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【摘 要】通过烧结杯试验研究烧结矿粒级的影响因素，就本次试验可知：混合料水分和原料结构是影响烧结矿粒级主要影响因素，固定炭含量次之。混合料水分较低时，整体烧结矿粒级偏大，40～10mm中间粒级降低；随着混合料水分增加，>40mm的粒级是减少的趋势，10～6.3mm小粒级是增多的趋势；混合料水分高于适宜值，小粒级增加幅度大，整体烧结矿粒级偏碎。全精粉烧结烧结矿中，大于40mm和小粒级较多，烧结指标最低；增加外粉配比，粒级指标得到改善，外粉配比在30～45%时指标最优。增加固定炭含量，烧结矿粒级中>40mm粒级增加，10～6.3mm小粒级减少，但40～10mm中间粒级基本保持不变。
【关键词】烧结矿粒级 原料结构 固定炭 混合料水分
一、前言
烧结矿粒级对高炉冶炼过程影响很大，粒度不均匀或过小时，高炉内料柱透气性变差，煤气上升阻力增大；粒度过大会减小煤气和铁矿石的接触面积，还原性较低，因此需要烧结矿中间粒级40～10mm比例要多，>40mm和10～6.3mm的比例要少。烧结矿粒级影响因素较多，原料结构、混合料粒度组成，烧结混合料的固定炭配比和水分含量，以及烧结过程，因此需要通过烧结杯试验分析影响烧结矿粒级的影响因素，为烧结生产提供技术指导。
二、试验方案、方法及原燃料理化性能
（一）试验方案制定
本次试验方案是设定五个原料结构：全精粉、配15%外粉、配30%外粉、配45%外粉、全外粉。每个原料结构固定烧结矿碱度2.0倍，烧结矿MgO2.5%；每组原料结构的燃料配比按固定碳2.9%、3.1%、3.3%三个水平进行调整；固定原料结构和燃料配比后进行混合料水分调整。外粉选用近1～2年来宣钢烧结生产常用的铁矿粉，分别是PB粉、FMG粉、巴标粉和卡粉，四种外粉分别按1.75∶1∶1.75∶1.125作为一个整体与精粉进行同比例调整。试验中各种原料的配比均为其所占所有入烧原料的百分比。用直观分析对试验结果进行统计分析。试验原料结构见表1。
（二）试验方法及流程
首先根据试验方案进行配料计算，用电子秤称出每种试验原料，混合料水分根据试验方案设定进行配加，一混为人工混合，二混为滚筒混合4min。用16～10mm的成品烧结矿铺底料，铺底料2 kg，底料高度20mm；设定工艺参数：点火时间90s、点火温度1150±50℃、点火负压6000Pa、 烧结负压：9600Pa；采取人工布料，计算机自动控制烧结过程并进行数据采集。烧结结束后，将烧结矿从2m高处自由落下三次，装入振动筛筛330s，大于6.3mm的烧结矿为成品矿，检验烧结矿的成品率、粒度组成、计算烧结垂直烧结速度、利用系数。同时取样做转鼓强度检测、化学成分分析。
（三）原燃料化学成分及粒度组成
本次试验所用精粉为当地精粉，从贮料场半自熔大堆取回，外粉为PB粉、FMG粉、巴标粉和卡拉加斯粉，均从贮料大堆取回，高炉返矿从贮料大堆取回，取回后充分混匀，并取样进行化学成分分析及粒度测定；燃料和钙镁灰从生产现场取得，所用原燃料均能保证是生产所用原料， 原燃料化学成分见表2，含铁料粒度等级见表3。
由数据可知，本次试验所用的外粉PB粉和FMG粉硅含量较低，品位较低，结晶水含较高，巴标粉和卡拉加斯粉品位高，但巴标粉硅含量较高，巴标粉和卡拉加斯粉为赤铁矿，PB粉和FMG粉由赤铁矿和褐铁矿组成，四种外粉TiO2含量较低，其它杂质较少。精粉为磁铁矿，TiO2含量较高。四种外粉的粒级较好，适宜作球核料，精粉-200目含量较高，为64%，适宜作粘结料。
