國(guó)內(nèi)超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實(shí)踐及發(fā)展趨勢(shì)

　　摘 要：為了相應(yīng)國(guó)家碳達(dá)峰碳中和號(hào)召，鋼鐵企業(yè)對(duì)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(guó)內(nèi)外生產(chǎn)實(shí)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(shí)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(guó)內(nèi)諸多鋼鐵企業(yè)針對(duì)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 2 個(gè)方面對(duì)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，礦物主要粘結(jié)相逐漸向鐵酸鈣系粘結(jié)相轉(zhuǎn)變，礦物組成逐漸平穩(wěn)，而堿度超過 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(duì)國(guó)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)原理及前人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討了問題的產(chǎn)生原因并提出了相應(yīng)的解決建議。

　　劉征建; 李思達(dá); 張建良; 王耀祖; 王桂林; 牛樂樂， 鋼鐵 發(fā)表時(shí)間：2021-10-21

　　關(guān)鍵詞：超高堿度燒結(jié)礦;生產(chǎn)實(shí)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(guó)主要的鐵礦粉造塊工藝之一[1]，對(duì)中國(guó)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(guó)高爐爐料大多以高堿度燒結(jié)礦為主，占比在 76%左右[2]，同時(shí)配加 24%左右的酸性球團(tuán)礦和天然塊礦。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)燒結(jié)礦原料配比、質(zhì)量?jī)?yōu)化、礦相結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了大量研究，研究表明[3]，堿度對(duì)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(guó)燒結(jié)礦平均堿度整體呈升高趨勢(shì)，分為 3 個(gè)階段[4]：解放初期，中國(guó)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[5] ;1960—1970 年，隨著煉鐵工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，中國(guó)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[6] ;1970 年以后，中國(guó)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(chǔ)量逐漸降低，高堿度燒結(jié)技術(shù)迅速發(fā)展，中國(guó)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)[4]。在實(shí)際生產(chǎn)中，中國(guó)大部分鋼鐵企業(yè)所生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦的堿度范圍在 1.80～2.10 之間，所以對(duì)于一部分鋼鐵企業(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。

　　為了相應(yīng)國(guó)家碳達(dá)峰碳中和號(hào)召，鋼鐵企業(yè)對(duì)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[7]。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(shì)，同時(shí)對(duì)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有著重要意義[8]。因此，提高球團(tuán)礦的配比逐漸成為中國(guó)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。基于此，本文旨在對(duì)超高堿度燒結(jié)礦技術(shù)進(jìn)行調(diào)研總結(jié)，從而為鋼鐵企業(yè)超高堿度燒結(jié)礦的生產(chǎn)實(shí)踐提供經(jīng)驗(yàn)。本文主要對(duì)國(guó)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(duì)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(huì)使得燒結(jié)料層透氣性得到明顯改善，燒結(jié)速度加快的同時(shí)，高溫持續(xù)時(shí)間縮短;熔劑占比提高也會(huì)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(shí)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(huì)隨之帶來一系列問題，例如，熔劑的增加會(huì)降低成品礦鐵品位，同時(shí)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(shí)間縮短均不利于燒結(jié)脫硫，同時(shí)高溫下石灰對(duì)硫的吸附作用增強(qiáng)[9]，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[10]：在堿度為 2.00 時(shí)，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(shí)含有少量的鈣鐵橄欖石和鈣鎂橄欖石;堿度為 2.40 左右時(shí)，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(shí)，燒結(jié)礦主要粘結(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(shí)，燒結(jié)礦質(zhì)量將會(huì)呈嚴(yán)重下滑趨勢(shì)。

　　當(dāng)燒結(jié)礦堿度不超過 2.40 時(shí)，隨著堿度增加，燒結(jié)礦粘結(jié)相形態(tài)變?yōu)閺?qiáng)度更高的針狀交織結(jié)構(gòu)[11]，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(shí)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)礦粘結(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(shí)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(duì)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(huì)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(huì)影響復(fù)合鐵酸鈣的生成量及結(jié)構(gòu)[12]，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(huì)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(huì)抑制磁鐵礦的氧化，降低燒結(jié)礦復(fù)合鐵酸鈣的含量[13]。綜上可見，燒結(jié)礦堿度與其他化學(xué)成分等對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的影響存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，故在超高堿度燒結(jié)礦的成礦過程需要進(jìn)一步控制不同組分間的影響[14]。

