何宝全，邓波

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司   陕西 勉县 724200）

摘要：在钢铁行业竞争白热化的当下，陕钢集团汉钢公司作为无自有矿山、铁矿石全靠外购的企业，为提升核心竞争力，坚定实施低成本运行战略，大幅提高褐铁矿配比。本文深度剖析了褐铁矿特性给烧结生产带来的挑战，全面阐述了汉钢公司在配矿优化、工艺参数调控、原燃料管理等方面的创新举措，详细展示了通过一系列技术革新后在烧结矿产质量、冶金性能及成本控制等方面取得的突破性成果，为钢铁企业高效利用褐铁矿资源提供了极具价值的实践范例与理论参考。

关键词: 烧结矿；冶金性能；生产实践；优化；褐铁矿

1  引言

随着全球钢铁产能的持续扩张，市场竞争愈发激烈，钢铁企业面临着巨大的成本压力。铁前环节作为钢铁生产的源头，其成本在整个钢铁生产成本中占比高达60%-70%，因此，降低铁前配矿成本成为企业提升竞争力的关键所在。陕钢集团汉钢公司地处陕西勉县，自身无铁矿石资源，生产所需铁矿石完全依赖外部采购，这使得公司对市场资源的波动极为敏感。近年来，铁矿石价格波动频繁，尤其是高品位磁铁矿价格居高不下，严重制约了公司的经济效益。在此背景下，开发低成本的铁矿石资源成为公司的必然选择。

2  褐铁矿的特性与研究意义

褐铁矿是一种含结晶水的氧化铁矿石，其化学式通常可表示为Fe₂O₃·nH₂O。与其他铁矿石相比，褐铁矿具有以下显著特点：

1.烧损率高：由于含有大量结晶水，褐铁矿在烧结过程中会发生脱水反应，导致烧损率较高，一般可达10%-15%，这会直接影响烧结矿的产量和铁品位^[2]。

2.液相生成特性：褐铁矿的同化温度较低，在烧结过程中容易生成液相。然而，在厚料层烧结时，烧结中部偏下温度偏高，该部位液相过度发展，容易导致烧结矿“过熔”现象，使烧结矿空隙率高、强度差。

随着高炉生产对烧结矿质量要求的不断提高，尤其是对烧结矿转鼓指标的要求更为严格，如何在高比例配加褐铁矿的情况下，保证烧结矿的强度和冶金性能，成为汉钢公司面临的重大技术难题。因此，开展高比例褐铁矿烧结生产实践研究，对于降低企业生产成本、提升企业竞争力具有重要的现实意义。

3  高比例褐铁矿配加对烧结生产的影响分析

3.1  对烧结机利用系数的影响

随着褐铁矿比例的逐步提高，烧结机利用系数呈现先下降后趋于稳定的趋势。当褐铁矿比例从35%提升至50%时，由于褐铁矿烧损大，烧结矿产量有所减少，烧结机利用系数略有下降。然而，当褐铁矿比例进一步提升至75%以上时，通过优化配矿结构和调整生产工艺参数，烧结机利用系数逐渐恢复并趋于稳定。这表明，通过合理的技术措施，可以有效缓解高比例褐铁矿配加对烧结机产量的不利影响。

3.2  对烧结矿转鼓指数的影响

烧结矿转鼓指数是衡量烧结矿强度的重要指标。在高比例褐铁矿配加初期，由于褐铁矿液相生成特性和烧损率高的影响，烧结矿转鼓指数有所下降。当褐铁矿比例超过50%后，转鼓指数下降趋势更为明显。这主要是因为褐铁矿在烧结过程中生成的液相量和粘结相质量发生了变化，导致烧结矿结构疏松，强度降低。为了解决这一问题，汉钢公司采取了一系列优化措施，如优化配矿、调整熔剂结构、强化制粒等，使烧结矿转鼓指数逐渐得到改善。

3.3  对烧结矿低温还原粉化指数的影响

低温还原粉化指数是评价烧结矿在低温还原条件下抗粉化能力的重要指标^[2]。高比例褐铁矿配加后，烧结矿低温还原粉化指数有所升高，这意味着烧结矿在高炉炉身部位的粉化倾向增加，会影响高炉的透气性和顺行。研究表明，褐铁矿中的结晶水在还原过程中会发生分解，产生的水蒸气与铁氧化物反应，导致烧结矿内部产生应力，从而加剧粉化现象。通过调整烧结矿化学成分控制，如提升FeO含量和MgO控制标准等措施，可以有效改善烧结矿的低温还原粉化性能。