三、试验数据分析
（一）试验数据
试验数据见表4
用直观分析对试验结果进行统计分析。原料结构为试验因素A，五个水平分别为1（全精粉）、2（15%外粉）、3（30%外粉）、4（45%外粉）、5（全外粉）；固定炭配比为试验因素B，三个水平分别为1（2.9%）、2（3.1%）、3（3.3%），混合料水分为C因素，水平为1（7.0～7.2）、2（7.3～7.4）、3（7.5～7.6）、4（7.7～7.8）、5（7.9～8.0）
（二）烧结矿粒级影响因素分析
烧结矿粒级需要中间粒级40～10mm比例要多，>40mm和10～6.3mm的比例要少，不同原料结构对烧结矿粒级的影响：由表4数据分析可知，在全精粉烧结中烧结矿粒级中>40mm所占比例最多，为14.94%，而小粒级也较多为14.15%，40～10mm中间粒级最少，为70.9%，全精粉烧结烧结矿粒级最差，两头多，中间粒级少。随着外粉配比的增加，中间粒级随着外粉比例增加是增加的趋势，但在全外粉时略有下降；>40mm的粒级随着外粉比例提高是降低的趋势，但在全外粉有所增加；10～6.3mm的粒级先是降低，在外粉30%时最低，以后随着外粉配比的增加又增加，在全外粉烧结小粒级最高。这是因为在混合料制粒中，小于0.2mm颗粒作为粘附细料，大于0.7mm颗粒作为球核。在全精粉燒结中，只有外配高炉返矿0.7mm以上颗粒作为球核料，精粉作为粘附层，整个混合料中球核料少，混合料粒度强度差，烧结过程中，透气性差，垂直烧结速度降低，因此出现透气性差，液相大面积粘结现象，液相量少，不能有效粘结未熔矿物，致使小粒级增多；随着外粉的增加，混合料中0.7mm以上颗粒增加，外粉特别是低熔点的外粉增加，更易生成铁酸钙粘结相，包裹更多颗粒料，使整体中间粒级增多，小粒级减少。由于颗粒料增多，料层透气性增强，避免出现了由于透气性差，液相大面积粘结现象，因而>40mm的烧结矿大粒级降低。 在全外粉烧结时，颗粒料继续增加，粘附细料减少，料层透气性好，垂直烧结速度加快，致使液相结晶不充分，出现小粒级增多现象，反而使中间粒级有所降低。从数据比较来看，外粉配比在30～45%时烧结矿粒级趋于均匀，粒级最优，外粉配比在15%和全外粉中间粒级有所降低，特别是全外粉烧结时小粒级最多，全精粉烧结中间粒级最低，指标最差。因此外粉和精粉合理搭配时，保证足够的球核料，又有适宜的粘附料，控制垂直烧结速度，烧结矿粒级指标保持较优。 固定炭含量对烧结矿粒级的影响：适宜的燃料用量有利于烧结过程的进行，能生成足够的液相，燃料用量较小，液相层较薄，料层透气性就好，大粒级减少，小粒级增多；燃料用量较多，液相层增厚，大粒级增多，小粒级减少。就本次试验结果来看，随着固定炭含量的增加，>40mm粒级增加，10～6.3mm小粒级减少，但40～10mm中间粒级基本保持不变，固定炭含量对烧结矿中间粒级影响较小，对>40mm粒级和10～6.3mm小粒级影响因素较大，生产中只要保持适宜的固定炭含量即可。
混合料水分对烧结矿粒级的影响：混合料水分在烧结中起到的一个主要作用是制粒，是影响混合料制粒的最主要因素。在混合料制粒中，小于0.2mm颗粒作为粘附细料，大于0.7mm颗粒作为球核料，中间颗粒很难粒化，制粒过程取决于混合料水分，当混合料水分增加时，这些颗粒粘结成粗粒球核，也可作为粘结细粉粘结在球核料中。在本次试验中，混合料水分较小时，混合料粒制不好，料层透气性差，垂直烧结速度降低，液相大面积粘结，液相层保持时间延长，液相结晶较充分，因而>40mm粒级较多，小粒级减少，整体烧结矿粒级偏大，40～10mm中间粒级降低。