　　2 超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實(shí)踐

　　通過查閱文獻(xiàn)及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，總結(jié)了目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)實(shí)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)。前文超高堿度燒結(jié)礦成礦機(jī)理分析研究中可知[15]，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(shí)，提高堿度會(huì)使鐵酸鈣系黏結(jié)相占比提高，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(shí)，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(duì)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(shí)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(shí)踐

　　近年來隨著宣鋼高爐原料需求量持續(xù)增長(zhǎng)，其燒結(jié)礦產(chǎn)量供給出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況[16]。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(gè)月時(shí)間，宣鋼燒結(jié)礦堿度由 2.00 升至 2.24。同時(shí)遷鋼也實(shí)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(duì)原料和燒結(jié)設(shè)備參數(shù)兩個(gè)方面的改進(jìn)，有效的實(shí)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(duì)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。由于超高堿度條件下，SiO2含量的輕微波動(dòng)就會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦堿度發(fā)生巨大變化，故在配料過程中，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[17]。

　　粗粒級(jí)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，故超高堿度燒結(jié)生產(chǎn)對(duì)于熔劑粒級(jí)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 3mm 部分嚴(yán)格控制在 85%以上，CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在 74%以上 [16]。

　　2.1.2 超高堿度燒結(jié)工藝參數(shù)調(diào)整

　　生產(chǎn)實(shí)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，故需要延長(zhǎng)高溫保持時(shí)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(duì)比見表 1 [16]，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(zhǎng)燒結(jié)高溫保持時(shí)間，其中料層厚度由 730 提高至 750mm，燒結(jié)負(fù)壓由 15.6 降低至 14.7kPa，并在燒結(jié)之前對(duì)混合料進(jìn)行壓料處理;由于生石灰用量提高，故加水量隨之上升，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 750～790mm，燒結(jié)機(jī)機(jī)速最低可達(dá) 1.8m/min，垂直燒結(jié)速度控制在 19.5mm/min 左右以保證燒結(jié)燃料充分燃燒，燒結(jié)負(fù)壓控制在 13kPa 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)

　　宣鋼 4 個(gè)月來逐步提高生產(chǎn)堿度后對(duì)各項(xiàng)燒結(jié)指標(biāo)的影響見表 2 [16]，由表 2 可知，隨著堿度的提高，料層中熔劑含量逐漸增加，鐵礦粉占比相應(yīng)降低，進(jìn)而呈現(xiàn)出燒結(jié)礦鐵品位降低趨勢(shì);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 0.55kg/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，可知通過對(duì)原料化學(xué)成分和粒度的控制，成品礦轉(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(shí)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(huì)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(dòng)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(duì)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(duì)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 1.51t/(m 2·h) [18]。可以看到凌鋼超高堿度燒結(jié)利用系數(shù)相對(duì)于其他企業(yè)較高，固體燃耗相對(duì)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(shì)互補(bǔ)。后續(xù)對(duì)凌鋼現(xiàn)場(chǎng)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(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表 5 [18]。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>3.15mm)相對(duì)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(duì)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)礦鐵品味，一般通過進(jìn)一步降低硅含量而實(shí)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(cè)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(gè)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(huì)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。故在超高堿度范圍內(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(huì)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(duì)高爐順行不利 [19]。

　　2.2.2 超高堿度對(duì)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[20]，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[21]，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(shí)現(xiàn)了堿度為 3.30 的超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)工藝[22]。由于釩、鈦等元素的存在，使得堿度對(duì)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(shì)明顯不同于普通燒結(jié)礦。蔣大軍等[23]基于攀鋼現(xiàn)場(chǎng)釩鈦燒結(jié)礦原料配比進(jìn)行的不同堿度燒結(jié)杯試驗(yàn)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(shí)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)，故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 62.21kg/t。文獻(xiàn)[24]研究表明，鈦含量過多對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度有著不利影響，而提高燒結(jié)礦堿度抑制了鈦鐵礦對(duì)攀鋼燒結(jié)礦強(qiáng)度的不利影響, 改善了燒結(jié)礦強(qiáng)度[25]。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(duì)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[24-28]。

