关于低硅烧结的探讨

【摘 要】适当降低烧结矿SiO2，一方面能提高烧结矿品味进而提高高炉入炉品味，另一方面可减少高炉渣量，改善高炉冶炼条件，对降低焦比，提高利用系数和稳定炉况具有深远的意义。

【关键词】低硅高品位烧结矿；烧结性能；还原机理；节能降耗

前言

随着炼钢技术的发展，生铁中的硅作为发热剂的意义早已不很重要，为了满足无渣或少渣炼钢的需要，炼钢生铁含硅量逐渐降低。同时，低硅生铁对于铁水炉外预处理（脱磷、脱硫）是有益的。再者，冶炼低硅生铁对降低焦比提高产量也是很有益的。一般生铁中硅（Si）每降低1%，焦比降低4～7kg/t铁。

最近l0年来，国内外高炉冶炼低硅生铁有新的进展和突破。我国炼钢生铁含硅量在20世纪70年代ω（Si）为0.8%左右，现在也降低到0.6%左右，大型高炉铁水含硅量已降低到规（Si）为0.2%～0.4%。

1 还原机理

高炉内硅的还原是按照SiO2SiOSi的顺序逐级进行的。高炉中硅还原进入生铁的过程主要是在滴落带进行，并以SiO气体为中介还原转入铁水中。

（SiO2）+C=SiO+CO

SiO+[C]=[Si]+CO

[Si]+2（MnO）=2[Mn]+SiO2

[Si]+2（FeO）=2[Fe]+（SiO2）

2 降低生铁含硅量的途径：

（1）有效降低烧结矿含硅量，是降低高炉冶炼渣量，也就是减少SiO2的来源，抑制硅的还原反应，从而降低生铁[Si]含量。

（2）有效降低烧结矿含硅量，是提高烧结矿品味进而提高高炉入炉品味的最直接有效途径。高炉冶炼表明：入炉品味每提高1%，焦比下降2%，产量提高3%。可见低硅烧结对高炉冶炼中降低焦比，提高生铁产量有着客观的经济效益。

（3）有效降低烧结矿含硅量，是提高炉渣的二元和三元碱度 炉渣的二元碱度指m（Cao）/m （SiO2），三元碱度指m（CaO+MgO）/m（SiO2）。提高炉渣的二元和三元碱度，可降低炉渣中SiO2的反应性，从而可以抑制硅的还原。，

3 低硅烧结工艺优化探讨

3.1 低硅烧结的意义

低SiO2烧结矿，一般是指烧结矿中的SiO2含量低于5.0%的烧结矿，它具有以下优点：使入炉品位提高，渣量减少；改善烧结矿冶金性能，尤其是其软熔温度升高、软熔区间变窄，可使高炉的软熔带位置下移，厚度变薄，有利于高炉内间接还原发展和料柱透气性和透液性的改善。这对大喷煤量下的高炉顺行，有着重要的意义。

3.2 烧结矿成矿机理

烧结矿成矿机理包括固相反应、液相生成及冷凝结晶三个过程。

结矿的固结主要依靠发展液相来完成。固相反应形成的低熔点化合物足以在烧结温度下生成液相。随着燃料层的移动，温度升高，各种互相接触的矿物又形成一系列的易熔化合物，在燃烧温度下形成新的液相。液滴浸润并溶解周围的矿物颗粒而将它们粘结在一起；相邻液滴可能聚合，冷却时产生收缩；往下抽入的空气和反应的气体产物可能穿透熔化物而流过，冷却后便形成多孔、坚硬的烧结矿。由此可见，烧结过程中产生的液相及其数量直接影响烧结矿的质量和产量。

3.3 烧结过程主要典型液相生成。

（1）FeO-SiO2铁橄榄石液相体系

铁矿粉中的FeO和SiO2接触紧密，在烧结过程中易于化合成2FeO・SiO2（铁橄榄石），其熔点为1205℃。2FeO・SiO2还可同SiO2或FeO组成低熔点共晶混合物。