随着混合料水分增加，>40mm的粒级是减少的趋势，10～6.3mm的小粒级是增多的趋势，40～10mm中间粒级也是增多的趋势。这是由于水分增多，混合料平均粒径增大，料层透气性好，避免出现了由于透气性差，液相大面积粘结现象，因而>40mm的烧结矿大粒级降低；由于混合料水分增加，垂直烧结速度增快，料层透气性增强，高温保持时间缩短，液相结晶不充分，出现烧结矿小粒级增多现象，整体烧结矿粒级是偏小的趋势，但小粒级增加的幅度小于>40mm粒级增多的幅度，因此整体中间粒级增多。如果水分过高，垂直烧结速度过快，液相固结不充分，小粒级增加幅度大，整体烧结矿粒级偏碎。因此生产中保持适宜的混合料水分，控制合理的垂直烧结速度，烧结料层既有良好透气性，又能使烧结矿高温保持时间延长，液相结晶充分，烧结矿粒级组成较为均匀。
由极差分析可知，大于40mm和中间粒级主要影响因素是混合料水分和原料结构，小粒级主要影响是混合料水分和固定炭含量。
四、试验结论
（一）由本次试验可知，混合料水分和原料结构是影响烧结矿粒级的最主要影响因素。固定炭影响因素次之。因此生产中应有适宜的粉矿和精矿配比以及适宜的混合料水分，保证烧结矿粒级指标最佳。
（二）全精粉烧结由于颗粒料少造成垂直烧结速度降低，烧结矿料级中间粒级较少，大于40mm和小粒级较多，烧结指标最低；增加外粉配比，粒级指标得到改善，外粉配比在30～45%时指标最优。
（三）增加固定炭含量，烧结矿粒级中>40mm粒级增加，10～6.3mm小粒级减少，但40～10mm中间粒级基本保持不变。
（四）混合料水分較低时，>40mm粒级较多，液相层保持时间延长，液相结晶较充分，小粒级减少，整体烧结矿粒级偏大，40～10mm中间粒级降低。随着混合料水分增加，>40mm的粒级是减少的趋势，10～6.3mm的小粒级是增多的趋势，40～10mm中间粒级也是增多的趋势。混合料水分高于适宜值，垂直烧结速度过快，液相固结不充分，小粒级增加幅度大，整体烧结矿粒级偏碎。
作者简介：
杨新（1976.7.16）男，汉，河北张家口怀安人，河北钢铁集团宣钢公司物流公司，生产科副科长，本科学历，烧结方向。
【关键词】烧结矿粒级 原料结构 固定炭 混合料水分
一、前言
烧结矿粒级对高炉冶炼过程影响很大，粒度不均匀或过小时，高炉内料柱透气性变差，煤气上升阻力增大；粒度过大会减小煤气和铁矿石的接触面积，还原性较低，因此需要烧结矿中间粒级40～10mm比例要多，>40mm和10～6.3mm的比例要少。烧结矿粒级影响因素较多，原料结构、混合料粒度组成，烧结混合料的固定炭配比和水分含量，以及烧结过程，因此需要通过烧结杯试验分析影响烧结矿粒级的影响因素，为烧结生产提供技术指导。
二、试验方案、方法及原燃料理化性能
（一）试验方案制定
本次试验方案是设定五个原料结构：全精粉、配15%外粉、配30%外粉、配45%外粉、全外粉。每个原料结构固定烧结矿碱度2.0倍，烧结矿MgO2.5%；每组原料结构的燃料配比按固定碳2.9%、3.1%、3.3%三个水平进行调整；固定原料结构和燃料配比后进行混合料水分调整。外粉选用近1～2年来宣钢烧结生产常用的铁矿粉，分别是PB粉、FMG粉、巴标粉和卡粉，四种外粉分别按1.75∶1∶1.75∶1.125作为一个整体与精粉进行同比例调整。试验中各种原料的配比均为其所占所有入烧原料的百分比。用直观分析对试验结果进行统计分析。试验原料结构见表1。
（二）试验方法及流程
