包容式固结焙烧理论思想在竖炉球团生产实践中指导意义2

1、包容式固结焙烧理论研究在竖炉球团生产实践中的意义玉溪红山球团工贸有限责任公司段有华 背景玉溪红山球团工贸有限责任公司氧化球团生产工艺2008年以前一直使用大红山矿提供的磁铁精矿作为主要生产原料。大红山铁精矿质量稳定，是生产工艺设计时的首选原料，在实际运行控制过程中，工况稳定，成品率高，粉化率很低。进入2009年后，由于大红山矿采矿进入低品位区，选矿回收率降低，导致原料供应出现缺口，磁铁精矿供应从2008年12月之前的80-90%，急剧下降到了现在的50-70%，这个巨大的原料缺口，通过公司的努力，加强资源的开发整合和采购力度，现基本满足生产正常运行所需。在这部分补缺的原料中，主要有以下几部分构

2、成： 1.弱磁铁精矿；2.精选硫酸渣矿；3.褐铁精矿。这部分补缺的原料质量层次不齐，主要表现为：粒级过粗、品位低、水分偏高且波动大（水分偏高时间多）、氧化亚铁含量偏低、杂质偏多，焙烧工况难于迎合（见表1和表2）。这部分矿焙烧性能难于与大红山铁精矿相容。由于补缺原料存在的这些问题，在生产运行控制过程中，生产工艺随原料的供应实际情况进行波动性调整，造成了生产工艺调整过于频繁，工艺控制难度增大，产品质量波动过大，成品率降低，粉化率上升。在保证产品质量的前提下竖炉焙烧效率下降，工艺效率降低，产能受到压缩。在这样的背景下，笔者通过三年来的研究总结，引入了包容式固结焙烧理论思想，通过这个理论的深入实践总结

3、，在生产管控过程中，我们针对原料变异的情况按照这个理论的指导采取相应的管控方法和手段，取得了明显的效果，稳定了生产和产能，基本保证了产品质量。表1：2011年原料配用情况项目大红山矿外购矿粘结粉赤铁矿膨润土混合料配比41-61%20-40%5%12%2%100%品位62.5%59%43%59.5%0%保持不低于59%粒级（200目过筛率）92%60%45%60%94%80-85%表2：2011年各配用原料物化分析表项目TFeFeOH2O粒级SAsPSiO2%大红山矿62.52810920.007微量微量9-10粘结粉41-430.157.540-600.040.0050.216-20赤铁矿（硫

4、酸渣）57-5910-1425600.8-1.00.5-0.60.0045-6振兴矿57251060-660.0280.0130.0114.5伟申矿57-602610-12880.080.0280.01410-11金聚矿57-5925-2612800.0190.0110.01611-12天泰矿59-622811950.0240.0010.01211管道精56-6222-2310950.020.0190.0188昆钢矿50-602010600.0320.010.01412烧结精551810750.110.33微量6景洪矿59-601412800.180.0270.457-8孟连矿57-59188

5、700.260.0150.02014峨山矿（磁化焙烧矿）57201750-600.070.0140.1613众鑫矿57-59131560-700.450.350.0258勐海矿602012650.080.030.5-0.610关键词：包容式固结 原料多元化 影响 措施 意义一、包容式固结焙烧理论（一）单一矿种的固结焙烧性能差异对比铁精矿粉的固相再结晶性能在一定程度上可以代表其在球团矿生产过程中的表现和行为，直接影响到球团矿的固结即强度 ，研究结果表明：铁矿物为磁铁矿时具有较好的固相再结晶强度，而赤铁矿或镜铁矿是固相再结晶强度较低。其原因是磁铁矿在焙烧中氧化成赤铁矿，同时氧化放热，并伴随晶形转变

6、。能更好地构成晶桥。1磁铁矿球团在固结过程中，主要发生以下反应：A Fe2O3微晶键连接2Fe3O4 +1/2O2 3Fe2O3-Q放（该反应是一个放热的过程）在氧化气氛中焙烧时，氧化过程在200-300时开始，并随温度升高氧化加速。首先在磁铁矿颗粒表面和裂缝中进行。当温度达800时，颗粒表面基本氧化成Fe2O3，颗粒之间产生联接桥，这种连接称为微晶连接。颗粒之间产生的微晶健使球团比生球和干球有所提高，但还是较弱。B Fe2O3再结晶连接Fe2O3再结晶连接是铁精矿氧化球团固相固结的主要形式。是微晶键连接的发展。此时氧化过程由球的表面沿同心球面向内推进，氧化预热温度达1000时，约95%的磁铁

