论工艺参数对烧结产质量的影响及分析

论工艺参数对烧结产质量的影响及分析许满兴(北京科技大学)摘要：本文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，详述了烧结主要工艺参数对其产质量的影响，提出了烧结工艺参数认识的几点结论性意见。关键词：工艺参数相互关系烧结产质量1、前言烧结生产过程是一个快速、高效、复杂的物理化学变化过程，它既有燃料的燃烧、热量的传质传导，碳酸盐的分解，铁氧化物的氧化与还原反应，又有铁酸盐和橄榄石等新相的生成和再结晶长大，既有固相反应，又有液相反应，这就导致形成烧结过程工艺参数多变量，影响烧结产质量因素多因子全方位，各参数和变量之间的关系也极其复杂，存在着非线性，时滞后时超越系统动力学的不稳定性，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，难以用数学模型方法达到优化控制的目的。只能借助人工智能和专家系统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了如同人类社会发展的历史一样，它也是从必然王国向自由王国发展的历史，不论烧结过程如何多变复杂，也不论工艺参数及其相互间的关系如何多变，总是能不断被人们所认识和掌握的。在生产实践中，确有两种状况是存在的，一种是认识不到烧结过程的复杂性，一种是由于其过程复杂，认识不清楚，长期停留在必然王国的阶段，本文的目的在于揭示烧结过程工艺参数的内在联系，以利掌握其规律，促进烧结生产的发展和产质量的提高。2、烧结主要工艺参数及其相互关系在烧结生产中，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产质量的主要工艺参数，生产实践证明〔1〕一〔7〕这些主要工艺参数选定得合适与否对烧结产质量有较大的影响，几个企业烧结主要工艺参数及其产质量状况列于表1。由大量的生产实践和试验研究可以证明，烧结主要工艺参数的相互关系，料层厚度是基础，水、碳是保证，混合料的透气性是关键，下面将分别讨论主要工艺参数对烧结产质量的影响。NO企业名称工业参数及产质量宝钢3号机莱钢※105鞍钢新三烧济钢一烧武钢四烧首钢矿业公司安钢韶钢1时间200099.9-2002.320002001.1-62000200020001999-20002料层高度（mm）653700582600630550435.5570-4703混和料水分（%）5.196.56.55.77±0.4%7.06.64-4固体燃耗（kg/t矿）47.7757.0052.26142.27546.4341.5664.9360.825烧结负压（Pa）1328014600111904291142911050017000109006机速（m/min）2.221.402.9681.39—1.321.650.957垂直烧结速度（mm/min）18.820.0019.2722.74—24.7525.033.88成品率（%）76.7071.8-84.73—79——9利用系数（t/m2.h）1.2171.4711.271.7591.1981.3861.622.41410工序能耗（kg标煤/t矿）60.1478.9270.258.0165.8663.8672.4377.8311转鼓指数（%）81.7678.1478.4972.0778.1586.7172.2870.9012返矿率（%）23.329.2-17.2221.52010.76—13烧结机面积（m2）450105×2265×290×2435×198×69033×124×2烧结矿主要化学成分(%)FeO7.318.639.247.887.248.348.6611.98TFe59.0058.6653.7858.3457.2157.2558.2455.44SiO24.493.937.624.644.916.05.104.87MgO1.722.02.541.872.92.42.022.86Al2O31.601.40-1.602.121.51.602.04Cao/SiO21.802.141.851.9141.71.621.721.96表1我国几个企业烧结主要工艺参数及其产质量状况2.1料层厚度对烧结产质量的影响建国以来，我国烧结生产的操作方针经历了三个发展阶段，70年代以前，普遍采用薄料快推，大水高碳、低强度高FeO的第一阶段，70年代末进入厚料层，高负压大风量低FeO高强度的第二阶段。