D0I:10.13374/i.issnl00113.2008.10.013 第30卷第10期 北京科技大学学报 Vol.30 No.10 2008年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2008 支架支撑烧结提高烧结生产率 左海滨)曹丽华) 刘征建)张旭) 杨天钓) 1)北京科技大学冶金与生态工程学院，北京1000832)宣化钢铁公司技术中心，宣化075100 摘要通过烧结料层风量的大小是决定烧结机生产能力的重要因素之一，在抽风机能力不变的情况下，要增加通过料层的 空气量，就必须设法减小物料对气流通过的阻力·在实验的基础上，研究了烧结杯安装支撑板后对料层透气性的改善效果，进 而考察了对烧结生产率、烧结矿转鼓强度、成品率、粒度组成和治金性能等的影响·实验表明，安装支架后，烧结生产率明显提 高，最高提高23.15%，尽管转鼓强度略有下降，但仍可满足生产要求，而治金性能也得到改善 关键词炼铁；烧结：生产率；转鼓强度 分类号TF124.5 Stand-support sintering for improving sinter productivity ZUO Haibin,CAO Lihua),LIU Zhengjian).ZHA NG Xu),YANG Tianjun) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)Technique Center,Xuanhua Iron and Steel Corporation.Xuanhua 075100.China ABSTRACI Gas volume through the sinter bed is one of the very important factors that determine the productivity of sintering. When the capacity of the exhaust fan is fixed,the increase of gas volume through the sinter bed can be only realized by the reduction of sinter bed resistance to airflow.On laboratorial conditions,the effect of bed permeability improvement under the condition of stand- support sintering was studied,and the productivity.drum index,product yield and size composition were investigated quantitatively. The results showed that applying stand-support during sintering.the productivity increased by maximum 23.15%and the drum in- dex decreased slightly,while it still met the demand of ironmaking.The metallurgical properties of sinter were improved at the mean- time. KEY WORDS ironmaking:sintering:productivity:drum index 近两年，国内新建1000m3以上高炉31座， 结矿质量，而料层透气性是制约厚料层烧结生产的 2000~3000m3高炉3座，3000m3以上高炉3座， 关键因素，本文从改善料层透气性出发，通过实验 2006年中国的生铁产量达到40416.70万t,比 研究了烧结机安装不同支架对提高烧结生产率的作 2005年的33040.40万t增加了19.78%叮.生铁 用，以及对烧结矿冶金性能的影响 产能不断扩大，对烧结矿的需求急剧增加·同时，为 了应对世界原、燃料供应日趋紧张以及降低C02排 1 烧结产量与料层透气性 放的趋势，提高生产率和降低还原剂用量成为高炉 烧结机生产率可由下述公式计算[)： 操作的目标.烧结生产率和烧结矿质量的提高不仅 q=60Fu⊥rk (1) 能够缓解炼铁对烧结矿需求的压力、适应高炉改进 操作的要求，而且能够降低烧结矿成本，进而降低生 其中，g为烧结机台时产量，th;F为烧结机抽风 铁成本；同时可以减少新建烧结机总面积，减轻环境 面积，m2;v1为垂直烧结速度，mmin1;r为烧结 污染， 矿堆密度，tm一3；k为烧结矿成品率，%. 厚料层烧结能够大大提高烧结生产率，改善烧 给定烧结机上烧结某种物料时，F、「和k基本 收稿日期：2007-11-14修回日期：2008-01-12 作者简介：左海滨(1976一)，男，讲师，博士研究生；杨天钧(1943一)，男，教授，博士生导师，yang时@usth·cdcm
支架支撑烧结提高烧结生产率 左海滨1） 曹丽华2） 刘征建1） 张 旭1） 杨天钧1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 宣化钢铁公司技术中心宣化075100 摘 要 通过烧结料层风量的大小是决定烧结机生产能力的重要因素之一．在抽风机能力不变的情况下要增加通过料层的 空气量就必须设法减小物料对气流通过的阻力．在实验的基础上研究了烧结杯安装支撑板后对料层透气性的改善效果进 而考察了对烧结生产率、烧结矿转鼓强度、成品率、粒度组成和冶金性能等的影响．实验表明安装支架后烧结生产率明显提 高最高提高23∙15％尽管转鼓强度略有下降但仍可满足生产要求而冶金性能也得到改善． 