本发明涉及冶铁技术领域，特别涉及一种高镁复合烧结矿及其生产方法。
背景技术
伴随我国钢铁工业迅猛发展，高碱度烧结矿搭配酸性炉料是当前国内公认的高炉炼铁炉料结构理想形式，可充分利用高碱度烧结矿优良冶金性能优势和发挥酸性炉料高品位、低渣量特点，高炉冶炼能够取得良好的经济技术指标。
我国炼铁高炉入炉铁原料中酸性球团矿生产落后于高碱度烧结矿生产。很多钢铁联合企业高炉炼铁存在高碱度烧结矿用量大、酸性球团矿供应不足的缺点，相当数量的企业没有酸性球团矿生产厂，需要外购球团矿进行炼铁生产，或者只将块矿作为入炉酸性炉料。企业外购球团矿时受价格、货源和运输能力等因素影响，从根本上解决酸性球团矿短缺问题尚有一定的困难。加上目前国外铁矿石产能过剩，铁矿石进入相对低价的新常态，特别是近几年来，块矿的价格明显低于球团矿，不少企业为降低生铁成本，适量减少酸性球团矿入炉而用配加块矿来替换。由于质量好的进口块矿品位高、sio2含量低，与高碱度烧结矿搭配组成的炉料结构，也能取得低渣量、低燃料比的冶炼效果，配加一定比例的块矿已成为目前我国高炉炉料结构的一种新趋势，国内很多钢铁联合企业高炉炼铁入炉铁原料结构中部分或者全部将块矿作为入炉酸性铁原料。
大量理论研究和生产实践证明，高炉炼铁要保持稳定顺行，应十分重视炉渣的稳定性，高炉炉渣的稳定性与炉渣mgo/al2o3值密切相关。随着铁矿资源的持续开发利用，我国入炉铁原料的al2o3含量有不断升高的趋势，造成高炉渣中的al2o3含量不断上升，有些企业炉渣的al2o3含量高达15%～18%，甚至更高。al2o3含量的升高会影响炉渣的流动性，即渣黏度要增大。而炉渣黏度对高炉炼铁冶炼进程有很大的影响，黏稠的初渣和中渣会阻碍高炉炉内料柱中焦炭孔隙的气流通道，妨碍高炉下部顺行和强化冶炼，容易引起高炉难行和下部悬料；黏稠的终渣容易造成炉缸堆积，烧坏风口和渣铁不分等，影响高炉正常生产。解决炉渣黏稠的问题，炼铁工作者的经验往往是提高高炉炉渣mgo的含量，因为mgo可以改善炉渣的流动性，炉渣的mgo/al2o3值是一个有价值的数据。通常，当冶炼制钢生铁炉渣的al2o3为8%～15%时，mgo为5%～10%，mgo/al2o3值相当0.625～0.667，这个比值是否合理，能否优化国内外大中小型各类高炉炉渣均有采用低mgo/al2o3值冶炼操作的范例，降低mgo/al2o3值大多从降低入炉铁原料特别是烧结矿mgo含量入手。降低了烧结矿mgo含量，也就降低了炉渣的mgo含量，但降低炉渣的mgo含量对高炉炼铁来说不那么简单，炉渣的mgo含量降低即降低了mgo/al2o3值，会影响炉渣的流动性和脱硫脱碱效果，所以一般高炉操作不轻易降低炉渣的mgo/al2o3值。
不论企业高炉炉渣mgo/al2o3值高低如何控制，高炉炼铁炉渣中必须有一定含量的mgo是肯定的。我国很多钢铁联合企业的没有球团矿生产厂，很多企业只生产普通酸性球团矿（低mgo含量），或者部分外购酸性球团矿（低mgo含量）入炉炼铁，作为另外一种高炉炼铁入炉酸性铁原料的块矿通常mgo含量也较低，所以现在国内高炉炼铁很多企业要求烧结矿具有较高mgo含量（大于1.8%）。这种状况下，作为高炉炼铁重要入炉铁原料的烧结矿主要承担了提供炉渣mgo来源任务。据调查，相当多钢铁联合企业生产的烧结矿中mgo含量在2.0～4.0%，烧结矿生产过程中高镁熔剂种类很多，如白云石、菱镁石、轻烧白云石粉、轻烧氧化镁粉、轻烧镁球、蛇纹石、橄榄石等。高镁熔剂是当作烧结生产过程中的一种原料，通过参加烧结配料添加，烧结配料后的烧结配合料通过强化制粒、布料、点火等工序实现烧结矿生产。目前国内以这种方式生产的大多数是高al2o3、高mgo、高碱度烧结矿，烧结过程中液相生成的主要是钙镁橄榄石体系（cao—mgo—sio2）液相，需要有足够高的烧结温度，因此需要消耗较多的固体燃料。
