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摘 要：改善烧结料层透气性，可以增加通过料层的有效风量，提高垂直烧结速度，它是强化烧结的一个重要手段。近几年来，国内外的烧结厂都更加注重在改善料层的透气性上下功夫。事实表明，提高烧结料层的透气性，可以不同程度地提高烧结矿的产量、质量，是稳定烧结的有效手段。
关键词：烧结料层透气性;烧结矿;垂直烧结速度;混合料;烧结过程;粒度组成
精料是炼铁发展的趋势，提高烧结矿的产量、质量，实现低水低碳，低FeO高还原性、高强度烧结生产，是烧结生产的工艺发展方向。实践证明：厚料层烧结是烧结生产节能降耗、改善烧结矿冶金性能的有效途径之一。经过近多年来的生产实践，优化工艺技术和操作制度、改善工艺条件、合理组织生产，烧结分厂2×265m2烧结机700 mm厚料层烧结生产实践，取得了很好的技术经济指标。
在抽风烧结生产中，台车上部的烧结矿遇冷空气急剧冷却，结晶程度低，玻璃质含量高，强度差粉末多。随着烧结料层的增加，台车上部强度差的烧结矿比例相应降低，烧结矿产率提高。厚料层烧结时，高温带相应增宽，烧结速度减慢，矿物结晶条件变好，结晶度升高，烧结矿强度和成品率升高。在烧结过程中，料层自身蓄热能力随料层的增加而增加，因此减少了烧结过程中的配碳量，增强氧化气氛，且料层中温度分布均匀，低价氧化物氧化放热量增加，高价氧化物分解吸热量减少，从而降低烧结矿FeO含量，提高烧结矿的还原性。因此，提高烧结料层可以起到降低烧结能耗，提高烧结矿产量，改善烧结矿冷强度和高温冶炼性能的作用，是烧结生产发展的趋势。通过不断学习和摸索实践，找到了解决厚料层烧结的关键因素：提高烧结料层的透气性。为此我们做了一系列的工作，对影响烧结料层透气性因素逐个解决。
1 原燃料的管理
1.1 铁料的性质
物料的密度、粘结性和粒度都会影响混匀与制粒的效果，对物料透气性有决定性作用。物料中，各组分密度相差悬殊时，由于随混合机回转板带到的高度不同（密度大的物料上升高度小，密度小的物料则相反），在混合时就会因为密度差异而形成层状分布，因而不利于混匀与制粒。混匀料与铁精粉之间密度相差太大，是不利于混匀和制粒的。粘结性大和亲水性强的物料易于制粒，难于混匀，一般来说，铁矿石中赤铁矿、褐铁矿比磁铁矿易于制粒。粒度差别大的物料，在混合时易产生偏析，所以难以混匀，也难于制粒;如果是精矿粉烧结，国外对作为核心颗粒、粘附颗粒和介于上述兩者之间的中间颗粒的比例也有一定要求，以保证最佳制粒效果。另外，在粒度相同的情况下，多棱角和形状不规则的物料比圆滑的物料易于制粒，且制粒小球强度高，相应的物料至烧结过程，透气性更好。
1.2 返矿
返矿质量主要表现在粒度大小、含碳量多少和温度的高低。返矿粒度大，对混合料的混匀造球不利，透气性差，烧结矿成品率相应下降;返矿粒度过小，返矿含碳高，大部分为未烧好的夹生料，使混合料粒度组成波动，透气性变差，至烧结过程，负压高，生产率下降。对于细精矿烧结，配加一定数量的返矿作为制粒核心。返矿的粒度上限最好控制在5-6mm，这对于物料的混匀和制粒均有利。
1.3 溶剂
对于我厂烧结所用溶剂以生石灰为主。生石灰是石灰石经高温煅烧后的产品，主要成分是CaO，用生石灰作为溶剂相比于石灰石白云石之类，可提高物料透气性，强化烧结过程。这是因为生石灰遇水后，即消化成消石灰后，在烧结物料中起到了粘结剂的作用，增加了料的成球性，并提高了混合料成球后的强度，改善了烧结料的粒度组成，提高了料层的透气性。其次，由于消石灰粒度极细，比表面积比消化前增大100倍左右，因此与混合料中其他成分能更好的接触，加快固液相反应，不仅加速烧结过程，而且防止游离CaO存在，并且它还可以均匀分布在烧结料中，有利于烧结过程化学反应的进行。再次，白灰消化放出的热量可以提高混合料料温，减少烧结过程的过湿现象。