7、矿氧化成新生的Fe2O3，即：Fe2O3。Fe2O3 Fe2O3 在最佳焙烧制度下，一方面残存的磁铁矿继续氧化，另一方面赤铁矿晶粒扩散增强，并产生再结晶和聚晶长大，颗粒之间的孔隙变圆，孔隙率下降，球体积收缩，球内各颗粒连接成一个致密的整体，因此使球的强度大大提高。C Fe3O4再结晶固结 磁铁矿球团焙烧时，若为中性气氛或氧化不完全，内部磁铁矿在900既开始发生再结晶，使球内各颗粒连接。但Fe3O4再结晶的速度比Fe2O3再结晶的速度慢，其强度也比Fe2O3再结晶的低。D 渣键链接磁铁矿生球中含有一定量的SiO2，焙烧在还原气氛中或中性气氛中进行，或Fe3O4氧化不完全，在焙烧温度1000时，即

8、能形成2FeO.SiO2。2FeO.SiO2熔点低，且极易与FeO及SiO2再生成熔化温度更低的低熔体。因此，在冷却过程中，因液相的凝固，而使球团固结。此外，如果焙烧温度高于1350，即使在氧化气氛中焙烧，Fe2O3也将发生分解，形成Fe3O4，同样也会与SiO2作用产生2FeO.SiO2。2FeO.SiO2在冷却过程中很难结晶，常成玻璃质，性脆，强度低，且高炉冶炼中难以还原，因此渣链连接不是良好的固结形式。（2）赤铁矿或硫酸渣在氧化性气氛下焙烧，不发生晶形转变，原子的活动能力比氧化新生成的赤铁矿弱，故要求更高的焙烧温度。同样温度和固结时间条件下，赤铁矿固相再结晶强度要低于磁铁矿，深植于固结反

9、应难于形成。2赤铁矿球团固结形式：A. 较纯赤铁矿球团的高温固结用含Fe2O399.7%的赤铁矿球团进行试验，在氧化气氛中焙烧时发现，赤铁矿颗粒在1300时才结晶，且过程进行缓慢，在1300-1400温度范围内，颗粒迅速长大。焙烧30分钟，赤铁矿晶粒尺寸由20m增至400m。B. 较纯赤铁矿球团的双重固结当生球加热到1300以上温度时，赤铁矿分解成磁铁矿，而后铁矿颗粒再结晶长大，称为一次固结。当进入冷却阶段时，磁铁矿则被重新氧化，球团内颗粒会发生Fe2O3在结晶和相互连生而受到一次附加固结，即称为二次固结。C. 较高脉石含量的赤铁矿精矿球团的再结晶渣相固结形式这类赤铁矿精矿球团的固结形式被认为

10、不是简单的高温再结晶过程。当温度1100时，开始出现Fe2O3再结晶。1200时结晶明显得到发展，即产生高温再结晶固结。这种Fe2O3再结晶一直发展到1260以上的高温区。当焙烧温度大于1350时，Fe2O3部分又被分解成Fe3O4，Fe3O4与SIO2生成铁橄榄石FeO.SIO2,并形成渣相固结。 在还原气氛中焙烧赤铁矿时，由于赤铁矿颗粒被还原成磁铁矿和FeO，因此900以上时，即产生Fe3O4再结晶而使生球固结，当生球中含有一定量的SIO2时，在高于1000的温度下将出现Fe SIO4的液相产物，使生球得到固结。但是，这种焙烧制度下所得到的球团还原性差且强度低。3对于镜铁矿，由于其结构致密

