孙本科  万继成

摘  要：烧结矿作为高炉炼铁的主要含铁炉料，通常占入炉比例的70%-85%，其质量直接决定高炉稳定顺行与铁水成本控制。传统的实验室检测（转鼓强度、还原性、低温还原粉化率）存在4-8小时的滞后性，无法实时指导生产调整。本文以济南某厂3#、4# 320㎡烧结机为研究对象，结合烧结热力学与矿物学原理，从高炉炼铁的实际需求出发，系统阐述了基于“看、敲、掰、摔”的宏观肉眼判别技术及其与高炉指标的对应关系。通过分析烧结矿的颜色、结构、断面形貌及物理特性，建立其与微观矿物组成（铁酸钙、赤铁矿、浮氏体）及烧结工艺参数（点火温度、负压、机速、料层厚度）之间的映射关系，并提供从高炉异常反推烧结工艺故障的典型实例。研究表明，以高炉需求为导向的宏观判别法能够快速识别欠烧、过烧及碱度异常等工艺故障，将异常响应时间从传统的4-8小时缩短至5分钟以内，是现代烧结生产精益控制与高炉稳顺运行的有效补充手段。

关键词：320㎡烧结机；烧结矿质量；高炉冶炼；FeO含量；碱度控制；宏观判别

1  引言

在“双碳”目标驱动下，高炉炼铁对精料的要求日益提高。对于320㎡及以上大型烧结机，其产量大、料层厚、流程长，一旦出现质量波动，波及范围广、调整周期长。传统实验室检测无法满足实时调控需求。

烧结矿的质量由化学成分、物理性能和冶金性能三部分组成，三者间的关系是：化学成分是基础，物理性能是保证，冶金性能是关键。其中，冶金性能——即烧结矿在高炉冶炼过程中所表现的高温物理化学性能，如还原性、软化熔融性能等——对高炉实际操作的影响最为直接。因此，培养一线操作工具备通过肉眼和简单工具快速评判烧结矿质量、并与高炉操作指标建立关联的能力，是弥补仪器检测滞后的关键。

烧结矿的宏观物理表象（颜色、气孔、光泽）是其微观矿物结构的投影，而微观矿物结构又由烧结过程中的温度、气氛和碱度决定。本文将现场经验口诀与学术理论进行互证，结合济南某厂320㎡烧结机实际运行参数，构建一套以高炉需求为核心的快速评判与反推体系。

2  320㎡烧结机工艺参数与高炉质量需求的关联

2.1 320㎡烧结机典型工艺参数

济南某厂3#、4# 320㎡烧结机采用厚料层烧结技术，应用智能化、数字化等前沿技术。正常生产时的工艺参数如表1所示。

2.2 高炉对烧结矿质量的核心需求

高炉冶炼对烧结矿的质量要求可从三个层面理解：

（1）物理性能——对高炉上部块状带的透气性起决定性作用，主要包括强度、粒度和低温还原强度。转鼓强度是衡量烧结矿冷态强度的核心指标，高转鼓强度的烧结矿可降低高炉返矿率，提高入炉量，更有利于高炉稳定顺行。

（2）冶金性能——对高炉软化带的透气性起决定性作用，主要包括还原性（RI）、低温还原粉化率（RDI）和荷重还原软化性能。研究表明，高炉不仅要求烧结矿具有良好的物化性能，还要求具有良好的热态冶金性能。

（3）化学成分——对高炉冶炼的主要指标（产量、燃料比、生铁质量和成本）起决定性作用，包括品位、SiO₂、碱度、MgO、Al₂O₃和FeO等。

2.3 质量形成机理与高炉的对应关系

烧结矿质量的核心在于粘结相的生成。优质的粘结相以针状铁酸钙（SFCA）为主，其具有强度高、还原性好的特点。生成针状铁酸钙需要同时满足：高碱度（R>1.8）+适宜的烧结温度（1250-1280℃）+适当的氧化气氛。

当工艺参数偏离时，矿物相发生变化，进而影响高炉操作：

· 烧结温度过低（<1200℃）→赤铁矿增多→颜色暗红、疏松→高炉上部透气性变差，产量下降

· 烧结温度过高（>1300℃）→浮氏体、玻璃质增多→颜色发白、性脆→高炉料柱透气性恶化

· 还原气氛过强（燃料过多/负压过高）→FeO升高→颜色黑亮但还原性差→高炉燃料比升高

3  基于高炉需求的烧结矿质量指标体系

3.1 烧结矿质量对高炉操作指标的影响

（1）FeO含量：强度与还原性的平衡点

FeO是烧结矿中最关键的化学指标之一。高炉的炉容大小不同，综合保障水平不同，对烧结矿质量的要求略有差异。一般烧结矿FeO含量宜控制在8-9%左右对高炉操作有利。沙钢5800 m³高炉的研究表明：在当前原料质量、配矿结构和工艺操作条件下，FeO含量的增加可提高转鼓指数和RDI₊₃.₁₅；但当还原度RI超过85%时，FeO含量成为RI的限制性因素，FeO含量的适宜值约为9.5%。研究进一步表明，当R=1.9、SiO₂≈5.2%、MgO≈1.8%、<3mm粉率<11%、燃料配比4.5%~5%、负压<16kPa时，烧结矿平均FeO含量约为9.5%，对应转鼓指数约80%，RDI₊₃.₁₅和RI平均值分别在75%和80%以上。

