稳定烧结矿碱度的研究

1. 绪论

1.1 选题背景

目前高炉冶炼工艺要求炉料必须具备一定的粒度，这就决定了大量含铁贫矿和经选矿获得的含铁量高的铁精矿以及天然含铁富矿粉不能直接进入高炉进行冶炼，为了利用这些资源，人们发明了烧结、球团等人工方法，将这些粉矿制成具有一定粒度的人造富矿后进入高炉使用。

烧结，是将各种粉状的含铁原料中和混匀后再添加一定比例的熔剂、燃料、水，混合均匀并制成具有一定粒度的混合料颗粒后，送入烧结机点火烧结的一种工艺。在燃料产生的高温和一系列物理化学反应的作用下，混合料中会产生部分易熔物质，易熔物质熔化后形成液相，润湿或粘结其周边未熔化的物料，冷却后，所形成的块状物料称为烧结矿。通过烧结过程，可改善冶金原料的物理化学性能，如孔隙率、机械强度、粒度组成、化学成分、还原性、低温还原粉化性等，使高炉生产效率得到巨大提升。

目前世界上高炉含铁炉料主要有三种：烧结矿、球团矿、天然块矿。每个国家和地区因铁矿资源、地理环境、环保政策等因素的不同，采用的炉料结构不同。我国高炉炉料结构是以高碱度烧结矿为主，配加酸性球团矿及天然块矿，烧结矿的比例基本都在60％以上。因烧结矿在炉料结构中所占比例远远大于球团和块矿，所以烧结矿质量的稳定对高炉的稳定顺行至关重要。

烧结矿质量评价分为物理指标、化学指标。物理指标包括筛分指数，粒度组成，转鼓强度，落下强度等；化学指标包括TFe，碱度，FeO、MgO等。车间在生产烧结矿的过程中，如果烧结矿的物理指标出现异常，它的表现是直观的，比

如整体偏碎、发黄，作为一名有经验的烧结看火工可以较为轻松且准确地通过烧结机尾烧结矿落入单辊前的整体状态以及落入单辊平台时引发的振动和声音判断烧结矿的强度如何，在看火以后沿线的岗位也可以第一时间发现烧结矿物理状态变化并联系上面工序做出调整，对于已经出现的物理指标较差的烧结矿一般都通过单独打入一个烧结成品矿仓，然后在生产正常时以较小流量混入正常烧结矿中送入高炉。因此对于烧结矿物理指标的波动对于高炉来说并不是那么可怕，不是说物理指标对高炉的影响小，而是因它的表现明显，可以被及时发现、调整、处置。当烧结矿的化学指标出现异常时，并不能第一时间通过目测得知；当通过化验发现成分异常时，有可能是从上次取样之后就开始异常了，到这次取样时才发现，意味着有些料可能已经进入高炉了。同时，能引起成分异常的原因在企业生产的环境大多于实验室环境，比如原料自身性质不稳定、中和混匀过程有问题、烧结配料室下料不准确、取样出现偏差、制样过程不标准等等。这些原因需要逐一排查。所以，要降低化学指标波动相对困难很多，主要是因为能引起烧结矿化学指标波动的因素贯穿从原料进场到烧结矿入炉前整个烧结矿生产流程，且呈现出短板效应，即使那些被认为是主要的因素被改善到了极致，一些看起来不太起眼的环节有漏洞，结果还是会功亏一篑。

在烧结矿诸多化学指标中，碱度是最重要的一项。烧结矿的碱度一般指二元碱度，即烧结矿中CaO与SiO2含量的比值，用R表示。稳定烧结矿碱度的意义首先体现在烧结矿质量上，一些研究者认为烧结矿碱度与烧结矿成品率、转鼓强度、低温还原粉化指数等指标存在密切关系[1-6]；更为重要的是体现在高炉冶炼过程中。高炉冶炼过程不仅要求铁矿石还原出金属铁，还需要还原出的铁与未还原的脉石熔化，利用它们的密度不同达到分离的目的。铁经渗碳变成铁水，熔化后

