沙钢高炉常用炉料冶金性能的分析研究

第36卷第2期 44 2014年3月 上海金属 6， 014 沙钢高炉常用炉料冶金性能的分析研究 徐军杜屏王永红张明星 (江苏省(沙钢)钢铁研究院，江苏张家港215625) 【摘要】 通过对沙钢高炉几种常用的炉料进行低温还原粉化、还原性以及荷重软化熔融 滴落性能试验，分析了不同炉料的冶金性能。结果表明：高碱度烧结矿低温还原粉化性能较差， 还原性较好，软化开始温度较高，熔融区间较宽；球团矿低温还原粉化性能较好，还原性较差；块 矿低温还原粉化性能处在烧结矿和球团矿之间，还原性能波动较大，软化开始温度较低。通过 对沙钢不同炉料冶金性能的分析，为优化高炉炉料结构，提高高炉精料水平，促进高炉节能降耗 提供了理论依据。 【关键词】 高炉炉料冶金性能熔滴性沙钢 N u u 1 5625，【of in ow RI(as as of he DI ( T d(1 on a lohe on of in of of at in 【料是高炉冶炼的基础，高炉冶炼指标的好 坏与所用的原料质量密不可分，实践证明，使高 炉获得良好综合经济效益的合理炉料结构必须满 足以下要求 ：炉料具有良好的冶金性能，能够 在炉内形成合理稳定的软熔带，从而有利于高炉 强化冶炼；高炉在无熔剂人炉或少熔剂入炉的情 况下，造出适宜碱度和适宜成分的高炉渣；炉料具 有较高的综合入炉品位，促进富氧大喷煤的实行， 实现生产低成本。 高炉所用铁矿石冶金性能相差很大，结合沙 钢高炉炼铁实际生产的需求，本文系统研究了沙 钢高炉常用的烧结矿、球团矿和块矿的冶金性能。 不仅为沙钢现有高炉炼铁原料冶金性能的改进提 供依据，而且为优化高炉炉料结构和提高高炉精 料水平提供理论基础和保证。 1 试验原料及方法 作者简介：徐军，男，硕士，主要从事高炉炉料方面研究，262期 徐军等：沙钢高炉常用炉料冶金性能的分析研究 45 11试验原料 波动较大，而 (波动较小。5种烧结矿的 试验所用几种原料为沙钢高炉常用炉料，包 值都大于16，都属于高碱度烧结矿。自产球团 括5种高碱度自产烧结矿(S16种酸性球团 矿于其他球团矿，为26。球 矿(2团矿T )为6431，比其他球团矿要低， 和5种块矿(4为国外进口块矿和 ( )为130，高于其他球团矿。6种球 块矿)。烧结矿、球团矿、块矿具体化学成分见表 团矿的 值都小于l，即属于酸性球团矿。块矿 1所示。 中，块矿低，最低达到 由表1可知，烧结矿 )为5768，050，块矿 最高，为730。块矿于其他烧结矿 ( )，但所有烧结矿 ( )低 的W(较高，L5的W(在所有铁矿石中 于球团矿和块矿。烧结矿W(于其他铁矿 最高，达到1497。球团矿71F )在所 石，最高达到229， (5731081， 有矿石中最高，高达6607。 表1 各炉料的化学成分(质量分数) of 试样 F 12试验方法及制度 高炉炼铁原料的冶金性能主要包括低温还原 粉化性能(500 中温还原性能(900 )、矿石 荷重软化熔融滴落性能。 低温还原粉化性能的试验采用 13242 91“铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓 的方法”。将质量为500 g、试样粒度为100 125 500 时通人 O：、N 组成的还原气体等温还原60 冷却后用转鼓(13130 00 10 取出试样用630、350、050 分。用还原粉化指数(示铁矿石的粉 化程度，分别记为，试验 结果以n 、结果为评价指标，做参考指标。 铁矿石中温还原性能采用 13241铁矿石的还原性测定方法”。