CN104673997A - 一种烧结配料结构优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烧结配料结构优化方法，属于烧结配料技术领域，用于解决现有烧结配料模式无法兼顾烧结工艺及烧结矿质量提升的技术问题，技术方案为：在确定烧结混合料中每种铁矿粉、熔剂及燃料的配加量之前进行如下步骤：1、将烧结用铁矿粉干燥制成干基铁矿粉；2、将单种干基铁矿粉混匀缩分，分别测定其核比P_核和粉比P_粉；3、测定铁矿粉液相流动性指数L_粉；4、重复1～3过程，分别测定第二种、第三种……第i种铁矿粉的核比、粉比及液相流动性指数；5、按照约束条件确定混合料中每种铁矿粉的配比。本发明避免了核矿石过熔或液相量不足而对烧结过程及烧结矿质量产生的不利影响，合理配碳、操作简单、实用性强、能适应多元化原料结构。

Description

一种烧结配料结构优化方法

技术领域

本发明涉及一种烧结配料结构优化方法，属于烧结配料技术领域。

背景技术

烧结矿是高炉生产中的主要含铁原料，它是将铁矿粉、熔剂及燃料按照一定的比例组成混合料，配以适量水分，经混合制粒后在烧结机上烧结形成块状料的过程；由于用于烧结的每种铁矿粉在化学成分、矿物组成、矿种、粒度结构等方面的性能不同，因此需要在烧结之前对原料结构进行调整，按照要求的碱度、化学成分及资源量，确定不同铁矿粉的适宜配比、燃料、熔剂的加入量，以满足高炉炉料结构的要求；影响烧结成矿的因素很多，国内外在控制烧结生产及烧结矿质量方面开展了大量的研究工作。根据工艺环节的物理化学本质，烧结特性的研究主要从混合制粒过程和抽风烧结过程两个层面展开，前一个过程研究角度侧重于物料在常温状态下的物理过程；后一个过程主要涉及物质和能量在料层中的迁移规律、高温化学反应、冶金熔体和固相的界面接触行为等；制粒工艺是混合料烧结前的环节，决定了混合料的透气性和粒度分布，进而对烧结生产及烧结矿的质量起着至关重要的作用，国内外在该领域已经进行了大量的研究，其中一部分注重混匀料粒度分布和透气性的预测，而另外一部分研究主要集中在制粒工艺的参数选择和优化，有的研究结果运用于实际生产比较困难，有的通用性不强；目前，在矿种变化频繁的情况下，生产中所关注的问题更侧重于矿种对混匀料粒度分布的影响，因为这关系到是否容易烧结的问题。

近年来，随着铁矿粉高温烧结特性概念的推广，对铁矿粉烧结特性的研究从常温转向了高温，从而使烧结过程中涉及物质和能量在料层中的高温化学反应、冶金熔体和固相的接触行为以指标的形式表现出来；然而，关于铁矿石高温特性及其与烧结过程内在联系等方面的研究工作还处于较低层次，而这正是实际生产中急于解决的问题；液相流动性是铁矿石高温烧结特性的主要指标，反映烧结过程中产生的液相量和固结范围，流动范围不足成品率下降，流动范围过大强度下降；由于烧结矿固结机理是液相固结，因此该指标直接影响烧结矿的质量和成品率。

由此可见，烧结原料结构的常温性能和高温性能是影响烧结工艺过程及产品质量的两个主要方面，而两者之间又是紧密相关的，仅从一个方面进行原料结构的合理搭配都是片面的，如何将烧结原料结构的常温性能和高温性能有机结合起来，既能兼顾烧结工艺过程，又能注重烧结矿质量，形成适宜于生产应用的优化配料模式，成为目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种烧结配料结构优化方法，通过对常温核粉比和高温粘附粉综合液相流动性两个参数条件的限制，达到以适宜量且具有最佳性能的液相粘附颗粒料的目的，实现烧结原料结构的优化。