的脉石成为炉渣，生铁和炉渣是在高炉生产中同时形成的两种液态产物。高炉炉渣的性质与其碱度有密切关系，不同碱度的炉渣具有不同的黏度、熔化性、稳定性和脱硫能力。以黏度来说，当炉渣黏度过大，阻损大，料柱透气性变坏，造成炉料下降及煤气上升困难，易引起崩料和悬料，同时，渣铁分离不好，渣铁间的反应速度降低等等；当炉渣黏度过小，炉衬容易受侵蚀，高炉寿命缩短。因此，高炉要想稳定顺行、高产高效，炉渣碱度稳定是前提之一。炉渣碱度的稳定取决于入炉料成分的稳定。目前国的入炉料结构大都为高碱度烧结矿＋酸性球团矿＋天然块矿。烧结矿一般都是主体炉料，比例占60％以上，而且烧结矿是由数种含铁原料加熔剂混合后烧结而成，其成分不稳定程度要大于天然块矿及配比相对单一的球团矿，因此，不管从质还是量看，烧结矿碱度的稳定都会对炉渣碱度的稳定产生最重要的影响。

1.2 影响烧结矿碱度稳定的因素

多年来，烧结工作者们对于常规的影响烧结矿碱度稳定的因素分析得很透彻了，但对于很多烧结厂来说，烧结矿碱度并没有因为他们的知己知彼而百战不殆，很重要的一个原因就是“知道了”不代表“做到了”。闫利娥利用6 sigma管理工具分析了影响太钢烧结矿碱度的因素，找出了17项影响因子[7]，如图1.1；郭晓影利用同样的方法分析了影响本钢炼铁厂烧结矿碱度的因素[8]，如图1.2。如何把这么多的因素同时控制好，没有先进的管理和技术水平是不可能做到的。从图中可以看出，上述二位分析出的因素有所不同，各因素所占权重也有较大差异，说明影响烧结矿碱度的因素可以参考其它厂，但不能照搬，每个厂与生产相关的各环节都可能存在其独特的地方，所以具体影响因素也会因厂而异。二位的分析很全面，但有的因素看起来比较抽象，比如“其他”因素，所以下面将对一些能显著影

响烧结矿碱度的“其他”因素做具体描述。

图1.1 闫利娥分析的影响碱度稳定的关键因素

图1.2 郭晓影分析的影响碱度稳定的关键因素

（1）腐败。正规厂家生产出的原料其成分虽然有波动，但会在一个较窄的、可控的围。一些情商远高于智商的厂家或者因朝里有人而成立的“厂家”，其产品质量就没那么有保证了。我曾连续查过一个厂家的碳化稻壳（铁水保温剂），固定碳含量严重不合格，同一时间另一厂家送的碳化稻壳固定碳30％－40%，而这一家每次送的大部分在10％－20％，最低的一次仅为6％，直接都烧成灰了。

还有一个厂家的生石灰，当由质检站单方取样检验时，CaO含量就没有低于78％的时候，但当我同质检站双方一起取样并分样分别化验时，数据就没有那么稳定了，最低的一次为60％。更为神奇的是，好几次当我同质检站人员一起取完样后，还没出车间大门，生石灰厂家居然联系到我远在另一个厂的好朋友给我打望照顾。厂家怎么知道我在车间取样？对于这么明显的异常情况，厂里计划针对生石灰上一套全自动取样设备，不过一年多过去了，这套设备还只是个计划。上这套设备看起来不错，但若病根不除，即使上了这套设备也没用，相反，相关人士可以利用这套设备做掩护更好的进行相关活动。因此，对于（不限于）稳定烧结矿碱度，如果有腐败问题则必须先解决腐败问题，之后才能谈技术问题，否则就是空谈，就会陷入天天分析、月月立项、年年亏损的怪圈，而烧结矿成分稳定只能是个美好的愿望。不过，打铁还需自身硬。

（2）检验结果造假。绝大部分烧结厂对于烧结车间有烧结矿指标考核，但如果考核方式不是很科学或者没有健全的防制度的话，就不能不考虑一种可能性：烧结车间联合烧结矿质检一起造假。如果烧结车间因为一些客观因素无法稳定住烧结矿成分（比如腐败），在不科学的考核方式下，车间的形象、利益都大受损失，当厂或者公司层面没有有效的防措施，对于车间来说，作弊是一种最快速有效的止损手段。虽然这样做会导致高炉在出现炉况波动时甚至都查找不出原因，但至少短时间烧结车间名利双收。对于一般人来说，在利益面前，职业道德是可以被忽略的。一些有头脑的人可能还会以此为基础立一些关于烧结矿成分稳定的项目、课题，在不做任何实际工作的前提下，几个月后宣布烧结矿碱度合格率上升了20％，然后结题、评奖、拿钱。而高炉呢？正在悬料和崩料中挣扎。鉴于人类的聪明和人性的弱点，相信这些不仅仅是假设。当一个烧结厂（车间）