3.4  对固体燃料消耗的影响

由于褐铁矿烧损大，为了维持烧结过程的温度，需要增加固体燃料的用量[2]。在高比例褐铁矿配加初期，固体燃料消耗呈上升趋势。然而，通过优化配矿、调整用风制度、提高燃料利用率等措施，固体燃料消耗逐渐得到控制并有所下降。例如，通过优化焦末粒度分布，提高焦末平均粒径，使焦末在烧结过程中燃烧更加充分，从而降低了固体燃料消耗。

4  高比例褐铁矿配加的研究与应用实践

4.1  专业指导体系的构建与完善

1. 工艺参数动态管控：结合原燃料结构的变化及生产经营计划目标，汉钢公司每月修订下发《烧结厂各工序工艺参数控制标准及管控要求》。该标准涵盖了烧结过程中的各个关键工序，如配料、混合、烧结、冷却等，对每个工序的工艺参数进行了详细的规定和要求。各工序严格落实标准化操作，确保工艺参数的稳定性和一致性，为烧结矿产质量指标的提升创造了有力保障。

2. 工序协同管理机制：发挥职能科室的管理职能，加强对上下道工序衔接过程、中间品质量、过程管控环节等方面的管理和协调。通过定期召开生产协调会、质量分析会等形式，及时解决各工序之间存在的问题，打通各工序的壁垒，实现了生产过程的无缝衔接和协同作业，为生产过程及产品质量的稳定创造了良好的条件。

4.2  原燃料管理的精细化提升

1. 烧结模型的建立与应用：编订《烧结模型及使用手册》，在不断巩固生产操作和工艺技术改良成果的基础上，将最优数据提取后建立数据模型。该模型涵盖了配料比例、工艺参数、产品质量等多个方面的信息，通过对模型的分析和应用，可以实现烧结生产的规范化、科学化和精益化管理。例如，通过模型预测不同配矿比例下的烧结矿质量指标，为配矿优化提供了科学依据。

2. 物料堆放与管理：围绕“料垛吨位≥6.5万t、堆料层数≥500层”的目标，严格执行物料“堆新吃旧”的原则，确保送烧混匀矿成分稳定均匀，减少粒度偏析。在物料堆放过程中，采用先进的堆料设备和工艺，实现了物料的分层堆放和均匀混合。同时，加强对物料的质量检验和监控，定期对混匀矿的化学成分和粒度组成进行检测，及时调整堆料工艺，确保物料质量的稳定性。

3. 燃料与熔剂管理：细化燃料、熔剂管理，在焦末、白云石粉、石灰石粉的分类堆放、分类使用上下功夫。建立了专门的燃料和熔剂储存仓库，对不同种类和规格的燃料和熔剂进行分类存放，并做好标识和管理。严格管控返矿、熔剂、燃料结构的调整频次，每月调整次数≤3次，以避免因结构频繁调整而导致烧结生产过程的不稳定。通过强化制粒、调整用风、调整熔剂结构、稳定水分控制等手段，确保烧结机工艺质量参数红线不突破，为烧结生产的稳定运行提供了保障。

4.3  配矿优化与参数调控技术

1. 配矿优化策略：针对褐铁矿同化温度低、液相生成容易的特点，在配矿时采用褐铁矿与优质精矿搭配的方式。优质磁铁精矿在烧结造球时包裹在褐铁矿外表层，形成“核-壳”结构，可一定程度延缓褐铁矿生成的液相向外扩散，从而减少烧结矿“过熔”现象的发生，提高烧结矿质量。通过实验研究，确定了不同褐铁矿比例下的优质精矿搭配比例，实现了配矿结构的优化。

2. 烧结生产过程参数优化

2.1熟熔剂比调整：生石灰粉的反应活性高，适宜的生灰配比有利于铁酸钙的形成，促进烧结矿强度提高，减少烧结矿粉末生成。通过调整熟熔剂比，优化了烧结过程中黏结相的数量和质量，使烧结矿的强度和冶金性能得到了显著改善。

2.2混合料混匀效果强化[1]：通过调整混合机加水位置，将加水点向混合机入口内部适当延伸，提高了混合料的混匀效果，使矿粉、燃料、熔剂充分混匀，有利于“均质”烧结。同时，优化了混合机的转速和填充率等参数，进一步提高了混合料的混匀质量。

2.3柔性冷却制度应用：烧结矿急速冷却会造成烧结矿中生成大量的玻璃质，不利于烧结矿强度提升。通过在生产过程中采取柔性的冷却制度，如调整环冷机的冷却风量和冷却速度，防止烧结矿急冷，使烧结矿在冷却过程中能够缓慢结晶，提高了烧结矿的质量。

