云南复杂多金属铁贫矿烧结工艺技术优化研究与生产实践.docx
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云南复杂多金属铁贫矿烧结工艺技术优化研究与生产实践
摘要简述了云南铁矿资源的特点，分析了汇钢烧结配用原燃料的特性；针对烧结机投产后的生产情况和出现的问题，针对铁品位低、多种矿物共生、难选、化学成分和矿物组成复杂、有害元素种类多、含量高的云南复杂多金属铁贫矿，开展了烧结工艺技术优化研究与生产攻关。
通过烧结工艺技术优化研究分析，制定了烧结技术操作方针和烧结机适宜的、最佳的工艺操作参数，控制了烧结生产全过程，明显改善了烧结矿冶金性能，明显改善了烧结矿粒度均匀性，大幅度提高了烧结矿强度，大幅度提高了烧结机利用系数，降低了返矿，确保了高炉高产顺行。
通过对烧结主要工艺设备的技术改造、主要工艺技术的强化措施与生产技术攻关，进一步提高了烧结技术指标，满足了高炉对烧结矿质和量的要求，确保了高炉高产稳定顺行，使烧结和炼铁生产取得了良好的技术指标和经济效益。
关键词铁贫矿；烧结工艺；高碱度；厚料层；小球烧结；燃料分加
前言
云南省内铁矿资源的特点
云南省的铁矿资源较为丰富，累计保有储量358170.2万t，在全国名列第七位。
云南省铁矿石资源分布广泛，遍及全省，但数量又相对集中在几个地州，甚至几个大矿点，如澜沦思茅地区的惠民铁矿，保有储量近20亿t；玉溪大红山铁矿保有储量4.5亿t，峨山化念铁矿保有储量0.61亿t，腾冲滇滩铁矿保有储量0.56亿t，景洪疆峰铁矿保有储量0.49亿t，彝良寸田铁矿保有储量0.48亿t，玉溪鲁奎山铁矿0.42亿t，以上7个矿山合计保有储量27.27亿t，占全省保有储量的76．13％。
铁矿主要分布于3个矿内带：
滇中铁矿、澜沧江铁矿带、腾冲—瑞丽铁矿带，富铁矿储量主要集中在新平大红山，其次在玉溪、昆明、武定。
从总体上看，云南铁贫矿多，富矿少，含铁品位大于45%的富矿仅占全省保有储量的15%左右，小矿点多面广，在经济地理条件较好的地区没有大型矿床不多，而且原生矿石组分复杂，硅、硫、磷等有害组分含量高，选冶性能差。
按矿石类型分，在云南省保有的35.81702亿t铁矿石中，各类矿石所占比例依次为：
混合铁矿石11.103亿t，占保有储量的31.31％；菱铁矿10.537亿t（仅惠民铁矿就占8.47亿t），占保有储量的29.42％；褐铁矿5.909亿t（仅惠民铁矿就占4.24亿t），占保有储量的16.5％；磁铁矿4.513亿t，占保有储量的12.6％；以上4类矿石占全省保有储量的89.83％；另外3类矿石（赤铁矿、其它类型或类型不明的矿石、钒钛磁铁矿）占全省保有储量的10．16％。
从矿石品级看，全省能直接入炉炼铁用铁矿石有5.172亿t，占全省保有储量的14.44％；需选矿后才能入炉冶炼的铁矿石达10.64502亿t，占保有储量的29.72％，而暂难利用的铁矿石达20亿t，占保有储量的55.84％。
1汇钢烧结配用原燃料的特性
汇钢地处云南省玉溪市红塔区，云贵高原中西部，海拔1687米。
高炉总容积1150m32台83.4m2烧结机。
烧结配用的原燃料以云南本地产为主，其物化性质见表1—表4。
1.1烧结含铁原料（除冷返矿外）为单一的混匀矿，即所用的各种含铁原料均在原料场混匀，然后用胶带机输送至配料室的混匀矿仓。
混匀矿主要有三类：
云南地方铁精粉、云南地方铁矿粉和内部循环物料。
1.2烧结现使用的含铁原料以云南本地矿为主，主要有水洗粉矿、混合粉矿、原矿筛下粉、铁精粉、钒钛磁铁精粉、菱铁矿粉、褐铁矿粉等。
