金屬化球團質量的探討

張春靜，郭 穩

鋼鐵企業的生產過程必然會產生具有經濟價值的含鐵、含碳除塵灰，大部分除塵灰都能夠返燒結使用，但是部分高鋅灰受高爐原料鋅含量的限制，無法直接由燒結配吃。按《高爐煉鐵工藝設計規范》（GB50427-2008）要求：噸鐵入爐原料中鋅含量上限為150g，對含鋅量較高的粉塵、污泥在高爐流程中的循環使用進行了限制。爐料中含鋅量過高，會因鋅在高爐內揮發、富集，在高爐的爐身上半部分形成結瘤，影響高爐的穩定順行，縮短高爐使用壽命。在提倡綠色環保、循環經濟鋼廠的大理念前提下，各類循環物料都不允許出廠，高鋅除塵灰再利用勢在必行。目前高鋅除塵灰再利用方法有很多，包括物理法、火法、濕法以及化學萃取法，還可以將這幾種方法聯用。其中轉底爐工藝在國內應用范圍比較廣。轉底爐處理高鋅除塵灰后的產品主要是鋅粉和金屬化球團，其中鋅粉可作為高鋅原料出售，金屬化球團直接供電爐配吃。但電爐在生產過程中會出現渣量增大、渣堿度偏低、出鋼時間變長、電耗及石墨電極上升等問題，所以，提升金屬化球團質量，降低電爐使用成本是我們目前亟需解決的問題。根據金屬化球團的特點，研究金屬化球團質量的影響因素主要有還原溫度、還原時間、配碳量、料量、生球質量等。

1 還原溫度對金屬化球團質量的影響

煤氣燃燒放熱是轉底爐爐膛熱量的主要來源，轉底爐在生產過程中主要用轉爐煤氣，但轉爐煤氣熱值波動較大，爐內最高溫度（還原二段和還原三段）一般控制在1220℃左右。8 月18日，為提升金屬化球團質量，混入熱值比較穩定的焦爐煤氣，爐內最高溫度控制在1250℃～1280℃之間。

混入焦爐煤氣，還原溫度提升后，殘碳降低0.8%，金屬化率升高0.88%，脫鋅率升高0.81%。

另外，如果生產過程中還原溫度高，還原反應進行的快且劇烈，金屬化球團表面就很難被再次氧化，即便被氧化，如果表面的氧化層很薄，也不會影響產品的金屬化率。如果還原溫度偏低，還原速度緩慢，等到整個球充分發生還原反應時，表面就會形成較厚的氧化層，最終導致金屬化率偏低。因此，生產中想要提高金屬化球團的金屬化率，防止還原過程中的再氧化，就需要提高還原溫度，在爐內不出現板結塊的前提下，還原溫度越高，反應時間越短，金屬化球團質量越好。

2 料厚對金屬化球團質量的影響

根據目前生產節奏及工藝條件，經生產實際摸索，轉底爐的還原時間為18 分3 秒，幾乎不做調整，但隨著產量的升高，布料厚度勢必會隨之升高。料厚太高也會影響金屬化球團質量，因為轉底爐的火焰僅接觸料層的上層，料厚過高時，上下層反應速度差別較大，上層還原反應剛好完成，下層還原反應肯定不充分；如果下層還原反應完畢，上層就會發生嚴重的再氧化。

金屬化球團產量升高90.39t，粉率升高5.68%，金屬化率降低趨勢，電爐磁盤吸入量降低0.7t 左右。

3 配碳量

2020 年4 月18 日～5 月18 日低煤氣熱值生產摸索期間，試驗增加配碳量，混煤配吃比例由6%逐步增至10%,配碳量由14%增至17%，金屬化率稍有上升，但粉率逐漸升高，最高粉率42.79%。通過反復摸索，金屬化球團在生產過程中，碳最終以氣體形式排出，金屬化球團的特點是低配碳量和高孔隙率，轉鼓強度會隨著配碳量的增加而降低，金屬化率會隨著配碳量的增大而增大。所以如果配碳量高，直接導致粉率上升，因此，生產過程中需要逐步摸索合理的配碳量，目前配碳量一般穩定在13%～14%之間，能夠滿足轉底爐還原過程所需要的配碳量。