FeO与颜色的关系是宏观判别的重要依据：

· 钢灰色带金属光泽→FeO≈8%~9%→最佳状态

· 黑亮色、表面油润→FeO≈10%~12%→还原性下降

· 漆黑如墨→FeO>12%→严重过还原

（2）碱度：矿物组成的决定因素

烧结矿碱度稳定性直接关系到高炉内部化学反应的平稳性及炉况稳定状态。鞍钢针对赤、磁铁矿混合烧结的研究表明，烧结矿碱度控制在1.96-2.20时综合效果较好。生产实践表明，烧结矿碱度降低到1.80倍时，强度下降1-2个百分点；低于1.80时质量变化明显，尤其在低于1.75时，高炉顺行度一般，主要表现在跑料不稳。

碱度异常在宏观上的表现：断面中出现白色颗粒或白色条纹，是石灰未完全化合的直接证据，会导致入炉后高炉渣相剧烈波动。

（3）转鼓强度与冶金性能的协同

当前高炉生产中，存在过于强调烧结矿转鼓强度和低温还原粉化指标RDI₊₃.₁₅，而忽视还原度RI的片面倾向。实际上，烧结矿的质量不仅包括强度、粒度、品位等宏观物理化学性能，更须关注其在高炉冶炼过程中表现的高温物理化学性能。宏观判别法正是通过快速评估矿物组成，间接判断还原性等冶金性能，弥补了单纯依赖转鼓强度的不足。

4  宏观判别与工艺参数-高炉指标的关联体系

4.1 综合判别对照表

基于济南某厂320㎡烧结机的生产实践，建立如下宏观判别与工艺参数-高炉指标的关联体系：表2

4.2 关键指标的深度解读

（1）断面结晶与铁酸钙发育

用放大镜或肉眼观察断面：

· 针状交织结构：银白色细密针状结晶→铁酸钙充分发育→高碱度（R=1.9-2.1）+适宜温度→高炉最欢迎

· 粒状结构：断面像砂糖→液相不足→温度低或碱度偏低→高炉产量受影响

· 玻璃状断面：光滑如镜→过烧严重→高炉透气性恶化

（2）白色斑点：碱度异常的警示

断面中出现白色颗粒或白色条纹，是石灰未完全化合的直接证据。这会导致烧结矿碱度波动大，局部R可达3.0以上，入炉后造成高炉渣相剧烈波动，影响脱硫和流动性。

（3）自动粉化：C2S相变的危害

当烧结矿碱度在1.4-1.6之间且冷却速度过慢时，β-C₂S会转变为γ-C₂S，体积膨胀约10%，导致自行粉碎。这种粉化在入炉前就已发生，造成大量粉末进入高炉，严重恶化料柱透气性。

5  320㎡烧结机典型故障案例与高炉反馈反推

5.1 案例一：整批暗红——点火温度过低导致高炉产量下降

现象：某夜班生产的烧结矿整体发暗红，表面起皮，敲击沉闷。返矿率由15%骤升至28%。次日高炉反映产量下降约5%，料速不稳。

参数检查：点火温度实测960℃（正常1080~1120℃）；点火炉观察孔火焰发红、无力；原因：煤气压力波动，当班未及时调整。

工艺反推：点火温度不足导致表面未形成足够液相，上层烧结矿仅靠物理粘结，强度极差。同时表层欠烧导致透气性差，下层燃烧带后移，整体烧结不均匀。

高炉反馈：大量返矿（<5mm）进入高炉，上部块状带透气性恶化，压差升高，被迫减风操作。

处理措施：（1）煤气阀门开大，点火温度提至1100℃；（2）机速由2.3m/min降至2.0m/min；（3）已产出欠烧料返矿处理。2小时后颜色恢复正常，返矿率回落至16%，高炉逐步恢复正常产量。

5.2 案例二：白色条带与分层——碱度波动导致高炉渣相异常

现象：烧结矿断面可见明显白色条带，部分区域出现分层。高炉反映渣样颜色异常、流动性变差，铁水含硫出现波动。

参数检查：化验碱度R=1.5-2.5（大幅波动）；熔剂下料曲线出现周期性尖峰；原因：熔剂圆盘给料器衬板磨损，下料不匀。

工艺反推：碱度剧烈波动导致烧结过程中液相生成量及成分不稳定。碱度低时液相不足，碱度高时石灰残留。

高炉反馈：碱度波动导致炉渣碱度随之波动，脱硫能力不稳定，铁水质量出现波动。

处理措施：（1）停机更换熔剂给料器衬板；（2）一混加水比例调整，混料时间延长至3.5min；（3）碱度在线检测频次由2h/次改为1h/次。检修后碱度波动控制在±0.05以内，白色斑点消失，高炉渣相恢复稳定。