而这些云南矿是复杂的多金属铁贫矿、多种矿物的共生矿、难选矿，化学成分和矿物组成十分复杂，有害元素种类多，含量普遍超标，远远高于普通矿，粒度粗，铁品位低，烧损大。
再者，云南矿矿物镶嵌结构复杂，铁矿物分离难，给选矿带来很大困难；各种矿物熔点差异大，矿熔化区间宽，较宽的熔化区间增加了烧结带的透气阻力和燃料消耗。
1.3供货厂家较多，铁精粉有二十家供货商，主要来自于景洪、红河、楚雄牟定、玉溪等地，粉矿有十二家供货商，大部分来自玉溪大红山、峨山化念周边地带，各个矿点之间的质量参差不齐，化学成分波动大，伴生有害元素杂质高。
1.4内部循环物料的氧化铁皮、粗颗粒、磁选钢渣产量不稳定，时多时少，给配矿比的稳定性带来影响，粗颗粒、磁性钢渣的P很高，转炉污泥的分散性很差，容易堵料，影响混合料水分的稳定，恶化烧结过程。
1.5云南本地粉矿、高炉槽下返矿粒度粗（高炉槽下烧结矿筛孔6.3mm），使烧结混合料制粒及粒度组成显然不合理。
粗粒度烧结造成垂直烧结速度过快，且粗粒度大部分为难熔物质，造成烧结作业不良循环，烧结矿粒度组成不合理，转鼓强度偏低，高炉槽下返矿多。
表1云南地方铁矿粉理化性能（%）
品种
景洪大勐龙铁精粉
景洪勐海铁精粉
景洪1#铁精粉
红河钒钛铁精粉
楚雄牟定钒钛铁精粉
混合矿粉
玉溪峨山原矿粉
峨山万茂水洗粉
TFe
65.92
64.73
62.80
60.92
50.35
48.06
46.99
47.11
SiO2
5.19
5.03
6.32
3.98
6.94
11.03
13.12
15.16
P
0.038
0.406
0.156
0.029
0.026
0.130
0.032
0.068
CaO
0.472
0.617
0.59
0.625
1.40
2.28
2.91
2．20
MgO
0.251
0.23
0.18
0.464
0.389
0.70
0.41
0.44
Al2O3
1.33
1.05
4.19
2.75
1.73
3.51
1.16
2.69
As
0.008
0.007
0.004
0.009
0.011
0.056
0.011
0.011
S
0.480
0.121
0.011
0.203
0.013
0.046
0.016
0.044
Cu
0.005
0.002
0.001
0.034
0.017
0.059
0.017
0.038
Pb
0.004
0.002
0.001
0.013
0.037
0.08
0.001
0.002
Zn
0.003
0.002
0.001
0.039
0.061
0.23
0.006
0.028
K2O
0.083
0.018
0.050
0.030
0.21
0.464
0.147
0.354
TiO2
0.115
0.08
0.44
4．87
13.05
0.46
0.125
0.191
烧损
1.80
2.11
1.96
4.79
6.14
10.46
10.10
9.38
-200目
74
72
70.6
57
44.7
＞8mm
19.4
19.7
17.1
表2内部循环物料化学成分（%）
名称
TFe
SiO2
Al2O3
S
P
TiO2
H2O
烧损
CaO
MgO
FeO
氧化铁皮
67.53
3.57
0.71
0.190
0.049
0.06
6.50
4.54
0.24
0.07
64.45
粗颗粒
46.40
8.18
0.092
0.216
0.29
5.00
10.00
11.82
0.80
22.60
磁性钢渣
19.49
13.31
1.85
0.113
0.374
2.50
4.59