从另一个方面看，生石灰用量不宜过多，一是生石灰用量过多，烧结料会过分疏松，混合料堆密度下降，生球强度反而会变坏。由于烧结速度过快，返矿率增加，产量降低;二是生石灰量过多，烧结料水分不好控制，透气性无法保障;三是生石灰用量要满足高炉所需烧结矿质量要求，杜绝碱度高废或低废。
1.4 燃料
烧结物料中的燃料主要是来自高炉槽下筛下的碎焦、外购的焦沫子以及兰炭沫子，要求是含固定碳较高、挥发分少。经过四辊破碎后，破碎后的焦粉3mm以下的要占到80%以上，混于混合料中，作为烧结物理热的主要来源。对混合料透气性影响是物料里面最小的一个。
2 混匀制粒
2.1 控制混合料水分
水分是影响烧结过程的一个极为重要的因素。从烧结过程的热平衡观点来看，水分是混合料的有害成分，因为要移除水分必须消耗热量，是一个不利因素。但从改善烧结料的透气性来看则是一个有利的因素，因为在混合料中加入水分。使混合料具有一定的湿度将会对烧结过程产生良好的作用：
（1）有助于混合料的成球，从而改善混合料的透气性，提高烧结生产率。
（2）能够使料层上部废气的热量被下层的冷湿料所吸收利用，换热条件十分良好，这有利于使燃烧带限制在较窄的区间，减少烧结过程中料层对气体的阻力。
一般烧结混合料最适宜的水分波动范围是很窄的，若波动超过0.5%时就会对混合料的成球性产生显著的影响。考虑到物料在烧结过程中水分的迁移会使料层下部的水分超过最适宜的设定值，选用的混合料水分应比最适宜的水分值低1%左右。当物料的粒度及组成（特别是返矿粒度和返矿的配比）发生变化时，要相应第改变混合料的含水量。
我厂为了提高混合效果，使用一部分工业污泥代替清水，污泥相比清水，粘结性强，对混合料的成球性更有帮助，另外回收利用，节能降耗，更适应现代化工业绿色生产的观念。
物料在混合过程中，加水方式是提高物料透气性的关键环节，水分过大，不仅影响混匀，而且对制粒也不利。我厂为了提高制粒效果采用两次混合，一次混合的目的在于混匀，在沿混合机长度方向均匀加水，加水量占总水量的80%-90%。二次混合的主要作用是强化制粒，加水量仅占10%-20%。分段加水能有效提高二次混合作业的制粒效果，通常在给料端用喷射流使料形成球核，继而用高压雾状水加速小球长大，在距排料端1M左右的地方停止加水，保证小球粒紧密坚固。 2.2 蒸汽预热
提高混合料的温度，使其达到露点温度以上，是可以显著、地减少料层中水汽冷凝而形成的过湿现象，从而减轻过湿层气流的阻力，改善料层的透气性，增加通过料层的空气量;事燃烧速度加快，燃烧带厚度降低;熔融物冷却速度加快，降低气流阻力。不同原料粒度的烧结混合料预热后对烧结矿的产量都有不同程度的提高，而且粒度越细的烧结混合料预热后效果越明显。目前，国内蒸汽预热是混合料预热的最常用的一种方法。
2.3 提高生石灰配比，进行消化
凡添加比表面积打的胶装物质都能增大混合料的最大湿容量。由于生石灰消化后，呈极细的消石灰胶体颗粒，它具有较大的比表面积，可以吸附和持有大量水分而不失去物料的松散性和透气性。因此，烧结混合料的少量冷凝水分将为料球中这些胶体颗粒所吸附和持有，既不会引起料球破坏，也不会戴塞料球的通气孔道。所以能保持烧结料层良好的透气性。
众所周知，提高生石灰配比，改善料层透气性是实施厚料层烧结的重要措施之一，烧结过程中配加生石灰可以提高烧结料的成球性，特别是随着生石灰配入量增加，烧结料层的透气性将不断得到改善进而使烧结矿产量提高，而提高生石灰配比，其关键又在于采用合适的消化设备。我厂在现有设备基础上进行了改造，增大了生石灰消化系统的消化能力。
