俄罗斯精粉和巴西精粉的烧结配矿实践

张文哲

新兴铸管股份公司

摘  要：针对国内钢厂优质低铝进口矿资源紧张、烧结配矿成本偏高问题，本文以高性价比俄罗斯精粉、巴西精粉为替代原料，开展烧结梯度配加试验。通过检测两种精粉常温化学成分、粒度组成、同化温度、液相流动性基础烧结特性，分析两种矿粉各自的性能特点，设计烧结杯对比试验，并基于试验结论开展现场分阶段工业应用。试验与工业实践表明：俄罗斯精粉、巴西精粉单种配加≤10%具备稳定生产可行性；高配比下会弱化烧结矿低温粉化性能，通过提升烧结矿FeO、优化料层与配碳制度可有效补偿质量缺陷；长期工业应用后烧结矿指标整体平稳，高炉铁水产量无负面影响，可显著降低配矿及铁水原料成本，为同类型企业配矿结构优化提供参考。

关键词：烧结配矿；俄罗斯精粉；巴西精粉；烧结杯试验；低温还原粉化

0 引言

近年来，钢铁工业面临严峻的成本压力，外部铁矿石对外依存度高达80%以上，进口矿价格波动幅度大，内部产品同质化严重，产能过剩，市场需求不断下滑。目前大多数高炉仍以烧结矿作为主要入炉原料，占比达到70%到90%左右，改善烧结矿质量，并在此基础上持续降低烧结配矿成本，是铁前用料结构优化、降本增效的重要途径之一^[1]。为降低铁水成本，优化烧结配矿结构，根据新兴铸管武安一号炉实际情况，引进俄罗斯精粉和巴西精粉资源，通过烧结杯试验与工业应用，系统评估两种精粉在武安一号炉烧结生产中的适用性、最佳配加比例及对烧结矿质量、高炉冶炼指标的影响，探索兼顾成本与质量的配矿优化路径。

1 试验原料基础物化与高温烧结特性分析

1.1矿粉常温物化特性

烧结厂原配料结构包括部分国内精粉、澳矿、高铝及高硅经济料等，部分矿粉的化学成分如表1所示，可以看出与本厂常用料对比，俄罗斯精粉具有显著的低硅低铝优势，能够作为配加高硅高铝经济料的互补结构，配合降低成本；但Ti含量高，对烧结矿低温粉化强度存在可能的影响；另外值得注意的是S含量高，配加时要关注烧结机烟气成分的变化。巴西精粉的SiO₂、Al₂O₃均比俄罗斯精粉略高，但品位低于俄罗斯精粉。两种矿粉的水分都属于中等偏上的水平。

表1 各铁矿粉化学成分（质量分数，%）

原料粒度是烧结配矿的重要参考指标之一，直接影响混合料制粒成球、烧结料层透气性等工艺参数，本次试验各矿粉粒度检测结果见表2。两种精粉的粒度分布较好，＜1mm的占比在80%左右，能够较好地黏附在烧结混料小球上；烧损值俄罗斯精粉为4.83，巴西精粉为2.11，均高于本厂目前在用的国内精粉。

表2 铁矿粉粒度组成（质量分数，%）

1.2 矿粉高温烧结基础特性

高温烧结性能包括同化性、流动性、粘结相强度等，同化性表征铁矿粉与CaO反应生成液相的难易程度，液相流动性反映液相的流动能力，粘结相强度表征矿粉生成液相对矿粉黏附能力，是预判配矿烧结性能的核心指标^[2]。对三种矿粉开展高温性能检测，结果见表3。

表3 矿粉烧结高温基础特性

从检测结果可以看出，俄罗斯精粉的同化温度超过1300℃，并且在1300摄氏度条件下，流动性为0，均属于很差的水平，表明其与CaO在烧结温度下难以发生反应，不能为烧结成矿提供液相，从粘结相强度偏低也佐证了这一特性，在配加时要关注烧结矿强度的变化。巴西精粉的同化温度为1284℃，属于中等偏高，流动性指数在1300℃条件下为4.44，中等水平，粘结相强度较好。综合各项高温性能指数，巴西精粉优于俄罗斯精粉。