38.53
6.79
15.84
转炉污泥
53.30
2.69
0.48
0.069
0.073
20
0.94
8.78
1.78
26.66
烧结返矿
43.37
10.98
2.93
0.068
0.094
20.09
3.08
9.37
表3燃料理化性能
名称
外水分
内水分
挥发分（%）
灰分（%）
固定碳（%）
发热量
（kJ.kg-1）
硫（%）
≤3mm（%）
曲靖大为焦粉
12.70
1.08
6.96
19.14
78.72
6384
0.549
＞75
大理祥云无烟煤
8.27
1.49
5.71
30.27
63.44
5842
0.89
＞85
表4熔剂理化性能（%）
名称
SiO2
CaO
MgO
S
H2O
烧损
≤3mm
活性度
玉溪生石灰
2.419
79.62
1.02
0.067
13.74
≥80
210
玉溪白云石粉
4.04
28.95
20.87
0.077
6.0
44.33
≥80
玉溪石灰石粉
3.60
51.08
1.85
0.059
4.0
43.87
≥80
2汇钢烧结工艺技术优化的研究与生产实践
投产初期，烧结设备问题尤其是生产工艺方面的问题，使烧结生产陷于十分被动的局面。
烧结矿的产量、质量达不到设计要求，烧结矿质量低劣、强度低、粉末多，高炉只能少配烧结矿，烧结矿多配便无法进行正常冶炼，由于被迫大量使用复杂多金属、多种矿物伴生的块矿，高炉生产指标十分落后，高炉生产极不正常，经常处于事故状态，相继出现风、渣口大量烧坏，铁口难维护，炉缸堆积严重，高炉结瘤，频繁发生风口灌渣，烧坏事故，生产十分被动，高炉无时不在与事故做斗争。
烧结工序严重阻碍着炼铁生产，成为汇钢生产的“瓶颈”。
为了改善烧结矿的质量和冶金性能，烧结投产后不久，就开展了烧结技术攻关。
2.1烧结原料性能技术研究
2.1.1优化资源配置，优化配矿结构
针对烧结配用原料供货厂家多，品种多，来源广，批量小，物理化学性能差异大，化学成分和矿物组成复杂，有害元素种类多、含量高、本地粉矿粒度粗、铁品位低、烧损大、多金属、多种矿物共生的云南矿，首先就是全面了解把握烧结所配用云南矿的理化性能、烧结性能、常温特性和高温特性的基础上，应用互补性原理和方法，围绕综合效益最大化的原则，把不同化学成分和烧结性能的云南矿配加成一种成分稳定、粒度均匀、烧结性能良好的混匀矿粉，做到“粗粮精做”，用好用活云南地方铁矿资源来实现混匀矿粉的优化配矿。
通过优化资源配置，优化配矿结构，进行原料优化组合，调整烧结矿化学成分，定性最佳组合的烧结矿化学成分，改善入炉原料条件，加强废弃资源综合利用和环境治理，提高资源利用效率，满足高炉冶炼为目的，确保高炉高产顺行，同时兼顾烧结矿质量、生产率、成本。
通过资源优化配置，取消了低品位铁精粉、高硅铁精粉、供货批量小、成分波动大、有害元素含量严重超标的供货厂家，使铁精粉供货商减少到5家，景洪大勐龙铁精粉、景洪勐海铁精粉、景洪1#铁精粉、红河钒钛铁精粉、楚雄牟定钒钛铁精粉；地方矿粉供商货减少到3家，峨山万茂水洗粉、原矿粉、玉溪峨山原矿粉、混合矿粉。
根据烧结机的工艺技术条件、云南含铁原料的理化性能、烧结性能和长期生产实践经验，定性烧结矿中SiO2含量在10.0～11.0%左右为好，铁品位达43%以上，MgO含量一般在3.0%～3.5%，综合生产成本，烧结使用含铁原料以高品位铁精粉为主，云南本地水洗矿、原矿粉为辅,配15%左右的云南低品位精矿粉，加入少而适量的含铁尘泥、高炉除尘灰、氧化铁皮、轧钢皮、球团面、粗颗粒、磁性钢渣等内部循环物料，既能综合利用资源，又能生产出符合高炉冶炼要求的成分稳定的烧结矿，还能兼顾烧结生产过程的要求，控制和降低生产成本。