本发明通过对烧结混匀料制粒前后的粒度组成变化情况进行试验研究，对大量数据进行统计分析后发现：制粒过程中，铁矿粉颗粒总是以三种状态存在，即形核粒子、中间粒子和粘附粉，用粒径来界定，形核粒子为粒径在0.63mm~10mm范围的颗粒，称其为核矿石，其在制粒后的烧结混匀料中起骨架和成球核心的作用，粒径小于0.2mm的矿粉称为粘附粉，制粒后粘附于核矿石上，不再单独存在，而粒径在0.2mm~0.63mm范围的粒子称为中间粒子，即不易成核，又不易被粘附，在烧结中对料层透气性有不利影响；因此，混匀料中核粉粒子数量及比例是烧结工艺中进行制粒优化的主要方面，由于在研究中发现，粒径大于10mm的颗粒在混匀料制粒前后变化不大，在生产中也严格控制，因此，把粒径在0.63mm~10mm范围的核矿石重量与小于0.2mm粘附粉重量的比值定义为烧结混匀料中的核粉比；研究中还发现，铁矿粉液相流动性指数在2.47时，烧结矿强度指标及成品率最佳，可以作为烧结原料结构优化的条件之一。

本发明所称技术问题是由以下技术方案解决的：

一种烧结配料结构优化方法，根据混合料中每种铁矿粉的含水量及高炉碱度平衡要求确定烧结混合料中每种铁矿粉、熔剂及燃料的配加量，并在此条件下进行烧结成矿，其改进之处在于：在确定烧结混合料中每种铁矿粉、熔剂及燃料的配加量之前进行如下步骤：

第一步、原料准备：取第一种烧结用铁矿粉，干燥后制成干基铁矿粉，并测定其含水量的重量百分数；

第二步、单种干基铁矿粉核粉比测定：将单种干基铁矿粉混匀缩分，然后按照10mm、0.63mm、0.2mm的粒级进行筛分，其中粒径在0.63mm~10mm范围的颗粒定义为核矿石，粒径小于0.2mm的矿粉称为粘附粉；分别测定干基铁矿粉的核比P_核和粉比P_粉，其中核比P_核为干基铁矿粉中粒径为0.63mm～10mm核矿石重量百分数，粉比P_粉为干基铁矿粉中粒径小于0.2mm粘附粉重量百分数；把核比P_核和粉比P_粉的比值定义为干基铁矿粉的核粉比；

第三步、单种干基铁矿粉液相流动性指数测定：取步骤二中粒径小于0.2mm的粘附粉，测定其液相流动性指数L_粉；

第四步、重复第一步～第三步过程，分别测定第二种、第三种……第i种干基铁矿粉的核比、粉比及液相流动性指数；

第五步、混匀料配比结构优化：按照约束条件确定混匀料中每种干基铁矿粉的配比，其中约束条件中混匀料核粉比P控制水平为2.5±0.05；综合液相流动性指数L控制水平为2.47±0.05。

上述的烧结配料结构优化方法，所述第一步中将铁矿粉置于干燥箱中进行干燥，干燥温度为100±5℃，干燥时间1.5-3h。

上述的烧结配料结构优化方法，所述第一步中铁矿粉取料方式为选择料堆的3～5个取料点进行取料并缩分混匀。 

上述的烧结配料结构优化方法，所述第二步中，单种干基铁矿粉的核粉比表示方法如下：P_核=Q_核/Q×100%；P_粉=Q_粉/Q×100%；

其中：Q_核---单种干基铁矿粉中粒径为0.63mm～10mm铁矿粉的重量（单位：克）；

Q_粉---单种干基铁矿粉中粒径小于0.2mm粘附粉的重量（单位：克）；

Q-----单种干基铁矿粉试样的总重（单位：克）；

P_核-----单种干基铁矿粉的核比（单位：%）；

P_粉-----单种干基铁矿粉的粉比（单位：%）。

上述的烧结配料结构优化方法，所述第三步中，用于液相流动性指数测定的铁矿粉为每种干基铁矿粉中粒径小于0.2mm的粘附粉，测定仪器选择WSXT－01型铁矿粉基础特性试验装置，每种干基铁矿粉测定三次，以三次的平均值作为该干基铁矿粉液相流动性指数L_粉。

