高比例塊礦高爐爐料冶金性能的實驗研究

彭文明，鐘靜

（天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津300301）

高比例塊礦高爐爐料冶金性能的實驗研究

彭文明，鐘靜

（天津鋼鐵集團有限公司技術(shù)中心，天津300301）

對天鋼2 000m3高爐使用的單一塊礦、不同搭配比例的塊礦進行各種冶金性能的實驗及分析。實驗結(jié)果表明，高品位塊礦的化學成分、熱爆裂指數(shù)、還原性和軟熔性能等冶金性能參數(shù)均能滿足高爐的冶煉要求，不會對高爐冶煉和鐵水質(zhì)量造成負面影響；爐料結(jié)構(gòu)熔滴實驗中的壓差陡升溫度Ts、滴落溫度、熔融區(qū)間等參數(shù)是評價爐料結(jié)構(gòu)軟熔性能的重要參數(shù)；相同塊礦配比的情況下，不同種類的塊礦搭配對高爐冶煉的影響差異很大，優(yōu)化爐料配比是保持高比例塊礦冶煉的關(guān)鍵。

高爐；冶金性能；低熟料比；爐料；結(jié)構(gòu)

1　引言

隨著鋼鐵產(chǎn)能過剩和市場需求日益下滑，高爐煉鐵的成本壓力不斷增強，為了降低生產(chǎn)成本，各鋼鐵企業(yè)，通過不斷提高入爐生礦比例，減少或不用球團礦等熟料的方法降低爐料成本。在降低孰料比的過程中，必須對單一礦石和爐料結(jié)構(gòu)綜合冶金性能進行分析和研究，確定合理的爐料結(jié)構(gòu)，確保高爐生產(chǎn)順行。本文通過對天鋼2 000m3高爐使用的單一塊礦及不同搭配比例的塊礦進行各種冶金性能的試驗及分析，確定了合理的高爐爐料結(jié)構(gòu)，經(jīng)天鋼2 000m3高爐實際使用，效果良好。

2　試驗及討論

2.1各種塊礦的化學成分及冶金性能分析

選用天鋼2 000 m3高爐使用的塊礦品種進行實驗，主要包括兩種澳礦、伊朗礦、南非礦等生礦。

2.1.1各種原料塊礦及燒結(jié)礦的化學成分

天鋼2 000m3高爐使用的塊礦及高爐使用的燒結(jié)礦的典型化學成分如表1所示。

從表1的結(jié)果看，天然塊礦的含鐵量品位比燒結(jié)礦相高，高比例塊礦不會降低爐料品味。塊礦的S、P含量均比燒結(jié)礦較高，為了控制爐料中有害元素硫、磷含量，要控制塊礦加入比例，使用比例合適的塊礦不會對高爐冶煉及鐵水質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響。

2.1.2熱爆裂指數(shù)

熱爆裂指數(shù)是表征爐料忍耐快速加熱性能的參數(shù)，其測定過程為：取500 g塊礦（或燒結(jié)礦）樣品加入試驗爐，在30 min時間從室溫快速加熱到700℃溫度并保持20 min，然后用5.0 mm、6.30 mm、20.0 mm網(wǎng)篩進行篩分，測出各個粒級的比例，將小于6.30mm的比例，作為熱爆裂指數(shù)。一般來說，熱爆裂指數(shù)越大，塊礦粉化越嚴重，易導致高爐上部氣流不順，嚴重時會引起爐墻結(jié)厚。通過測定生礦的熱爆裂指數(shù)（DI6.30），可以評價生礦在高爐上部的粉化程度。

表1　塊礦、燒結(jié)礦和化學成分/%

圖1為高爐常用的4種生礦的熱爆裂指數(shù)，4種塊礦中伊朗塊和南非塊熱爆裂指數(shù)較低，分別為1.4%和1.3%，兩種澳礦的熱爆裂指數(shù)相對較高，分別為6.5%和5.5%。熱爆裂指數(shù)較高澳礦，遠比燒結(jié)礦低溫還原粉化（小于3.15 mm的比例）產(chǎn)生的粉末量少，對高爐順行影響相對較小。因此，天然塊礦的熱爆裂指數(shù)不應(yīng)該作為評價塊礦的重要指標。

圖1　4種常用生礦的熱爆裂指數(shù)

2.1.3軟熔性能

高爐的軟熔帶的厚度和位置，對高爐冶煉的穩(wěn)定順行和提高煤氣利用率至關(guān)重要。高爐軟熔帶的厚度和位置與爐料的軟熔性能密切相關(guān)。高爐爐料的軟化性能實驗結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，燒結(jié)礦的軟熔性能最優(yōu)，軟熔區(qū)間較窄，開始軟化溫度較高。塊礦的軟熔區(qū)間較寬和開始軟化溫度較低，但是南非塊礦的軟熔區(qū)間和開始軟化溫度在塊礦中表現(xiàn)較突出。

應(yīng)該予以說明的是，軟熔區(qū)間的定義是礦石收縮4%～10%的溫度區(qū)間，質(zhì)地較疏松的塊礦收縮軟化后，對高爐透氣性影響不大，并且單一礦石的軟熔性能并不能代表爐料結(jié)構(gòu)的軟熔性能。通過高爐實踐表明，當高爐配加25%的澳礦，高爐冶煉順行保持良好。因此，單一礦石的軟熔性能不能直接作為高爐軟熔區(qū)間的評價指標。