11、Fe2O3晶粒扩散阻力大，固相再结晶难以进行。 从化学成分上来看，含铁量较高、脉石少的磁铁精矿粉其固相再结晶强度高，其原因是含铁量高，磁铁矿氧化放热高，可以提供更多的热量。 自熔性磁铁精矿粉其固相再结晶强度高。铁精矿粉中含有的CaO易与新生的Fe2O3的固相相溶，有利于在较低的温度下促进其固相再结晶的发展。（二）包容式固结焙烧理论的精髓综合以上基础理论，针对目前原料多样化进程，我们推出了包容式固结焙烧的理论思想来指导实际生产运行。包容式固结焙烧理论思想：结合各矿种的焙烧性能，根据各矿种的实际配比情况，跟踪摸索适宜的焙烧工况，充分利用磁铁矿焙烧温度低、焙烧过程放热的特性和在原料中配比占主导的优势

12、，选择适宜磁铁矿的焙烧温度，通过磁铁矿的焙烧固结传质效应形成磁铁矿颗粒之间的连接，把赤铁矿和其他弱磁铁颗粒矿包围在球团体中，通过焙烧各阶段的完成以达到要求的球团强度。另一个思路，就是兼容多矿种的固结方式，综合考虑，选择适中的焙烧工况（该焙烧温度高于磁铁矿焙烧温度，而低于赤铁矿的焙烧温度），使生球在传质初固固结的混合体状态下通过焙烧温度的进一步提高，强化磁铁矿颗粒与赤铁矿和其他非磁铁矿颗粒之间的连接（当然这种连接不可能达到磁铁矿与磁铁矿颗粒之间的强度），从总体上进一步加强球团体的固结强度，通过焙烧过程各阶段的完成以达到要求的球团强度。但其中更大的支持作用还是来自于磁铁矿的首先固结。前一种思路是包

13、围的思路，以多数磁铁矿包围赤铁矿等非磁铁矿，以磁铁矿的固结焙烧为主，达到稳定生产的目的；后一种思路是兼容的思路，选择高于磁铁矿的固结焙烧工况低于赤铁矿和其他非磁铁矿的固结焙烧工况，达到稳定生产的目的。 单一磁铁矿球团体 多矿种球团体 （ 磁铁矿 非磁铁矿 ） 二、影响包容式固结焙烧的因素基于以上理论思想和实际运行控制情况来看，我们必须关注和解决以下问题，才能保证包容式固结的全面实现，确保产能的稳定发挥、降低固结焙烧粉化率、稳定产品质量：（一） 原料配比。合适的配比是包容式固结能否完美实现的关键，磁铁矿配比过低，赤铁矿或其他若磁铁矿配比过高，磁铁矿颗粒无法在球团体中包容赤铁矿或其他若磁铁矿颗粒，

14、在球团焙烧过程中，焙烧工况和焙烧温度难于迎合。三年的实践经验总结，从比较有代表性的非磁铁矿赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿使用情况看：赤铁矿（硫酸渣）配比可以稳定控制在10-18%，褐铁矿可以维持在5%。（当然这与两种矿的品位有关系）。（二）原料混合均匀度原料混合均匀度的问题，是制约包容式固结是否能形成、固结效果是否良好的重要影响因素。从实际生产运行控制体现看，主要有以下哪几方面的影响：（1）混合均匀度差，球团体中磁铁矿颗粒与赤铁矿和其他若磁铁矿颗粒的相互接触效果差，球体中磁体矿与赤铁矿和其他若磁铁矿颗粒的出现明显分区，或者磁铁矿包容赤铁矿和其他若磁铁矿颗粒的效果差，在焙烧时，球体内大区域的赤铁矿和其他

15、若磁铁矿颗粒区域阻碍了磁铁矿颗粒间的传质或晶格排列，造成焙烧效果下降，焙烧粉化率高，成品球团质量差。（2）混合均匀度差，球体中出现磁铁矿与赤铁矿和其他若磁铁矿颗粒的分区明显，由于磁铁矿、弱磁铁矿、赤铁矿的焙烧性能差异，所需焙烧温度差异大（基本在950-1300），在焙烧时，很难相容各矿种的焙烧性能，在调整焙烧工况时，很难相就，很容易造成炉况恶化，造成焙烧效果下降，焙烧粉化率高，成品球团质量差。目前，这个因素是影响包容式固结和制约实际生产比较大的因素。混合均匀度越好，越有利于包容式固结焙烧的实现，球团产品越稳定。（三）原料的粒级和粒级水平1.从铁精矿粉的粒度组成和比表面积方面来看，铁精矿粉粒度过