国内钢铁联合企业铁矿烧结生产广泛采用带式抽风烧结机，因为它的生产率高、原料适应性强、机械化程度高、劳动条件好并便于大型化、自动化，世界上有90%以上的烧结矿是用这种方法生产的。所谓铁矿烧结，是将各种含铁矿粉原料，按要求配入一定数量的固体燃料（焦粉和无烟煤）和熔剂（生石灰、石灰石、白云石等），烧结配合料经过均匀混合制粒后形成烧结混合料，然后布料到烧结设备上点火烧结；在燃料燃烧产生高温和一系列物理化学反应的作用下，混合料中部分易熔物质发生软化、熔化，产生一定数量的液相，液相物质润湿其它未熔化的矿粉颗粒；随着温度的降低，液相物质将未熔矿粉颗粒粘结成块，所得的块矿叫烧结矿。
我国高炉炼铁近几十年来，烧结矿的入炉平均比例占高炉入炉铁原料的75%以上，烧结矿生产的技术经济指标对高炉炼铁成本和冶炼效果有着决定性作用。烧结矿作为一种高炉炼铁最重要入炉铁原料，要求具备良好的物理性能和冶金性能，化学成分合格，除烧结矿铁品位、碱度、cao含量、sio2含量、feo含量、有害元素含量等指标严格要求外，其al2o3和mgo含量指标也十分重要。因为烧结矿mgo和al2o3含量指标直接影响高炉炉渣的mgo/al2o3值。
试验研究和生产实践证明，mgo不是烧结矿质量的正能量，它恰恰是烧结矿质量的负能量。mgo为难熔矿物，其熔点为2799℃，不论在烧结矿高sio2含量条件下，还是在低sio2含量条件下，mgo在烧结过程中易与fe3o4反应生成镁磁铁矿（mgo·fe3o4），从而阻碍fe3o4在烧结过程中氧化为fe2o3，降低复合铁酸钙（sfca）液相的生成，造成生产过程中燃耗升高，成品烧结矿的冷强度和还原性降低。国内外公认数据是，烧结矿每提高1%的mgo含量，会降低5%的900℃还原性和3%的转鼓指数。为了提高烧结矿mgo含量，烧结混合料中要加入白云石粉等高mgo熔剂。烧结矿的al2o3含量也是影响烧结矿质量和强度的一个重要因素，因为一定的铝硅比（al2o3/sio2=0.1～0.4）是生成复合铁酸钙（sfca）的必要条件，碱度低于2.3的高碱度烧结矿生产要求烧结混合料al2o3合理含量应该为1.5%左右，而国内实际烧结矿生产很多企业al2o3含量为2～3%甚至更高。以上这种方式生产的高al2o3、高mgo烧结矿，铁酸钙（sfca）的含量少，液相量不足流动性差。为增加烧结液相量必须提高烧结温度，其成品烧结矿强度差，成品率低，5～10mm粒度的烧结矿含量高。
总之，以上方式生产的这种高al2o3、高mgo烧结矿，不仅会降低烧结矿品位，还会大幅降低烧结矿中复合铁酸钙（sfca）的生成比例，造成烧结固体燃料消耗增加和烧结机利用系数下降，降低其冷强度和还原性，烧结矿返矿率居高不下。不仅不能给高炉炼铁提供良好的物理性能和冶金性能的烧结矿，还会造成很多企业入炉烧结矿数量相对不足，对烧结矿稳定高效生产及高炉炼铁稳定顺行都会产生不利影响。