将质量为500 g、 试样粒度为100125 ，在900 成的还原气体进 行等温还原，还原时间180 三价铁状态为 标准，以还原180 还原度( 铁矿石高温荷重软化及熔融滴落性能试验条 件如下：试样粒度100125 试样和焦炭 组成料柱(上焦炭40 g，试样高度70 炭40 g，焦炭粒度100125 置于内径为75 罟昌 铝 卯 m m m m c； 加 强 鳃 ：3 _二 L _二 _二 m m m 醯 H 卯 矾 粥 如叩 卯 =3 n u 上海金属 第36卷 的石墨坩埚内，放入加热炉中在一定荷重条件下 进行加热。程序控制升温速度，常温升至900， 通入10 L ，温度达到900后，通入 ON =3070)，以试样渣铁熔融 滴落20 位移传感器测定料面 下降毫米数据，以压差变送器测定通过料柱的压 差。分别以炉料收缩率达到10和40所对应 的温度作为软化开始温度(T 。 )和软化终了温度 ( )；炉料压差陡升时的温度( )为矿石熔融 开始温度，以炉料渣铁滴落20 熔融滴落温度(炉料软化温度区间( 一T )，矿石熔融滴落温度区间 =( 一T )。 2试验结果及讨论 21低温还原粉化性能 铁矿石炉料进入高炉炉身上部温度在500 600低温区时，由于热冲击和矿石中 还 原过程( 一 一生晶形转变等 因素，赤铁矿向磁铁矿转变过程中大方晶系的 11，产生极大内应力，导致铁矿石在机械作用 力作用下出现脆裂粉化现象，大量粉末直接影 响炉内气流分布，使块状带透气性变坏，影响炉 料顺行 J。低温还原粉化性能实验是模拟高炉 上部条件进行的，各矿石的低温还原粉化性能 指标见表2所示。 影响烧结矿低温还原粉化率的相关因素有： 赤铁矿的形态、 、杂质固溶带、粘结相 的强度、烧结矿的气孔率等。粘结相的强度既由 粘结相的种类决定，又受粘结相量的影响。粘结 相强度大小宏观上表现为烧结矿冷态强度大小与 矿物组成均匀等 J。由表2可知，烧结矿标波动较小，波动较大，烧结矿 最高，为7557，比烧结矿964。烧结矿与烧结 矿其 (于烧结矿64，即烧结矿 比烧结矿 对烧结矿进行低温还原时，烧结矿e O。与还原气体接触被还原，烧结矿粉化现象 菱形赤铁矿转变为立方体的磁铁矿时体积增大 更加严重，小，大。 表2各炉料的低温还原粉化性能指标 of 同球团矿的低温还原粉化性能波动较大， l 5大小顺序为：43175176。 块矿中块矿高，小，其 低温还原粉化性能指标最好，块矿最低，高。 不同种类铁矿石其低温还原粉化性能指标相 差较大，以上3类炉料低温还原粉化性能指标大 致的规律为：大小顺序为球团矿块矿 烧结矿，烧结矿低温还原性能指标最低。 22中温还原性能 铁矿石中温还原性是模拟炉料自高炉上部进 入高温区的条件，用还原气体从铁矿石中排除与 铁结合氧的难易程度的一种度量。含铁炉料的中 温还原性的高低将影响高炉冶炼的进程，从而影 响高炉的产量、质量及消耗，高还原性的炉料是高 炉冶炼的理想精料 J。不同炉料的还原度指数 见表3所示。可知不同烧结矿的还原性指标相差 较大，烧结矿的还原性决定于其物理性质及其矿 物组成与结构等。烧结矿的物理性质包括粒度、 气孑孔大小等；烧结矿的矿物组成(按还原 性大小顺序)为F、2F、玻璃 质、c F 一 s、F：结矿的矿物成分与结构主 要指度及晶粒大小等 。从表3中 第2期 徐军等：沙钢高炉常用炉料冶金性能的分析研究 47 表3各炉料的还原性指标 of ：可知，各炉料中烧结矿还原性指标较好，烧结矿 3，烧结矿7748。 球团矿中，自产球团矿于进口球团，球团矿 原性指数13 4结矿的还原性优于球团矿，主 要由于不同炉料在结构上存在较大差异，球团矿 较烧结矿结构致密，还原性气体由外向内扩散的 阻力相对较大，试样内部的还原难度增加，导致还 原性指标块矿中，块矿030，块矿3，两者相差3777， 还原性指数可能与块矿化学成 分、结构疏松程度和矿石内部空隙率发达程度有 关。块矿中 还原度性较低，配人量过大，对降 低焦比、强化冶炼不利 m J。 