16、粗，矿粉颗粒的比表面积减小，颗粒之间的接触面积小，表面之间的分子作用力减小，不利于矿粉颗粒之间的相互作用，颗粒间毛细力现象形成困难，或毛细力作用得不到加强，对于生球质量的稳定提高是非常不利的。2.粒级过粗，颗粒之间的排列不紧密，相互接触面积减小，球团体矿粉颗粒之间的传质效应会变差，球团焙烧时不利于固体质点在高温条件下向相邻晶格中扩散，再结晶的困难，影响包容式固结的形成，难于形成良好的焙烧效果，球团矿的强度提不高。3.由于原料粒级过粗，在生产控制过程中，为了提高矿粉颗粒之间的紧密接触，以此提高必然导致膨润土配比量的增加，生产成本增加。 4.粒级过细，成球过程中毛细力难于形成，成球困难；另外，竖炉

17、焙烧时生球爆裂严重，竖炉焙烧粉化率过高。从实践经验看，粒级控制在-200目下80%-95%并且粒级形成一个合理的级配关系是比较理想的。（四）水分随着原料多元化进程的加快，水分对包容式固结焙烧的影响日益突现。最主要的影响有以下几个方面：1.原料水分水平整体提高，加大了烘干工作负荷，造成烘干耗热量增加，按照现行的煤气供应格局，无形中形成了烘干工序与竖炉焙烧工序抢夺煤气使用量的态势，使整个生产工艺煤气消耗量增加；从竖炉角度看，形成了煤气使用量削减的不利局面，难于满足包容式固结焙烧的热量需要。2.由于赤铁矿和硫酸渣成矿结构和物理外形结构的特点，水分存在形式决定了两者高水分的特性。赤铁矿是三氧化二铁和结

18、晶水结合的产物，所以，赤铁矿精矿水分有内在结晶水、外部游离水等两种以上形态的水；硫酸渣主要成分三氧化二铁，显微镜下的物理外形是蜂窝状结构，这种蜂窝状结果在加工处理过程中会聚集大量的水分。这两种原料中的水分在烘干过程中，很难被低温蒸发迁移，造成烘干后原料水分高居不下，难于满足生产工艺要求；在造球过程中，该两种原料中的内在水分不会参与形成毛细力，从而导致造球加水量增加，整体造成生球水分升高，给竖炉焙烧过程的控制形成压力。这些影响因素会随着赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿的配用比例增加呈现上升态势。3.生球水分升高，生球烘干预热所需热量增加，烘干预热时间延长。如果工艺控制不好，烘干预热时间不够，容易造成湿球下

19、行，球爆裂严重，粉化率过高，同时，成品球抗压强度离散性大，造成球团转鼓指数下降，球团整体质量水平下降；烘干预热时间过长，可以稳定球团质量，但势必造成竖炉产能下降。从目前实践情况看，生球水分基本控制在9.5%-10.5%之间，产能可以稳定在480吨/班-550吨/班（生球入炉量）。以上四方面是目前影响包容式固结焙烧的重要因素，我们在生产管控过程中作为重点监控，通过一些技术的、管理的手段和措施来尽量减少这些因素的影响，取得了很多时效性的效果。影响包容式固结焙烧的因素还有一些，在此不做更多陈述。三、 充分利用目前工艺配套条件，加强生产和工艺管控，满足包容式固结焙烧需要为了更好地实现包容式固结焙烧，针

20、对以上影响因素，在生产和工艺管控方面，切实落实“双稳一降”（稳定产能、稳定质量和降低粉化率）的生产组织方针，树立“大控制小环节”的工艺控制思想，即：树立全面、全过程、全方位的管控思想，切实开展全面质量管理工作，采用有效的控制图和因果关系分析图等质量管理方法，逐步建立工序质量统计分析改进制度，推动车间质量管理水平的提高，重视源头治理，加强工艺环节改进控制措施的落实和效果反馈，持续改进，强化过程保结果。具体采取了以下调整和改进措施：（一）赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿的配用采取循序渐进的方式进行运作（走实验室运作生产中试规模化生产运作模式），杜绝盲目大比例配用，以磁铁矿为基础，以赤铁矿、硫酸渣和褐铁矿之一