2.4 优化混合设备及参数
2.4.1 混合制粒时间
为了保证烧结料的混匀和制粒效果，混合过程应有足够的时间。世界各国的混合制粒时间大部分为2.5min-3.5min，即一次混合1min，二次混合1.5-2min。国内外新建厂大都把混合制粒时间延长至4.5-5min或更长。生产实践表明，混合制粒时间在5min之内效果明显。我厂的混合制粒时间为5.5min。
烧结混合作业大都采用圆筒混合机，其混合制粒时间可按下式计算：
式中L——圆筒混合机长度;
R——圆通混合机半径;
n——圆通混合机转速;
α——圆通混合机倾角。
由上公式可以看出，混合时间与混合機长、转速和倾角有关。增加混合机长度，无疑可延长混合制粒时间，有利于混匀和制粒。混合机的转速决定着物料在圆筒内的运动状态。转速太小，筒体所产生的离心力作用较小，物料难以达到一定高度，形成堆积状态，所以混合、制粒效率都低：转速过大，则筒体产生的离心力作用过大，使物料紧贴于筒壁上，致使物料完全失去混匀和制粒的效果。目前，我厂混合机转速偏低。
混合机的倾角决定物料在机内的停留时间。倾角越大，物料混合时间越短，所以混匀和制粒效果越差。一混倾角2.5°-4°，二混倾角小于2.5°。
2.4.2 混合机的充填率
充填率是以混合料在圆筒中所占体积来表示的。充填率过小时产量低，且物料相互间作用力小，对混合制粒不利;充填率过大，在混合时间不变是，能提高产能，但由于料层增厚，物料运动受限制和破坏，对混与制粒不利。一般一次混合的充填率为15%-20%，而二混比一混的充填率要低一些，二混充填率为8%-12%。
3 烧结机布料
3.1 布铺底料
在台车上布烧结料之前，先布一层铺底料，根据实验结果和生产实践，铺底料粒度以10-25mm为宜，铺底料层的适宜厚度为20-40mm。铺底料可以防止细粒料或烧结矿戴塞与粘结箅条，保持炉篦条的有效抽风面积不变，使气流分布均匀，减小抽风阻力，保持良好透气性，加速烧结过程，此外铺底料还有保护设备的作用。
3.2 布混合料
布混合料在铺完底料之后紧接着进行。台车上布料工作的好坏直接影响烧结过程透气性，以及烧结矿的产量和质量。合理的均匀布料是烧结生产的基本要求。
（1）按规定的料层厚度，使混合料的粒度、化学成分以及水分等沿台车长度和宽度方向都均匀分布，料面应平整，保证烧结料具有均一的、良好的透气性;应使料面无大的波浪和拉沟现象，特别是在台车挡板附近，避免因布料不满而形成斜坡，加重气流的边缘效应，造成风的不合理风不和浪费。
（2）使混合料粒度、成分沿料层高度方向分布合理，能适应烧结过程的内在规律。自上而下粒度逐渐变粗，含碳量逐渐减少，从而有利于增加料层透气性和利于上下部烧结矿质量的均匀。双层布料的方法就是据此而提出来的。采用一般布料方法时，只要避免物料堆积，有助于产生自然偏析，也能收到一定的效果。
（3）保证布到台车上的料具有一定的松散性，防止产生堆积和压紧。但在烧结疏松多孔、粒度粗大、堆积密度小的烧结料时，可以适当压料，以免透气性过好，烧结和冷却速度过快而影响成形条件和强度。
4 结论
（1）加强原燃料管理，从源头管控，保质保量的提供“精料”，是提高烧结混合料透气性的基础，更是生产优质烧结矿的重要环节。
（2）采取蒸汽预热、提高生石灰配比、石灰消化、控制混合制粒水分、优化设备参数等措施，强化混合料制粒效果，是提高烧结混合料透气性的主要内容。
（3）精细化操作，加强烧结机布料点火，做到料面平整，点火均匀，进一步提高料层透气性，保证上下部烧结矿质量均匀。
参考文献
[1]吕晓芳，韩宏亮.烧结矿与球团矿生产实训[M]，北京：冶金工业出版社，2011.5.
