烧结矿是高炉冶炼的主要原料，其质量的好坏直接影响炼铁生产过程稳定、顺行和高炉技术经济指标的完成^[1-4]。烧结矿不仅要求强度高、粒度组成合理、粉末少，而且烧结矿的碱度稳定对强化高炉冶炼、增铁节焦有着重要的意义。有研究表明，碱度稳定率每提高10%，焦比降低1%，产量提高1.5%^[5-7]。

烧结矿碱度稳定性受原料因素影响较大，尤其是烧结熔剂质量。烧结熔剂分为生熔剂和熟熔剂。生熔剂主要包括石灰石、白云石等，熟熔剂包括钙质生石灰和镁质生石灰等^[8-12]。不同产地的熔剂化学成分差异较大，即使同一产地的熔剂化学成分也可能存在较大波动，熔剂成分波动严重影响烧结矿化学成分的均质化^[13-15]。

新钢炼铁厂烧结区所用生熔剂有石灰石和白云石，其中，石灰石产地来源高达10个，白云石产地来源只有1个。为提高烧结矿化学成分的均匀性，新钢综合料场新建一个熔剂料场，并将生熔剂由烧结工序配入改为混匀工序配入。有关生熔剂进混匀矿堆的烧结矿均质化技术的研究，目前，除三明钢铁集团有限责任公司采用白云石粉进混匀矿堆的烧结矿均质化技术外，行业内未见石灰石粉和白云石粉同时进混匀矿堆的技术报道。尽管生熔剂改由混匀工序配入，但生熔剂质量波动源仍然存在，给混匀矿和烧结矿的均质化带来了巨大挑战。为此，本文拟对生熔剂进混匀矿堆的烧结矿均质化进行研究，以期为高炉炉况稳定、增铁节焦、提高企业经济效益提供技术支持。

1 原料及综合料场工艺概况 1.1 原料

新钢炼铁厂烧结区主要含铁原料化学成分如表 1所列。由表 1可知，不同的含铁原料，SiO₂含量相差较大，其范围为3.17%~14.11%；含铁原料中CaO和MgO含量相对较少，分别为0.05%~1.07%和0.03%~3.37%。

2021年1月1日—5月31日，石灰石粉、白云石粉成分及其CaO、MgO、SiO₂标准偏差如表 2所列。由表 2可知：①石灰石粉供应商有10个，其化学成分差异较大，CaO、MgO、SiO₂含量分别为48.99%~51.79%、1.35%~4.35%、0.58%~3.79%，白云石粉供应商只有1个；②不同供应商提供石灰石粉的CaO、MgO、SiO₂标准偏差相差较大，石灰石粉的σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）分别为0.75~2.66、0.38~2.48、0.53~1.74；③白云石粉的σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）分别为1.34、1.18、0.71。

综上，石灰石粉、白云石粉的化学成分与铁料化学成分差异较大，且石灰石粉、白云石粉中CaO、MgO、SiO₂稳定性较差。故石灰石粉和白云石粉进混匀矿堆，必须采取相关技术措施，以确保混匀矿中SiO₂、CaO、MgO化学成分稳定，提高烧结矿均质化程度。

1.2 综合料场工艺概况

新钢综合料场包括熔剂料场、一次料场和混匀料场。熔剂料场工艺流程如图 1所示，一次料场和混匀料场工艺流程如图 2所示。综合图 1和图 2可知，①熔剂汽卸圆盘共有6个，分别为1^#—6^#圆盘；熔剂料场有3个料格，分别为1^#白云石粉、2^#—3^#石灰石粉；取料设备为门架式取料机。生熔剂进入汽卸圆盘，通过堆料机堆至熔剂料场相应料格，再通过门架式取料机，将生熔剂输入至不同的混匀配料圆盘，参与混匀配料。②混匀配料室有3个配料槽，分别为1^#、2^#、3^#配料槽，配料槽共有38个配料圆盘。1^#、2^#配料槽为铁料配料槽，各有14个配料圆盘；3^#配料槽为固废和熔剂配料槽，共有10个圆盘。其中1-1^#—1-7^#、2-1^#—2-7^#、3-1^#—3-5^#配料圆盘对应混匀1^#和2^#料区（东区），1-8^#—1-14^#、2-8^#—2-14^#、3-6^#—3-10^#配料圆盘对应混匀3^#和4^#料区（西区）。