　　超高堿度對(duì)攀鋼釩鈦燒結(jié)礦荷重軟化性能影響如圖 1 所示[23]。由圖 1 可知，堿度的提高使得釩鈦燒結(jié)礦軟化溫度由 1117 提高至 1155℃，這與非釩鈦燒結(jié)礦熔滴性能變化趨勢(shì)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[29]。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(duì)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 1515℃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(duì)超高堿度燒結(jié)礦的研究，蔣大軍等[23]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) [27]等措施以優(yōu)化超高堿度燒結(jié)礦的生產(chǎn)[20]：超高堿度燒結(jié)負(fù)壓要比燒結(jié)普通堿度燒結(jié)礦的負(fù)壓低 3～ 5kPa，優(yōu)選負(fù)壓為 10～12kPa;超高堿度燒結(jié)混合料粒度不小于 3mm 占 70%～80%并且強(qiáng)化活性石灰的使用;料層厚度為 700～750mm。

　　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(duì)超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)實(shí)踐中出現(xiàn)的諸多問題提出許多解決措施。綜合前人生產(chǎn)實(shí)踐及礦物學(xué)原理的分析，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(shí)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(shí)間。此外，也可結(jié)合氣體料面噴吹技術(shù)[30]，增加燒結(jié)過程中燃燒帶寬度，延長(zhǎng)燒結(jié)保溫時(shí)間，使燒結(jié)過程液相結(jié)晶更加充分，同時(shí)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(huì)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[9]。生產(chǎn)實(shí)踐表明，需要嚴(yán)格控制熔劑粒度的同時(shí)，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)[31]。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(shí)，其內(nèi)部的大多生成了穩(wěn)定的 CaSO4 [9]，有待進(jìn)一步研究明確對(duì)后續(xù)工藝的影響。

　　(3)有效控制燒結(jié)礦堿度波動(dòng)是實(shí)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(duì)燒結(jié)原料進(jìn)行優(yōu)化配比才能有效改善。針對(duì)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[10]、MgO 含量[32-33]以及 ZnO 含量[34]等化學(xué)成分，有助于改善燒結(jié)礦堿度和成分波動(dòng)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[35]。隨著含鐵原料品種逐步增加且成分波動(dòng)變化，燒結(jié)過程動(dòng)態(tài)時(shí)變且復(fù)雜滯后，傳統(tǒng)周期性采樣對(duì)燒結(jié)礦進(jìn)行化學(xué)檢測(cè)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(shí)代背景下，發(fā)展燒結(jié)工序在線成分質(zhì)量預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于燒結(jié)礦堿度波動(dòng)控制具有重要意義。實(shí)時(shí)檢測(cè)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(dòng)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(shí)現(xiàn)燒結(jié)礦品質(zhì)的智能化管理[36]。

　　4 結(jié)論

　　(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(duì)超高堿度燒結(jié)礦成礦機(jī)理進(jìn)行分析得出，堿度為 2.10～2.40 之間時(shí)，隨著堿度升高，鐵酸鈣粘結(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;堿度為 2.40 至 2.80 之間時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(shí)，燒結(jié)礦質(zhì)量將會(huì)呈嚴(yán)重下滑趨勢(shì)。

　　(2) 在生產(chǎn)超高堿度燒結(jié)礦過程中，鋼鐵企業(yè)通過對(duì)原料成分和粒度的合理把控，對(duì)燒結(jié)設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)，以及對(duì)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(shí)則對(duì)其化學(xué)成分的穩(wěn)定控制提出了更高的要求，在對(duì)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(duì)燒結(jié)原料成分的控制，以實(shí)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(duì)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(shì)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(yàn)結(jié)果分析得出，提高堿度可以有效規(guī)避鈦含量過多對(duì)燒結(jié)礦強(qiáng)度的影響，同時(shí)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(duì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其中存在的問題提供了解決建議及未來展望。雖然在實(shí)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)見的未來內(nèi)，隨著燒結(jié)工作者們堅(jiān)持科學(xué)指導(dǎo)，理論結(jié)合實(shí)踐，對(duì)這些問題進(jìn)行深入研究并逐個(gè)擊破，超高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)必將會(huì)成為在高比例球團(tuán)冶煉的大勢(shì)下典型鐵前原料生產(chǎn)方式之一。