竖直松料器对烧结过程的影响及生产实践

党彩霞，戚义龙

（1.上海宝华国际招标有限公司安徽分公司；2.马鞍山钢铁股份有限公司炼铁总厂，安徽马鞍山 243000）

目前烧结生产面临着资源、降耗、减排、成本竞争力等压力，提质和节能减排是铁矿粉烧结的核心重任。提高烧结生产效率以及实物质量，可促进烧结降本增效和有效减排，因此对整个烧结生产过程有着极其重要的意义。

传统提高生产率的方法主要包括强化制粒、合理偏析优布料、优化原燃料粒度组成、适宜水分控制、混合料预热、设置水平松料器等举措实现料层透气性的改善［1-2］。此外国内裴元东等提出了在烧结进行大颗粒矿、返矿镶嵌的技术路线并在首钢京唐和中天钢铁烧结产线进行了实践［3］。日本君津厂通过料层减荷来改善透气性，取得了生产率提高10%［4］。JFE 公司采用涂层制粒技术进行烧结生产后，烧结利用系数约提高18.75%，烧结矿还原性有较大改善［5］。本文通过烧结杯实验，研究竖直松料器对烧结关键指标的影响，旨在为工业生产提供参考和依据。

1 实验方法

本研究所使用的原、燃料（焦粉）及熔剂均取自某钢铁公司烧结现场，并以现场的烧结返矿作为本实验的铺底料。烧结杯烧结原料配比见表1。实验所用烧结杯高度为720 mm；直径300 mm。实验过程参数如下：点火温度为1 150 ℃；点火时间为2 min；点火负压为7 kP；烧结负压为14 kP。

表1 烧结杯原料配比结构%

为揭示松料器的孔径、松料深度以及松料孔面积比对烧结关键指标的影响，竖直松料器的松料齿条按图1 所示的方式进行设计，并按不同的实验方案进行烧结杯料面打孔并进行烧结杯实验。其中松料器的孔径以齿条的半径r表示，分别设计3 mm、4.5 mm、6 mm、7.5 mm 以及9 mm 实验圆齿条。松料深度λ为齿条插入烧结杯料层的深度与烧结杯高度（720 mm）的比值，分别设计4%、8%、12%、16%、20%以及24%的实验条件。松料孔面积比δ为松料齿条的总面积与烧结杯截面积的比值，对应不同孔径的松料齿可通过改变总布置数量来获取不同的松料孔面积比δ。

图1 竖直松料器齿条布置示意图

2 竖直松料器实验结果分析

2.1 松料孔径以及松料深度对烧结指标的影响

在相对固定松料孔面积比δ为20%左右，分别进行r=3 mm、4.5 mm、6 mm、7.5 mm、9 mm 以及λ=4%、8%、12%、16%、20%、24%的烧结杯实验，用以揭示在固定松料孔面积比δ条件下松料孔径以及松料深度对烧结利用系数、成品率以及烧结矿转鼓强度指标的影响规律。

由图2可知，在相对固定松料孔面积比δ为20%左右，随着松料孔径r的增加，插入深度λ在4%～12%的条件下，烧结利用系数呈现先增加后降低的趋势，并高于基准值（1.34 t/m2h），且当λ为8%时其利用系数最佳；再随着λ进一步的增加，则利用系数呈一定的降低趋势，当λ为24%时，其利用系数明显低于基准值。烧结矿成品率在λ在4%～12%下随着孔径r的增加至6 mm 时呈上升趋势且大于基准值（75.4%），再随着孔径的增加对应烧结矿成品率呈降低趋势并低于基准值。当λ继续增大时，随着孔径的增加烧结矿成品率降幅较为显著且远低于基准值。烧结矿转鼓强度在λ在4%～12%下，随着孔径r的增加呈略降低趋势，但高于基准值（70.8%）。当λ超过16%时其转鼓强度低于基准值且呈急速降低趋势。综上在松料孔面积比δ为20%左右时，松料孔径r为6 mm、λ为8%时上述各项指标均相对较优。

图2 不同松料孔径和深度对烧结指标的影响

2.2 松料孔面积比对烧结指标的影响

在固定松料孔径r为6 mm，分别进行δ=4%、8%、16%、20%、24%、32%、48% 以及λ=4%、8%、12%、16%、20%、24%的烧结杯实验，用以揭示松料孔面积比δ以及松料深度对烧结利用系数、成品率以及烧结矿转鼓强度指标的影响规律。