从烧结矿产质量和铁前系统生产低成本出发，带式抽风烧结机生产低mgo、低al2o3、高碱度烧结矿的优点是显而易见的，其烧结矿生产可按照先进的低温烧结工艺技术应用条件来组织高效进行。但面对高炉炼铁入炉铁原料al2o3含量不断升高的现实时，为保持高炉顺行和炼铁炉渣稳定性，烧结矿生产过程中加入适量mgo是必要的。当前国内很多钢铁联合企业生产高al2o3、高mgo、高碱度烧结矿时，不得已采用以上这种效率低下的高温烧结工艺技术，其烧结矿液相生成要求有足够高的烧结温度，矿化速率低，矿物组成不合理，矿相结构差，致使烧结矿产质量低、固体燃料消耗高等。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于现有高镁烧结矿生产存在资源利用率不足，矿物生成不合理、产量低、强度差、返矿率高、固体燃料消耗高。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种高镁复合烧结矿，由上、下两层结构的烧结矿破碎后混合形成，上层由a料烧结形成，上层烧结矿以复合铁酸钙为主要黏结相；下层由b料烧结形成；
a料：含铁矿粉原料72～90%、低镁熔剂7～20%、固体燃料3～8%；
b料：烧结矿0～90%、烧结返矿0～70%、高镁熔剂10～100%。
a料的配比和b料的配比对烧结产物的质量有着密切关系。配比的确定常常是根据炼铁生产对烧结矿的质量要求和原料供应状况以及原料成分等，并结合生产成本进行合理的搭配，精确配料计算和验证后，得出最终使用的合适配料方案，以保证烧结矿的含铁量、碱度、feo含量和硫含量等主要指标控制在规定范围内。
具体而言，a料的具体配比可参照高碱度低温烧结工艺技术的应用条件来组织，依据含铁矿粉原料的化学成份、价格、粒度组成、烧结基础特性合理配矿，并按比例配入一定数量的固体燃料和低镁熔剂，配成a料。
b料的具体配比根据烧结生产要求的使用量合理掌控，其配矿比例结合各组分化学成分、使用量、价格及其它因素通过配矿计算确定，并与a料中各种烧结原料一起进行精确烧结配料计算和试验验证，确保成品烧结矿各项化学成分、生产成本及其它指标满足高炉炼铁生产需要。
进一步，所述含铁矿粉包括铁精矿、铁粉矿、混合矿、冶金杂料、烧结返矿，含铁矿粉原料的粒度≤8mm；所述固体燃料为焦粉和无烟煤，固体燃料的粒度≤3mm；所述低镁熔剂为生石灰、石灰石、消石灰中的至少一种，生石灰的使用效果最好，石灰石的使用比例尽量减少，低镁熔剂的粒度≤3mm。
进一步，所述上层烧结矿中的mgo≤1.8%、al2o3≤2.0%，下层烧结矿中的mgo含量高于上层烧结矿中的mgo含量。通过强化岗位操作控制进行低温烧结，减少烧结过程中钙镁橄榄石（cao—mgo—sio2）体系液相生成，提高料层透气性及矿化速率，促进复合铁酸钙（sfca）体系矿相的大量生成，以改善产物的矿相结构和还原性，使烧结矿强度提高，粒度组成合理，能耗降低。也就是说，要做到增产提质节能的同时降低烧结矿生产成本。
b料中配加部分粒度较小的烧结矿及烧结返矿、粉块状高镁熔剂，替换国内常用的粒度为10～20mm烧结矿作为烧结铺底料，可充分利用料层自动蓄热，有助于形成质量和粒度较佳的下层烧结矿，利于高炉炉料结构优化，改善炉渣流动性和脱硫脱碱效果。
进一步，所述b料中烧结矿的粒度为5～20mm；所述b料中烧结返矿的粒度为3～5mm；所述b料中高镁熔剂选自白云石、菱镁石、轻烧白云石、轻烧菱镁石、轻烧镁球、蛇纹石、橄榄石中的至少一种，高镁熔剂的粒度为3～20mm，同以往高镁熔剂粒度要求的0～3mm相比大幅增加，可在满足本发明生产工艺要求同时降低其破碎加工成本。