23 高温荷重软化及熔融滴落性能 荷重软化熔融滴落性能试验能够模拟高炉条 件下的荷重、还原、软化、熔融、滴落过程。铁矿石 荷重软化性能对高炉中下部的透气性和间接还原 的发展有直接的影响。以往的研究表明，一般高 炉软熔带的压损约占高炉总压损的60以上，而 软熔带的压损又主要集中在熔融滴落部分，铁矿 石熔融滴落性能对高炉顺行和增产节焦有重要影 响，因此荷重软化熔融滴落性能也是衡量含铁炉 料的重要性能 。不同铁矿石的高温荷重软 化熔融滴落性能指标见表4所示。 表4各炉料的荷重软化及熔滴性能 of ：7炉料软化开始温度；炉料软化终了温度； 一炉料软化区间； 落区间；炉料最大压差值；口一炉料熔融层厚度。 铁矿石荷重软化熔融滴落性能测定结果以软 化开始温度高，区间窄为优，这有利于软熔带高度 降低，厚度变薄，从而改善料柱透气性，加大块状 带，增加间接还原度，提高煤气利用率。铁矿石的 软化熔融滴落性能主要取决于渣相熔点和数量、 浮士体的熔点、矿石还原度、试样气孑8 上海金属 第36卷 大小等 l 。 由表4可知，烧结矿中，烧结矿度最高，软化区间窄，但熔融层厚度较厚；烧结 矿结矿 球团矿中，自产球团矿融 开始温度和熔融滴落温度最低；球团矿相对较宽，其它球团矿软化区间较窄且波动较 小；球团矿球团矿到2308 矿中，块矿层厚度；块矿化区间 和熔融区间都较宽；块矿融滴落温度，且熔融滴落温度在所有铁矿石中 最低。 综合看来，烧结矿的软化开始温度、熔融开始 温度和熔融滴落温度都较高；球团矿的软化区间较 窄，熔融层厚度较厚，最大压差值波动较大，球团矿 达2308 矿软化开始温度较低和熔融区间较窄，块 矿c=，在所有铁矿石中 最低。对于高炉生产操作来说，具有较高的软化 温度、较窄的软化温度区间和熔融区间、较高的熔 融滴落温度是比较理想的炉料。高碱度烧结矿具 有较高的软化温度和熔融滴落温度，对高炉操作 非常有利，不会造成炉渣过早形成、渣位过高；块 矿和球团矿的熔融滴落温度都偏低，对高炉的冶 炼有不利的一面。通过对沙钢高炉常用炉料冶金 性能分析，由于球团矿 造成高炉料柱的透气性变差；块矿度过低，且软化区间和熔融区间都较宽，对高炉 冶炼不利；在沙钢高炉配矿中，结合高炉生产实 际，减少了球团矿高炉 软熔带位置降低，增加了高炉中部的问接还原区， 焦比降低；另一方面也降低了软熔带的厚度，使高 炉中下部的透气性增加，有利于高炉顺行。 3 结论 通过对沙钢高碱度烧结矿、球团矿及块矿的 冶金性能分析可得出： (1)高碱度烧结矿由于孔隙率较高，低温还 原粉化性能较差，但有较好的还原性和较高的软 化熔融开始温度。 (2)酸性球团矿具有较好的低温还原粉化性 能，但还原性能较差，软化区间较窄，熔融层厚度 较厚。 (3)块矿具有较好的低温还原粉化性能，但 不同种类块矿的还原性能相差较大，软化开始温 度和熔融滴落温度偏低。 (4)高碱度烧结矿、球团矿和块矿由于矿物 组成和显微结构差异，是造成其冶金性能存在差 别的主要原因。在沙钢高炉配矿中，根据其各自 冶金性能，形成合理的炉料结构，提高高炉精料水 平，使高炉获得良好综合经济效益。 参考文献 1胡宾生，杜鹤桂高炉合理炉料结构的研究J炼铁， 1991(5)：4044 2许满兴，张宗旺，冯根生国外几种酸性炉料的质量及分 析J烧结球团，1998，23(2)：63叶匡吾高炉炉料结构与精料J烧结球团，2001，26 (3)：64周取定，王筱留，许满兴高炉炉料结构合理化的探讨 J烧结球团，1983(4)：55龙洪明，袁晓丽，刘自民铁矿粉烧结原理与工艺M北 京：冶金工业出版社，2010：119121 6王保林，杨鹏晟，余水生高还原性烧结矿的初步研究 J柳钢科技，2000(2)：67傅菊英，姜涛，朱德庆烧结球团学M长沙：中南工业 大学出版社，1996 8吴胜利，许海法，汪国俊，等现代高炉合理使用天然块矿 的基础研究J北京科技大