上述的烧结配料结构优化方法，所述第五步中，混匀料核粉比P的约束条件应满足如下条件：P=P_核混/P_粉混=2.5±0.05；

其中：P_核混=∑P_核i×B_i；P_粉混=∑P_粉i×B_i；

P_核混---混匀料核比（单位：%）；

P_粉混---混匀料粉比（单位：%）；

P_核i---混匀料中第i种干基铁矿粉的核比（单位：%）；

P_粉i---混匀料中第i种干基铁矿粉的粉比（单位：%）；

B_i------混匀料中第i种铁干基矿粉配比（单位：%），∑B_i=1；

混匀料综合液相流动性指数L的约束条件应满足如下条件：L =2.47±0.05；

其中：L=∑L_粉i×B_i；

L_粉i---混匀料中单种干基铁矿粉粒径小于0.2mm的粘附粉液相流动性指数；

B_i------混匀料中第i种干基铁矿粉配比（单位：%），∑B_i=1。

本发明的有益之处在于：

本发明方法一方面依据每种铁矿粉的粒度分布，优化混匀料核粉比控制参数，实现混匀料在粒度组成上的合理分布，从而改善烧结料层透气性；另一方面，通过将混匀料中粘附粉液相流动性指数控制在合理范围，可以使烧结矿中起固结作用的粘结相具有良好的冶金性能，达到改善烧结矿质量的目的；该方法将上述分别在制粒过程和高温化学反应过程中起主要作用的两个特性有机结合起来，并应用于烧结配料中，实现在较低燃耗下，使粘附粉产生适宜液相包裹起骨架作用的核矿石，从而避免了核矿石过熔或液相量不足而对烧结过程及烧结矿质量产生的不利影响，兼顾烧结过程及产品质量两个方面。本发明的这种方法操作过程简单、实用性强、能适应多元化原料结构，在当前优质铁矿资源紧缺条件下，为实现资源的合理利用、降低固体燃耗、提高烧结矿质量、确保生产的稳定顺行提供了一种新的结构优化方法，对促进钢铁企业的可持续发展、提高经济效益及节能减排等方面有积极和显著的作用，具有很强的推广和应用价值。

具体实施方式

本发明通过对烧结混匀料制粒前后的粒度组成变化情况进行试验研究，对大量数据进行统计分析后发现：制粒过程中，铁矿粉颗粒总是以三种状态存在，即形核粒子、中间粒子和粘附粉，用粒径来界定，形核粒子为粒径在0.63mm~10mm范围的颗粒，称其为核矿石，其在制粒后的烧结混匀料中起骨架和成球核心的作用，粒径小于0.2mm的矿粉称为粘附粉，制粒后粘附于核矿石上，不再单独存在，而粒径在0.2mm~0.63mm范围的粒子称为中间粒子，即不易成核，又不易被粘附，在烧结中对料层透气性有不利影响；因此，混匀料中核粉粒子数量及比例是烧结工艺中进行制粒优化的主要方面，由于在研究中发现，粒径大于10mm的颗粒在混匀料制粒前后变化不大，在生产中也严格控制，因此，把粒径在0.63mm~10mm范围的核矿石重量与小于0.2mm粘附粉重量的比值定义为烧结混匀料中的核粉比；研究中还发现，铁矿粉液相流动性指数在2.47时，烧结矿强度指标及成品率最佳，可以作为烧结原料结构优化的条件之一。

以下通过具体实施例对本发明进行具体说明，选择PB、纽曼、杨迪、巴卡、南非、邯邢、司家营、高碱粉、返粉9种铁矿粉，按以下步骤完成：

第一步：原料准备：对每种烧结用铁矿粉在料场三个取料点进行取样，然后进行缩分混匀，测定其含水量的重量百分数，各称取1kg置于干燥箱中，在100±5℃的条件下干燥两小时制成干基铁矿粉；