进一步，所述b料还可视情况添加0～60%的块矿和0～6%的燃料，燃料燃烧产生的热量可以补充料层自动蓄热不足部分，事实上，应结合工艺实施条件、实施效果及高炉炼铁生产要求选择合适组合比例。
进一步，所述b料块矿选自强度差的易粉块矿、褐铁块矿、低品位高硅块矿、高铝块矿、高碳酸盐块矿、高硫块矿中的至少一种，其中，高碳酸盐块矿或高硫块矿需要焙烧后才能入炉；块矿的粒度为5～20mm，通过烧结过程预热块矿，去除结晶水、分解碳酸盐，改善块矿的热稳定性与还原性，提高脱硫效率，实现块矿资源合理使用并有利于低成本炼铁；所述b料燃料为焦粉和无烟煤，燃料的粒度3～5mm。
本发明还提供一种如上所述的高镁复合烧结矿的生产方法，包括如下步骤：
（1）将a料混匀，并加水润湿，强化制粒后形成物料a；所述物料a的粒度组成如下：0～3mm粒级含量≤15%，3～5mm粒级含量为40～50%，5～10mm粒级的含量≤30%，10mm以上粒级含量≤10%；
（2）先将b料均匀布设在烧结机台车上，紧接着将物料a均匀布设在物料b上，随即在物料a料面上点火并抽风，烧结反应开始，烧结过程进行完毕得到烧结饼；
（3）对烧结饼进行破碎、冷却和整粒筛分处理后，得到综合冶金性能优良的复合烧结矿。
在上述技术方案中，可采用圆筒混料机对步骤（1）中的a料和b料进行混匀与制粒。混合的目的在于获得化学成分均一的混合料，以利于烧结并保证烧结矿成分的稳定。a料在混合后还要加水润湿和制粒，如此可获得良好的物料a粒度组成，以改善烧结料层的透气性。作为优选，a料在混合时可以通入蒸汽使之预热，如此可得到必要的较高料温，促使烧结过程顺利进行。具体的，为获得良好的混匀与制粒效果，生产中一般采用两段混合来实现a料的混匀与制粒；只采用一段混合来混匀b料，不要求加水和制粒。
步骤（2）的布料作业通过烧结机台车上的布料装置来完成，布料过程应连续、不中断，并使料层的厚度一定，保持料面平整。所述均匀布设是指物料的粒度、化学成分及水分等沿台车长度和宽度方向均匀分布，同时物料的粒度、化学成分沿料层高度方向分布合理，能适应烧结过程的内在规律：自上而下粒度逐渐变粗，含碳量逐渐减少，从而有利于增加料层透气性和利于上下部烧结矿质量的均匀。实际布料时，应使物料表层适当压料并保证烧结料具有均一的良好的透气性；应使料面无大的波浪和拉沟现象，特别是在台车挡板附近，避免因布料不满而形成斜坡加重料层气流的边缘效应，造成风的不合理分布和浪费。
点火后烧结机台车下部风箱强制抽风，在空气助燃作用下，固体燃料燃烧产生热量，使烧结混合料经受物理变化和化学反应，烧结完成后形成饼状的烧结矿，称为烧结饼。
具体的，向下抽风烧结过程中，由于上层烧结矿层具有自动蓄热作用，下层烧结温度逐渐升高，据试验测定，自动蓄热作用可提供燃烧带总热量的35～45%，料层中固体燃料的燃烧具有热量补偿作用，向下传递的热量对下面的b料进行熔合、固结，形成下层烧结矿。
烧结完成后所得烧结饼整体上可分为上、下两层结构，经破碎后混合形成高镁复合烧结矿，综合冶金性能优良，利于高炉炉料结构优化，可改善炉渣流动性和脱硫脱碱效果。烧结饼上层结构由a料烧结后形成的烧结矿，一般不添高镁熔剂。烧结饼下层结构为添加有粉块状高镁熔剂的b料熔合、固结后形成的烧结矿，其mgo含量要高于上层。本发明可采用双层或多层布料技术实现高镁熔剂及其它原料在烧结料层中的配置优化，充分利用烧结矿生产过程中料层自动蓄热作用，解决了当前国内高镁烧结矿生产普遍存在的资源利用及矿物生成不合理、产量低、强度差、返矿率高、固体燃料消耗高的行业难题。
