MgO对烧结矿与高炉渣冶炼性能及工艺参数影响的试验

    国内外研究与实践表明，高炉渣中含有一定数量的MgO可降低炉渣粘度，改善炉渣的流动性及脱硫性能，进而改善冶金性能；不同原料条件与不同的高炉，其炉渣MgO含量有一个适宜范围，并不是越高越好或越低越好。关于MgO对烧结矿质量的影响，国内外研究所得出的结论并不一致，特别是MgO对烧结矿常温强度的影响，有的研究认为MgO上升后强度提高，有的则相反，同样烧结矿MgO含量也应有一适宜范围。

    攀钢在过去曾进行过几次提高烧结矿与高炉渣MgO含量的工业试验，均取得了一定的效果。但是随着攀钢烧结和高炉生产条件的变化，烧结矿MgO下降，炉渣MgO质量分数由2000年的7.9%降低到2007年的7.2%。在目前条件下，为探索MgO对烧结与高炉冶炼的影响规律及其适宜的范围，进行了提高烧结矿与高炉渣MgO含量的工业试验。

    一、提高烧结矿MgO工业试验

    （一）试验概况

    试验期为2008年6月11－16日，基准期为6月3日、6－10日，为保证供料系统平衡，在3号、6号机，4号高炉上同时进行试验。试验原燃料条件以生产现场为准，通过添加白云石代替部分石灰石提高烧结矿MgO，二元碱度基本保持不变。白云石与石灰石理化性能列于表1、2。

    为保证试验的可比性，试验期与基准期铁矿石品种与配比未做大的调整，故略。白云石配比控制在2.5%左右，焦粉略有提高。

表1  白云石和石灰石理化性能指标（一）

表2  白云石和石灰石理化性能指标（二）

    （二）试验结果与分析

    1、MgO对烧结工艺参数影响分析

表3  3号、6号烧结机配加白云石前后工艺参数变化、（一）

表4  3号、6号烧结机配加白云石前后工艺参数变化、（二）

    l）混合料水分与粒度。由表3、4与图1可见，试验期混合料水分均有一定程度提高，说明配加白云石后需提高水分，才能保证制粒效果。从图1看出，3号机混合料粒度波动较大，6号水分波动较大，3号机返矿增加粒度好于6号机。

    2）混合料配炭与料温。由表3、4与图2可见，由于白云石分解后形成高熔点化合物，试验期配炭高于基准期；料温与白云石配比关系不大，主要与返矿数量，与生石灰配比有关。

    由于白云石在烧结过程中分解：

    可见白云石分解要分两步进行才能完成，反应都是吸热过程，在二元碱度不变的情况下，烧结熔剂总量增加，需要增加热量消耗。在相同配炭量的条件下，由于白云石配比提高而分解吸热量增加，无疑将影响烧结料层内的热量平衡，需适当增加配炭量。

    3）烧结负压与终点温度。由表3、4与图3可知，试验期3号机负压上升，6号机由于漏风严重负压下降。3号机烧结终点温度上升对提高质量有良好影响；6号机终点温度下降，对产质量都不利。白云石对提高负压，降低垂直烧结速度虽有影响，而对提高强度与成品率有利。

    4）料层厚度与垂直烧结速度。由表3、4与图4可知，试验期3号机料层厚度变化不大，波动较小；而6号机试验期多次停机处理漏风，料层上升且波动较大。对于影响产质量的垂直烧结速度，3号机由基准期的19.09 mm/min下降到18.67mm/min，而6号机保持在19.12mm/min。在烧结过程中MgO起难熔相的作用，液相线温度上升，由于生成了含镁高熔点物质，MgO矿化需要较高的烧结温度和较长的高温保持时间，故垂直烧结速度有一定的降低。

表5  试验期与基准期烧结产量与固体燃耗

    2、MgO对烧结产量与固体燃耗的影响

    由表5可见，试验期3号机表现出MgO提高后台时产量提高，而6号则相反。主要原因是试验期3号机由于负压上升风量增加（风机特性），台时产量上升；而6号机因抽风管道破损漏风严重，负压下降，台时产量下降。试验期3号机垂直烧结速度下降，产量应下降，但成品率上升使产量综合效果是上升。