表2　塊礦和燒結(jié)礦的軟熔性能/℃

2.1.4還原性

鐵礦石的還原性是指其在高爐內(nèi)900℃區(qū)域，鐵氧化物被煤氣還原的程度，通過測定其還原度指數(shù)和速率評價。在相同的還原條件下，鐵礦石的還原性越好，其還原速度就越高，有利于提高高爐煤氣利用率，降低燃料比，提高產(chǎn)量。因此，礦石的還原性，是影響高爐燃料比的重要因素。

天鋼主要鐵礦石還原性指數(shù)（RI）如表3所示，從實驗數(shù)據(jù)上看，燒結(jié)礦的還原度較大，達到77%～80%之間；澳礦的還原性與燒結(jié)礦接近70%～75%；南非塊和伊朗塊的還原性較差。因此，從鐵礦石是還原性來看，爐料塊礦的比例搭配，應(yīng)以澳礦為主，可以小比例配加南非塊礦和伊朗塊礦。

2.2不同比例塊礦爐料的熔滴性能研究

熔滴實驗是指將固體鐵礦石加熱還原為液體渣鐵而滴落，測定礦石試樣在軟化-滴落過程中的溫度、壓差等參數(shù)。

表3　燒結(jié)礦和塊礦的還原性能

實驗爐料的孰料比例固定為75%的燒結(jié)礦，生礦比例為25%。為了滿足鐵水質(zhì)量和高爐生產(chǎn)工藝要求，根據(jù)塊礦的化學成分，進行塊礦比例的合理搭配，根據(jù)各配比爐料的熔滴實驗結(jié)果確定高爐配加塊礦比例。

不同塊礦配比熔滴實驗的情況如表4所示。

表4　不同塊礦配比高爐爐料熔滴性能實驗數(shù)據(jù)

從表4可以看出，不同塊礦比例的搭配，對爐料的熔融區(qū)間（Td-Ts）、軟化區(qū)間（T40-T10）、壓差陡升溫度Ts，最大壓差值ΔPmax都明顯不同。從實驗過程中壓差的變化趨勢看，爐料的熔融區(qū)間對爐料的壓差影響很小，可以忽略。因此，通過爐料熔滴實驗，主要考察壓差陡升值和熔融區(qū)間，這兩個參數(shù)與最大壓差值密切相關(guān)，直接影響高爐的下部透氣性。第四組實驗，南非塊礦比例在10%時，軟熔區(qū)間均大于100，最高134。南非與伊朗塊礦搭配，南非塊礦比例達到15%，熔融區(qū)間為71。根據(jù)以上實驗數(shù)據(jù)分析，南非塊礦比例控制在5%或15%較好。如果南非塊礦比例控制在10%時，需要配加大比例的澳礦，如第5組實驗結(jié)果。在進行多種塊礦搭配使用時，要根據(jù)塊礦的不同高溫冶金性能進行合理搭配，實驗3和實驗4的塊礦比例對高爐的下部壓差影響較明顯，在有條件的前提下，應(yīng)避免使用該比例爐料結(jié)構(gòu)。

總之，通過對爐料的熔滴性能實驗，可以很清楚地反映爐料的高溫反應(yīng)性能。根據(jù)爐料結(jié)構(gòu)的高溫反應(yīng)性能，可以優(yōu)化塊礦的搭配種類和調(diào)整不同塊礦的使用比例，并且根據(jù)爐料熔滴性能實驗指導高爐操作工藝的調(diào)整。

煉鐵廠按照以上實驗篩選出的爐料結(jié)構(gòu)組織進行煉鐵生產(chǎn)，高爐順行良好，鐵水質(zhì)量達標。

3　結(jié)論

爐料結(jié)構(gòu)的熔滴性能是評價爐料結(jié)構(gòu)軟熔性能的有效實驗方法，通過熔滴實驗可以進行塊礦比例的合理優(yōu)化。

爐料結(jié)構(gòu)熔滴實驗中的壓差陡升溫度Ts、滴落溫度、熔融區(qū)間（Td-Ts）等參數(shù)是評價爐料軟熔性能的重要參數(shù)。

相同塊礦配比的情況下，不同種類的塊礦搭配）對高爐冶煉有不同影響，合理優(yōu)化爐料配比是保持高比例塊礦冶煉的關(guān)鍵。

［1］唐先覺.日本高爐爐料結(jié)構(gòu)的新進展［J］.中國冶金，2005，15（3）：9.

［2］吳勝利.高爐提高天然塊礦使用比例的研究［J］.鋼鐵，2009，44（11）：12.

［3］劉杰.鞍鋼高爐入爐天然塊礦的性能研究［J］.礦冶工程，2013，33（4）：94.

Study on M etallurgical Properties of BF Burden w ith High Ratio Lum p Ore

PENGWen-ming and ZHONG Jing
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

Experiments and analysis on metallurgical properties were carried out on single lump ore and lump oreswith different blended ratio for Tiangang 2 000 m3BF.Test results showed metallurgical properties of chemical composition，decrepitation index，reducibility and softmelting property of high grade lump ore could meet themelting demand by the blast furnace and did not affect BF iron-making and molten iron quality.The differential pressure zooming temperature（Ts），dripping temperature and melting range in burden structure molten drop test were important parameters for evaluating the soft melting property of burden structure.In case of same lump ore ratio，the combination of different kinds of lump ore had big influence on BFmelting.Optimizing the burden ratio was the key to maintaining high ratio lump ore smelting.

blast furnace；metallurgical property；low clinker rate；burden；structure

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.019

2016-03-07

2016-04-07

彭文明（1967—），男，天津人，高級工程師，主要從事鋼鐵產(chǎn)品及原材料化學分析技術(shù)管理工作。