由图3可知，随着松料孔面积比的增加，烧结利用系数呈先增加后降低的趋势，在λ为8%、δ为20%时对应的利用系数最高。烧结矿成品率在λ为4%～12%、δ为小于24%的条件下均高基准值，再随着λ以及δ的进一步增加其成品率呈降低趋势。对应的烧结矿转鼓强度变化规律与上述成品率的趋势基本一致。综上在松料孔径r为6 mm、λ为8%、松料孔面积比δ为20%时上述各项指标均相对较优。

图3 不同松料孔面积比和深度对烧结指标的影响

竖直松料器孔径、插入深度、松料孔面积比一定程度上的增加，一方面烧结料层透气性和烧结速度增加从而获得较高的利用系数，另一方面因有效增加上层料层的压实度而达到改善上层烧结矿的强度和成品率一定幅度的提升。当上述参数再进一步地增加，由于料层中局部烧结速度与传热速度非同步的现象明显加剧，且松料孔内对应下方的烧结料层会被过度压实，存在局部欠烧的现象存在，最终导致利用系数、转鼓强度以及成品率的急速降低。

3 竖直松料工业性生产实践

3.1 竖直松料器工业性生产

竖直松料器工业性生产的装置如图4 所示，其钎杆的r设置为6 mm 并沿烧结台车宽度方向上合理布置若干个，其通过上方的气缸实现插入烧结料层深度λ的控制；同时通过调整前后两次插入动作的周期来实现烧结料面松料孔面积比δ的合理控制。在380m2烧结机上进行了竖直松料和优化固体燃料粒级组成来改善上层烧结料层质量的生产尝试。其中基准期为无竖直松料；生产期Ⅰ为采用竖直松料：r=6 mm、λ=8%、δ=20%；生产期Ⅱ为竖直松料+细化固体燃料粒级。

图4 竖直松料器安装示意图

表2的数据结果表明采用竖直松料的生产期Ⅰ的烧结利用系数较基准期增加了0.048 t/m2h，烧结矿成品率和转鼓强度分别提高1.36%和0.57%，同时在层厚增加20 mm 的前提下烧结负压降低0.88 kPa。生产期Ⅱ的利用系数进一步提高至1.467 t/m2h，在烧结料层进一步提高的情况下，其他各项指标仍保持较好水平。

表2 生产实践数据结果

3.2 基准期和生产期Ⅱ的烧结矿显微结构

对基准期和生产期Ⅱ的上层烧结矿的显微结构进行分析。基准期烧结矿由交织熔蚀结构和斑状、粒状结构构成。磁铁矿被铁酸钙熔蚀或交织成它形，铁酸钙呈板状、不规则状；自形、半自形晶磁铁矿少见；硅酸二钙呈细小粒状均匀分布其中。这种结构占比约65%，在交织熔蚀结构中局部集中分布针状铁酸钙。半自形、它形赤铁矿与粘结相矿物钙铁橄榄石、玻璃质结合成斑状、粒状结构。这种结构占比35%。试验期Ⅱ上层烧结矿：磁铁矿被铁酸钙熔蚀或交织成它形，铁酸钙呈板状、不规则状；自形、半自形晶磁铁矿少见；硅酸二钙呈细小粒状均匀分布其中。这种结构占比约85%，交织熔蚀结构在孔洞边缘出现的菱形次生赤铁矿。不规则状的赤铁矿颗粒与铁酸钙、钙铁橄榄石结合成共晶结构，约占15%。

4 结语

（1）竖直松料器的烧结杯实验结果表明，在松料孔面积比δ为20%时，松料孔径r为6 mm、λ为8%时对应的烧结利用系数、烧结矿成品率以及转鼓强度等指标较无竖直松料器生产时更优。在松料孔径r为6 mm 时，随着松料孔面积比δ的增加，烧结利用系数呈先增加后降低的趋势，在λ为8%、δ为20%时对应的上述各项指标结果均较佳。

（2）工业生产实践表明，采用竖直松料和细化固体燃料粒级的方法生产，可获得较高的烧结利用系数，同时烧结矿成品率和转鼓强度保持较好水平。且料层上部烧结矿的显微结构得到一定程度的改善。