    固体燃耗与产量一般成反趋势变化，产量增加则固体燃耗降低，反之亦然。试验期3号机固体燃耗降低，6号机固体燃耗上升。6号机固体燃耗上升与漏风也有关。

表6  试验期与基准期烧结矿强度与沟下粒级分析（一）

表7  试验期与基准期烧结矿强度与沟下粒级分析（二）

    3、MgO对烧结矿强度与粒度的影响

    从表6、7可见，MgO提高对烧结矿的化学指标没有太大影响，试验期MgO上升0.20%，二元碱度变化不大，但三元碱度上升0.034；而MgO＋CaO＋SiO₂总比例从基准期的19.99%增加到20.12%，说明黏结相总量增加，这对提高强度及成品率有利。

    从表6、7可见，随着MgO含量提高，烧结矿的转鼓指数上升，成品率上升，主要原因一是烧结矿中稳定的含镁磁铁矿增加，镁质硅酸盐矿物（镁硅钙石、镁橄榄石）含量增加，从矿相分析（表8、9）也可看出试验期硅酸盐总量增加，有利于提高冷强度；二是MgO在烧结过程中容易生成多元易熔体，增加了黏结相，并提高了结晶能力，玻璃质含量减少；三是石灰石配比减少，烧结矿中CaO白点相应减少；四是垂直烧结速度降低，有利于液相结晶。MgO含量增加后，总体趋势看MgO对烧结矿粒度有不利影响，强度虽有提高，而粒度有变差的趋势。

    4、现场烧结矿矿相分析与冶金性能检测

    1）烧结矿矿物结构。由表8、9可见，试验期现场烧结矿的钛磁铁矿增加，钛赤铁矿含量减少，钛榴石和硅酸盐粘结矿物增加，钙钛矿和铁酸钙含量变化不大。此外，含镁矿物，如钙镁橄榄石(CaO·MgO·SiO₂）、镁硅钙石(3CaO·MgO·2SiO₂）有少量生成，总的黏结相矿物增加，而玻璃质黏结相减少，矿物组成和结构趋于复杂。

表8  现场烧结矿的物相组成（体积分数）%（一）

表9  现场烧结矿的物相组成（体积分数）%（二）

    从显微结构看，基准期和试验期烧结矿的结构基本相同，均以钛赤铁矿、钛磁铁矿和铁酸盐为主。铁酸盐晶形多呈板状、它形晶和少量细针状。主要区别在于：基准期铁酸盐晶型不太完整，大部分呈短柱状，小部分为粒状结构，菱形钛赤铁矿含量高，钛磁铁矿和铁酸盐缝隙间填充的硅酸盐玻璃质含量较多（图5）；而试验期含镁钦磁铁矿增多，矿物结晶程度高，晶粒细化、晶型更完整，矿物分布更均匀，钛磁铁矿和铁酸盐熔蚀程度也高，且菱形钛赤铁矿和玻璃质含量减少（图6），这是试验期烧结矿强度提高的主要原因之一。

    2）烧结矿冶金性能。由表10、11可见，试验期现场烧结矿低温还原粉化率有较大降低，还原度略有下降。MgO提高后MgO固溶于磁铁矿后促进了难还原的磁铁矿稳定存在，使粗大的三角形、不完整四边形钛赤铁矿生成量减少（表8、9)，同时，生成了较多难还原的钙镁橄榄石等矿物，这些矿物与磁铁矿、铁酸钙形成熔蚀交织结构，使烧结矿更致密，这种结构虽然有利于强度的提高，但却更难还原。