关键词 炼铁；烧结；生产率；转鼓强度 分类号 TF124∙5 Stand-support sintering for improving sinter productivity ZUO Haibin 1）CA O Lihua 2）LIU Zhengjian 1）ZHA NG Xu 1）Y A NG Tianjun 1） 1） School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Technique CenterXuanhua Iron and Steel CorporationXuanhua075100China ABSTRACT Gas volume through the sinter bed is one of the very important factors that determine the productivity of sintering． When the capacity of the exhaust fan is fixedthe increase of gas volume through the sinter bed can be only realized by the reduction of sinter bed resistance to airflow．On laboratorial conditionsthe effect of bed permeability improvement under the condition of standsupport sintering was studiedand the productivitydrum indexproduct yield and size composition were investigated quantitatively． T he results showed that applying stand-support during sinteringthe productivity increased by maximum 23∙15％ and the drum index decreased slightlywhile it still met the demand of ironmaking．T he metallurgical properties of sinter were improved at the meantime． KEY WORDS ironmaking；sintering；productivity；drum index 收稿日期：2007-11-14 修回日期：2008-01-12 作者简介：左海滨（1976—）男讲师博士研究生；杨天钧（1943—）男教授博士生导师yangtj＠ustb．edu．cn 近两年国内新建1000m 3 以上高炉31座 2000～3000m 3 高炉3座3000m 3 以上高炉3座． 2006年中国的生铁产量达到 40416∙70 万 t比 2005年的33040∙40万 t 增加了19∙78％［1］．生铁 产能不断扩大对烧结矿的需求急剧增加．同时为 了应对世界原、燃料供应日趋紧张以及降低 CO2 排 放的趋势提高生产率和降低还原剂用量成为高炉 操作的目标．烧结生产率和烧结矿质量的提高不仅 能够缓解炼铁对烧结矿需求的压力、适应高炉改进 操作的要求而且能够降低烧结矿成本进而降低生 铁成本；同时可以减少新建烧结机总面积减轻环境 污染． 厚料层烧结能够大大提高烧结生产率改善烧 结矿质量而料层透气性是制约厚料层烧结生产的 关键因素．本文从改善料层透气性出发通过实验 研究了烧结机安装不同支架对提高烧结生产率的作 用以及对烧结矿冶金性能的影响． 1 烧结产量与料层透气性 烧结机生产率可由下述公式计算［2］： q＝60Fv ⊥ rk （1） 其中q 为烧结机台时产量t·h —1 ；F 为烧结机抽风 面积m 2 ；v ⊥为垂直烧结速度m·min —1 ；r 为烧结 矿堆密度t·m —3 ；k 为烧结矿成品率％． 给定烧结机上烧结某种物料时F、r 和 k 基本 第30卷 第10期 2008年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．10 Oct．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．10．013
.1102. 北京科技大学学报 第30卷 上是定值，烧结机的生产率主要与垂直烧结速度成 点火90s,烧结时负压9.6kPa,整个烧结过程采用 正比关系，一般而言，垂直烧结速度与单位时间内 计算机控制，实验所用烧结混合料取自宣钢四烧车 通过料层的空气量成正比： 间现场所用烧结混合料，实验用铺底料取自现场返 v⊥=k2o6 (2) 矿，原、燃料的化学成分见表1. 其中，0o为气体流速，ms1;k'为由原料性质决定 表1原，燃料化学成分 的系数；n为方次，一般为0.8~1.0. Table 1 Chemical composition of ore and fuel % 在风机抽力不变的情况下，增加通过料层的空 原料 质量分数 配比 气量，就应该设法减小物料对气流通过的阻力，料 名称 TFe Si02 Cao Mgo TiO2 层单位高度的阻力损失，在干燥预热带和燃烧熔融 自产精粉62.48 5.14 1.03 2.52 1.92 23 带最大，这是因为在干燥预热带，湿球干燥、预热时 进口矿粉62.58 3.29 25 会发生破裂，同时受到上部成矿带料层的压力和下 混合铁料50.57 6.63 6.95 2.9 11 部抽风的影响，使得料层孔隙度变小，阻力增加，在 返矿 52.31 5.98 12.67 2.71 25 燃烧熔融带，由于温度高，有液相生成，液相的产生 生石灰 3.88 82.14 1.54 9.5 本身对气流阻力很大，且在燃烧熔融带上部料层重 白云石 3.1251.43 32.72 2.5 力和下部抽风的双重作用下，液相流动，堵塞气体通 固定C挥发分灰分 道；同时，当液相固结时，受到上部料层的持续压力 煤粉 75.345.4616.740.64 作用造成烧结成矿带孔隙度下降，阻力增大，因此， 除了由不同烧结带本身结构造成的阻力不同外，烧 2.2实验内容及实验方法 结成矿带烧结饼重力以及抽风负压对料层阻力的影 考虑到料层厚度600mm,烧结杯直径300mm, 响也是不可忽略的，烧结料层本身的结构对透气性 选取“宽×厚×高”分别为如下四种尺寸的支架： 的影响可以通过强化制粒、改善原燃料粒度组成、控 100mm×10mm×200mm;100mm×10mm× 制合理水分含量、混合料预热、在烧结料中混入大的 250mm;100mm×10mm×300mm;100mm× 颗粒等手段得到改善3；而烧结饼自身重力因素 10mm×400mm, 的影响则要通过其他外部手段解决，如磁力悬浮烧 支架形式与布置方式如图1，需要注意的是放 结的办法[]，但工业实现十分复杂，在烧结机上安 置支架时，要垂直放在烧结杯算条上，宽度方向与箅 装适当支撑部件，减少烧结成矿带烧结饼自重对料 条方向平行，尽量避免减小抽风面积.