度條件下，凌鋼燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為76.81%，固體燃耗為56.30%，利用系數(shù)為1.51 t/(m2·h)?？梢钥吹?凌鋼超高堿度燒結(jié)利用系數(shù)相對于其他企業(yè)較高，固體燃耗相對較低，原因是優(yōu)化配礦過程做到了鐵礦粉基礎(chǔ)性能合理搭配、優(yōu)勢互補(bǔ)。后續(xù)對凌鋼現(xiàn)場燒結(jié)礦取樣并進(jìn)行還原性、低溫還原粉化性及荷重軟化熔滴性能等冶金性能檢測，檢測結(jié)果見表5。凌鋼生產(chǎn)超高堿度燒結(jié)礦的還原性與低溫還原粉化性能(RDI>3.15 mm)相對較低。燒結(jié)礦成礦機(jī)理表明，堿度提高有利于針狀鐵酸鈣系黏結(jié)相的生成，故而對燒結(jié)礦強(qiáng)度及冶金性能均有促進(jìn)作用，但鋼鐵企業(yè)為保證燒結(jié)礦鐵品位，一般通過進(jìn)一步降低硅含量而實現(xiàn)超高堿度燒結(jié)礦的生產(chǎn)。因此硅含量的降低影響了燒結(jié)過程中黏結(jié)相含量，進(jìn)而使得燒結(jié)礦強(qiáng)度及冶金性能降低。此外，熔滴性能檢測結(jié)果表明，凌鋼所生產(chǎn)的燒結(jié)礦軟化區(qū)間較窄但熔融區(qū)間較寬，不利于高爐滴落帶透氣性。影響燒結(jié)礦荷重軟化性能主要有兩個因素：燒結(jié)礦還原性能的改變使得燒結(jié)礦液相生成溫度提高，進(jìn)而導(dǎo)致高爐中燒結(jié)礦的軟化開始溫度升高；堿度的提高也會使得燒結(jié)礦熔點(diǎn)升高，從而提高燒結(jié)礦軟化開始溫度。所以在超高堿度范圍內(nèi)，提高燒結(jié)礦堿度可以使得軟化開始溫度升高，縮小軟化區(qū)間，有利于高爐透氣性的改善。但堿度過高也會使得熔融開始溫度降低，熔融區(qū)間變寬明顯，透氣性的減少使得熔融終了溫度大幅增加，對高爐順行不利。
2.2.2超高堿度對釩鈦磁鐵礦燒結(jié)的影響
攀枝花鋼鐵公司煉鐵廠燒結(jié)所使用的主要含鐵原料為釩鈦磁鐵礦精礦粉。2006年以來，攀鋼將高鐵低硅燒結(jié)生產(chǎn)作為攀鋼燒結(jié)技術(shù)發(fā)展的方向，其堿度為2.45左右，并于2018年通過優(yōu)化配礦以及改進(jìn)燒結(jié)機(jī)參數(shù)等方式，實現(xiàn)了堿度為3.30的超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)工藝。由于釩、鈦等元素的存在，使得堿度對釩鈦燒結(jié)礦礦相特征及冶金性能的影響幅度及影響趨勢明顯不同于普通燒結(jié)礦。蔣大軍等基于攀鋼現(xiàn)場釩鈦燒結(jié)礦原料配比進(jìn)行的不同堿度燒結(jié)杯試驗結(jié)果見表6。由表6可知，隨著燒結(jié)礦堿度的提高，熔劑配比逐漸增加，鐵礦粉所占比例相應(yīng)降低，使得燒結(jié)礦全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)由49.4%逐漸降低至47.1%；熔劑所占比例的提高也使得燒結(jié)料層透氣性增加，進(jìn)一步提高了垂直燒結(jié)速度及利用系數(shù)，但高溫保持時間縮短，降低了燒結(jié)礦成品率；由于石灰石分解屬于吸熱反應(yīng)，所以隨著石灰石配比的增加，燒結(jié)過程中熱量消耗也進(jìn)一步增加，固體燃耗由56.63逐步提高至62.21 kg/t。文獻(xiàn)研究表明，鈦含量過多對燒結(jié)礦強(qiáng)度有不利影響，而提高燒結(jié)礦堿度抑制了鈦鐵礦對攀鋼燒結(jié)礦強(qiáng)度的不利影響, 改善了燒結(jié)礦強(qiáng)度。不同堿度的釩鈦燒結(jié)礦還原性能和低溫還原粉化性能對比結(jié)果見表7，燒結(jié)礦堿度由2.00提高到2.95，其還原性和低溫還原粉化性均得到改善。但堿度達(dá)到2.60后燒結(jié)礦還原度RI增幅變緩，堿度達(dá)到2.80以后燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)降幅變緩，這是由于堿度提高使得鈦磁鐵礦、鈦赤鐵礦的含量降低，強(qiáng)度及還原性均較好的鐵酸鈣相增加，從而使得燒結(jié)礦還原性和低溫粉化還原性明顯改善。