表10  烧结矿还原性与软熔滴落性能测定结果（一）

表11  烧结矿还原性与软熔滴落性能测定结果（二）

    注：Ta—软化开始温度，℃；Tb—软化终了温度，℃；△T_ba—软化区间，℃；Ts—开始熔融温度，℃；Td—开始滴落温度，℃；Tds—熔滴区间，℃，Tds=Td—Ts；△Pm—料柱最高压差，Pa；A—Ts时的位移，mm；B—Tm时的位移，mm；H—滴落带厚度，mm，H=B—A；S—熔滴性能特性值， ,Pm—开始熔融时的压差，Pa。

    随着MgO含量增加，由于出现了含镁磁铁矿、钙镁橄榄石等高熔点矿物，烧结矿软化温度、熔化温度均上升，软熔温区和熔滴区间变薄，料柱透气性变好，最高压差降低。此外，炉渣滴落顺畅，滴落时间间隔缩短，说明此时炉渣豁度降低，流动性变好。显然，这对高炉操作有利。

    二、提高炉MgO冶炼工业试验

    （一）试验概况

    试验在攀钢4号高炉上进行，试验期为6月11－16日，基准期为6月3日、6日－10日。6月4日4BF因上料主皮带划破休风405min，对5日的生产指标产生影响，故这两天指标不进入基准期分析。试验期与基准期焦炭性能与粒度组成裂于表12、13。

表12  4BF试验期与基准期高炉焦炭性能与粒度分析（一）

表13  4BF试验期与基准期高炉焦炭性能与粒度分析（二）

    （二）试验结果及分析

    1、炉渣MgO对产量的影响

    由表14、15与图7可知，4BF炉渣MgO由基准期的7.50%提高到试验期的7.85%，高炉平均日产量由3327t/d提高到3337t/d,增产幅度仅为0.3%。说明MgO在这一范围内，随着MgO上升而产量小幅增加。主要原因一是烧结矿MgO提高后，低温还原粉化率降低，高炉上部在400～600℃范围内还原产生的粉末减少，炉料透气性改善，冶炼顺行改善；二是随着炉渣MgO上升，炉渣黏度降低，流动性改善，渣铁分离良好，铁损降低；三是炉渣流动性改善，炉前操作与出铁出渣顺利，有利于炉缸稳定与活跃。

表14  4BF试验期与基准期冶炼技术经济指标（一）

表15  4BF试验期与基准期冶炼技术经济指标（二）

    但是由于其他因素变动的影响及炉渣MgO上升幅度并不大，在增产方面没有表现出太大的影响，而MgO提高后烧结矿还原性有一定下降，这对生铁产量有一定影响。

    2、炉渣MgO对焦比的影响

    由表14、15与图7可知，试验期入炉焦比下降了7.38 kg/t，喷煤比下降了3.38kg/t，促使综合焦比下降了10.08 kg/t，MgO平均提高0.1%，综合焦比下降2.97kg/t，提高炉渣MgO对降低综合焦比有十分明显的效果。主要原因一是炉渣豁度下降，渣铁流动性改善，渣铁分离良好，铁损降低，热损失减少；二是因低温还原粉化率降低，高炉上部透气性提高，顺行改善；三是焦炭质量略有改善；四是部分参数变化有利于节焦。

    3、 MgO对炉渣性能的影响

    由表13可见，随着MgO的上升，二元变化碱度不大，三元、四元碱度均有不同程度的上升，这是炉渣流动性改善的主要原因。同时MgO上升后，TiO₂下降及TiO₂ /SiO₂下降，也为炉渣流动性创造了条件。

    由图8可见，试验期炉渣熔化性温度与黏度下降，流动性改善。与基准期相比，炉渣熔化性温度从1372℃下降到1358℃，黏度从0.58 Pa·S下降到0. 62Pa·S，炉渣流动性由115mm提高到170mm。由于流动性改善幅度较大，铁损由7.09%下降到5.15%。

    提高MgO含量后炉渣钛透辉石和富钛透辉石等低熔点矿物增加，钙钛矿和镁铝尖晶石含量减少，从而降低熔化性温度。研究表明，选择合适的MgO，适当降低CaO/SiO₂，提高(CaO+MgO) /SiO₂，使渣系具有适于冶炼的熔化温度，既有利于抑制炉渣变稠又有利于脱硫。