首先根据试验方案进行配料计算，用电子秤称出每种试验原料，混合料水分根据试验方案设定进行配加，一混为人工混合，二混为滚筒混合4min。用16～10mm的成品烧结矿铺底料，铺底料2 kg，底料高度20mm；设定工艺参数：点火时间90s、点火温度1150±50℃、点火负压6000Pa、 烧结负压：9600Pa；采取人工布料，计算机自动控制烧结过程并进行数据采集。烧结结束后，将烧结矿从2m高处自由落下三次，装入振动筛筛330s，大于6.3mm的烧结矿为成品矿，检验烧结矿的成品率、粒度组成、计算烧结垂直烧结速度、利用系数。同时取样做转鼓强度检测、化学成分分析。
（三）原燃料化学成分及粒度组成
本次试验所用精粉为当地精粉，从贮料场半自熔大堆取回，外粉为PB粉、FMG粉、巴标粉和卡拉加斯粉，均从贮料大堆取回，高炉返矿从贮料大堆取回，取回后充分混匀，并取样进行化学成分分析及粒度测定；燃料和钙镁灰从生产现场取得，所用原燃料均能保证是生产所用原料， 原燃料化学成分见表2，含铁料粒度等级见表3。
由数据可知，本次试验所用的外粉PB粉和FMG粉硅含量较低，品位较低，结晶水含较高，巴标粉和卡拉加斯粉品位高，但巴标粉硅含量较高，巴标粉和卡拉加斯粉为赤铁矿，PB粉和FMG粉由赤铁矿和褐铁矿组成，四种外粉TiO2含量较低，其它杂质较少。精粉为磁铁矿，TiO2含量较高。四种外粉的粒级较好，适宜作球核料，精粉-200目含量较高，为64%，适宜作粘结料。
三、试验数据分析
（一）试验数据
试验数据见表4
用直观分析对试验结果进行统计分析。原料结构为试验因素A，五个水平分别为1（全精粉）、2（15%外粉）、3（30%外粉）、4（45%外粉）、5（全外粉）；固定炭配比为试验因素B，三个水平分别为1（2.9%）、2（3.1%）、3（3.3%），混合料水分为C因素，水平为1（7.0～7.2）、2（7.3～7.4）、3（7.5～7.6）、4（7.7～7.8）、5（7.9～8.0）
（二）烧结矿粒级影响因素分析
烧结矿粒级需要中间粒级40～10mm比例要多，>40mm和10～6.3mm的比例要少，不同原料结构对烧结矿粒级的影响：由表4数据分析可知，在全精粉烧结中烧结矿粒级中>40mm所占比例最多，为14.94%，而小粒级也较多为14.15%，40～10mm中间粒级最少，为70.9%，全精粉烧结烧结矿粒级最差，两头多，中间粒级少。随着外粉配比的增加，中间粒级随着外粉比例增加是增加的趋势，但在全外粉时略有下降；>40mm的粒级随着外粉比例提高是降低的趋势，但在全外粉有所增加；10～6.3mm的粒级先是降低，在外粉30%时最低，以后随着外粉配比的增加又增加，在全外粉烧结小粒级最高。这是因为在混合料制粒中，小于0.2mm颗粒作为粘附细料，大于0.7mm颗粒作为球核。在全精粉燒结中，只有外配高炉返矿0.7mm以上颗粒作为球核料，精粉作为粘附层，整个混合料中球核料少，混合料粒度强度差，烧结过程中，透气性差，垂直烧结速度降低，因此出现透气性差，液相大面积粘结现象，液相量少，不能有效粘结未熔矿物，致使小粒级增多；随着外粉的增加，混合料中0.7mm以上颗粒增加，外粉特别是低熔点的外粉增加，更易生成铁酸钙粘结相，包裹更多颗粒料，使整体中间粒级增多，小粒级减少。由于颗粒料增多，料层透气性增强，避免出现了由于透气性差，液相大面积粘结现象，因而>40mm的烧结矿大粒级降低。 在全外粉烧结时，颗粒料继续增加，粘附细料减少，料层透气性好，垂直烧结速度加快，致使液相结晶不充分，出现小粒级增多现象，反而使中间粒级有所降低。