然后铺底料， 层透气性的影响，改善料层透气性，提高烧结机产 装入烧结混合料，点火后，由计算机自动记录烧结 量，应该是一可行的方法， 过程中废气温度及负压变化，手工测量料层收缩量， 待废气温度开始下降时，记录烧结时间，最后翻料、 2实验研究 破碎、筛分，取样进行转鼓及冶金性能测试， 2.1实验原理及实验条件 从减轻预热干燥带和燃烧熔融带承受压力入 手，在烧结料层内部固定支撑板，使其在烧结过程中 尤其是在烧结后期支撑起上部烧结饼，减小由于重 力和抽风引起的料层收缩，减轻上部烧结饼荷重对 高 燃烧熔融带的影响，改善整个烧结料层透气性，提高 垂直烧结速度，在料层透气性改善的情况下进一步 实施厚料层烧结，使得烧结成品率提高，进而提高烧 结生产率，由上述技术思想出发，通过在烧结杯中 安装不同高度支架的烧结杯实验，研究不同高度支 图1实验支架形状和安装 架在烧结过程中对下部料层透气性、烧结机利用系 Fig.I Shape and installation of the stand 数、烧结矿转鼓强度、成品率、粒度组成以及冶金性 能等的影响 3实验结果及分析 实验用烧结杯内径300mm,料层厚度600mm, 采用4kPa负压抽风压料，点火时负压控制在6kPa, 通过实验，得到了采用不同高度支架烧结过程
上是定值烧结机的生产率主要与垂直烧结速度成 正比关系．一般而言垂直烧结速度与单位时间内 通过料层的空气量成正比： v ⊥＝k′w n 0 （2） 其中w0 为气体流速m·s —1 ；k′为由原料性质决定 的系数；n 为方次一般为0∙8～1∙0． 在风机抽力不变的情况下增加通过料层的空 气量就应该设法减小物料对气流通过的阻力．料 层单位高度的阻力损失在干燥预热带和燃烧熔融 带最大．这是因为在干燥预热带湿球干燥、预热时 会发生破裂同时受到上部成矿带料层的压力和下 部抽风的影响使得料层孔隙度变小阻力增加．在 燃烧熔融带由于温度高有液相生成．液相的产生 本身对气流阻力很大且在燃烧熔融带上部料层重 力和下部抽风的双重作用下液相流动堵塞气体通 道；同时当液相固结时受到上部料层的持续压力 作用造成烧结成矿带孔隙度下降阻力增大．因此 除了由不同烧结带本身结构造成的阻力不同外烧 结成矿带烧结饼重力以及抽风负压对料层阻力的影 响也是不可忽略的．烧结料层本身的结构对透气性 的影响可以通过强化制粒、改善原燃料粒度组成、控 制合理水分含量、混合料预热、在烧结料中混入大的 颗粒等手段得到改善［3—7］；而烧结饼自身重力因素 的影响则要通过其他外部手段解决如磁力悬浮烧 结的办法［8］但工业实现十分复杂．在烧结机上安 装适当支撑部件减少烧结成矿带烧结饼自重对料 层透气性的影响改善料层透气性提高烧结机产 量应该是一可行的方法． 2 实验研究 2∙1 实验原理及实验条件 从减轻预热干燥带和燃烧熔融带承受压力入 手在烧结料层内部固定支撑板使其在烧结过程中 尤其是在烧结后期支撑起上部烧结饼减小由于重 力和抽风引起的料层收缩减轻上部烧结饼荷重对 燃烧熔融带的影响改善整个烧结料层透气性提高 垂直烧结速度．在料层透气性改善的情况下进一步 实施厚料层烧结使得烧结成品率提高进而提高烧 结生产率．由上述技术思想出发通过在烧结杯中 安装不同高度支架的烧结杯实验研究不同高度支 架在烧结过程中对下部料层透气性、烧结机利用系 数、烧结矿转鼓强度、成品率、粒度组成以及冶金性 能等的影响． 实验用烧结杯内径300mm料层厚度600mm． 采用4kPa 负压抽风压料点火时负压控制在6kPa 点火90s烧结时负压9∙6kPa整个烧结过程采用 计算机控制．实验所用烧结混合料取自宣钢四烧车 间现场所用烧结混合料．实验用铺底料取自现场返 矿．原、燃料的化学成分见表1． 表1 原、燃料化学成分 Table1 Chemical composition of ore and fuel ％ 原料 名称 质量分数 TFe SiO2 CaO MgO TiO2 配比 自产精粉 62∙48 5∙14 1∙03 2∙52 1∙92 23 进口矿粉 62∙58 3∙29 — — — 25 混合铁料 50∙57 6∙63 6∙95 2∙9 — 11 返矿 52∙31 5∙98 12∙67 2∙71 — 25 生石灰 — 3∙88 82∙14 1∙54 — 9∙5 白云石 — 3∙12 51∙43 32∙72 — 2∙5 煤粉 固定 C 挥发分 灰分 S — 4 75∙34 5∙46 16∙74 0∙64 — 2∙2 实验内容及实验方法 考虑到料层厚度600mm烧结杯直径300mm 选取“宽×厚×高” 分别为如下四种尺寸的支架： 100mm×10 mm ×200 mm；100 mm ×10mm× 250mm；100mm ×10mm ×300mm；100mm × 10mm×400mm． 支架形式与布置方式如图1．需要注意的是放 置支架时要垂直放在烧结杯箅条上宽度方向与箅 条方向平行尽量避免减小抽风面积．然后铺底料 装入烧结混合料．点火后由计算机自动记录烧结 过程中废气温度及负压变化手工测量料层收缩量． 待废气温度开始下降时记录烧结时间．最后翻料、 破碎、筛分取样进行转鼓及冶金性能测试． 图1 实验支架形状和安装 Fig．1 Shape and installation of the stand 3 实验结果及分析 通过实验得到了采用不同高度支架烧结过程 ·1102· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第10期 左海滨等：支架支撑烧结提高烧结生产率 ,1103 状态参数、烧结生产率、转鼓强度、烧成率、成品率、 (2)负压，在恒定的抽风负压下，所测得的负压 粒度组成以及还原性的变化，分析如下， 大小在很大程度上反映了料层透气性的好坏，负压 3.1烧结过程状态参数分析 低，表明气体通过料层的阻力小，烧结过程透气性 (1)废气温度，应用不同高度板状支架与无支 好；负压高，表明气体通过料层的阻力大，烧结过程 架烧结过程废气温度的比较如图2所示，废气温度 透气性差，实验过程中负压曲线如图3所示， 开始上升意味着烧结料层过湿带逐渐消失，废气温 14 度从最高点开始下降，烧结结束，从图2中提取温 12 度转折点见表2.