第二步：单种干基铁矿粉核粉比测定：将干燥后的单种干基铁矿粉混匀缩分后称取500g，然后按照10mm、0.63mm、0.2mm的粒级进行筛分，分别测定干基铁矿粉的核比P_核（即核矿石占比）和粉比P_粉（即粘附粉占比），其中核比P_核为干基铁矿粉中粒径为0.63mm～10mm重量百分数，粉比P_粉为干基铁矿粉中粒径小于0.2mm重量百分数；9种铁矿粉的测定结果见表1；

表1  烧结用铁矿粉P _核 与P _粉 测定数据

第三步：单种干基铁矿粉液相流动性指数测定：分别取步骤二中粒径小于0.2mm的粘附粉50g，在WSXT－01型铁矿粉基础特性试验装置中进行液相流动性指数的测定，每种矿粉测定三次，以三次的平均值作为该铁矿粉液相流动性指数L_粉，9种铁矿粉的测定结果见表2所示；

表2  烧结用铁矿粉液相流动性指数L _粉 测定数据

第四步：混匀料配比结构优化：按照约束条件确定混匀料中每种干基铁矿粉的配比，其中约束条件中混匀料核粉比P=P_核混/P_粉混=2.5±0.05；

其中：P_核混=∑P_核i×B_i；P_粉混=∑P_粉i×B_i

P_核混---混匀料核比（单位：%）；

P_粉混---混匀料粉比；（单位：%）

P_核i---混匀料中第i种干基铁矿粉的核比（单位：%）；

P_粉i---混匀料中第i种干基铁矿粉的粉比（单位：%）；

B_i------混匀料中第i种干基铁矿粉配比（单位：%），∑B_i=1；

综合液相流动性指数L=2.47±0.05；

其中：L=∑L_粉i×B_i

L_粉i---混匀料中单种铁矿粉粒径小于0.2mm部分液相流动性指数；

B_i------混匀料中第i种干基铁矿粉配比（单位：%），∑B_i=1；

为了更明显地对烧结效果进行对比，对优化前后三种方案的相关参数一并列出，见表3所示。

表3  烧结用铁矿粉优化前后配比结构及关键参数

第五步：烧结成矿：按照每种铁矿粉干燥前的实际水份及高炉碱度平衡要求确定烧结混合料中每种铁矿粉、熔剂、燃料的配加量，并在此条件下进行烧结成矿；为了体现优化效果，制定了三个烧结方案，第一为基准，其P、L值均偏离目标值，第二个为基于P、L优化参数控制下的方案，第三个在第二个方案基础上降低了燃料配加量，具体结构见表4所示；熔剂配加要求为：碱度2.0，MgO为1.9。

上述三个方案的烧结过程在烧结杯中完成，烧结杯规格为：φ200×500。

表4  三个烧结方案配比结构表（%）

第六步、效果验证：烧结矿性能指标测定：烧结过程结束后，对烧结矿进行粒度、强度测定及化学成分分析，烧结矿性能测定结果见表5，烧结矿化学成分分析见表6所示。

表5  三个烧结方案烧结矿性能及相关参数

表6  三个方案烧结矿化学成分

效果：混匀料中核粉比P和液相流动性指数L参数的优化可以作为改善烧结矿生产指标的有效手段，方案2在应用该优化措施后效果明显，烧结矿强度指标提高1.6%、成品率增加5.5%，结合表6烧结矿分析可知，在控制适宜流动性指数确保烧结矿强度指标的基础上，合理调整充当骨架作用的核矿石与粘附粉比例可以有效利用混匀料中的热量，从而起到降低燃料消耗的目的，优化方案2中烧结矿FeO含量为8.9%，明显高于方案1基准1.28%，以此表明烧结过程有进一步降低燃耗的潜力；方案3降低0.6%的焦粉量后，综合烧结指标与基准接近（为近年来较好指标，如果适当降低垂直烧结速度，烧结指标会优于基准），完全满足生产应用的要求。

Claims (6)