2.1.2平衡好有害杂质元素
混匀矿粉化学成分中有害元素含量的高低将对炼铁、炼钢带来影响，如果混匀矿粉中Pb、Zn、钾、钠、Al2O3、TiO2高将影响高炉炉况顺行；混匀矿粉中S、P高将导致炼铁、炼钢成本上升；混匀矿粉中As、Cu、Sn将直接决定钢水中有害元素含量，从而影响钢材质量。
因此，混匀矿粉配矿的重要任务之一就是平衡好混匀矿粉中有害杂质元素的含量。
根据汇钢的实际情况，矿粉的主要有害元素有As、S、P、Al2O3、Cu、Pb、Zn、K2O、TiO2。
混匀矿粉、烧结矿对有害杂质元素的限制，大体上是按表5的标准来控制的。
表5混匀矿、烧结矿对有害杂质元素的限制（%）
名称
P
S
As
Al2O3
Cu
Pb
Zn
K2O
TiO2
混匀矿
＜0.1
＜0.150
＜0.04
＜2.5
＜0.15
＜0.05
＜0.05
＜0.2
＜2.0
烧结矿
＜0.1
＜0.080
＜0.04
＜2.4
＜0.15
＜0.05
＜0.05
＜0.2
＜1.5
2.1.3混匀矿的粒度组成合理
混匀矿的粒度组成直接影响烧结矿的透气性和烧结矿的强度。
汇钢混合矿粉、原矿粉是原矿筛下粉，在原料场筛分，＞12mm的块矿高炉配用，＜12mm的矿粉烧结配用，因此，混合矿粉、原矿粉粒度粗，铁精粉和矿粉粒度组成差异比较大，将会给烧结带来不利。
混匀矿粉要求大于8mm的粒度不超过12%，平均粒径控制在2.5~3.5mm之间，尽量减少大粒径混匀矿对烧结带来的不利。
2.1.4稳定混匀矿配比和堆料量
每堆混匀矿堆料量在7万吨以上，确保两台83.4m2烧结机所配混匀矿用量在半个月左右，每堆混匀矿配比确保本堆混匀矿堆料期间不变，以减少变配比和频繁换堆对烧结矿化学成分、烧结性能以及烧结生产的影响。
2.2确定与优化烧结工艺参数的技术研究
烧结杯实验用烧结含铁原料有9种，景洪大勐龙铁精粉、景洪勐海铁精粉、景洪1#铁精粉、：
红河钒钛铁精粉、楚雄牟定钒钛铁精粉、混合矿粉、玉溪峨山原矿粉、峨山万茂水洗粉、内部循环物料。
配比为景洪大勐龙铁精粉：
景洪勐海铁精粉：
景洪1#铁精粉：
红河钒钛铁精粉：
楚雄牟定钒钛铁精粉：
混合矿粉：
玉溪峨山原矿粉：
峨山万茂水洗粉：
内部循环物料=10：
10：
8：
4：
3：
30：
20：
8：
7，按实验方案及原料成分计算出烧结矿理论成分见表6，烧结矿化学成分见表7。
表6烧结矿理论成分
方案
理论成分（%）
TFe
SiO2
CaO
MgO
Al2O3
TiO2
R
R=1.6
45.87
10.63
17.10
2.85
2.43
1.04
1.61
R=2.0
43.86
10.30
20.69
2.91
2.31
1.02
2.00
R=2.4
41.77
10.14
24.51
2.93
2.30
1.00
2.41
表7烧结矿化验成分
方案
化验成分（%）
TFe
SiO2
CaO
MgO
Al2O3
R
R=1.6
45.64
10.84
17.35
3.07
2.89
1.6
R=2.0
43.59
10.51
21.02
3.14
2.67
2.0
R=2.4
41.32
10.47
25.13
3.09
2.56
2.4
2.2.1不同混合料水分的试验研究
为选择合适的混合料水分，本次研究分别进行了混合料水分为7.5%、8.0%、8.5%、9.2%的烧结杯试验。
烧结矿碱度2.00，MgO含量3.0%，焦粉配比4.4%，试验结果见表8。
表8混合料水分对烧结指标的影响
水分%
垂速mm/min