应用300mm和400mm高支架的 10 无支架 支撑烧结，废气温度开始上升时间由无支架烧结的 200mm高支架 19.2min提前到16.7min,减少了2.5min.对于 40dmm高支架 200mm高支架，这段时间与无支架烧结条件下相比 300mm高支架 没有明显变化，从废气温度开始上升点到烧结终 点，无支架烧结时间为6.8min,而对于200,300和 400mm高支架时间分别为4.9,4.0和4.1min.从 12162024283236 以上数据可以看出，只有当烧结前沿经过支架顶部 绕结时间min 且烧结成矿固结后，支架才能起到支撑作用，对于 图3负压随点火后时间的变化 200mm高支架，由于起支撑作用时间较晚，效果不 Fig.3 Change of suction pressure with sintering time after ignition 如300和400mm高支架明显，对于400mm高支 架，在烧结过程后期，废气温度较高，说明此时燃烧 从图3中看出，无支架烧结时，整个烧结过程中 带的透气性较好，燃烧熔融带发展比较充分.无支 负压一直处于较高水平，并且下降缓慢，安装支架 架烧结条件下，后期高温区域保持时间较长，说明高 后，负压很快就开始下降，并且烧结终点时的负压均 温区（即熔融带）透气性差，燃料燃烧速度慢，热传递 小于无支架烧结时的终点负压，400mm高支架负 慢，这是后期烧结时间较长的主要原因 压开始下降时间最早，透气性较早得到改善，这与支 600 架起作用时间早十分一致.300mm高支架在后期 500H 负压下降快，且最终负压最低，这是由于在烧结前 400mm高支架 300mm高支架 沿进入到含有支架的料层区域后，支架顶端以下部 400 200mm高支架 分的燃烧熔融带成矿固结时，尽管仍然与上面的烧 无支架一 300 结饼形成一个整体，但由于自身重力和抽风的影响， 200 支架只能承担部分新生烧结饼的重力，并且随着烧 100 结的进行，支架承担比例越来越小，所以新生烧结饼 仍然会对以后的烧结产生一定影响，而支架顶端以 8 1216202428 上部分的影响由于支架的支撑作用大大减弱.随着 烧结时间min 支架部分烧结的进行，300mm高料层产生的烧结饼 图2废气温度随点火后时间的变化 重力对下部烧结的影响显然比400mm高料层要 Fig.2 Change of exhaust gas temperature with sintering time after 小.因此，要综合考虑支架对上下部料层透气性改 ignition 善所起的作用，选择最合理的支架高度 表2废气温度转折点时间 (3)料层收缩.图4为料层随时间的收缩情况 Table 2 Transition time of exhaust gas temperature 无支架烧结实验，从点火开始到烧结结束料层处于 废气温度 绕结终点 时间差， 不断收缩状态，在前15min内基本处于线性收缩， 支架类型 上升点时间， 时间， AT= 收缩量达到120mm,从15min至烧结终点收缩幅度 T1/min T2/min T2-TI/min 较小，料层变化不明显，最终收缩130mm;与无支架 无支架 19.2 26.0 6.8 烧结相比，安装支架后，料层在点火开始后较短一段 200mm高支架 19.7 24.6 4.9 时间内呈现线性收缩，随后收缩逐渐停止·随着支 300mm高支架 16.7 20.7 4.0 架高度的增加，收缩停止时间提前，且最终收缩量减 400mm高支架 16.7 20.8 4.1 小.料层收缩量的这种变化说明了支架在烧结过程
状态参数、烧结生产率、转鼓强度、烧成率、成品率、 粒度组成以及还原性的变化分析如下． 3∙1 烧结过程状态参数分析 （1）废气温度．应用不同高度板状支架与无支 架烧结过程废气温度的比较如图2所示．废气温度 开始上升意味着烧结料层过湿带逐渐消失废气温 度从最高点开始下降烧结结束．从图2中提取温 度转折点见表2．应用300mm 和400mm 高支架的 支撑烧结废气温度开始上升时间由无支架烧结的 19∙2min 提前到16∙7min减少了2∙5min．对于 200mm 高支架这段时间与无支架烧结条件下相比 没有明显变化．从废气温度开始上升点到烧结终 点无支架烧结时间为6∙8min而对于200300和 400mm 高支架时间分别为4∙94∙0和4∙1min．从 以上数据可以看出只有当烧结前沿经过支架顶部 且烧结成矿固结后支架才能起到支撑作用．对于 200mm 高支架由于起支撑作用时间较晚效果不 如300和400mm 高支架明显．对于400mm 高支 架在烧结过程后期废气温度较高说明此时燃烧 带的透气性较好燃烧熔融带发展比较充分．无支 架烧结条件下后期高温区域保持时间较长说明高 温区（即熔融带）透气性差燃料燃烧速度慢热传递 慢这是后期烧结时间较长的主要原因． 图2 废气温度随点火后时间的变化 Fig．2 Change of exhaust gas temperature with sintering time after ignition 表2 废气温度转折点时间 Table2 Transition time of exhaust gas temperature 支架类型 废气温度 上升点时间 T1／min 烧结终点 时间 T2／min 时间差 ΔT＝ T2— T1／min 无支架 19∙2 26∙0 6∙8 200mm 高支架 19∙7 24∙6 4∙9 300mm 高支架 16∙7 20∙7 4∙0 400mm 高支架 16∙7 20∙8 4∙1 （2）负压．在恒定的抽风负压下所测得的负压 大小在很大程度上反映了料层透气性的好坏．负压 低表明气体通过料层的阻力小烧结过程透气性 好；负压高表明气体通过料层的阻力大烧结过程 透气性差．