原料并不怎么稳定、设备并不怎么先进、管理并不怎么严格、员工还不是机器人，但烧结矿的各项指标合格率非常高，那么就很可能存在问题。

优化考核方式和健全防制度可能比单纯考核带来的那点积极性更有意义，否则，没有人知道被考核的人会把那点积极性用在攻关上还是公关上。

（3）取样代表性。对于稳定烧结矿碱度所做的一切努力，其效果最后都要通过取样检验来反映，因此取样代表性的重要程度甚至大于其它所有稳定烧结矿碱度的措施。这一点对于拥有科学的全自动取制样机[9]的厂家来说不是问题，但对于那些还使用人工取制样的厂家来说，需要注意。我曾参观过某烧结厂的烧结矿检验室，他们的取样过程如下：通过自动取样机取料，为降低取样偏差，每个样本一共取三次，每两次取料间隔10分钟；取完料后人工用一个小铲子从装料的小车取一铲子约1KG左右的料，然后人工将他们认为“不合格”的料挑出去，最后将铲子剩下的料破碎、缩分、研磨、化验。上述取样过程问题很多。首先，样本量太少，而且总的样本不经过破碎混匀缩分，而直接用一铲子来代表，那之前自动取样机分开取三次有什么意义？因为那一铲子只能取到其中一次料的一小部分。这就好比一颗绿豆、一颗黄豆、一颗红豆在一起，化验三颗豆子的综合成分，如果只是取出一颗豆子进行化验，即使操作非常规，那颗豆子都代表不了三颗豆子的整体成分，正确做法应该是先把三颗豆子破碎、混匀后再取一部分进行化验。其次，“不合格”的料如何界定？是否每个检验员的判定标准都一致？最后，当总的样本中“不合格”的料的比例远高于铲子中“不合格”的料的比例时如何处理？

对于烧结矿取样来说，如果没钱或认为没必要上全自动设备，那么一些必要的操作虽然有些累但是不能省略的，比如将总样本破碎混匀；如果既没钱又认为

没必要上自动设备还没有力气或心情人工破碎混匀，起码也要分点分层多取几铲子。当然，不排除他们做过这方面研究发现一铲子的代表性已足够。

（4）二次原料的使用。在烧结、炼铁、炼钢过程中会产生数种含铁二次原料，如除尘灰、瓦斯灰、高炉返矿、钢渣等。这些料一般会通过汽车运至烧结一次料场当作含铁原料重新参与配料。当一次料场场地受限，无法实现各种二次原料单独堆放时，这便会成为一个影响烧结矿碱度稳定的因素。如图1.3，某厂的所有二次原料全都混堆在一次料场的一角，从其色彩搭配上便可看出该料堆的成分均匀性很差，后来该厂针对这个问题采取了一些措施，如每天必须用挖掘机将二次原料堆翻倒混匀。该方法有一定效果，但并不理想。图1.4为用挖掘机翻倒混匀后的二次原料堆。

对于各种二次原料的使用，要尽可能创造条件单独堆放；无法实现所有品种单独堆放的，可将比例最大的品种单独堆放，其余的进行混堆，这样也可很大程度降低挖掘机的工作量以及增加混堆料堆的混匀效果。

图1.3 某厂一次料场二次原料堆

图1.4 用挖掘机翻倒混匀后的二次原料堆

（5）高炉返矿。烧结矿、球团矿、生块矿在入高炉前会过一次筛，将粉末筛除，保证高炉料柱的透气性。这些筛下物称为高炉返矿（以下简称高返）。高返会重新参与烧结，根据设备情况一般有两种方式：1、从烧结配料室直接配加；

2、返回一次料场重新参与混匀料配料。如果采用第1种方式，可能会对烧结矿碱度产生重要影响。高返是三种成分相差巨大的料组成，在振动筛状态不变的情况下，当球团和生块矿的粉末比例发生较大变化时，高返的整体成分也会发生较大变化，进而影响烧结矿的成分。以莱芜分公司炼铁厂二区为例，正常生产时，用的自产球团，-5mm粉末含量一般在1％－2％，当回转窑检修时，该区会外购一些球团，这些球团的-5mm粉末含量有时能达到20％以上。该区使用高返的方式是在烧结配料室直接配加，当高返中球团粉末突增10倍以上时，烧结矿碱度将会偏低。在烧结矿、球团、生块矿粉末比例不变的情况下，当振动筛出现严重磨损时（如断棒），也会造成相应料种的筛下物急剧增多，改变高返的整体成分。

要降低高返成分波动引起的烧结矿成分波动，在条件允许的情况下尽可能将