2 主要技术 2.1 生熔剂的预先混匀技术 2.1.1 在熔剂汽卸圆盘段预先混匀

为防止石灰石粉和白云石粉在圆盘料仓混料，石灰石粉和白云石粉错开进厂，即同一天只能进石灰石粉或白云石粉，同时采用熔剂汽卸圆盘单元控制技术。由式（1）和式（2）可知，样本数n越大，偏差越小，熔剂汽卸圆盘开启个数增加，将明显改善熔剂效果，进入熔剂大棚的石灰石粉和白云石粉的质量将明显提高。

(1)

(2)

式（1）、式（2）中：X₁，X₂，…，X_n代表权数值；f₁，f₂，…，f_n代表权。

石灰石粉在熔剂汽卸圆盘段进行预先混匀，其技术措施主要有：①当天进厂的石灰石粉厂家控制在3—6个；②不同供应商提供的石灰石粉进入指定的熔剂汽卸圆盘；③熔剂汽卸圆盘开启个数控制在3—6个；④每天检测进厂石灰石粉成分。

白云石粉供应商只有1个，减少白云石粉成分波动的措施有：①熔剂汽卸圆盘开启个数为3—6个；②检测进厂白云石粉成分。

2.1.2 在熔剂料场预先混匀

1）堆料机往复式行走堆料。中和混匀的原则是：料堆越高，堆积层数越多，混匀效果越好；料层越薄，每层成分越均匀，混匀效果越好。

为强化石灰石粉（白云石粉）在熔剂料场预先混匀效果，堆料机禁止定点堆料，实行往复式行走堆料。即堆料机按一定的行走速度和固定的行走路径，由南到北或由北到南来回行走，将石灰石粉（白云石粉）堆到固定料格内，最终堆成“人”字形料堆。堆料机实物如图 3所示。堆料机实行往复式行走堆料，有利于熔剂料堆均质化，主要优点有：①料堆形状较为规则，为“人”字形料堆，有利于取料机均匀取料，且便于控制取料量；②减少局部熔剂成分波动；③用足料格存储空间，提高堆料层数。

2）提高石灰石粉（白云石粉）堆料层数。为提高石灰石粉（白云石粉）堆料层数，采取以下技术措施：①延长堆料时间，提高堆料机作业率，将堆料机的堆料量从500~600 t/h下调至300~400 t/h，堆料层数可增加1.50~1.66倍；②提高堆料机行走速度，将堆料机的行走速度由6 m/min提高到9 m/min，堆料层数增加1.5倍。

3）门架式取料机的应用。门架式取料机用于熔剂料场中石灰石粉（白云石粉）的刮取，其实物如图 4所示。门架式取料机实行往复行走式取料，有利于所刮取熔剂的均质化：①取料过程中，取料机来回行走，刮板料面为“人”字形料面，可以减少局部熔剂成分波动，有利于进入混匀配料圆盘的熔剂成分的稳定；②门架式取料机行走速度和刮板取料深度可以调节，便于控制取料量。

2.1.3 生熔剂预先混匀效果评价

以东区为例，预先混匀前后石灰石粉和白云石粉中CaO、MgO和SiO₂的标准偏差如图 5所示。

由图 5可知，自2021年6月份开始预先混匀后，石灰石粉和白云石粉中σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）值明显下降，预先混匀效果较好。以东区为例，石灰石的σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）分别由1—5月份的1.56、1.26、1.17分别下降到6—9月份的1.23、0.79、0.58，白云石的σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）分别由1—5月份的1.27、1.16、0.48分别下降到6—9月份的1.08、1.07、0.32。