实验过程中负压曲线如图3所示． 图3 负压随点火后时间的变化 Fig．3 Change of suction pressure with sintering time after ignition 从图3中看出无支架烧结时整个烧结过程中 负压一直处于较高水平并且下降缓慢．安装支架 后负压很快就开始下降并且烧结终点时的负压均 小于无支架烧结时的终点负压．400mm 高支架负 压开始下降时间最早透气性较早得到改善这与支 架起作用时间早十分一致．300mm 高支架在后期 负压下降快且最终负压最低．这是由于在烧结前 沿进入到含有支架的料层区域后支架顶端以下部 分的燃烧熔融带成矿固结时尽管仍然与上面的烧 结饼形成一个整体但由于自身重力和抽风的影响 支架只能承担部分新生烧结饼的重力并且随着烧 结的进行支架承担比例越来越小所以新生烧结饼 仍然会对以后的烧结产生一定影响而支架顶端以 上部分的影响由于支架的支撑作用大大减弱．随着 支架部分烧结的进行300mm 高料层产生的烧结饼 重力对下部烧结的影响显然比400mm 高料层要 小．因此要综合考虑支架对上下部料层透气性改 善所起的作用选择最合理的支架高度． （3）料层收缩．图4为料层随时间的收缩情况． 无支架烧结实验从点火开始到烧结结束料层处于 不断收缩状态在前15min 内基本处于线性收缩 收缩量达到120mm从15min 至烧结终点收缩幅度 较小料层变化不明显最终收缩130mm；与无支架 烧结相比安装支架后料层在点火开始后较短一段 时间内呈现线性收缩随后收缩逐渐停止．随着支 架高度的增加收缩停止时间提前且最终收缩量减 小．料层收缩量的这种变化说明了支架在烧结过程 第10期 左海滨等： 支架支撑烧结提高烧结生产率 ·1103·
,1104 北京科技大学学报 第30卷 中起到了支撑作用，并且收缩量大小在一定程度上 所占比例偏大，高温持续时间变短；同时由于透气性 反映了料层透气性好坏，但值得注意的是，由于支 的改善，气流速率增加，气体带走的热量增加，造成 架在烧结过程中对上部料层的支撑作用，料层的收 冷却速度加快，烧结矿玻璃相增加，这些因素都对 缩基本反映的是支架以上部分料层的收缩情况 烧结矿的转鼓强度产生不利影响：尽管如此，仍能满 400mm高支架收缩量最小，对支撑烧结中期透气性 足现场对烧结杯实验烧结矿转鼓强度大于65%的 改善效果最好，但对烧结末期未必是最好的·从图3 要求.在工业应用中，由于烧结饼具有一定的固结 可以看出，到烧结末期，300mm高支架的透气性最 强度，只要合理布置，烧结台车上安装的支架所占体 好 积比例将大大降低，因此烧结台车上支架带走的热 160 量损失比例比烧结杯中要小得多；此外，实验室烧结 一。一无支架 -▲-200mm高支架 140 -·-300mm高支架--400mm高支架 杯散热和边缘效应造成的热损失在烧结机生产中也 120 将得到一定程度的克服，因此，由热量损失对转鼓 强度造成的影响有望在工业应用时降到最低，使烧 80 结矿转鼓强度维持在同一水平，满足生产要求 2.3 40 2.2 0 1520 25 2.1 烧结时间min 图4料层收缩随烧结时间变化 Fig.4 Change of bed shrinkage with sintering time after ignition 18 3.2烧结指标的影响 无支架200mm250mm300mm400mm 不同高度类型支架 (1)利用系数.图5给出了不同支架利用系数 的比较.从图5可以看出，安装支架后，利用系数都 图5不同高度支架生产率变化 有提高，无支架烧结的生产率为1.862t(m2h)-1, Fig.5 Productivity under different height stands 在支架高度为200mm、250mm、300mm和400mm 时，生产率分别为1.945t(m2h)-1,2.019t(m2. g h)-1、2.293t(m2h)-1和2.242t(m2h)-1,分别 68 提高了4.46%、8.43%、23.15%和20.41%.从总 体趋势来看，生产率随着支架高度的增加有明显的 67 升高趋势，支架高度为300mm时生产率提高幅度 最大，而400mm高支架比300mm高支架生产率略 6 有降低，因此可以看出，对于600mm高度料层，支 架高度在200mm时作用效果不明显，支架高度为 64 无支架200mm250mm300mm400mm 300mm即1/2料层高度时效果最好，而随着支架高 不同高度类型支架 度提高到400mm,生产率有下降趋势 图6不同高度支架转鼓强度变化 (2)转鼓强度，不同高度支架对应的烧结矿转 Fig.6 Drum index under different height stands 鼓强度如图6所示，无支架烧结的烧结矿转鼓强度 为68.67%，随着支架高度的增加，烧结矿转鼓强度 (3)成品率及烧成率.图7为不同高度支架烧 略有下降趋势.支架高度为200mm和250mm时， 结矿成品率和烧成率变化，从图中看出：安装支架 转鼓强度分别为68.67%和68.00%，与无支架烧结 后，烧成率变化不大.成品率在支架高度为300mm 相比，变化不大.300mm和400mm高支架的转鼓 时略有升高，在正常的波动范围内；400mm高支架 强度分别为66.00%和65.33%，分别下降了 成品率降低幅度较大，由前面的透气性分析可知， 3.89%和4.86%.主要原因是：在烧结杯实验的有 400mm高支架起作用时间较早，此时烧结刚开始不 限空间中，热容量较小，由于支架的存在，热量损失 久，在蓄热量本来就不足的情况下，又被支架带走部