超高堿度對攀鋼釩鈦燒結(jié)礦荷重軟化性能影響如圖1所示。由圖1可知，堿度的提高使得釩鈦燒結(jié)礦軟化溫度由1 117提高至1 155 ℃，這與非釩鈦燒結(jié)礦熔滴性能變化趨勢相一致，堿度的提高可使釩鈦燒結(jié)礦軟熔帶變窄，高爐軟熔帶逐漸下移，進(jìn)而改善料柱透氣性。通過圖2熔融終了溫度變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，堿度的提高對釩鈦燒結(jié)礦中礦物熔點(diǎn)影響較小，熔融終了溫度基本維持于1 515 ℃左右。因此堿度的提高可以改善釩鈦燒結(jié)礦熔滴性能。通過對超高堿度燒結(jié)礦的研究，蔣大軍等確定了攀鋼燒結(jié)礦最適宜的堿度為2.80，其燒結(jié)指標(biāo)及冶金性能都非常良好。攀鋼在燒結(jié)工藝參數(shù)上通過降低機(jī)速、降低負(fù)壓、厚料層燒結(jié)等措施以優(yōu)化超高堿度燒結(jié)礦的生產(chǎn)：超高堿度燒結(jié)負(fù)壓比燒結(jié)普通堿度燒結(jié)礦的負(fù)壓低3～5 kPa，優(yōu)選負(fù)壓為10～12 kPa；超高堿度燒結(jié)混合料粒度不小于3 mm占70%～80%并且強(qiáng)化活性石灰的使用；料層厚度為700～750 mm。
3 超高堿度燒結(jié)技術(shù)難點(diǎn)改進(jìn)措施及未來展望
近年來，燒結(jié)工作者們針對超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的諸多問題提出許多解決措施。綜合生產(chǎn)實踐及礦物學(xué)原理分析，匯總整合了以下改善方案。(1)相比于高堿度燒結(jié)礦，超高堿度有助于提高燒結(jié)過程料層透氣性，使得燃料燃燒速度加快，保溫時間變短。鋼鐵企業(yè)一般通過改變機(jī)速、負(fù)壓等方式來減緩垂燒速度、提高保溫時間。此外，也可結(jié)合氣體料面噴吹技術(shù)，增加燒結(jié)過程中燃燒帶寬度，延長燒結(jié)保溫時間，使燒結(jié)過程液相結(jié)晶更加充分，同時也有助于減少燒結(jié)固體燃料消耗，降低燒結(jié)成本，提高燒結(jié)效益。(2)燒結(jié)過程熔劑活性、制粒過程消化工藝及高溫過程與礦石礦化程度均會影響熔劑的反應(yīng)行為，超高堿度燒結(jié)生產(chǎn)需要配加大量熔劑，亦容易在燒結(jié)礦中出現(xiàn)“白點(diǎn)”現(xiàn)象。生產(chǎn)實踐表明，需要在嚴(yán)格控制熔劑粒度的同時，結(jié)合生石灰預(yù)消化處理技術(shù)，或是使用高活性石灰以減少“白點(diǎn)”現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，熔劑的增加也使得燒結(jié)礦中硫含量增加，但當(dāng)燒結(jié)礦堿度高達(dá)4.0時，其內(nèi)部大多生成了穩(wěn)定的CaSO4，有待進(jìn)一步研究明確對后續(xù)工藝的影響。(3)有效控制燒結(jié)礦堿度波動是實現(xiàn)超高堿度燒結(jié)礦穩(wěn)產(chǎn)的一大技術(shù)難點(diǎn)，需要對燒結(jié)原料進(jìn)行優(yōu)化配比才能有效改善。針對燒結(jié)用不同礦粉種類，合理搭配原料結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格控制燒結(jié)原燃料粒度分布，合理調(diào)整硅鋁比、MgO含量以及ZnO含量等化學(xué)成分，有助于改善燒結(jié)礦堿度和成分波動問題。此外，在傳統(tǒng)燒結(jié)混合制粒流程中增添強(qiáng)力混合工藝，以避免制粒過程所引起的化學(xué)成分偏析現(xiàn)象。