近几年来已开始进入厚料层低能耗，强化制粒、偏析布料，低负压小风量改善环保的均匀烧结新阶段。烧结生产的不同发展阶段，料层厚度是不一样的，第一阶段低于300mm，第二阶段400—500mm，第三阶段高于600mm，它的前提条件都是根据料层厚度不同而变化的，因此料层厚度始终是影响烧结生产的基础条件。尤其现代烧结要实现低碳、低FeO、高强度和高还原率的目标，更离不开厚层料这个基础条件。几个企业料层厚度和配碳对烧结产质量的影响列于表2。A．料层厚度对烧结产量的影响：由于料层厚度直接影响垂直烧结速度和成品率，在这两者的双重作用下，利用系数先是随料层厚度增加而提高，当料层厚度提高到600mm后，又会开始下降，一般料层厚度在500—600mm阶段，烧结机的利用系数是最高的。表2料层高度、配炭变化对烧结产质量的影响参数及效果企业名称料层高度（mm）固体燃耗（kg/t.矿）利用系数（t/m2.h）转鼓指数Ti(%)FeO(%)柳钢（50m2）51773.31.47772.3810.6561854.331.57971.387.04莱钢（105m2）50066.01.4674.3010.7260057.01.4578.148.86宝钢（450m2）38752.900.78574.57.9050646.301.3673.96.4160646.671.2775.786.48B．料层厚度对烧结质量和能耗的影响：由于厚料层烧结有利于铁酸钙和Fe203矿物相的生成，不利于Fe304的存在，因此厚料层操作有利于FeO含量的降低和强度的提高。一般料层每提高100mm，成品矿的FeO可降低0.6%～1.5％，转鼓指数(Ti+6.3)可提高1.5％～2.5％。由于料层有自动蓄热作用，为低配碳提供了条件，一般料层提高100mm，固体燃耗可下降10Kg／t矿正因为厚料层对烧结产质量有如此举足轻重的影响，故烧结生产总是应设法强化制粒，改善混合料的透气性，坚持实现厚料层烧结。2.2配碳和混合料水分对烧结产质量的影响水、碳是烧结生产获得高产、优质的保证，这充分说明了混合料水分和配碳在烧结生产中的重要地位和作用，柳钢和攀钢混合料水分对烧结产质量影响列于表3。由表3可知，柳钢的烧结生产混合料水分在厚料层和低配碳条件下，只有降低了混合料水分，才能做到降低FeO含量和返矿率，攀钢烧结试验研究证明，混合料水分对烧结速度、成品率、利用系数和转鼓指数的影响，它不是越低越好，而是在一定料层的基础上有个最佳值。因此，烧结生产为了获得高产、优质的目标，应该探索在具体条件下的混合料水分最佳值。表3混合料水分变化对烧结产质量的影响企业混合料水分（%）料层厚度（%）FeO(%)转鼓指数（%）返矿率（%）柳钢8.477.276.696196196208.587.116.2567.071.9769.2515.011.912.0企业混合料水分（%）烧结速度/mm.min-1成品率（10mm/）%转鼓指数（%）利用系数t.m-2.h-1攀钢6.46.87.07.27.47.67.88.015.8918.2019.9020.2020.8021.1521.7022.1077.8376.2575.5175.6575.5673.4971.7569.2966.6766.4264.8765.1365.0064.2864.0062.671.2951.4971.6591.6841.7171.7101.7041.667配碳(C)的高低会明显影响烧结的产质量，配C高了，会扩大燃烧带，增加烧结层的阻力，造成产量降低，同时还会因为温度过高，增大烧结料层还原气氛浓度，使Fe203不稳定，分解为Fe304和FeO，造成成品矿的Fe3O4含量上升，铁酸钙含量下降，FeO含量上升，直接影响烧结矿的质量。