中起到了支撑作用并且收缩量大小在一定程度上 反映了料层透气性好坏．但值得注意的是由于支 架在烧结过程中对上部料层的支撑作用料层的收 缩基本反映的是支架以上部分料层的收缩情况． 400mm 高支架收缩量最小对支撑烧结中期透气性 改善效果最好但对烧结末期未必是最好的．从图3 可以看出到烧结末期300mm 高支架的透气性最 好． 图4 料层收缩随烧结时间变化 Fig．4 Change of bed shrinkage with sintering time after ignition 3∙2 烧结指标的影响 （1）利用系数．图5给出了不同支架利用系数 的比较．从图5可以看出安装支架后利用系数都 有提高无支架烧结的生产率为1∙862t·（m 2·h） —1 在支架高度为200mm、250mm、300mm 和400mm 时生产率分别为1∙945t·（m 2·h） —1、2∙019t·（m 2· h） —1、2∙293t·（m 2·h） —1和2∙242t·（m 2·h） —1分别 提高了4∙46％、8∙43％、23∙15％和20∙41％．从总 体趋势来看生产率随着支架高度的增加有明显的 升高趋势支架高度为300mm 时生产率提高幅度 最大而400mm 高支架比300mm 高支架生产率略 有降低．因此可以看出对于600mm 高度料层支 架高度在200mm 时作用效果不明显支架高度为 300mm 即1／2料层高度时效果最好而随着支架高 度提高到400mm生产率有下降趋势． （2）转鼓强度．不同高度支架对应的烧结矿转 鼓强度如图6所示．无支架烧结的烧结矿转鼓强度 为68∙67％随着支架高度的增加烧结矿转鼓强度 略有下降趋势．支架高度为200mm 和250mm 时 转鼓强度分别为68∙67％和68∙00％与无支架烧结 相比变化不大．300mm 和400mm 高支架的转鼓 强 度 分 别 为 66∙00％ 和 65∙33％分 别 下 降 了 3∙89％和4∙86％．主要原因是：在烧结杯实验的有 限空间中热容量较小由于支架的存在热量损失 所占比例偏大高温持续时间变短；同时由于透气性 的改善气流速率增加气体带走的热量增加造成 冷却速度加快烧结矿玻璃相增加．这些因素都对 烧结矿的转鼓强度产生不利影响；尽管如此仍能满 足现场对烧结杯实验烧结矿转鼓强度大于65％的 要求．在工业应用中由于烧结饼具有一定的固结 强度只要合理布置烧结台车上安装的支架所占体 积比例将大大降低因此烧结台车上支架带走的热 量损失比例比烧结杯中要小得多；此外实验室烧结 杯散热和边缘效应造成的热损失在烧结机生产中也 将得到一定程度的克服．因此由热量损失对转鼓 强度造成的影响有望在工业应用时降到最低使烧 结矿转鼓强度维持在同一水平满足生产要求． 图5 不同高度支架生产率变化 Fig．5 Productivity under different height stands 图6 不同高度支架转鼓强度变化 Fig．6 Drum index under different height stands （3）成品率及烧成率．图7为不同高度支架烧 结矿成品率和烧成率变化．从图中看出：安装支架 后烧成率变化不大．成品率在支架高度为300mm 时略有升高在正常的波动范围内；400mm 高支架 成品率降低幅度较大由前面的透气性分析可知 400mm 高支架起作用时间较早此时烧结刚开始不 久在蓄热量本来就不足的情况下又被支架带走部 ·1104· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷
第10期 左海滨等：支架支撑烧结提高烧结生产率 ,1105 2 分热量，造成上部烧结饼热量不足，液相生成不足， 92 强度变差，进而影响成品率 90 90 (4)成品矿粒度组成.表3给出了成品矿的粒 88 一。一烧成率 88 度组成.由表3看出，支撑烧结实验成品烧结矿的 -▲成品率 中间粒级(40~25mm,25~16mm、16~10mm)所占 86 86 比例均高于基准实验，而两端粒级(>40mm、10~ 84 84 5mm)所占比例低于基准实验，整体粒度分布趋于 82 合理 无支架200mm250mm300mm400mm 3.3冶金性能的影响 不同高度类型支架 冶金性能检测结果如表4所示，从烧结矿的 900℃还原性来看，无支架及200mm、300mm高支 图7不同高度支架烧成率与成品率变化 Fig.7 Sinter yield and product yield under different height stands 架条件下的烧结矿具有良好的还原性，还原度指标 表3烧结矿粒度组成 Table 3 Size distribution of sinter products 成品烧结矿粒度组成/% 支架类型 水分/% >40mm 40-25mm 25~16mm 16~10mm 10~5mm 无支架 7.3 15.51 22.63 28.90 21.95 11.01 200mm高支架 7.4 11.74 19.28 29.31 26.82 12.85 250mm高支架 7.3 9.90 22.38 29.78 25.99 11.95 300mm高支架 7.3 11.66 23.75 26.42 27.63 10.54 400mm高支架 7.3 8.35 22.76 29.35 25.75 13.79 分别为84.7%、85.5%和84.1%，基本达到优质烧 酸盐玻璃相，以及少数未烧透的白灰颗粒，铁矿物 结矿还原度要求.400mm高支架还原度达到了 的赤铁矿含量不高，磁铁矿较多；粘结相中均有玻璃 90.8%,说明在支架条件下，烧结矿的还原性得到改 相，粘结相总量（铁酸钙十玻璃相）近30%，烧结矿 善.烧结矿的低温还原粉化强度RDI+3.15均达到了 强度较好，有支架烧结和无支架相比，烧结矿矿物 90%的要求，低温还原磨损强度RDI-0.5小于3%， 组成基本变化不大，说明支架对烧结矿的矿相组成 低温还原强度指数RDI+6.3大于75.0%，可以看出 没有显著影响 支架支撑烧结对烧结矿的还原粉化指标影响不大， 表5烧结矿矿相组成（体积分数） 略有升高趋势 Table 5 Composition of sinter mineral phase % 表4绕结矿试样冶金性能检测结果 磁铁矿赤铁矿铁酸钙硅酸二钙硅酸盐 Table 4 Metallurgical properties of sinter products 支架类型 (Fe30:)(Fe203)(SFCA)(Cs)玻璃相 还原度 低温粉化指数 支架类型 无支架 55 9 24 指数RI/%RDl+3.5/%RDI+6.3/%RDI-0.5/% 200mm高支架 57 6 25 8 无支架 84.7 90.2 75.0 3.0 300mm高支架 56 25 200mm高支架 85.5 92.4 81.1 2.6 400mm高支架 56 8 25 300mm高支架 84.1 91.3 76.5 2.9 400mm高支架90.8 92.2 79.5 2.9 从显微组织结构看：无支架烧结烧结矿主要铁 注：RDl+3.15为低温还原粉化强度：RDl+6.3为低温还原强度指数； 矿物为磁铁矿，晶形为半自形、它形：赤铁矿主要在 RDI-o.5为低温还原磨损强度. 大颗粒原矿中，与磁铁矿形成网格状结构；粘结相矿 3.4矿相的影响 物中，铁酸钙晶形以板条状居多，其次为树枝状，与 表5给出了不同高度支架烧结矿的矿相组成 磁铁矿形成熔蚀交织结构；硅酸二钙为针状，穿插生 由矿物组成可以看出：烧结矿的铁矿物主要为磁铁 长在矿物缝隙间，基底为硅酸盐玻璃相，有支架烧 矿和赤铁矿，粘结相为铁酸钙、少量的硅酸二钙和硅 结烧结矿的粘结相矿物晶形多为树枝状；正常条件