[2]薛俊虎.烧结生产技能知识[M].北京：冶金工业出版社.2003.
[3]烧结矿生产编写组.烧结矿生产[M]，冶金工业出版社.1981.1
关键词：烧结料层透气性;烧结矿;垂直烧结速度;混合料;烧结过程;粒度组成
精料是炼铁发展的趋势，提高烧结矿的产量、质量，实现低水低碳，低FeO高还原性、高强度烧结生产，是烧结生产的工艺发展方向。实践证明：厚料层烧结是烧结生产节能降耗、改善烧结矿冶金性能的有效途径之一。经过近多年来的生产实践，优化工艺技术和操作制度、改善工艺条件、合理组织生产，烧结分厂2×265m2烧结机700 mm厚料层烧结生产实践，取得了很好的技术经济指标。
在抽风烧结生产中，台车上部的烧结矿遇冷空气急剧冷却，结晶程度低，玻璃质含量高，强度差粉末多。随着烧结料层的增加，台车上部强度差的烧结矿比例相应降低，烧结矿产率提高。厚料层烧结时，高温带相应增宽，烧结速度减慢，矿物结晶条件变好，结晶度升高，烧结矿强度和成品率升高。在烧结过程中，料层自身蓄热能力随料层的增加而增加，因此减少了烧结过程中的配碳量，增强氧化气氛，且料层中温度分布均匀，低价氧化物氧化放热量增加，高价氧化物分解吸热量减少，从而降低烧结矿FeO含量，提高烧结矿的还原性。因此，提高烧结料层可以起到降低烧结能耗，提高烧结矿产量，改善烧结矿冷强度和高温冶炼性能的作用，是烧结生产发展的趋势。通过不断学习和摸索实践，找到了解决厚料层烧结的关键因素：提高烧结料层的透气性。为此我们做了一系列的工作，对影响烧结料层透气性因素逐个解决。
1 原燃料的管理
1.1 铁料的性质
物料的密度、粘结性和粒度都会影响混匀与制粒的效果，对物料透气性有决定性作用。物料中，各组分密度相差悬殊时，由于随混合机回转板带到的高度不同（密度大的物料上升高度小，密度小的物料则相反），在混合时就会因为密度差异而形成层状分布，因而不利于混匀与制粒。混匀料与铁精粉之间密度相差太大，是不利于混匀和制粒的。粘结性大和亲水性强的物料易于制粒，难于混匀，一般来说，铁矿石中赤铁矿、褐铁矿比磁铁矿易于制粒。粒度差别大的物料，在混合时易产生偏析，所以难以混匀，也难于制粒;如果是精矿粉烧结，国外对作为核心颗粒、粘附颗粒和介于上述兩者之间的中间颗粒的比例也有一定要求，以保证最佳制粒效果。另外，在粒度相同的情况下，多棱角和形状不规则的物料比圆滑的物料易于制粒，且制粒小球强度高，相应的物料至烧结过程，透气性更好。
1.2 返矿
返矿质量主要表现在粒度大小、含碳量多少和温度的高低。返矿粒度大，对混合料的混匀造球不利，透气性差，烧结矿成品率相应下降;返矿粒度过小，返矿含碳高，大部分为未烧好的夹生料，使混合料粒度组成波动，透气性变差，至烧结过程，负压高，生产率下降。对于细精矿烧结，配加一定数量的返矿作为制粒核心。返矿的粒度上限最好控制在5-6mm，这对于物料的混匀和制粒均有利。
1.3 溶剂
对于我厂烧结所用溶剂以生石灰为主。生石灰是石灰石经高温煅烧后的产品，主要成分是CaO，用生石灰作为溶剂相比于石灰石白云石之类，可提高物料透气性，强化烧结过程。这是因为生石灰遇水后，即消化成消石灰后，在烧结物料中起到了粘结剂的作用，增加了料的成球性，并提高了混合料成球后的强度，改善了烧结料的粒度组成，提高了料层的透气性。其次，由于消石灰粒度极细，比表面积比消化前增大100倍左右，因此与混合料中其他成分能更好的接触，加快固液相反应，不仅加速烧结过程，而且防止游离CaO存在，并且它还可以均匀分布在烧结料中，有利于烧结过程化学反应的进行。再次，白灰消化放出的热量可以提高混合料料温，减少烧结过程的过湿现象。