2.4混合料水分调整[1]：根据褐铁矿使用比例，对烧结水分进行了适宜的调整，将混合料水分由前期的7.2%调整至7.4%。适当提高混合料水分，强化了烧结造球，使混合料颗粒更加均匀，有效保证了烧结料层透气性，确保烧结过程烧好烧透。

2.5焦末粒度优化：提高焦末平均粒径，将焦末＜3mm粒度占比调整至75±3%，＞5mm占比＜10%，焦末平均粒径按2.5～2.7mm控制。优化焦末粒度分布，使焦末在烧结过程中燃烧更加充分，提高了燃料利用率，降低了固体燃料消耗。

2.6布料操作优化：在布料过程中可根据生产实际情况进行压料操作，降低料层收缩度，减少烧结料层表面的裂纹，从而提高烧结矿强度。通过调整布料速度和布料厚度，实现了布料的均匀性和稳定性，提高了烧结矿的质量。

2.7厚料层操作实践：践行烧结厚料层操作，将料层厚度按≥950mm组织，烧结机速度控制≤1.55m/min，同时稳定烟道负压达到17.0±0.5kPa。厚料层操作可以提高烧结料层中氧化性气氛，延长烧结高温保持时间，促进烧结料充分矿化后铁酸钙的生成，从而达到改善烧结矿质量的目的。

4.4  烧结过程参数控制技术

1. 温度控制技术：通过对环冷机加装预热水管，在降低或停用热水箱低压蒸汽的条件下，将热水箱水温提升至90℃以上，充分利用环冷机余热，将料温提高到65℃以上。提高料温可以减少过湿现象的发生，改善烧结过程的透气性和传热传质条件，从而降低固体燃料消耗。

2. 烧结矿冶金性能优化技术：通过调整烧结矿化学成分控制，提升烧结矿FeO含量、MgO控制标准等措施，确保烧结矿转鼓、粒级和冶金性能持续稳定。FeO含量的适当提高可以改善烧结矿的还原性，MgO含量的增加可以提高烧结矿的抗粉化能力和强度[1]。通过优化化学成分控制，实现了烧结矿冶金性能的全面提升。

5  取得的重要进展及成果

5.1  技术突破与生产常态化

针对褐铁矿的特点，汉钢公司成功提出了高比例褐铁矿烧结生产技术，突破了褐铁矿配比＞50%的限制，实现了褐铁矿比例达到75±10%的常态化生产。这一技术突破，为钢铁企业高效利用低成本的褐铁矿资源提供了新的途径，显著降低了企业的铁前配矿成本。

5.2  烧结矿质量稳定性提升

通过优化配矿结构和生产工艺参数，实现了烧结矿质量的稳定性提高。烧结矿空隙率高、强度差的问题得到了有效解决，烧结矿转鼓指数、低温还原粉化指数等关键质量指标保持稳定。与高比例褐铁矿配加初期相比，烧结矿转鼓指数提高了3-5个百分点，为高炉的稳定顺行提供了坚实的保障。

5.3  经济技术指标优化

通过一系列技术革新和管理措施，汉钢公司的部分经济技术指标达到历史年度最优水平。烧结机利用系数稳定在1.4t/(m²·h)以上，固体燃料消耗降低了5-8kg/t，优质品率提升10-12%。这些指标的优化，显著提高了企业的经济效益和市场竞争力。

5.4  冶金性能持续稳定

通过调整烧结矿化学成分控制和优化生产工艺参数，实现了烧结矿冶金性能的持续稳定。烧结矿的还原性、软化熔融性能等指标提升5-6%，得到了显著改善，满足了高炉对烧结矿质量的更高要求。

6  结论

汉钢公司通过开展高比例褐铁矿烧结生产实践研究，成功突破了高比例褐铁矿配加的技术难题，实现了褐铁矿比例达到75±10%的常态化生产。通过优化配矿结构、调整生产工艺参数、加强原燃料管理等一系列措施，烧结矿质量稳定受控，部分经济技术指标达到历史年度最优水平，实现了265m²烧结机高效、稳定、优质的生产目标，为公司在激烈的市场竞争中降低铁前成本提供了有力支持。

参考文献

[1] 徐海芳.烧结矿生产[M].北京：化学工业出版社，2013.

[2] 冯二莲，李飞，刘继强.现代烧结生产实用技术[M].太原：山西兴达科技出版社，2018.