5.3 案例三：发蓝致密——负压过高导致过烧，高炉悬料增加

现象：烧结矿表面呈蓝灰色，致密光滑，敲击声尖锐但一摔即碎。转鼓指数81%（合格），但高炉反映悬料次数由每周2次增至每周7次。

参数检查：烧结负压19.2kPa（正常14~17kPa）；料层厚度620mm（偏薄）；机尾断面红层延伸到台车边缘；原因：台车篦条磨损严重，漏风率增加。

工艺反推：负压过高且料层偏薄，燃烧带快速下移，烧结速度过快。料层在高温区停留时间不足，表层被急速熔融后迅速冷却，形成玻璃质“瓷化层”。这种结构虽转鼓测试合格（瓷化外壳坚硬），但内部脆弱，还原性极差（还原度<65%）。

高炉反馈：烧结矿入炉后在高炉上部发生严重粉化，料柱透气性急剧恶化，导致悬料频发。

处理措施：（1）更换磨损篦条，修复漏风；（2）料层由620mm增至750mm；（3）主抽风机转速降低5%，负压控制在16kPa；（4）机速由2.4m/min降至2.1m/min。24小时后断面恢复正常针状结晶，高炉悬料消失。

5.4 案例四：漆黑油亮——燃料过细导致FeO超标，高炉燃料比升高

现象：烧结矿呈漆黑光亮、手感重，但入炉后高炉压差升高，燃料比上升约8kg/t。

参数检查：化验FeO=13.2%（正常8.5%~9.5%）；焦粉粒度<1mm占比由25%升至40%；负压18.5kPa。

工艺反推：焦粉粒度变细导致燃烧速度过快，烧结矿液相发展不充分；负压偏高使燃烧带局部还原气氛过强，FeO急剧升高。

高炉反馈：FeO过高导致烧结矿还原性下降，高炉需增加燃料消耗来完成还原反应，燃料比上升。

处理措施：（1）焦粉破碎筛分调整，控制<1mm比例<30%；（2）降焦粉配比0.3%；（3）负压降至16kPa。FeO逐步回落至9.2%，高炉燃料比恢复。

5.5 案例五：自动粉化——C₂S相变导致高炉料柱崩溃

现象：烧结矿放置48小时后表面出现裂纹，72小时后自行碎裂成渣。高炉槽下返矿率骤升至35%。

原因分析：硅酸二钙（C₂S）晶型转变。碱度R=1.55（偏低），环冷机一段冷却风机故障导致冷却速度不足。β-C₂S转变为γ-C₂S，体积膨胀约10%。

高炉反馈：大量粉末进入高炉，料柱透气性几乎瘫痪，被迫紧急休风处理。

处理措施：（1）调整熔剂配比，碱度提高至1.9；（2）修复环冷机风机；（3）已产出料打水急冷处理。碱度提高后粉化消失。

6  以高炉为中心的现场快速判定标准化流程

基于上述研究，建议320㎡烧结机岗位推行 “1分钟快速质检法” ，并将判定结果与高炉操作建议直接挂钩：

第一步：眼看（15秒）

· 看颜色：黑亮→正常；暗红→欠烧（高炉产量预警）；发白→过烧（高炉悬料预警）；杂色→碱度波动（铁水质量预警）

· 看气孔：均匀细小→优质；蜂窝大孔→燃料问题；致密无孔→过烧

第二步：耳听（10秒）

· 矿块从1.5m高度自由落体至钢板

· 清脆金属声且不碎裂→优质；沉闷无声或碎裂→不合格（高炉返矿预警）

第三步：手掰（15秒）

· 掰不动且有金属感→优质；一掰就碎→欠烧或过烧脆化

第四步：断面看（20秒）

· 砸开大块看内部：针状结晶→优质；颗粒分明→欠烧；玻璃状→过烧；白色斑点→碱度异常

7  结论

（1）烧结矿质量对高炉冶炼具有决定性影响，其化学成分是基础，物理性能是保证，冶金性能是关键。三者必须统筹兼顾，不可偏废。

（2）肉眼宏观判别法有严格的矿物学和热力学支撑。通过颜色、断面、声响与矿物组成（铁酸钙、磁铁矿、硅酸盐）的对应关系，可在5分钟内完成对烧结矿质量的初步评估，并与高炉操作指标建立快速关联。

（3）以济南某厂320㎡烧结机为例，建立了肉眼特征与工艺参数（点火温度、负压、机速、料层厚度、碱度）的映射关系。典型故障如欠烧、过烧、碱度异常、C₂S相变均可通过肉眼特征快速反推，并可提前预警对高炉的影响。

（4）建议将“1分钟快速质检法”纳入烧结岗位标准化作业流程，作为实验室检测的有效补充。肉眼判断的最终结论仍需实验室数据验证，但可大幅缩短异常响应时间——从传统的4-8小时缩短至5分钟以内，实现从“事后补救”到“事中调控”的转变。

（5）烧结生产应以“高炉用户满意为中心”，建立烧结-高炉联动的质量预警机制。当宏观判别出现异常信号时，应同步通知高炉主控岗位结合仓位做好操作调整准备，形成“烧结判质量、高炉调操作”的协同闭环。

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