从另一个方面看，生石灰用量不宜过多，一是生石灰用量过多，烧结料会过分疏松，混合料堆密度下降，生球强度反而会变坏。由于烧结速度过快，返矿率增加，产量降低;二是生石灰量过多，烧结料水分不好控制，透气性无法保障;三是生石灰用量要满足高炉所需烧结矿质量要求，杜绝碱度高废或低废。
1.4 燃料
烧结物料中的燃料主要是来自高炉槽下筛下的碎焦、外购的焦沫子以及兰炭沫子，要求是含固定碳较高、挥发分少。经过四辊破碎后，破碎后的焦粉3mm以下的要占到80%以上，混于混合料中，作为烧结物理热的主要来源。对混合料透气性影响是物料里面最小的一个。
2 混匀制粒
2.1 控制混合料水分
水分是影响烧结过程的一个极为重要的因素。从烧结过程的热平衡观点来看，水分是混合料的有害成分，因为要移除水分必须消耗热量，是一个不利因素。但从改善烧结料的透气性来看则是一个有利的因素，因为在混合料中加入水分。使混合料具有一定的湿度将会对烧结过程产生良好的作用：
（1）有助于混合料的成球，从而改善混合料的透气性，提高烧结生产率。
（2）能够使料层上部废气的热量被下层的冷湿料所吸收利用，换热条件十分良好，这有利于使燃烧带限制在较窄的区间，减少烧结过程中料层对气体的阻力。
一般烧结混合料最适宜的水分波动范围是很窄的，若波动超过0.5%时就会对混合料的成球性产生显著的影响。考虑到物料在烧结过程中水分的迁移会使料层下部的水分超过最适宜的设定值，选用的混合料水分应比最适宜的水分值低1%左右。当物料的粒度及组成（特别是返矿粒度和返矿的配比）发生变化时，要相应第改变混合料的含水量。
我厂为了提高混合效果，使用一部分工业污泥代替清水，污泥相比清水，粘结性强，对混合料的成球性更有帮助，另外回收利用，节能降耗，更适应现代化工业绿色生产的观念。
物料在混合过程中，加水方式是提高物料透气性的关键环节，水分过大，不仅影响混匀，而且对制粒也不利。我厂为了提高制粒效果采用两次混合，一次混合的目的在于混匀，在沿混合机长度方向均匀加水，加水量占总水量的80%-90%。二次混合的主要作用是强化制粒，加水量仅占10%-20%。分段加水能有效提高二次混合作业的制粒效果，通常在给料端用喷射流使料形成球核，继而用高压雾状水加速小球长大，在距排料端1M左右的地方停止加水，保证小球粒紧密坚固。 2.2 蒸汽预热
提高混合料的温度，使其达到露点温度以上，是可以显著、地减少料层中水汽冷凝而形成的过湿现象，从而减轻过湿层气流的阻力，改善料层的透气性，增加通过料层的空气量;事燃烧速度加快，燃烧带厚度降低;熔融物冷却速度加快，降低气流阻力。不同原料粒度的烧结混合料预热后对烧结矿的产量都有不同程度的提高，而且粒度越细的烧结混合料预热后效果越明显。目前，国内蒸汽预热是混合料预热的最常用的一种方法。
2.3 提高生石灰配比，进行消化
凡添加比表面积打的胶装物质都能增大混合料的最大湿容量。由于生石灰消化后，呈极细的消石灰胶体颗粒，它具有较大的比表面积，可以吸附和持有大量水分而不失去物料的松散性和透气性。因此，烧结混合料的少量冷凝水分将为料球中这些胶体颗粒所吸附和持有，既不会引起料球破坏，也不会戴塞料球的通气孔道。所以能保持烧结料层良好的透气性。
众所周知，提高生石灰配比，改善料层透气性是实施厚料层烧结的重要措施之一，烧结过程中配加生石灰可以提高烧结料的成球性，特别是随着生石灰配入量增加，烧结料层的透气性将不断得到改善进而使烧结矿产量提高，而提高生石灰配比，其关键又在于采用合适的消化设备。我厂在现有设备基础上进行了改造，增大了生石灰消化系统的消化能力。
2.4 优化混合设备及参数
2.4.1 混合制粒时间