4 料量及生球質量

轉底爐在實際生產過程中，由于各類塵泥本身成分、來料量不穩定的特點，料量及生球質量波動較大，造成后續焙燒過程調整困難，影響金屬化球團質量。生產組織過程中，從源頭抓起，盡可能穩定原料配比，減少變料次數；工藝上要求混合料水分控制在6%～8%之間，生球水分控制在10%～12%；重?；?、布袋灰碳含量波動較大，為穩定還原反應所需的配碳量，試驗配吃2%碳粉，效果較好。

表1 金屬化球團成分

表2 金屬化球團指標

表3 混合料碳含量的變化對金屬化球團指標的影響

表4 碳粉成分

表5 碳粉粒級

表6 提品前后金屬化球團成分對比

碳粉粒級與其它除塵灰相比偏粗，但碳粉的碳含量比較穩定，少量配吃并不影響混合料的成球性，相反，能夠提升混合料配碳的穩定性，提升生球質量，為后續操作過程的穩定創造有利條件。

5 硅含量降低對金屬化球團品位的影響

5.1 配吃高品位精粉提品

進入8 月以來，不斷摸索降低金屬化球團硅含量，提升金屬化球團品位，先后吃入氧化鐵皮、澳洲精粉、精選秘魯粉等高品位礦粉，但均表現為母球形成速度慢，生球粒度大且球量不好控制，最后試驗申風國內粉，配吃效果較好，金屬化球團品位、硅含量均有明顯改善。

配吃申風國內粉25%，金屬化球團品位提升1.75%，硅降低1.96%。

5.2 有機粘結劑代替皂土能夠在一定程度上降低硅含量提升金屬化球團品位

表7 粘結劑成分

表8 粘結劑配比及生球變化情況

經過生產實踐摸索，觀察粘結劑配比由2%逐步降至0.8%過程中生球質量的變化，粘結劑配比2%、1.5%及0.8%時生球均表現為粒度不均，呈周期性波動；粘結劑配比1%時，生球成球性較好，粒度較均勻，表面較光滑。

表9 混合料成分

配吃粘結劑后，混合料TFe 上升1.76%，SiO2下降2.65%。

表10 金屬球質量變化情況

配吃粘結劑后，較配吃皂土時TFe 升高7.4%、MFe 升高9.52%、SiO2降低4.2%、金屬化率升高5.44%，粉率升高2%。

粘結劑代替皂土能夠明顯的降低硅含量提升金屬化球團品位，但粘結劑對原料的適應性偏差，成品金屬化球團粉率呈上升趨勢。

電爐吃入情況。

高品金屬化球團電爐吃入過程，磁盤吸上量每盤上升0.4t，吃入1t 時（折合噸鋼7.69kg/t），高品較低品提效2 元/t 鋼。實際渣料消耗不變的情況下，增加了高品球吃入量，同比爐內渣樣變化：全鐵上升1.25%～4.10%，二氧化硅下降-0.42%～-0.98%，堿度上升0.02 ～0.27。

同時，電爐及時調整金屬化球團加入時機在冶煉前、中期，利于前期脫氧和快速成渣，較好的改善了埋弧操作，供電縮短、護爐效果提高、終點控制穩定，鐵元素回收率提高明顯。

5.3 配吃烘干輥磨卡粉降低皂土配吃比例

技術部組織球團廠對-4mm 卡粉進行烘干、選礦廠用高壓輥磨對烘干后卡粉進行細磨生產試驗，最后磨后卡粉在轉底爐工序配吃。

表11 渣樣變化情況

表12 電爐指標變化情況

表13 卡粉烘干情況情況

經球團廠對北區2#豎爐烘干進行出料系統改造，對卡粉進行烘干，烘干溫度控制在710℃～750℃之間，烘干后水分平均4.3%，較原礦下降3.6%，小時產量50t。

分析烘干卡粉單獨研磨試驗數據，五次研磨細度65.15%，參照試驗生產時間及研磨五次計算，產量約700 噸/天；因烘干卡粉水分5.5%較低，生產過程中揚塵較為嚴重，且卡粉黏度較高，第3 次輥磨后結塊較多，隔渣篩下料不暢?？紤]四次研磨細度達到64.3%，能夠滿足轉底爐生產需求，所以要求生產上細磨四遍后就拉往轉底爐進行配吃。

