袁 潔，姚嘉斌，朱偉中，魏振鵬

(酒鋼集團 甘肅潤源環(huán)境資源科技有限公司，甘肅 嘉峪關 735100)

摘 要: 為實現(xiàn)鋼渣多途徑利用，達到減少資源浪費和環(huán)境污染的目的。根據(jù)酒鋼燒結原料及鋼渣特性在實驗室進行不同鋼渣配比的燒結杯實驗，并對燒結礦的冶金性能進行了測定研究。結果表明: 鋼渣對燒結溫度、垂直燒結速度和燒結利用系數(shù)有明顯的改善作用; 隨著鋼渣配比的增加，燒結礦成品率和轉鼓強度均出現(xiàn)了先增大后下降的趨勢; 燒結礦的還原率隨鋼渣配比的增加呈現(xiàn)不同程度的下降，而燒結礦的粉化性能得到大大改善; 鋼渣加入量每增加 1%，燒結礦 TFe 將降低 0．3%，P 含量將升高 0．00375%。

關鍵字: 轉爐鋼渣; 燒結; 冶金性能

1 引言

鋼渣是煉鋼過程中產生的副產品，其產量為粗鋼產量的 10% ～20%^［1］ 。我國是產鋼大國，每年都會產生大量的鋼渣，但鋼渣利用率只有 30% ～40%^［2］ 。大量的鋼渣在選鐵后被堆棄，不僅占用大量的土地，污染了環(huán)境，還造成了資源的浪費。隨著鐵礦石價格的上漲，鋼材需求增幅減緩，使鋼鐵企業(yè)處于產量大而效益不高的尷尬局面。因此，實現(xiàn)鋼廠二次資源的綜合利用是提高鋼鐵企業(yè)效益的有效途徑。

鋼渣中含有鈣、鐵、硅、鎂等有益元素，且本身是熟料，因此把鋼渣用作燒結溶劑是目前多數(shù)鋼鐵企業(yè)的利用方式。我國首鋼、武鋼、安鋼、太鋼等把鋼渣返回燒結使用，取得了良好的經濟效益和社會效益。尤其是濟鋼，自 20 世紀 70 年代以來將轉爐尾渣全部返回燒結，使燒結機產量提高了 11．7%。但是由于國內各燒結廠原料條件及操作要求不同，鋼渣的使用情況及配入鋼渣對燒結礦冶金性能及燒結經濟技術指標的影響也不盡相同^［3-9］ 。因此，需要對鋼渣的使用進行進一步的研究和探索，本文針對酒鋼鋼渣進行了燒結配加試驗，并就鋼渣配加對燒結技術經濟指標的影響進行探討。

2 試驗方法

2．1 試驗原料

試驗用鋼渣取自酒鋼冶金渣場經破碎磁選后的尾渣，其它原料均由酒鋼選燒廠提供。鋼渣試樣經過篩分處理使其粒度小于 8 mm。原料及鋼渣化學 組成見表 1。

2．2 試驗設備

本次試驗主要設備: 燒結杯、抽風系統(tǒng)、熱電偶、點火裝置、破碎機、轉鼓、圓筒混料機及振動篩。燒結杯裝置如圖 1 所示。

2．3 試驗方案

試驗在 Φ285 mm×505 mm 燒結杯中進行; 鋪底料為2 kg; 點火煤粉0．2 kg; 點火負壓為6 000 Pa，燒結負壓為 9 000 Pa 左右; 燒結混合料水分控制在10%左右; 配加酒鋼燒結返礦保持 20%之內，外加11%的高堿度返礦; 焦粉配比為 4．5%，試驗固定燒結礦堿度( w( CaO) /w( SiO₂ ) ) 為 1．8。

試驗以酒鋼現(xiàn)行燒結配料為基準，在上述工藝條件下進行，分別對鋼渣配入量 1%、2%、3%、4%、5%和 6%進行配料和燒結試驗，每爐進行 2 次，取試驗數(shù)據(jù)平均值。并對燒結礦物化性能進行測定。燒結原料配比及燒結杯參數(shù)分別見表 2 和表 3。

