青島特鋼高爐使用PB塊和紐曼塊對(duì)比分析

吳藝鵬，潘積國(guó)，劉玉猛，閆洪義，林芝森

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266200）

近年鐵礦石價(jià)格一直處于高位，青島特鋼高爐長(zhǎng)期使用PB塊礦，礦種單一，且價(jià)格偏高。為拓寬高爐能夠使用的塊礦種類，青島特鋼試驗(yàn)使用紐曼塊礦。通過對(duì)PB 塊礦、紐曼塊礦兩種礦石進(jìn)行化學(xué)成分、冶金性能及使用效果對(duì)比分析，以確定紐曼塊礦是否適合青島特鋼現(xiàn)有生產(chǎn)條件下高爐生產(chǎn)，并對(duì)高爐使用紐曼塊礦提供理論支撐。

1 試驗(yàn)方法

1.1 鐵礦石熱裂指數(shù)的測(cè)定

鐵礦石塊礦熱裂指數(shù)測(cè)定方法參照ISO 8371—2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。取鐵礦石塊礦樣品1 000±1 g，樣品粒度為20.0～25.0 mm，將馬弗爐加熱到700 ℃時(shí)后保溫10 min，將塊礦樣品放入馬弗爐中的反應(yīng)器中，同時(shí)馬弗爐溫度保持700 ℃、時(shí)間30 min，取出塊礦樣品，自然冷卻至室溫，分別用6.3、3.15和0.5 mm的方孔標(biāo)準(zhǔn)篩過篩稱重，測(cè)定鐵礦石塊礦的熱爆裂性能指數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果分別以DI-6.3、DI+3.15、DI-0.5來(lái)表示。熱裂指數(shù)計(jì)算公式為：

式中：m1為熱處理后的試樣質(zhì)量，g；m2為篩分后，粒度＜6.30 mm礦石的質(zhì)量，g。

1.2 鐵礦石塊礦900 ℃還原度的測(cè)定

采用GB/T 13241—91《鐵礦石的還原性測(cè)定方法》來(lái)測(cè)定，取鐵礦石塊礦樣品500±1 g，粒度為10.0～12.5 mm，塊礦樣品在N2環(huán)境的還原管中加熱至900 ℃，然后通入20%CO+20%CO2+60%N2混合氣體恒溫還原180 min，試驗(yàn)結(jié)果以Rt表示鐵礦石塊礦的還原性。還原度計(jì)算公式為：

式中：Rt為還原t時(shí)間的還原度，%；m0為試樣質(zhì)量，g；m1為還原開始前試樣質(zhì)量，g；mt為還原tmin后試樣質(zhì)量，g；W1為還原前試樣中FeO含量，%；W2為試驗(yàn)前試樣中全鐵含量，%。

1.3 鐵礦石塊礦荷重軟化熔滴性的測(cè)定

鐵礦石塊礦荷重軟化熔滴性的測(cè)定參考北京科技大學(xué)的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)在熔滴爐中進(jìn)行。取鐵礦石塊礦樣品500±1 g，粒度為6.3～10.0 mm。在石墨坩堝底部裝入粒度為10.00～15.00 mm的焦炭10 mm 厚，在焦炭上裝入厚度為80 mm 的塊礦樣品，在塊礦樣品上再裝入10 mm 厚的焦炭，最后加入石墨蓋。試驗(yàn)采取三段升溫制度，即以10 ℃/min升溫速度的0～900 ℃階段，以3 ℃/min升溫速度的900～1 020 ℃階段，以5 ℃/min升溫速度的1 020～1 600 ℃階段。表1為熔滴試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)及含義。

表1 熔滴試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)及其含義

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)成分對(duì)比

對(duì)兩種塊礦進(jìn)行成分分析，結(jié)果如表2所示。

表2 兩種塊礦化學(xué)成分 %

從表2中的數(shù)據(jù)可以看出，兩種塊礦的含鐵品位均高于60%，其中PB 塊為62.67%，紐曼塊礦為63.21%，紐曼塊礦鐵品味略高于PB塊礦。PB塊礦的Al2O3、SiO2含量高于紐曼塊礦，PB塊礦的CaO含量低于紐曼塊礦。兩種塊礦的有害元素含量基本相同。