为了保证烧结料的混匀和制粒效果，混合过程应有足够的时间。世界各国的混合制粒时间大部分为2.5min-3.5min，即一次混合1min，二次混合1.5-2min。国内外新建厂大都把混合制粒时间延长至4.5-5min或更长。生产实践表明，混合制粒时间在5min之内效果明显。我厂的混合制粒时间为5.5min。
烧结混合作业大都采用圆筒混合机，其混合制粒时间可按下式计算：
式中L——圆筒混合机长度;
R——圆通混合机半径;
n——圆通混合机转速;
α——圆通混合机倾角。
由上公式可以看出，混合时间与混合機长、转速和倾角有关。增加混合机长度，无疑可延长混合制粒时间，有利于混匀和制粒。混合机的转速决定着物料在圆筒内的运动状态。转速太小，筒体所产生的离心力作用较小，物料难以达到一定高度，形成堆积状态，所以混合、制粒效率都低：转速过大，则筒体产生的离心力作用过大，使物料紧贴于筒壁上，致使物料完全失去混匀和制粒的效果。目前，我厂混合机转速偏低。
混合机的倾角决定物料在机内的停留时间。倾角越大，物料混合时间越短，所以混匀和制粒效果越差。一混倾角2.5°-4°，二混倾角小于2.5°。
2.4.2 混合机的充填率
充填率是以混合料在圆筒中所占体积来表示的。充填率过小时产量低，且物料相互间作用力小，对混合制粒不利;充填率过大，在混合时间不变是，能提高产能，但由于料层增厚，物料运动受限制和破坏，对混与制粒不利。一般一次混合的充填率为15%-20%，而二混比一混的充填率要低一些，二混充填率为8%-12%。
3 烧结机布料
3.1 布铺底料
在台车上布烧结料之前，先布一层铺底料，根据实验结果和生产实践，铺底料粒度以10-25mm为宜，铺底料层的适宜厚度为20-40mm。铺底料可以防止细粒料或烧结矿戴塞与粘结箅条，保持炉篦条的有效抽风面积不变，使气流分布均匀，减小抽风阻力，保持良好透气性，加速烧结过程，此外铺底料还有保护设备的作用。
3.2 布混合料
布混合料在铺完底料之后紧接着进行。台车上布料工作的好坏直接影响烧结过程透气性，以及烧结矿的产量和质量。合理的均匀布料是烧结生产的基本要求。
（1）按规定的料层厚度，使混合料的粒度、化学成分以及水分等沿台车长度和宽度方向都均匀分布，料面应平整，保证烧结料具有均一的、良好的透气性;应使料面无大的波浪和拉沟现象，特别是在台车挡板附近，避免因布料不满而形成斜坡，加重气流的边缘效应，造成风的不合理风不和浪费。
（2）使混合料粒度、成分沿料层高度方向分布合理，能适应烧结过程的内在规律。自上而下粒度逐渐变粗，含碳量逐渐减少，从而有利于增加料层透气性和利于上下部烧结矿质量的均匀。双层布料的方法就是据此而提出来的。采用一般布料方法时，只要避免物料堆积，有助于产生自然偏析，也能收到一定的效果。
（3）保证布到台车上的料具有一定的松散性，防止产生堆积和压紧。但在烧结疏松多孔、粒度粗大、堆积密度小的烧结料时，可以适当压料，以免透气性过好，烧结和冷却速度过快而影响成形条件和强度。
4 结论
（1）加强原燃料管理，从源头管控，保质保量的提供“精料”，是提高烧结混合料透气性的基础，更是生产优质烧结矿的重要环节。
（2）采取蒸汽预热、提高生石灰配比、石灰消化、控制混合制粒水分、优化设备参数等措施，强化混合料制粒效果，是提高烧结混合料透气性的主要内容。
（3）精细化操作，加强烧结机布料点火，做到料面平整，点火均匀，进一步提高料层透气性，保证上下部烧结矿质量均匀。
参考文献
[1]吕晓芳，韩宏亮.烧结矿与球团矿生产实训[M]，北京：冶金工业出版社，2011.5.
[2]薛俊虎.烧结生产技能知识[M].北京：冶金工业出版社.2003.
[3]烧结矿生产编写组.烧结矿生产[M]，冶金工业出版社.1981.1