这个体系是生产低碱度酸性烧结矿的主要粘结相。其生成条件是必须有足够数量的FeO和SiO2。FeO的形成需要较高的温度和还原性气氛。SiO2则主要取决于精矿品位和矿石类型。酸性脉石矿品位提高，则SiO2降低，但总含有一定量的SiO2。2FeO・SiO2是难还原物质，以它为主要粘结相的烧结矿强度好，但还原性差。

（2）CaO-SiO2液相体系

当生产自熔性烧结矿时，外加CaO与矿粉中的SiO2作用，在烧结过程中，生成两种可熔的硅酸钙液相，即硅灰石CaO・SiO2（CS），熔点为1544℃，它与SiO2在1486℃时形成最低共熔点；硅钙石3CaO・2SiO2（C3S2），熔点为1475℃。它与CaO・SiO2在1455℃时形成最低共熔点。

由于硅酸钙液相体系的化合物和固溶体熔化温度较高，在1430℃以上。在烧结的温度条件下产生此液相不会很多。

（3）CaO-Fe2O3铁酸钙液相体系

形成铁酸钙液相体系的条件是CaO与Fe2O3同时存在。当温度达到1300℃左右时，烧结料中出现熔体，熔体中CaO与SiO2（或FeO）的亲和力较CaO与Fe2O3的亲和力大得多，所以CaO・Fe2O3中的Fe2O3将被SiO2置换出来，甚至被还原为FeO。只有当CaO大量存在，在与SiO2和FeO结合后还有多余的CaO时，才会出现较多的铁酸钙。因此只有碱度高时，铁酸钙液相才能起到主要粘结作用。提高精矿品位，降低SiO2含量对形成铁酸钙液相是有利的。Fe2O3在1300℃以上的高温下不稳定，为保证其存在，必须保持较低的烧结温度和较强的氧化性气氛。

（4）CaO-FeO-SiO2钙铁液相体系

提高碱度，增加烧结料中的CaO量可降低液相生成温度，当CaO含量为10～20%的范围内，这个体系化合物的熔化温度范围大部分都在1150℃之内。钙铁橄榄石与铁橄榄石同属一个晶系，构造相似，还原性较差，在高温和还原性气氛下易生成。钙铁硅酸盐的熔化温度较铁橄榄石低，液相粘度小，故烧结时透气性较好，但易形成大气孔烧结矿。

3.4 低硅烧结存在问题

从烧结的机理可知，烧结矿是液相固结的产物，单纯减少烧结矿的SiO2量，有可能导致烧结矿的液相量不足，从而引发烧结矿强度变差的问题。因为在二元碱度不变时，SiO2的减少也意味着CaO含量减少，而SiO2和CaO都是构成烧结矿液相的主要组元，因此如何在低温烧结的工艺条件下，在降低烧结矿SiO2含量的同时，确保烧结过程中产生在质量上及数量上均适宜的“有效粘结相”是这一新工艺能否在生产上成功的技术关键。

3.5 低硅烧结相应措施

（1）适当提高烧结矿二元碱度

适当提高烧结矿二元碱度，以弥补因SiO2含量减少而使粘结相量减少的间题，这对维持必要的粘结相量，以及改善烧结矿的还原性都有利.

（2）适当提高烧结原料的粉/核比例。

因粘结相起源于粒度较细的粉粒，粒度细的粉粒能促进固相反应的快速进行，易于生成烧结液相。

（3）推行厚料层超栏板烧结，料层提高，可弥补SiO2降低对烧结矿强度的影响，同时可降低固体燃耗降低。

（4）大水大碳操作，适当发展FeO-SiO2铁橄榄石液相体系。

（5）全生石灰烧结，以生石灰全部取代石灰石在改善混合制粒，提高透气性的同时，增强了铁矿于CaO的同化能力，促进液相生成，提高烧结矿强度。

（6）优化配矿设计，把握铁矿粉烧结特性，进行低温烧结全力发展铁酸钙液相。

4 结束语

综上所述，低硅烧结矿对高炉提高入炉品味，降低高炉渣量，节能降耗提产有着深远的综合经济利益。

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