3 試驗結果及分析

3．1 鋼渣對燒結溫度和燒結速度的影響

鋼渣對燒結溫度和垂直燒結速度的影響分別見圖 2 和圖 3。

由圖 2、圖 3 可知，燒結溫度和垂直燒結速度呈現(xiàn)相似的變化趨勢，隨著鋼渣配入量的增加而增大。

鋼渣配入量在 3%以下時，燒結溫度和垂直燒結速度與基準期相比變化不大。當配入量高于 3%時，兩者急劇增大，并在 6% 時達到最大，分別達到613 ℃和 30．6 mm/min。

鋼渣本身屬于熟料，在燒結過程中易熔融，耗能低，并且鋼渣含有較高的 CaO，在堿度保持不變時，石灰石( CaCO₃ ) 的配入量相應減少，燒結過程中CaCO₃ 分解耗能相應降低，導致燒結溫度升高。鋼渣是強度較高的顆粒，配入燒結料后，改善了燒結料的粒度。且鋼渣在混料過程中是原料成球的核心，改善了燒結料的成球效果，增大了燒結料的透氣性能，從而使燒結時間變短，垂直燒結速度增大。

3．2 鋼渣對燒結礦成品率和轉鼓強度的影響

鋼渣對燒結礦成品率和轉鼓強度的影響分別見圖 4、圖 5。

從圖 4、圖 5 可以看出，隨著鋼渣配入量的增大，燒結礦的成品率和轉鼓強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并且分別在鋼渣配入量為 3%和 4%時減小的速度增大，直至低于基準期。

研究發(fā)現(xiàn)，酒鋼鋼渣中 CaO 含量極高，達到41．83%，F(xiàn)eO 含量為 10．78%。CaO 以硅酸二鈣和硅酸三鈣的礦物形態(tài)呈現(xiàn)，易于鐵礦物反應生成低熔點的鈣鐵橄欖石等化合物，導致燒結過程液相增加且提前。液相的數(shù)量和品質是燒結礦的決定性因素，因此液相增加是燒結礦質量提高的重要原因。

液相增多，含鐵相和膠結相結晶程度好，改變了礦相結構，進而改善了燒結礦的轉鼓強度。

鋼渣配入量為 4%時成品率和轉鼓強度均與基準期相當。隨鋼渣加入量的增大，兩者逐漸減小。

其原因是鋼渣配入量過大，燒結溫度急劇增大，保持時間太短，形成局部過燒的現(xiàn)象，液相在短時間內很難達到平衡，導致多數(shù)燒結料熔融和結晶不完全，使燒結礦的強度和成品率逐漸下降。因此，過大的鋼渣配比對燒結礦的強度和成品率造成不良影響，酒鋼鋼渣配入量不宜超過 4%。

3．3 鋼渣對利用系數(shù)的影響

鋼渣對燒結利用系數(shù)的影響見圖 6。

從圖 6 可看出，隨著鋼渣配比的增加，燒結利用系數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。燒結利用系數(shù)是綜合考察燒結機效率的重要指標，一方面代表燒結時間的長短，另一方面代表了成品率的高低。逐漸增加的原因有兩個: 一方面，鋼渣的配加替代了石灰石，燒結時間減小，垂直燒結速度增大; 另一方面，燒結礦結構致密，燒結成品率升高。鋼渣配入量在 3%以下時，燒結利用系數(shù)比基準期略有增大，說明成品率高起到了主要作用; 而鋼渣加入量大于 3%時，雖然成品率逐漸下降，但利用系數(shù)逐漸增大，說明燒結時間起到了主要的作用。

3．4 鋼渣對燒結礦冶金性能的影響

燒結礦冶金性能測定結果見表 4。

由表 4 可看出，燒結礦的還原率隨鋼渣配比的增加呈現(xiàn)出下降的趨勢。與基準期相比，鋼渣配比為 6%時，還原率由 90．5%降低到 84．98%。其原因有兩方面: 一方面配加鋼渣會使燒結過程中液相增加，導致燒結礦纖維組織致密和氣孔率降低，從而降低了燒結礦的還原率; 同時，由于焦粉配比不變，配入鋼渣后還原氣氛增強，燒結溫度升高，燒結礦中浮士體較多，晶粒得到充分長大，造成燒結礦還原度降低。另一方面，鋼渣配比升高時，會造成燒結礦含鐵品位下降，導致還原性能下降。