利用系数/m2.h
烧成率%
转鼓指数%
固体燃耗kg/t
FeO%
7.50
24.83
1.33
81.27
74.56
51.99
8.23
8.00
27.89
1.63
80.80
77.60
51.86
8.65
8.50
30.95
1.71
79.54
76.93
53.72
9.39
9.20
33.05
1.84
78.94
73.73
54.02
9.97
从表8分析可知，混合料水分对烧结指标的影响非常大，在本次试验条件下，混合料适宜水分为8.0%-8.5%。
2.2.2不同铁精粉配比的试验研究
本次研究开展了铁精粉配比分别为10%、20%、30%的烧结杯试验。
固定料层厚度为650mm，铺底料粒度为10～25mm，厚度为30mm，烧结矿碱度2.00，MgO3.0%，焦粉配比4.8%，试验结果见表9。
表9不同铁精粉配比对烧结矿指标的影响
铁精粉配比%
垂速mm/min
利用系数t/m2.h
烧成率%
转鼓指数%
固体燃耗kg/t
FeO%
TFe%
SiO2%
10
26.23
1.45
80.42
75.40
56.73
9.78
40.23
9.56
20
25.36
1.39
81.60
77.47
54.50
9.64
42.09
9.15
30
24.70
1.35
82.68
78.54
53.12
9.45
43.86
8.81
从表9分析可知，提高铁精粉配比，烧结机利用系数下降，但烧结矿品位提高，转鼓指数提高。
为确保烧结矿品位和强度，混匀矿中要配30～35%的铁精粉。
2.2.3不同焦粉配比的试验研究
为选择合适的焦粉配比，本次研究分别进行了焦粉配比为4.0%、4.4%、4.8%、5.2%的烧结杯试验。
烧结矿碱度2.00，MgO含量3.0%，试验结果见表10。
表10焦粉配比对烧结指标的影响
焦粉配比%
垂速mm/min
利用系数t/m2.h
烧成率%
转鼓指数%
固体燃耗kg/t
FeO%
4.00
25.00
1.18
77.16
74.47
45.84
7.65
4.40
24.83
1.33
80.80
77.60
51.86
8.65
4.80
25.36
1.39
82.60
78.47
55.50
9.64
5.20
25.07
1.42
83.97
79.14
58.80
10.31
试验结果表明，焦粉配比对烧结指标影响很大，随着焦粉配比的增加，固体燃耗显著升高。
适当增加焦粉配比，有利于提高烧结矿烧成率、转鼓指数和利用系数；但从节能降耗及提高烧结矿还原性来说，应采用低碳烧结。
综合比较，适宜的焦粉配比为4.80%。
2.2.4不同烧结矿碱度的试验研究
本次研究开展了烧结矿碱度分别为1.6、2.0、2.4的烧结杯试验。
MgO含量3.0%，焦粉配比4.8%，试验结果见表11。
表11烧结矿碱度对烧结指标的影响
烧结矿碱度
垂速mm/min
利用系数t/m2.h
烧成率%
转鼓指数%
固体燃耗kg/t
FeO%
成品率%
1.60
23.21
1.30
84.18
75.20
55.77
10.54
71.46
2.00
25.36
1.39
82.31
78.47
55.50
9.54
74.33
2.40
27.96
1.45
80.75
80.93
55.86
8.52
75.03
表12变碱度烧结矿（成品率）粒径分布
R值
5～0mm
10～16mm
16～25mm
25～40mm
>40mm
1.6
22.21
22.69
24.82
22.34
7.94
2.0
20.97
24.35
32.03
17.49
5.16