隨著含鐵原料品種逐步增加且成分波動變化，燒結(jié)過程動態(tài)時變且復(fù)雜滯后，傳統(tǒng)周期性采樣對燒結(jié)礦進(jìn)行化學(xué)檢測的方法并不能滿足燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定控制的需求，在如今人工智能等新興技術(shù)逐漸工業(yè)化應(yīng)用的時代背景下，發(fā)展燒結(jié)工序在線成分質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng)對于燒結(jié)礦堿度波動控制具有重要意義。實時檢測燒結(jié)混合料及成品礦化學(xué)成分變化，減少礦種成分波動所帶來的化學(xué)成分差異，進(jìn)一步改善和控制燒結(jié)礦堿度及化學(xué)成分的穩(wěn)定性，以實現(xiàn)燒結(jié)礦品質(zhì)的智能化管理。
(1)通過在燒結(jié)過程中配加大量熔劑，提高二元堿度至2.10以上，從而得到超高堿度燒結(jié)礦。通過對超高堿度燒結(jié)礦成礦機(jī)理進(jìn)行分析得出，堿度在2.10～2.40之間時，隨著堿度升高，鐵酸鈣黏結(jié)相含量逐漸增高且由板狀結(jié)構(gòu)向針狀結(jié)構(gòu)發(fā)展；堿度在2.40~2.80之間時，礦相變化逐漸趨于平穩(wěn)，主要黏結(jié)相為鐵酸鈣，鐵酸鈣體系(CaO·Fe2O3-Fe3O4)和鈣鎂橄欖石；而當(dāng)堿度高于2.80時，黏結(jié)相中鐵酸二鈣含量逐漸增多并伴隨玻璃質(zhì)和裂紋的出現(xiàn)。堿度2.40為超高堿度燒結(jié)礦的礦相特征分界點(diǎn)，在燒結(jié)礦堿度低于2.40時，提高其堿度可使得燒結(jié)礦還原性、低溫還原粉化性能、荷重軟化性能均有較大改善，堿度高于2.40后，增幅效果逐漸緩慢。堿度2.80為超高堿度燒結(jié)礦的質(zhì)量分界點(diǎn)，堿度高于2.80時，燒結(jié)礦質(zhì)量將會呈嚴(yán)重下滑趨勢。(2)在生產(chǎn)超高堿度燒結(jié)礦過程中，鋼鐵企業(yè)通過對原料成分和粒度的合理把控、對燒結(jié)設(shè)備的設(shè)計改進(jìn)以及對燒結(jié)過程的嚴(yán)格控制，可有效解決超高堿度生產(chǎn)所帶來的燒損嚴(yán)重、成品率下降等問題。而由于鋼鐵企業(yè)往往利用低硅燒結(jié)工藝來進(jìn)一步提高燒結(jié)礦堿度，此時則對其化學(xué)成分的穩(wěn)定控制提出了更高的要求，在對燒結(jié)設(shè)備參數(shù)改進(jìn)的前提下，還需要通過優(yōu)化配礦、強(qiáng)力混合、預(yù)消化石灰等措施來進(jìn)一步加強(qiáng)對燒結(jié)原料成分的控制，以實現(xiàn)其穩(wěn)定生產(chǎn)。(3)由于釩、鈦等元素的存在，使得堿度對釩鈦燒結(jié)礦的礦相特征及冶金性能的影響幅度及影響趨勢明顯不同于普通燒結(jié)礦。通過攀鋼不同堿度燒結(jié)杯試驗結(jié)果分析得出，提高堿度可以有效規(guī)避鈦含量過多對燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響，同時也使得強(qiáng)度及還原性均較好的鐵酸鈣系黏結(jié)相含量增加，有效改善了釩鈦燒結(jié)礦的冶金性能。此外堿度的提高也可以使得釩鈦燒結(jié)礦軟熔帶變窄，促進(jìn)高爐軟熔帶下移，從而有助于改善料柱透氣性。(4)針對鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)超高堿度燒結(jié)礦中出現(xiàn)的問題，基于燒結(jié)工藝、礦物學(xué)原理及前人實踐經(jīng)驗，對其中存在的問題提供了解決建議及未來展望。雖然在實際生產(chǎn)中超高堿度燒結(jié)礦仍然存在許多問題尚未徹底解決，相信在可預(yù)見的未來，隨著燒結(jié)工作者們堅持科學(xué)指導(dǎo)，理論結(jié)合實踐，對這些問題進(jìn)行深入研究并逐個擊破，超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)必將會成為在高比例球團(tuán)冶煉的大形勢下典型鐵前原料生產(chǎn)方式之一。