从数据比较来看，外粉配比在30～45%时烧结矿粒级趋于均匀，粒级最优，外粉配比在15%和全外粉中间粒级有所降低，特别是全外粉烧结时小粒级最多，全精粉烧结中间粒级最低，指标最差。因此外粉和精粉合理搭配时，保证足够的球核料，又有适宜的粘附料，控制垂直烧结速度，烧结矿粒级指标保持较优。 固定炭含量对烧结矿粒级的影响：适宜的燃料用量有利于烧结过程的进行，能生成足够的液相，燃料用量较小，液相层较薄，料层透气性就好，大粒级减少，小粒级增多；燃料用量较多，液相层增厚，大粒级增多，小粒级减少。就本次试验结果来看，随着固定炭含量的增加，>40mm粒级增加，10～6.3mm小粒级减少，但40～10mm中间粒级基本保持不变，固定炭含量对烧结矿中间粒级影响较小，对>40mm粒级和10～6.3mm小粒级影响因素较大，生产中只要保持适宜的固定炭含量即可。
混合料水分对烧结矿粒级的影响：混合料水分在烧结中起到的一个主要作用是制粒，是影响混合料制粒的最主要因素。在混合料制粒中，小于0.2mm颗粒作为粘附细料，大于0.7mm颗粒作为球核料，中间颗粒很难粒化，制粒过程取决于混合料水分，当混合料水分增加时，这些颗粒粘结成粗粒球核，也可作为粘结细粉粘结在球核料中。在本次试验中，混合料水分较小时，混合料粒制不好，料层透气性差，垂直烧结速度降低，液相大面积粘结，液相层保持时间延长，液相结晶较充分，因而>40mm粒级较多，小粒级减少，整体烧结矿粒级偏大，40～10mm中间粒级降低。随着混合料水分增加，>40mm的粒级是减少的趋势，10～6.3mm的小粒级是增多的趋势，40～10mm中间粒级也是增多的趋势。这是由于水分增多，混合料平均粒径增大，料层透气性好，避免出现了由于透气性差，液相大面积粘结现象，因而>40mm的烧结矿大粒级降低；由于混合料水分增加，垂直烧结速度增快，料层透气性增强，高温保持时间缩短，液相结晶不充分，出现烧结矿小粒级增多现象，整体烧结矿粒级是偏小的趋势，但小粒级增加的幅度小于>40mm粒级增多的幅度，因此整体中间粒级增多。如果水分过高，垂直烧结速度过快，液相固结不充分，小粒级增加幅度大，整体烧结矿粒级偏碎。因此生产中保持适宜的混合料水分，控制合理的垂直烧结速度，烧结料层既有良好透气性，又能使烧结矿高温保持时间延长，液相结晶充分，烧结矿粒级组成较为均匀。
由极差分析可知，大于40mm和中间粒级主要影响因素是混合料水分和原料结构，小粒级主要影响是混合料水分和固定炭含量。
四、试验结论
（一）由本次试验可知，混合料水分和原料结构是影响烧结矿粒级的最主要影响因素。固定炭影响因素次之。因此生产中应有适宜的粉矿和精矿配比以及适宜的混合料水分，保证烧结矿粒级指标最佳。
（二）全精粉烧结由于颗粒料少造成垂直烧结速度降低，烧结矿料级中间粒级较少，大于40mm和小粒级较多，烧结指标最低；增加外粉配比，粒级指标得到改善，外粉配比在30～45%时指标最优。
（三）增加固定炭含量，烧结矿粒级中>40mm粒级增加，10～6.3mm小粒级减少，但40～10mm中间粒级基本保持不变。
（四）混合料水分較低时，>40mm粒级较多，液相层保持时间延长，液相结晶较充分，小粒级减少，整体烧结矿粒级偏大，40～10mm中间粒级降低。随着混合料水分增加，>40mm的粒级是减少的趋势，10～6.3mm的小粒级是增多的趋势，40～10mm中间粒级也是增多的趋势。混合料水分高于适宜值，垂直烧结速度过快，液相固结不充分，小粒级增加幅度大，整体烧结矿粒级偏碎。
作者简介：
杨新（1976.7.16）男，汉，河北张家口怀安人，河北钢铁集团宣钢公司物流公司，生产科副科长，本科学历，烧结方向。