2.2 鐵礦石塊礦熱爆裂程度

塊礦的熱裂指數(shù)是評(píng)價(jià)鐵礦石塊礦冶金性能的主要指標(biāo)。塊礦的熱裂指數(shù)能夠反應(yīng)塊礦在高爐爐身上部區(qū)域受熱后的破碎情況。熱裂指數(shù)越低，其在塊狀帶產(chǎn)生的粉末越少，塊狀帶的透氣性越好，越利于高爐順行穩(wěn)定。兩種進(jìn)口鐵礦石的熱裂指數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。PB 塊礦和紐曼塊礦的熱裂指數(shù)DI平均值分別為15.3%、16.8%。

表3 兩種塊礦的熱裂指數(shù)測(cè)定結(jié)果

從熱裂指數(shù)考察，兩種塊礦的冶金性能相當(dāng)。

2.3 鐵礦石塊礦還原度

鐵礦石的還原度反映。相同還原條件下，塊礦的還原度指數(shù)越好，其被還原的速度就越快，越有利于于高爐的間接還原，能夠提高煤氣利用率，降低焦比，提高煤比，提高產(chǎn)量降低成本。試驗(yàn)得出，PB 塊的還原度為81.35%，紐曼塊礦的還原度為72.16%。PB 塊礦的還原性優(yōu)于紐曼塊礦，但紐曼塊礦的還原性指標(biāo)也達(dá)到72.16%，能夠滿足1 800 m3級(jí)別高爐的冶煉要求，并不會(huì)對(duì)爐身上部塊狀帶的透氣性帶來(lái)負(fù)面影響。

2.4 鐵礦石的荷重軟熔性能

本次試驗(yàn)研究以塊礦樣品軟化收縮40%的溫度作為熔融開始溫度，即軟化終了溫度可以作為熔融開始溫度，則熔融區(qū)間可以表示為△Td=Td-T40。表4所示為兩種塊礦的軟熔性能測(cè)定數(shù)據(jù)。

表4 兩種塊礦的荷重軟熔性能

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，兩種塊礦樣品的軟化開始溫度均低于1 000 ℃，其中PB 塊礦為885 ℃，紐曼塊礦928 ℃。PB 塊礦的軟化開始溫度低于紐曼塊礦，但紐曼塊礦的軟化區(qū)間大于PB 塊礦。兩種塊礦樣品的滴落溫度均高于1 400 ℃，其中，PB 塊礦為1 157 ℃，紐曼塊礦為1 289 ℃，紐曼塊礦的滴落溫度高于PB 塊礦，并且紐曼塊礦的滴落區(qū)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于PB塊礦。兩種塊礦樣品的最大壓差差異較大，其中，PB塊礦為5 640 Pa，紐曼塊礦為3 230 Pa。

3 塊礦使用后高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)對(duì)比分析

青島特鋼1#、2#高爐自2020 年3 月份開始使用紐曼塊礦代替PB 塊礦，為更進(jìn)一步考察紐曼塊礦對(duì)高爐冶煉的影響，對(duì)高爐使用紐曼塊礦前后2個(gè)月的高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，見表5、6。

表5 高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

表6 高爐操作參數(shù)指標(biāo)對(duì)比

通過對(duì)高爐使用紐曼塊礦前后高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高爐使用紐曼塊礦對(duì)高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)未造成不利影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)PB 塊礦及紐曼塊礦的化學(xué)成分、冶金性能及使用效果對(duì)比分析，可知：1）PB 塊礦、紐曼塊礦化學(xué)成分相差不大，紐曼塊礦鐵品味略高于PB塊礦。PB塊礦的Al2O3、SiO2含量高于紐曼塊礦，PB 塊礦的CaO 含量低于紐曼塊礦。2）對(duì)PB 塊礦、紐曼塊礦的冶金性能分析，PB塊礦的熱爆裂性、還原性略優(yōu)于紐曼塊礦。紐曼塊礦的荷重軟熔性略優(yōu)于PB塊礦。3）分析高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)可知紐曼塊礦對(duì)高爐穩(wěn)定順行未有不利影響，高爐可以使用紐曼塊礦代替PB塊礦。