21、的最大配比作为主要控制目标、综合其他配矿的影响因素来开展调整和改进工作。（二）关注原料水分，落实配矿人工减湿和烘干措施，降低原料水分，总体控制生球水分水平。1.行车岗位在烘干配料岗位的指导下，认真做好湿料的抓堆脱水和干湿料混合分层上料的减湿措施。烘干岗位必须随时掌握配料原料的水分情况，监督行车岗位抓料落实减湿措施，配料综合水分控制在12%以内。2.摸索烘干混匀筒低温大风和高温小风的运行的优缺点，优化烘干作业操作方法，根据烘干效果随时调整煤气用量和烘干筒腰风风量，切实提高烘干效率，减弱与竖炉争夺煤气使用量的趋势。同时，加强烘干质量的监控力度，增加烘干后水分的自检和专检密度，每半小时监测一次，发现

22、问题及时进行调整。原料烘干后水分控制在8%-9.5%。3.随时检查烘干筒内结料情况，定期清理，保证烘干筒扬料和混合效果，为包容式固结创造良好的基础。4.加强造球工序的来料水分、球盘转速、球盘加水量等主要运行参数监控，摸索形成可行的工艺操控方法。在稳定生球质量的前提下，最大限度地降低生球水分。5.为了解决配矿之后混合料粒级降低的因素影响，在球团产品品位满足产品质量标准的前提下，适当提高膨润土的配比量。6.采取磁铁矿与弱磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿错开仓位配料、定期检查清理烘干混匀筒保证混合效果，加强配料、烘干混匀两个环节的管控，提高主原料与外购原料的混合均匀度，为多矿种原料球团包容式固结奠定良好的基础

23、。7.严格执行热工制度调整措施，稳定竖炉热工制度，稳定提高操作技能，切实落实以下措施：以磁铁矿焙烧工况为基础围绕弱磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿的配入比例来进行工况调节和控制，随着弱磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿配比的提高，热工制度作出如下调整：（1）弱磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿的总配比小于等于5%时，燃烧室温度控制在950-1050；（2）当弱磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿的总配比大于5%时，在上述基础上，弱磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿的总配比每增加1%，燃烧室温度增加5，最高温度控制在1200以下，防止炉内出现熔融性固结现象，导致炉况恶化，燃烧室温度控制在1050-1180，南北燃烧室温度基本均衡，温差不超过50。炉篦温度

24、控制在450-650之间，东西温度均衡，温差不超过50。防止生球爆裂量增大。通过上述调整，以迎合包容式固结所需要的焙烧环境和温度。（三）增强操作责任心，提高操作技能，主要切实落实以下措施：1.稳定产能，杜绝盲目冲高产量的现象发生，防止炉况大起大落。2稳定控制生球流量，采用薄料层布料运行方式，保证生球烘干预热效果；3排料采取多次少排（即：增加排料次数，但每次少排）方式运行，降低排料振机振动频率，排料次数增加，每次排球量减少，防止料柱倾斜，同时有利于经常松动料柱，保证料柱透气性，营造焙烧氧化环境。4及时治理炉内料柱倾斜，减小湿球下行现象；保持料柱良好的透气性。5.合理调节竖炉焙烧尾气引风机的运行频率，减少烘干床上部的热量损失，保证烘干床的烘干预热效果。6稳定炉况，及时治理跑风、塌料和结块等炉况恶化现象。四、加快技术改造步伐，提高工艺配套装备能力，为包容式固结焙烧效果的提升提供坚实的基础笔者通过三年来的生产实践尝试，形成了具有一定实用意义的包容式固结焙烧支持性理论基础，摸索出了一些成熟稳定的工艺技术和操作控制经验，并且取得了明显的成效和经济效果。但是，这些成效都是基于我司现行工艺水平而进行的，一些实质性的问题，还是必须经过工艺和工艺设备配套的改进和提升来实现的。为进一步提高包容式固结焙烧的成效，我们必须重点加快以下技术改造项目的实施，1 工艺增加配套原料磨矿工艺及设备，