烧结饼从烧结机台车的机尾上自然落下时，温度高达700～800℃，靠自重摔碎，其块度大小分布很不均匀，部分大块超过200mm，甚至达300～500mm，不能满足高炉冶炼的要求，而且给烧结矿的贮存、运输带来不少问题。通过破碎处理能形成粒径较为均匀的烧结矿，以满足后续冶铁要求。实际生产时，可采用剪切式单辊破碎机进行热破碎处理。
烧结矿经热破碎及带式冷却机或环式冷却机强制冷却后，通过整粒筛分处理可得到成品复合烧结矿以及用于组成b料的铺底烧结矿和烧结返矿。其中，粒度小于5mm的物料可作为烧结返矿，粒度为5～20mm烧结矿中的一部分及部分粒度为3～5mm烧结返矿用于配制b料，其余粒度大于5mm烧结矿作为成品复合烧结矿用于高炉冶铁原料。
料层厚度是影响烧结矿产质量的重要因素之一，进一步，所述步骤（2）中b料的料层厚度为30～380mm，物料a的料层厚度为500～1000mm。由于b料的平均粒径和强度较物料a大，烧结料层透气性显著增强，且b料的料层厚度较原来增加，可大大降低烧结过程中过湿层的不利影响。b料除了强化以往烧结铺底料的所有作用外，还有利于进一步发挥利用烧结料层自动蓄热作用。烧结料层厚度可进一步提高到900～1300mm，做到节能降耗的同时，实现烧结矿品质和环保提升。
进一步，所述步骤（2）的点火温度为950-1150℃，抽风负压为9～20kpa；点火负压为抽风负压的50%～70%，点火时间为45～50秒。点火的目的是通过点火器供给足够的热量，将物料a中的燃料点燃，并在抽风的作用下继续往下燃烧产生高温，使烧结过程自上而下进行，同时向物料a料层表面补充一定热量，以利于表层产生熔融液相而粘结成具有一定强度的烧结矿。点火操作时要把握好点火温度、点火负压和点火强度三要素。
进一步，所述步骤（2）中b料的布料方式为方式一或方式二：
方式一：将b料混匀后，作为铺底料均匀布设在烧结机台车上；
方式二：将b料中的块矿作为第一层铺底料均匀布设在烧结机台车上，再将b料中的其它物料混匀后作为第二层铺底料均匀布设在块矿上。
本发明的有益效果在于：
1、将高镁熔剂及其它原料在烧结料层中的配置优化，为a料烧结时采用先进的高碱度低温烧结技术创造良好条件，大幅提高复合铁酸钙（sfca）生成比例，实现烧结矿物组成及矿相结构合理，矿化速率提高，烧结矿具有强度高、还原性好、低温还原粉化率低等特点，是一种优质的高炉炼铁入炉原料。
2、不同性质的a料、b料烧结形成上、下两层结构的烧结饼经破碎后混合形成高镁复合烧结矿，综合冶金性能优良，利于高炉炉料结构优化，可改善炉渣流动性和脱硫脱碱效果。
3、b料中配加部分粒度较小的烧结矿及烧结返矿、粉块状高镁熔剂，有助于形成质量和粒度较佳的下层高镁烧结矿；配加部分价格便宜的劣质块矿，实现资源高效综合利用并降低炼铁生产成本。
4、b料的料层厚度为30～380mm，除了强化以往烧结铺底料的所有作用外，还有利于进一步发挥利用烧结料层自动蓄热作用。可将烧结料层厚度进一步提高到900～1300mm，烧结矿iso转鼓指数可提高约3～10%，烧结综合返矿率可下降约5～20%，烧结固体燃耗可降低约3～15kg标煤/t，有利于节能降耗和保护环境。
具体实施方式
以下结合实施例1～3对本发明作进一步的描述。
实施例1：高镁复合烧结矿的生产