图7 不同高度支架烧成率与成品率变化 Fig．7 Sinter yield and product yield under different height stands 分热量造成上部烧结饼热量不足液相生成不足 强度变差进而影响成品率． （4）成品矿粒度组成．表3给出了成品矿的粒 度组成．由表3看出支撑烧结实验成品烧结矿的 中间粒级（40～25mm、25～16mm、16～10mm）所占 比例均高于基准实验而两端粒级（＞40mm、10～ 5mm）所占比例低于基准实验整体粒度分布趋于 合理． 3∙3 冶金性能的影响 冶金性能检测结果如表4所示．从烧结矿的 900℃还原性来看无支架及200mm、300mm 高支 架条件下的烧结矿具有良好的还原性还原度指标 表3 烧结矿粒度组成 Table3 Size distribution of sinter products 支架类型 水分／％ 成品烧结矿粒度组成／％ ＞40mm 40～25mm 25～16mm 16～10mm 10～5mm 无支架 7∙3 15∙51 22∙63 28∙90 21∙95 11∙01 200mm 高支架 7∙4 11∙74 19∙28 29∙31 26∙82 12∙85 250mm 高支架 7∙3 9∙90 22∙38 29∙78 25∙99 11∙95 300mm 高支架 7∙3 11∙66 23∙75 26∙42 27∙63 10∙54 400mm 高支架 7∙3 8∙35 22∙76 29∙35 25∙75 13∙79 分别为84∙7％、85∙5％和84∙1％基本达到优质烧 结矿还原度要求．400mm 高支架还原度达到了 90∙8％说明在支架条件下烧结矿的还原性得到改 善．烧结矿的低温还原粉化强度 RDI＋3∙15均达到了 90％的要求低温还原磨损强度 RDI—0∙5小于3％ 低温还原强度指数 RDI＋6∙3大于75∙0％．可以看出 支架支撑烧结对烧结矿的还原粉化指标影响不大 略有升高趋势． 表4 烧结矿试样冶金性能检测结果 Table4 Metallurgical properties of sinter products 支架类型 还原度 指数 RI／％ 低温粉化指数 RDI＋3∙15／％ RDI＋6∙3／％ RDI—0∙5／％ 无支架 84∙7 90∙2 75∙0 3∙0 200mm 高支架 85∙5 92∙4 81∙1 2∙6 300mm 高支架 84∙1 91∙3 76∙5 2∙9 400mm 高支架 90∙8 92∙2 79∙5 2∙9 注：RDI＋3∙15为低温还原粉化强度；RDI＋6∙3为低温还原强度指数； RDI—0∙5为低温还原磨损强度． 3∙4 矿相的影响 表5给出了不同高度支架烧结矿的矿相组成． 由矿物组成可以看出：烧结矿的铁矿物主要为磁铁 矿和赤铁矿粘结相为铁酸钙、少量的硅酸二钙和硅 酸盐玻璃相以及少数未烧透的白灰颗粒．铁矿物 的赤铁矿含量不高磁铁矿较多；粘结相中均有玻璃 相粘结相总量（铁酸钙＋玻璃相）近30％烧结矿 强度较好．有支架烧结和无支架相比烧结矿矿物 组成基本变化不大说明支架对烧结矿的矿相组成 没有显著影响． 表5 烧结矿矿相组成（体积分数） Table5 Composition of sinter mineral phase ％ 支架类型 磁铁矿 （Fe3O4） 赤铁矿 （Fe2O3） 铁酸钙 （SFCA） 硅酸二钙 （C2S） 硅酸盐 玻璃相 无支架 55 9 24 7 5 200mm 高支架 57 6 25 8 4 300mm 高支架 56 8 25 7 4 400mm 高支架 56 8 25 7 4 从显微组织结构看：无支架烧结烧结矿主要铁 矿物为磁铁矿晶形为半自形、它形；赤铁矿主要在 大颗粒原矿中与磁铁矿形成网格状结构；粘结相矿 物中铁酸钙晶形以板条状居多其次为树枝状与 磁铁矿形成熔蚀交织结构；硅酸二钙为针状穿插生 长在矿物缝隙间基底为硅酸盐玻璃相．有支架烧 结烧结矿的粘结相矿物晶形多为树枝状；正常条件 第10期 左海滨等： 支架支撑烧结提高烧结生产率 ·1105·
,1106 北京科技大学学报 第30卷 下，粘结相晶形为板条状，整体强度好，而粘结相晶 钢炼铁厂以及技术中心的全力支持 形为树枝状，局部强度较好.因此有支架烧结时粘 结相矿物树枝状增多也是烧结矿转鼓强度略有降低 参考文献 的原因之一· [1]Yang T J.Zuo HB.The development of blast furnace ironmaking technology in China//11th China Japan Symposium on Iron and 4结论 Steel Technology.Wuhan.2007:34 [2]FuJY.Jiang T.Zhu DQ.Principle of Sintering and Pelletiz- (1)在烧结料层中安装支架可以改善烧结料层 ing.Changsha:Central South University of Technology Press. 的透气性，提高烧结生产率.不同高度支架对烧结 1996 过程的影响效果不同，要根据料层实际高度及烧结 (付菊英，姜涛，朱德庆，烧结球团学。湖南长沙：中南工业大 学出版社，1996) 矿质量要求选择合适的支架高度.