2.4
29.80
25.41
29.71
9.80
5.28
表13烧结矿冶金性能
还原性能／%
低温还原粉化／%
软化温度／℃
软化区间／℃
R值
RI
RDI+6.3
RDI+3.15
RDI-0.5
t10%
t10%
1.6
85.1
22.2
60.9
13.0
1166
1266
100
2.0
87.7
27.4
65.3
10.5
1135
1260
129
2.4
89.6
29.9
67.6
9.3
1118
1245
127
为充分发挥烧结生产能力，提高烧结矿入炉炉比，从综合各部分指标来看，烧结矿R值应控制在2．0左右。
2.2.5不同料层高度的试验研究
由于厚料层烧结充分利用了料层的自动蓄热，减少了混合料中的配碳量，发展了烧结时料层中的氧化气氛，所以厚料层烧结具有降低固体燃料消耗、提高烧结矿产质量等优点。
本次研究开展了料层高度分别为600、650、700mm的烧结杯试验。
烧结矿碱度2.00，MgO3.0%，焦粉配比4.8%，试验结果见表14。
表14料层高度对烧结指标的影响
料层高度mm
垂速mm/min
利用系数t/m2.h
烧成率%
转鼓指数%
固体燃耗kg/t
成品率%
FeO%
600
26.80
1.47
81.03
76.33
56.21
69.87
9.26
650
25.36
1.39
82.60
78.47
55.50
72.58
9.64
700
23.33
1.27
84.27
80.07
54.35
74.63
9.52
提高料层高度，可以显著的提高烧结矿强度和成品率、降低能耗。
但主要缺点是烧结速度与利用系数明显降低。
因此，提高料层厚度必须与改善烧结料层透气性的一系列措施配套进行。
2.2.6不同烧结矿MgO含量的试验研究
本次研究开展了烧结矿MgO含量分别为3.0%、3.5%、4.0%的烧结杯试验。
烧结矿碱度2.00，焦粉配比4.8%，试验结果见表15。
烧结矿的矿物组成见表16。
表15烧结矿MgO含量对烧结指标的影响
MgO%
垂速mm/min
利用系数t/m2.h
烧成率%
转鼓指数%
固体燃耗kg/t
FeO%
3.0
25.39
1.40
82.38
78.36
55.82
9.23
3.5
25.36
1.39
82.60
78.47
55.50
9.64
4.0
24.89
1.36
82.54
78.80
55.63
9.90
表16不同MgO含量烧结矿的矿物组成（%）
MgO含量
Fe3O4
Fe2O3
铁酸钙
硅酸二钙
硅酸盐液相渣
夹生
3.0
40-50
10-12
15-20
15-20
15-20
1-3
3.5
40-50
10
15
15
7-8
1-3
4.0
50
5-6
15-20
15
5-7
1
烧结矿MgO含量在3.0-4.0%范围内变化，对烧结矿各指标影响不大。
烧结矿中适宜MgO含量3.0%。
2.2.7烧结矿FeO含量的研究
研究烧结矿FeO含量对稳定烧结生产，保证高炉顺行具有重要意义。
2.2.7.1降低烧结矿中FeO含量能提高烧结矿的还原性能，但是过低的FeO含量会导致烧结低温还原性能恶化。
从目前的生产情况来看，汇钢83.4m2烧结机生产的烧结矿中FeO含量已经达到较低水平且相当稳定，烧结矿中的FeO含量不宜再降低,FeO最佳控制在8.0～9.0%。
2.2.7.2烧结矿的R、MgO含量、SiO2含量影响烧结矿中FeO的含量。
2.2.7.3生产过程中配碳量对烧结矿中
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