将石灰石粉和白云石粉在熔剂汽卸圆盘段和熔剂料场进行预先混匀，使其化学成分稳定，为后续进混匀矿堆，保证混匀矿成分稳定起关键性作用。

2.2 生熔剂在混匀料堆中的中和混匀技术 2.2.1 混匀造堆区块控制技术

1）含铁原料区块控制技术。含铁原料的中和混匀是生熔剂造堆后混匀矿中CaO、MgO、SiO₂成分稳定的基础。为确保含铁原料的中和混匀，对含铁原料造堆实行区块控制。

含铁原料区块控制技术原理为：根据含铁原料中SiO₂含量高低，实行混匀造堆SiO₂区块控制，将混匀矿堆所配铁料分为低硅、中硅①、中硅②、高硅4个等级原料。混匀造堆含铁原料区块控制如图 6所示。

含铁原料区块控制技术特点有：低硅、中硅①、中硅②、高硅4个等级造堆比例固定不变；根据各铁料库存情况及后续原料进厂情况，品种造堆分先后顺序，一旦某类原料不能及时进厂或大量堆置，则安排同类品种进行同比例替代；同一类品种中，配比可进一步细分，堆料过程中堆料品种较多时，一般控制在6—10个。

2）生熔剂区块控制技术。固定石灰石粉和白云石粉所在的配料圆盘：固废资源和熔剂圆盘在3^#配料槽，其中，东区对应的3^#配料槽圆盘为3-1^#—3-5^#，西区对应的3^#配料槽圆盘为3-6^#—3-10^#。为防止固废资源、石灰石粉和白云石粉混料，将3-1^#、3-2^#固定为东区石灰石粉配料圆盘，3-3^#、3-4^#固定为东区白云石粉配料圆盘，3-5^#为东区石灰石粉和白云石粉备用圆盘；3-6^#、3-7^#固定为西区固废资源配料圆盘，3-9^#、3-10^#分别固定为西区石灰石粉和白云石粉配料圆盘，3-8^#为西区固废资源、石灰石粉或白云石粉备用圆盘。

固定造堆过程中石灰石粉和白云石粉配比：由于3^#配料槽属于外配圆盘，且石灰石粉、白云石粉均有固定配料圆盘，为确保石灰石粉、白云石粉造堆的连续性和稳定性，将石灰石粉和白云石粉配比固定，造堆比例如下：

(3)

(4)

式（3）、式（4）中：α_石为石灰石粉外配比例，%；β_白为白云石粉外配比例，%；m_石为石灰石粉计划造堆量，t；m_白为白云石粉计划造堆量，t；m_铁为含铁原料计划总造堆量，t。

2.2.2 混匀配料单元控制技术

1）增加造堆过程中原料品种。东区和西区混匀配矿结构中，包含铁料品种为15—20个，为提升造堆工艺质量，将东区和西区造堆过程中铁料品种分别从6—8个和5—6个提高到8—10个及6—8个。

2）增加圆盘开启个数。东区和西区铁料圆盘均有14个，由于西区还需预留5个单配铁料圆盘，故东区和西区造堆可以使用的铁料圆盘分别为14个和9个，为进一步加强混匀效果，将东区和西区铁料圆盘开启个数分别由10—11个和7—8个提高至12—13个和8—9个。此外，东区有2个石灰石粉圆盘和2个白云石粉圆盘，西区有2个固废圆盘、1个石灰石粉圆盘和1个白云石粉圆盘。故造堆过程中东区和西区铁料、固废、熔剂圆盘开启个数总和分别达到16—17个和12—13个。

3）同一原料品种配比均衡分布在不同配料圆盘。由于东区造堆过程中铁料圆盘个数达到12—13个，而铁料品种为8—10个，故多个单一铁料品种占2—3个圆盘，为提高混匀效果，对占据2—3个圆盘的单一铁料配比进行均衡分布；东区造堆过程中石灰石粉和白云石粉均占有2个圆盘，其配比为1∶1。

4）提高混匀料堆堆料层数。为提高混匀料堆堆料层数，采取如下技术措施：①提高堆料机行走速度，堆料机行走时间从每层37.5 min缩减到每层30 min；②提高堆料机作业时间，新老区每天堆料时间分别不低于20 h和16 h；③堆料机设定下料量分别控制为1 200、1 100 t/h。通过提高堆料机行走速度、提高堆料机作业时间和控制堆料机下料量，西区和东区堆料层数分别由260、200层提高到340、250层。