由表 4 可看出，燒結礦的粉化性能得到了明顯的改善。RDI_+6．3 、RDI _+3．15和 RDI _-0．5 在鋼渣配比為 3%時，粉化性能改善最大，低溫粉化指數(shù)比基準期提高了 1．51%。燒結礦粉化性能改善的原因一方面燒結礦中液相增多，強度增大，同時 Fe₂O₃ 的生成量減少，抑制了冷卻過程中 Fe₂O₃+Fe₃O₄ 晶格轉變造成的體積膨脹，降低了燒結礦的低溫粉化率; 另一方面，鋼渣中含有一定量的 MgO，改善了燒結礦的黏結性 能 和 液 晶 狀 態(tài)，有 利 于 燒 結 礦 粉 化 率 的降低［10］ 。

3．5 鋼渣對燒結礦化學成分的影響

試驗燒結礦化學成分見表 5。

⑴鋼渣對燒結礦品位影響

鋼渣對燒結礦鐵含量的影響見圖 7。

從圖 7 可看出，隨著鋼渣配入量的增加，燒結礦中 T Fe 含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。

鋼渣中含鐵量為 14．42%，但配加鋼渣時使精礦粉加入量減少，導致燒結礦品位的降低; 另外，堿度不變，石灰石加入量減少，燒結后殘存率增高，也是燒結礦品位降低的一個原因。當鋼渣配比超過 4%時，隨著鋼渣配入量增加，燒結礦的品位有所回升，原因是燒結后混合料的殘存率降低。

理論計算和化學成分均表明，鋼渣配入量每增加 1%，燒結礦 T Fe 含量將減低 0．3%。酒鋼燒結廠對燒結礦品位要求為 48．2%～50．2%，從燒結廠燒結礦品位的要求來看，鋼渣的加入量從 1%到 6%，沒有出現(xiàn)燒結礦品位超標的現(xiàn)象。

⑵鋼渣對燒結礦 P 含量的影響。

從圖 8 可看出，燒結礦 P 含量隨著鋼渣的加入呈現(xiàn)上升的趨勢。由于酒鋼鋼渣中 P 含量較高，達到 0．638%，燒結過程中很難脫除，故隨著鋼渣配入量的增大，燒結礦中的 P 含量也會越來越高。理論計算和化學分析表明，鋼渣配入量每增加 1%，燒結礦的 P 含量將升高 0．0375%。

⑶鋼渣對其他成分的影響。

從表 5 可知，在鋼渣加入量較少的情況下，燒結礦中硫含量略微增大，但隨著鋼渣加入量的增大，硫含量出現(xiàn)不同程度的下降，這與燒結溫度和燒結氣氛有關。燒結過程中配加鋼渣會帶入一部分 S，在燒結過程物料中的絕大部分硫會被燃燒生成 SO₂ 脫除。燒結礦中的硫與選燒廠對硫的要求相比，沒有超出標準要求。

另外，燒結礦中的 SiO₂ 和 CgO 與基準期相比略有增大，這與鋼渣高的 SiO₂ 含量有關; 燒結礦中的MgO、Al₂O₃ 以及堿度基本上不隨鋼渣加入量的增加而變化。

4 結語

⑴ 隨著鋼渣配入量的增加，燒結礦燒結溫度、燒結速度及燒結利用系數(shù)有所提高，成品率和轉鼓強度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。

⑵鋼渣對燒結礦冶金性能有很大的影響。隨鋼渣配比的增加，燒結礦的還原率呈現(xiàn)不斷降低的趨勢，而粉化性能卻得到了明顯的改善。

⑶ 燒結配入鋼渣會使燒結礦鐵品位含量下降和 P 含量升高。鋼渣配入量每增加 1%，燒結礦 T Fe含量 將 降 低 0． 3%，燒 結 礦 的 P 含 量 將 升 高0．0375%。

參考文獻:

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