1.一种烧结配料结构优化方法，根据混合料中每种铁矿粉的含水量及高炉碱度平衡要求确定烧结混合料中每种铁矿粉、熔剂及燃料的配加量，并在此条件下进行烧结成矿，其特征在于：在确定烧结混合料中每种铁矿粉、熔剂及燃料的配加量之前进行如下步骤：

第一步、原料准备：取第一种烧结用铁矿粉，干燥后制成干基铁矿粉，并测定其含水量的重量百分数；

第二步、单种干基铁矿粉核粉比测定：将单种干基铁矿粉混匀缩分，然后按照10mm、0.63mm、0.2mm的粒级进行筛分，其中粒径在0.63mm~10mm范围的颗粒定义为核矿石，粒径小于0.2mm的矿粉称为粘附粉；分别测定干基铁矿粉的核比P_核和粉比P_粉，其中核比P_核为干基铁矿粉中粒径为0.63mm～10mm核矿石重量百分数，粉比P_粉为干基铁矿粉中粒径小于0.2mm粘附粉重量百分数；把核比P_核和粉比P_粉的比值定义为干基铁矿粉的核粉比；

第三步、单种干基铁矿粉液相流动性指数测定：取步骤二中粒径小于0.2mm的粘附粉，测定其液相流动性指数L_粉；

第四步、重复第一步～第三步过程，分别测定第二种、第三种……第i种干基铁矿粉的核比、粉比及液相流动性指数；

第五步、混匀料配比结构优化：按照约束条件确定混匀料中每种干基铁矿粉的配比，其中约束条件中混匀料核粉比P控制水平为2.5±0.05；综合液相流动性指数L控制水平为2.47±0.05。

2.如权利要求1所述的烧结配料结构优化方法，其特征在于：所述第一步中将铁矿粉置于干燥箱中进行干燥，干燥温度为100±5℃，干燥时间1.5-3h。

3.如权利要求1或2所述的烧结配料结构优化方法，其特征在于：所述第一步中铁矿粉取料方式为选择料堆的3～5个取料点进行取料并缩分混匀。

4.如权利要求1或2所述的烧结配料结构优化方法，其特征在于：所述第二步中，单种干基铁矿粉的核粉比表示方法如下：P_核=Q_核/Q×100%；P_粉=Q_粉/Q×100%；

其中：Q_核---单种干基铁矿粉中粒径为0.63mm～10mm铁矿粉的重量（单位：克）；

Q_粉---单种干基铁矿粉中粒径小于0.2mm粘附粉的重量（单位：克）；

Q-----单种干基铁矿粉试样的总重（单位：克）；

P_核-----单种干基铁矿粉的核比（单位：%）；

P_粉-----单种干基铁矿粉的粉比（单位：%）。

5.如权利要求1所述的烧结配料结构优化方法，其特征在于：所述第三步中，用于液相流动性指数测定的铁矿粉为每种干基铁矿粉中粒径小于0.2mm的粘附粉，测定仪器选择WSXT－01型铁矿粉基础特性试验装置，每种干基铁矿粉测定三次，以三次的平均值作为该干基铁矿粉液相流动性指数L_粉。

6.如权利要求1或2所述的烧结配料结构优化方法，其特征在于：所述第五步中，混匀料核粉比P的约束条件应满足如下条件：P=P_核混/P_粉混=2.5±0.05；

其中：P_核混=∑P_核i×B_i；P_粉混=∑P_粉i×B_i；

P_核混---混匀料核比（单位：%）；

P_粉混---混匀料粉比（单位：%）；

P_核i---混匀料中第i种干基铁矿粉的核比（单位：%）；

P_粉i---混匀料中第i种干基铁矿粉的粉比（单位：%）；

B_i------混匀料中第i种铁干基矿粉配比（单位：%），∑B_i=1；

混匀料综合液相流动性指数L的约束条件应满足如下条件：L =2.47±0.05；

其中：L=∑L_粉i×B_i；

L_粉i---混匀料中单种干基铁矿粉粒径小于0.2mm的粘附粉液相流动性指数；

B_i------混匀料中第i种干基铁矿粉配比（单位：%），∑B_i=1。