3 实施效果 3.1 混匀矿质量指标变化

2021年1—9月份东区、西区混匀矿中SiO₂、CaO、MgO的标准偏差如图 7所示。其中，1—5月份和6—9月份分别代表生熔剂造堆前后。

由图 7可知：

1）与生熔剂造堆前相比，2021年6月份生熔剂造堆后，混匀矿中σ（SiO₂）明显下降。其中，东区、西区混匀矿σ（SiO₂）分别从1—5月份的0.35、0.38下降到6—9月份的0.32、0.33。

2）生熔剂造堆后，混匀矿中σ（CaO）和σ（MgO）均有所升高。其中，东区、西区混匀矿σ（CaO）分别从1—5月份的0.20、0.31提高到6—10月份的0.34、0.36，东区、西区混匀矿σ（MgO）分别从1—5月份的0.06、0.07提高到6—10月份的0.01、0.11。生熔剂造堆前，混匀矿中σ（CaO）和σ（MgO）较低，这是由于铁料中CaO和MgO含量较低，铁料中CaO和MgO含量对σ（CaO）和σ（MgO）影响较小；生熔剂造堆后，混匀矿σ（CaO）和σ（MgO）均有所升高，这是由于生熔剂的CaO和MgO含量较高，其含量变化对混匀矿σ（CaO）和σ（MgO）的影响较大。

3.2 烧结矿碱度稳定率提升

生熔剂进混匀矿堆前后，烧结矿碱度稳定率如表 3所列。由表 3可知，自2021年6月份开始，生熔剂进混匀矿堆后，烧结矿的碱度稳定率明显提升，1—5月份烧结矿碱度稳定率（±0.120）从85.81%提高到6—9月份的88.70%。若6—9月份碱度稳定率按±0.115计算，稳定率可达86.90%，与1—5月份碱度稳定率（±0.12）相当。

3.3 效益分析

烧结矿碱度是稳定高炉造渣制度的重要条件，对高炉行程稳定、稳产高产、降低焦比至关重要。炼铁厂2021年1—5月平均日产25 216 t，6—9月平均日产27 803 t，增产达2 587 t/d（折合年度可增产2 587×350=90.5（万吨））。其中，烧结矿成分稳定是提升产量的影响因素之一。

生产数据统计表明^[10]，碱度波动每减少±0.01，高炉增产0.2%~0.4%，焦比降低0.12%~0.20%。烧结矿碱度波动对高炉增产和焦比降低的影响及测算如表 4所列。

按外购生铁3 600元/吨，铁水1—9月平均成本为3 438元/吨，高炉增产效益8 593.13×（3 600-3 438）=139.20（万元）。

按外购焦3 900元/吨，高炉节焦效益为2 603.72×3 900=1 015.45（万元）。

综上所述，经济效益合计139.20+1 015.45=1 154.65（万元）。

4 结论

1）生熔剂在熔剂料场的预先混匀技术主要包括多圆盘进料、移动式往复堆料、平料、“人”字形刮板取料均质化技术，预先混匀后，东区、西区配料圆盘石灰石粉和白云石粉中σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）明显降低，以东区为例，石灰石的σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）分别由1.56、1.26、1.17下降到1.23、0.79、0.58，白云石的σ（CaO）、σ（MgO）、σ（SiO₂）分别由1.27、1.16、0.48下降到1.08、1.07、0.32。

2）采取生熔剂在混匀料堆中的中和混匀技术，包括混匀造堆区块控制技术、混匀配料单元控制技术，混匀矿中σ（SiO₂）明显下降，东区、西区混匀矿σ（SiO₂）分别由1—5月份的0.35、0.38下降到6—10月份的0.32、0.33。

3）生熔剂进混匀矿堆后，烧结矿的均质化明显提升，1—5月份烧结矿碱度稳定率（±0.12）由85.81%提高到6—9月份的88.70%，有利于高炉增产和降低焦比。