（1）将a料混匀，并加水润湿，强化制粒后形成物料a；所述物料a的粒度组成如下：0～3mm粒级含量为15%，3～5mm粒级含量为45%，5～10mm粒级的含量为30%，10mm以上粒级含量为10%；
（2）先将b料混匀，再均匀布设在烧结机台车上，紧接着将物料a均匀布设在物料b上，使b料的料层厚度为200mm，物料a的料层厚度为900mm；随即在物料a料面上点火并抽风，烧结反应开始，点火温度为1000～1050℃，抽风负压为13～17kpa；点火负压为抽风负压的55%，点火时间为48秒，烧结过程进行完毕后形成烧结饼；
（3）对烧结饼进行破碎、冷却和整粒筛分处理，得到综合冶金性能优良的复合烧结矿。
所述a料组成如下：粒度≤8mm的含铁矿粉原料83%、粒度≤3mm的焦粉4%、粒度≤3mm的生石灰13%；
所述b料组成如下：粒度为5～20mm的烧结矿20%、粒度为3～5mm的烧结返矿42%、粒度为5～15mm的白云石粉30%；粒度为5～20mm强度差的易粉高硅块矿6%和粒度3～5mm的焦粉2%。
所述a料烧结所得烧结矿mgo≤1.8%、al2o3≤2.0%。
实施例2：高镁复合烧结矿的生产
（1）将a料混匀，并加水润湿，强化制粒后形成物料a；所述物料a的粒度组成如下：0～3mm粒级含量为10%，3～5mm粒级含量为48%，5～10mm粒级的含量为32%，10mm以上粒级含量为10%；
（2）先将b料中的块矿均匀布设在烧结机台车上，再将b料中其他物料混匀，所得混合料均匀布设在块矿上，紧接着将物料a均匀布设在物料b上，使b料的料层厚度为260mm，物料a的料层厚度为980mm；随即在物料a料面上点火并抽风，烧结反应开始，点火温度为1050～1100℃，抽风负压为15～19kpa；点火负压为抽风负压的50%，点火时间为46秒，烧结过程进行完毕后形成烧结饼；
（3）对烧结饼进行破碎、冷却和整粒筛分处理，得到综合冶金性能优良的复合烧结矿。a料：粒度≤8mm的含铁矿粉原料79%、粒度≤3mm的无烟煤5%、粒度≤3mm的石灰石10%、粒度≤3mm的生石灰6%；
b料：粒度为5～20mm的烧结矿25%、粒度为3～5mm的烧结返矿40%、粒度为3～15mm的菱镁石20%；粒度为5～20mm的高铝块矿10%、粒度为5～20mm的高硫块矿5%、粒度3～5mm的焦粉1.5%。
所述a料烧结所得烧结矿mgo≤1.8%、al2o3≤2.0%。
实施例3：高镁复合烧结矿的生产
（1）将a料混匀，并加水润湿，强化制粒后形成物料a；所述物料a的粒度组成如下：0～3mm粒级含量为8%，3～5mm粒级含量为50%，5～10mm粒级的含量为32%，10mm以上粒级含量为10%；
（2）先将b料混匀，再均匀布设在烧结机台车上，紧接着将物料a均匀布设在物料b上，使b料的料层厚度为150mm，物料a的料层厚度为800mm；随即在物料a料面上点火并抽风，烧结反应开始，点火温度为1050～1100℃，抽风负压为12～16kpa；点火负压为抽风负压的65%，点火时间为46秒，烧结过程进行完毕后形成烧结饼；
（3）对烧结饼进行破碎、冷却和整粒筛分处理，得到综合冶金性能优良的复合烧结矿。a料：粒度≤8mm的含铁矿粉原料80%、粒度≤3mm的焦粉5%、粒度≤3mm的消石灰15%；
b料：粒度为5～20mm的烧结矿45%、粒度为3～5mm的烧结返矿35%、粒度为5～20mm的蛇纹石20%；
所述a料烧结所得烧结矿mgo≤1.8%、al2o3≤2.0%。