2 俄精、巴精单品种梯度配加烧结杯试验研究

2.1 烧结杯试验总体方案设计

为进一步探究两种矿粉的烧结性能，结合本厂烧结机实际配料结构开展烧结杯试验，为实际生产使用提供数据指导。

试验设置1组基准空白组，配加某国内精粉，试验组分别配加俄罗斯精粉3组梯度（3%、5%、10%）、巴西精粉3组梯度（3%、5%、10%），合计6组对比试验；试验采用等量替代国内精粉的方式，烧结矿二元碱度固定为1.90，混合料MgO目标含量1.90，微调其余矿粉配比保证混匀矿SiO₂基本持平，消除成分变量干扰。各组矿粉配比见表4。

表4 烧结杯试验矿粉配比方案（质量分数，%）

烧结杯试验采取固定风机频率，点火温度为1050℃，料层厚度950mm，目标配碳统一为4%，基准加水量9.5升，仅改变俄精与巴精配比，每组记录混合料水分、成球、烧结矿成矿粒度等指标。

2.2 俄罗斯精粉配比试验结果分析

三组俄精与对照组试验统计主要工艺及性能指标结果见表5。可以看出随着俄罗斯精粉配比的升高，混合料成球性能有了明显提升，这是因为俄罗斯精粉MgO含量高，烧结矿目标MgO一定时，随俄精配比增加，熟白云石粉配比降低，白灰配比升高，有利于混合料制粒，并且增加的白灰需要更多的消化水，混合料水分提高也有助于成球。然而，成球性能的提升并未带来烧结矿质量的改善，成球率过高时，烧结速率增加，过快的烧结速度反而会造成烧结液相反应不充分，烧结成矿率有所下降，粒度组成中小于5mm的比例升高，返矿率相应增加，不利于烧结矿产质量的稳定。

表5 俄精配比烧结杯试验产质量指标

表6 俄精配比试验烧结矿粒度分布

对各组烧结矿开展低温还原粉化检测，RDI指标见表7，RDI_+3.15越高、RDI_-0.5越低代表烧结矿低温抗粉化性能越好。随着俄罗斯精粉比例的增加，低温粉化指数明显下降，一方面，俄罗斯精粉中较高的Ti含量在烧结过程中易生成高熔点钛酸钙等矿物，不利于液相的充分生成与固结，局部微区结构偏析，削弱了烧结矿的整体强度，另一方面，高Ti含量会增加烧结液相的粘度，阻碍液相在矿粉颗粒间的充分铺展与渗透，这也与其同化温度和流动性指数的数据相吻合^[3]。

表7 烧结矿低温还原粉化指数随俄精配比变化关系

2.3 巴西精粉配比试验结果分析

三组巴精配比与对照组试验统计主要工艺及性能指标结果见表8。可以看出，随着巴西精粉配比的增加，混合料成球性能先上升后下降，当巴西精粉配比10%时，成球下降严重，只有70.05%，表明巴西精粉亲水性能较差，过高的巴西精粉不利于混匀料成球，进而影响烧结过程的透气性与热交换效率。同时，由于成球性能差，烧结速率下降，成矿率和转鼓强度都有不同程度的上升，但这种上升是牺牲烧结产量带来的。

此外，巴西精粉的高配比还导致烧结矿粒度组成发生变化，大颗粒比例增加，中间粒级减少，小于5mm的比例没有明显变化。这虽然有利于改善料层透气性，但过大的粒度差异可能影响高炉内的还原动力学过程，导致还原气体在料柱中的分布不均，进而影响高炉顺行与燃料比的优化。

表8 巴精配比烧结杯试验产质量指标

表9 巴精配比烧结矿粒度组成

巴精配比试验烧结矿低温粉化性能指标结果见表10。可以看出，随着巴西精粉配比的增加，烧结矿的低温还原粉化性能整体保持稳定且略有改善。与俄精不同，巴精中Ti含量较低，未出现因高熔点矿物生成导致的液相固结不良问题。

表10 烧结矿低温还原粉化指数随巴精配比变化关系

3 工业生产应用实践

3.1 现场分阶段配矿调整实施方案

基于烧结杯试验结论，俄罗斯精粉的比例不宜过大，巴西精粉适当配比能够改善烧结矿性能，所以烧结现场按照俄罗斯精粉不超过5%，巴西精粉5%到8%比例搭配配加，并关注烧结矿成分中Ti不超过0.25，同步配套工艺补偿措施，适度提高烧结矿FeO控制水平至9%到10%，降低白云石粉配比，增加白灰配比，优化混合制粒成球。工业生产配比趋势如图1。