针对实验的宣钢 [3]Kasai E,Batcaihan B.Omori Y.et al.Permeation characteristics 原、燃料条件和料层高度，支架高度为300mm即料 and void structure of iron ore sinter cake.ISIJ Int.1991,21 层厚度的1/2时效果最好，烧结利用系数可以提高 (11):1286 23.15%. [4]Kasai E.Sergey Komarov S.Nushiro K,et al.Design of bed (2)安装支架后，由于烧结杯有限空间内热容量 structure aiming the control of void structure formed in the sinter 较小，而支架的热量损失所占比例偏大，造成烧结矿 cake.1S1J1nt,2005,45(4):538 [5]Loo C E.Hutchens M F.Quantifying the resistance to airflow 的转鼓强度略有下降，但仍能满足现场生产要求；烧 during iron ore sintering.ISIJ Int.2003.45(5):630 结矿还原性有升高的趋势，还原粉化指标得到改善， [6]Bhagat R P.Factors affecting return sinter fines regimed and 可以更好地满足高炉对原料的要求， strand productivity in iron ore sintering.ISIJ In 1999.39(9): (③)安装支架后，烧成率和成品率基本保持同等 889 水平，粒度组成更加均匀，趋于合理 [7]Kamijo C.Matsumura M.Takazo Kawaguchi T.Sintering be- havior of raw material bed placing large particles.ISI/Int. (4)安装支架后，烧结矿的矿相组成变化不大， 2005,45(4):544 粘结相矿物晶形树枝状增多，是烧结矿的强度略有 [8]Inazumi T.Fujimoto M,Sato S.et al.Effect of sintercake ore 降低的原因之一· sintering load reduction by magnetic force on iron.ISI/Int, 1995,35(4):372 致谢 感谢宣化钢铁有限责任公司总经理李贵阳、宣
下粘结相晶形为板条状整体强度好而粘结相晶 形为树枝状局部强度较好．因此有支架烧结时粘 结相矿物树枝状增多也是烧结矿转鼓强度略有降低 的原因之一． 4 结论 （1）在烧结料层中安装支架可以改善烧结料层 的透气性提高烧结生产率．不同高度支架对烧结 过程的影响效果不同要根据料层实际高度及烧结 矿质量要求选择合适的支架高度．针对实验的宣钢 原、燃料条件和料层高度支架高度为300mm 即料 层厚度的1／2时效果最好烧结利用系数可以提高 23∙15％． （2）安装支架后由于烧结杯有限空间内热容量 较小而支架的热量损失所占比例偏大造成烧结矿 的转鼓强度略有下降但仍能满足现场生产要求；烧 结矿还原性有升高的趋势还原粉化指标得到改善 可以更好地满足高炉对原料的要求． （3）安装支架后烧成率和成品率基本保持同等 水平粒度组成更加均匀趋于合理． （4）安装支架后烧结矿的矿相组成变化不大 粘结相矿物晶形树枝状增多是烧结矿的强度略有 降低的原因之一． 致谢 感谢宣化钢铁有限责任公司总经理李贵阳、宣 钢炼铁厂以及技术中心的全力支持． 参 考 文 献 ［1］ Yang T JZuo H B．The development of blast furnace ironmaking technology in China∥11th China-Japan Symposium on Iron and Steel Technology．Wuhan2007：34 ［2］ Fu J YJiang TZhu D Q．Principle of Sintering and Pelletizing．Changsha：Central South University of Technology Press 1996 （付菊英姜涛朱德庆．烧结球团学．湖南长沙：中南工业大 学出版社1996） ［3］ Kasai EBatcaihan BOmori Yet al．Permeation characteristics and void structure of iron ore sinter cake．ISIJ Int199121 （11）：1286 ［4］ Kasai ESergey Komarov SNushiro Ket al．Design of bed structure aiming the control of void structure formed in the sinter cake．ISIJ Int200545（4）：538 ［5］ Loo C EHutchens M F．Quantifying the resistance to airflow during iron ore sintering．ISIJ Int200345（5）：630 ［6］ Bhagat R P．Factors affecting return sinter fines regimed and strand productivity in iron ore sintering．ISIJ Int199939（9）： 889 ［7］ Kamijo CMatsumura MTakazo Kawaguchi T．Sintering behavior of raw material bed placing large particles． ISIJ Int 200545（4）：544 ［8］ Inazumi TFujimoto MSato Set al．Effect of sinter-cake ore sintering load reduction by magnetic force on iron． ISIJ Int 199535（4）：372 ·1106· 北 京 科 技 大 学 学 报 第30卷