反之，配C低了，造成烧结带温度不足，成品率和强度下降，影响烧结的产量和质量。混合料水分和配碳的适宜值与矿种及其粒度组成、碱度、燃料的种类、粒度及加入方式，料层厚度和温度，热返矿的粒度及数量等因素相关，该适宜值应通过烧结杯试验初步确定，再通过工业生产作调整确认。2.3抽风负压对烧结产质量的影响在工艺参数对烧结产质量的影响中，透气性是关键。料层的透气性是由混合料的粒度及其组成，混合料适宜的水分及抽风负压三因素所决定的。在这三因素中，混合料的粒度及其组成是基础，适宜的水分是透气性良好的保证条件，抽风负压起着主导作用。莱钢抽风负压和机速对烧结产质量的影响列于表4，由表4可见，料层增厚后，抽风负压要相应提高，此时减慢机速，虽然产量没有增加，但烧结矿的质量能获得显著改善，表现为能耗降低，成品矿的FeO降低，转鼓指数得到提高。提高烧结抽风负压，能增加通过混合料层的风量，加快垂直烧结速度，从而提高烧结产量；当抽风负压过高后，会会因垂直烧结速度过快，造成成品率和强度下降；或者还会因负压过高，烧结料层被抽风压紧，使透气性下降，造成产量反而降低。因此掌握适当的抽风负压，是控制烧结产质量的重要环节：抽风负压不是越高越好，高到一定程度后会适得其反；低负压操作有利于固体燃耗下降，成品率和转鼓指数的提高。表4莱钢抽风负压和机速对烧结产质量的影响参数及效果台车面积抽风负压（Pa）机速(m/min)料层高度(mm)垂烧速度(mm/min)利用系数(t/m2h)返矿率(%)固体燃耗kg/t矿转鼓指数(+6.3%)FeO(%)105m2133001.7050020.21.4635.066.074.3010.72105m2146001.4060020.01.4527.257.078.148.86适宜的烧结抽风负压是应通过烧结杯模拟烧结生产的正交试验，得出的结论再通过生产检验作适当调整而确定的。也有根据相应条件和经验数据而确定的，但这样往往会造成事倍功半的结果。点火负压也是一项不可忽视的工艺参数，一般取抽风负压的50％～60％，即6000～8000Pa。点火负压太低，不易点好火以便将燃烧带往下引，从而影响垂直烧结速度和产量：点火负压过高,会破坏原始料层的透气性,严重影响产质量。2.4机速对烧结产质量的影响机速及垂直烧结速度对烧结产质量的影响，它处在对立统一的矛盾中，为追求产量，就需加快机速和垂直烧结速度；为追求强度和质量，又需要放慢机速和垂直烧结速度，宝钢450m2烧结机不同机速及垂直烧结速度对烧结产质量的影响列于表5，由表5可见，机速和垂直烧结速度与产量强度和固体燃耗直接相关。产量和质量应在一定的原料和设备条件下统一到一个最佳值范围内。偏面追求产量就得不到高质量的成品矿，合理的状态应在保证质量条件下去探索提高产量的措施。表4所表现出莱钢105m2×2烧结机的生产数据是比较规范和值得效发的。表5宝钢不同机速及垂直烧结速度的生产指标机速m/min垂烧速度mm/min料层厚度mm抽风负压Pa利用系数t/m2·h转鼓指数+6.3%固体燃耗kg/t返矿率(%)3.2218.26500129181.3673.946.3029.72.8718.15561144351.38--26.52.4116.49606150631.2775.7846.6727.02.5成品矿的FeO含量对烧结产质量的影响成品烧结矿的FeO含量在烧结生产中它既是一个主控因素，也是一个被控因素。既可以通过料层厚度和原料条件，确定成品矿的FeO目标值，去控制烧结矿产量和强度；也可以通过配矿、配碳、碱度和料层厚度达到控制烧结矿FeO的目标．成品矿FeO含量的高低是衡量一个企业烧结技术水平的重要标志，成品矿FeO含量高，不仅会造成烧结能耗高，恶化环境保护，它还会对高炉炼铁的能耗和产量造成直接影响．因此，从高炉炼铁的需求出发，要求烧结矿低FeO，高还原性。国家优质烧结矿质量标准规定；烧结矿的FeO应≤10％，宝钢近