图1 工业生产俄精、巴精月度配比变化趋势

3.2 烧结矿主要技术指标跟踪

跟踪生产烧结矿的成分、转鼓强度、冶金性能变化。表11是烧结矿主要成分检验情况，两种矿粉均属于低硅低铝料，配加后烧结同步增加经济料配比，烧结主要成分保持在稳定水平，Ti含量控制在0.2以内。两种精粉配加后，适当提高了烧结FeO含量至9%左右，以补偿因液相降低导致的强度波动，确保烧结矿转鼓强度维持在合理区间。

表11 烧结矿主要成分控制情况

3.3 烧结冶金性能指标

统计工业烧结矿低温粉化性能、还原度指数、熔滴性能检验结果，汇总见表12、表13。

表12 烧结矿低温还原粉化指标

表13 烧结矿熔滴试验数据

工业应用期间，烧结矿低温还原粉化指数（RDI+3.15）稳定在70%左右，较配加前保持稳定，满足烧结矿质量要求；熔滴试验熔滴区间在210到230℃左右，熔滴特性指数在4100kpa·℃，相较于配加前，略有下降，这是由于精粉配加后，烧结矿整体品位有所上升，由于俄罗斯精粉带入部分MgO，烧结矿镁铝比上升，最大压差下降。

3.4 高炉铁水生产适配效果

跟踪入炉烧结矿后高炉日均铁水产量、炉况参数、燃料比数据等，如表14。在配加俄精和巴精后，高炉铁水产量基本保持稳定，炉况没有出现明显异常，在调整烧结矿FeO后，炉内上部压差有了一定改善，透指有明显提升。

表14 高炉生产主要指标统计

4 结论

（1）原料基础性能检测结果表明，俄罗斯精粉TFe高、SiO₂、Al₂O₃偏低，可平衡高硅高铝经济料成分，但Ti、S含量偏高，同化温度1300℃、1300℃下液相流动性指数为0，高温成液相能力极差；巴西精粉品位略低于俄精，硅铝指标中等，同化温度1284℃、液相流动性与粘结相强度表现良好，综合高温烧结性能优于俄罗斯精粉。两种精粉粒度偏细，＜1mm占比约80%，有利于混合料黏附制粒，但原生水分偏高，生产中需管控混匀制粒水分制度。

（2）梯度烧结杯试验证实，俄罗斯精粉单种配加比例越高，混合料成球性能持续改善，但受高钛、液相生成不足影响，烧结成矿率、转鼓强度同步下降，低温还原粉化性能持续劣化，10%配比时RDI_+3.15降至70.14%，生产负面影响突出，建议工业配比≤5%；巴西精粉配加3%~10%区间，烧结低温粉化指标整体稳定无明显恶化，10%配比下转鼓强度小幅提升，但配比过高会恶化混合料制粒效果、降低烧结透气性，综合工艺表现优于同比例俄罗斯精粉。

（3）工业分阶段配矿实践验证：现场采用俄精≤5%、巴精5%~8%的搭配方案，同步将烧结矿FeO控制提升至9%~10%、优化熔剂配比改善液相生成，可稳定烧结矿成分，将TiO₂稳定控制在0.20%以内；长期跟踪显示烧结转鼓强度、RDI+3.15维持在70%左右，熔滴区间、最大压差小幅优化，烧结矿冶金性能满足大型高炉入炉标准，配套工艺调整可有效抵消高比例俄精带来的强度、低温粉化缺陷。

（4）高炉应用与经济效益层面：俄精、巴精复合配矿方案投入工业生产后，高炉日均铁水产量保持稳定，料柱上部压差下降、料柱透气性指数明显改善，燃料比无显著上行；两种高性价比精粉替代高价主流矿，拓宽本厂进口铁矿资源渠道，在烧结、高炉生产顺行不受负面影响的前提下，有效降低烧结配矿综合成本与铁水原料消耗，为同类型钢铁企业优化配矿结构、降本增效提供可复制的技术参考。

参考文献

[1] 成金华,刘凯雷,邵诗峰,等.铁矿石价格波动对钢铁行业产量的影响研究[J].中国矿业,2025,34(2):212-221.

[2] 章新宇,潘从元,袁溢,等.烧结优化配矿研究现状[J].中国冶金,2025,35(7):96-108.

[3] 程德.烧结液相成矿成分对烧结矿低温还原粉化行为的影响研究[D].中南大学,2023.

[4] 李宏伟.京唐5500 m³高炉综合炉料熔滴性能的影响因素[J].炼铁,2025,44(5):53-57.