轉底爐吃入細磨卡粉情況。

表14 高壓輥磨細磨情況

表15 原料配吃情況

表16 轉底爐產量及單耗

表17 金屬化球團成分

配吃細磨卡粉10%后，日產量降低14.09t，粉率上升2.59%，皂土單耗下降59.66kg/t。皂土成本下降22.96 元。

試驗開始配吃15%細磨卡粉，皂土由4.5%逐步降至2%，生球成球慢，干燥后生球水分偏高，較之前干燥后生球強度降低，落下強度2次以下占30%，鏈斗機成品球碎渣、面子較多，粉率30.46%，通過生產實踐摸索，逐步將卡粉配比降至10%，粉率下降明顯。

針對生產中實際存在的問題，從配料到造球、再到烘干主要采取的措施：①將皂土倉子由9 號倉調至7 號倉，7 號倉是拖拉皮帶秤，量程比螺旋下料秤小，精準皂土下料。②由于散裝布袋灰水分大、有硬塊，影響下料，所以要求停配散裝布袋灰。③強力混通入蒸汽，提升混合料料溫。④強力混預見性調整進水量，混料水分7.5%～8.2%，提升混合料水分，降低球盤加水量。⑤在線清理干燥機網帶糊堵，提升烘干效果。⑥穩定造球粒度，提升8mm ～12mm 粒徑占比85%以上，改變加水方式及熱水造球模式，有效減少生球表面粘附粗顆?，F象。⑦生球入爐量控制25t/h以上，調整干燥機入口煙氣溫度320℃～350℃，干燥后生球水分＜2%，落下強度兩次以上。⑧本體溫度控制，根據熱值合理調整焦爐轉爐煤氣量還原二、三區溫度控制1280℃～1290℃，使爐內焙燒均勻穩定。隨后要求轉底爐固化原料配比，定配料方案。

通過一系列整改，轉底爐細磨卡粉配比控制在10%，皂土配比穩定在2%，轉底爐本體還原二、三區溫度控制在1280℃～1290℃，使爐內焙燒均勻穩定。通過試驗卡粉的配加，在整體工序生產中對降皂、成品降硅起到了明顯效果，粉率穩定在25%左右，金屬化球團品位TFe70.26%，SiO28.62%，S0.63%。

6 總結

（1）通過現有轉底爐實際生產工藝條件，改變原料配吃、還原溫度和布料厚度，穩定配碳量及料量，研究不同還原條件對金屬化率、脫鋅率的影響。研究表明，金屬化球團是內配碳的直接還原反應，在還原溫度控制在1250℃～1280℃之間，日產量在700t 左右時，金屬化率可達75%，脫鋅率可達90%，電爐磁盤吸入量最高可達3t ～4t。

（2）轉底爐用有機粘結劑代替皂土，金屬化球團品位能夠達到71%，硅能夠降至7%，有助于電爐降低電耗及渣料消耗，降低成本，但是在生產實踐中應繼續摸索降低粉率，穩定原料條件。

（3）還可以結合皂土廠家提升皂土質量，降低皂土消耗，也能夠很好的達到金屬化球團降硅提品的目的。皂土的硅含量在65%左右，目前皂土配比5%，金屬化球團硅含量在11%左右，理論計算皂土配比降低1%，金屬化球團硅含量能夠降低0.78%，品位能夠升高0.89%，還應在生產實踐中逐步摸索。

（4）卡粉有一定的粘性，經過細磨后由轉底爐配吃也能夠降低皂土消耗，經過生產實踐，皂土配比能從4.5%降至2%，能夠達到降低金屬化球團硅含量及提升品位的目的。但必須嚴格控制好細磨卡粉的配吃比例，配吃比例過高，爐內爆裂嚴重，直接導致成品球粉率上升。