    4、试验期高炉工艺参数变化分析

    试验期高炉工艺参数相关图表略。

    1）风量与风温。与基准期比较，试验期风量增加，风温下降，但幅度均不大，说明提高MgO后高炉上部透气性改善，风压降低，顺行改善，有利于增加风量，从而增产节焦。而风温下降但幅度不大，基本上属于高风温冶炼。试验期在富氧减少的情况下仍然取得了增产节焦的效果，说明适当提高炉渣MgO后，高炉所需要的富氧强化条件可以削弱而收到同样的效果。

    2）冶炼强度与负荷。与基准期比较，试验期冶炼强度与焦炭负荷均有一定程度的下降，说明炉渣MgO提高后虽然冶炼强度与负荷均下降，但从公式“利用系数=焦炭冶炼强度/焦比（纯焦冶炼）或=综合冶炼强度/燃料比（有喷吹）”可知，在保持产量不变的条件下，降低冶炼强度必然降低焦比，本试验反映了这个规律，产量变化不大，而焦比下降效果明显。

    3）炉顶温度与压力。与基准期比较，试验期炉顶压力下降，炉内压差上升，且顶温下降，煤气利用率提高，幅度变化不大，透气性指数变化也不大，但综合效果是风量增加，说明MgO适当提高后对产量应有利。而顶温降低有利于节焦与延长炉顶设备寿命，保证冶炼安全。

    4）MgO对生铁脱硫效果的影响。与基准期比较，试验期生铁Ti与Si含量均上升，但脱硫能力约有下降但不明显，主要是炉渣二元与三元碱度约有上升，易形成硫化物而影响了脱硫能力，同时硫负荷与炉温上升也影响脱硫效果。炉温上升还有利于回收钒资源，生铁含钒量上升，所以MgO提高后对生铁成分有利的影响更大些。

    （三）试验产量与焦比校正

    由于影响高炉产量与焦比的因素众多，试验前后很多因素发生了变化，对产量与焦比产生影响，因此必须对试验结果进行校正，校正依据以《高炉炼铁生产技术手册》经验数据为准。

    试验期间入炉品位、入炉粉末、焦炭灰分、焦炭强度、风温、富氧率、生铁含硅、炉渣碱度、炉顶压力、冶炼强度、渣量等11个因素均发生了变化，对这些因素进行校正，其影响效果为焦比下降3.51kg/t，产量上升28t/d。校正后的结果见表14，4BF提高炉渣MgO试验的实际效果为产量下降18t/d，焦比降低3.87kg/t，煤比降低3.38kg/t，综合焦比下降6.57kg/t，本次试验炉渣MgO含量虽然提高幅度不大，但探索出了目前攀钢高炉渣较适宜的MgO含量。

表14  4BF试验期产量与焦比校正后结果

    三、结论

    （一）目前钒钛烧结矿适当提高MgO 0.2%左右能改善烧结矿强度，强度提高效果在0.10%左右，但烧结矿粒度变差。

    （二）添加白云石提高烧结矿MgO，对烧结工艺参数影响不大，试验表明3号机台时产量上升，能耗下降，但幅度不大；6号机由于严重漏风结果正相反。

    （三）提高烧结矿MgO可降低低温还原粉化率，但还原度略有下降，而高炉透气性改善，风量增加；同时可改善烧结矿软熔性能，软熔温度均上升，软熔和熔滴区间变薄，料柱透气性变好，最高压差降低，有利于高炉稳定顺行。

    （四）试验表明炉渣MgO含量提高0.35%，达到7.8%～8.0%，渣熔化性温度从1372℃下降到1368℃，黏度从0.68 Pa·s下降到0.62 Pa·S，流动性提高了55mm，铁损降低1.94%。校正后产量虽有一定下降而影响不大，但综合焦比下降6.57 kg/t，节焦效果明显。