（钢铁冶金专业论文）高炉合理炉料结构的研究.pdf

ad i s s e r t a t i o ni nf e r r o u sm e t a l l u r g y s t u d y o nr e a s o n a b l eb u r d e ns t r u c t u r eo fb f b yz h a n gl i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rs h e nf e n g m a n n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y j u n e2 0 0 9 ， 一 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表 或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期：伊马、，7 、弓 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学 位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年口一年口一年半口两年口 学位论文作者签名： 签字日期：黧! 滋吁徜签字日期： 【 东北大学硕士学位论文 摘要 高炉合理炉料结构研究 摘要 近年来，随着外购矿使用量的增加，以及高炉炼铁对生产成本和铁矿石冶金 性能要求的不断提高，如何通过合理配矿为高炉提供性能优良的铁矿石，确定最 佳的高炉炉料结构生产方式，成为广大炼铁工作者关心的一个热点课题。 本课题针对某厂高炉炼铁原燃料的实际情况，系统地研究了适合于该厂高炉 生产需要的原料生产方式，包括烧结原料配比、碱度、m g o 含量、配碳量等， 球团矿的m g o 含量、皂土添加量、焙烧温度等。在此基础上，进行了合理利用 某厂原料的炉料结构试验研究；并利用e p m a 、x r a y 衍射、微孔分析等现代测 试技术，结合热力学原理对以上研究内容进行了深入理论分析。 本论文的研究工作和成果主要包括以下内容： ( 1 ) 烧结矿转鼓强度随碱度的增加而增大，碱度由1 7 增加到2 1 ，烧结矿 转鼓指数由6 0 8 增加到7 0 7 ，烧结矿的适宜碱度应为2 1 。m g o 含量增加， 烧结矿强度和高温软熔性能变差，高碱度高m g o 烧结矿不利于煤气流顺行和高 炉的强化冶炼。烧结矿应根据炉料结构的要求，在满足高炉渣冶炼需要的前提下 降低m g o 含量。配碳量从3 o 增加到4 o ，f e o 含量从8 0 1 增加到1 0 0 8 ， 还原度r i 从8 8 3 2 降低到8 4 3 3 ，烧结矿最佳的配碳量应为3 5 。 ( 2 ) m g o 含量从o 2 增加到2 4 ，球团矿r d i - 3 1 5 由2 1 3 降低到1 3 5 ， r d im 5 由1 0 1 降低到5 9 ，膨胀率r s i 由2 3 2 6 降低到约2 1 0 3 ( r i = 4 0 ) ， 且含m g o 球团在高炉内形成的软熔带位置较低，有利于扩大铁矿石的间接还原 区，提高冶炼强度。但m g o 含量提高，球团矿强度略微降低。原料条件下，球 团矿适宜m g o 含量应为1 2 。 ( 3 ) 皂土添加量增加，生球落下强度和抗压强度增大，但同时也降低了球 团矿的品位。球团配料中适宜的皂土添加量为2 5 ，此时生球落下强度5 6 次 个，抗压强度1 0 6 4 n 个，成品球团抗压强度为2 4 8 6 n 个，还原度r i 为9 3 2 2 ， 品位6 3 6 6 ，能够达到优质球团矿的性能要求。焙烧温度提高，球团矿抗压强 度增加；焙烧温度过高，能耗增加，球团略微发生粘结现象( 1 2 7 5 ( 2 ) ，在该厂 东北大学硕士学位论文 摘要 原料条件下，含m g o 球团矿的最佳焙烧温度为1 2 5 0 。 ( 4 ) 对综合炉料的高温软熔性能研究结果表明：低m g o 烧结矿配加含m g o 球团矿有利于改善综合炉料的高温软熔性能。本试验条件下，炉料i i 的熔化区间 ( t d t s ) 、软熔带温度区间( t o t l o ) 、高压差温度区间( t 2 t 1 ) 分别比炉料i 降低约1 5 2 0 。c 。高压差温度区间降低1 5 。( 2 ，相当于将高炉内压力损失最高的 部位降低了1 0 ，其作用效果是非常明显。 综上所述，确定适合于该厂高炉的最佳的炉料结构为：7 0 低m g o 烧结矿 ( 含m 9 0 1 8 ) 配加3 0 含m g o 球团矿( 含m g o1 2 ) 。研究结果可优化炼 铁原料的生产方式，改善铁矿石冶金性能，为炼铁厂生产性能优良的烧结矿和球 团矿提供理论依据，还可满足高炉渣对m g o 含量的需求，对优化高炉炉料结构， 改善高炉透气性，优化高炉渣冶金性能等具有重要参考价值。 关键词：高炉，烧结矿，球团矿，炉料结构，冶金性能 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t s t u d y o nr e a s o n a b l eb u r d e ns t r u c t u r eo fb f a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h eu s a g eo fi m p o r ti r o no r e sh a dg r e a t l yi n c r e a s e di nm o s to f i r o n m a k i n gp l a n ti nc h i n a a tt h es a m et i m e ，t h er e q u i r e m e n t so ft h em e t a l l u r g i c a l p r o p e r t i e so fi r o no r e sa n dp r o d u c t i o nc o s tc o n s t a n t l yi m p r o v e d 1 1 1 es u b j e c tt h a th o w t op r o v i d ee x c e l l e n ti r o no r e sa n dd e s i g no p t i m a lb u r d e ns t r u c t u r ef o rb l a s tf u r n a c e ， h a sb e c a m eh o ts u b j e c tt oi r o n m a k i n gw o r k e r s t h i sp a p e rs y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e do nt h er a wm a t e r i a l ，b a s i c i t y , m g oc o n t e n t ， c a r b o na d d i t i o nc o n t e n to ft h es i n t e r i n gr a wm a t e r i a l ，a n dm g oc o n t e n t ，b e n t o n i t e a d d i t i o nc o n t e n t ，c a l c i n a t i o nt e m p e r a t u r eo ft h ep e l l e tr a wm a t e r i a l o nt h i sb a s i s ，t h e r e a s o n a b l eb u r d e ns t r u c t u r eo fb fw a ss t u d i e d t h er e s e a r c hc o n t e n t sa b o v ew e r e a n a l y z e db yt h ee p m a ，x r a yd i f f r a c t i o n ，m i c r o p o r ea n a l y s i sa n dt h e r m o d y n a m i c a n a l y s i s t h em a i nc o n t e n t sa n da c h i e v e n t so ft h ep a p e ri n c l u d e ： ( 1 ) w 油t h ei n c r e a s eo fb a s i c i t y , t h ed r u ms t r e n g t ho fs i n t e ri n c r e a s e d w h e nt h e b a s i c i t yi n c r e a s e df r o m1 7t o2 1 ，t u m b l e ri n d e xo fs i n t e ri n c r e a s e df r o m6 0 8 t o 7 0 7 ，s u i t a b l eb a s i c i t yo fs i n t e rw a s2 1 w i t ht h ei n c r e a s eo fm g oc o n t e n t ，s i n t e r s t r e n g t ha n dh i g h - t e m p e r a t u r ec o h e s i v ep r o p e r t yb e c a m eb a d t h es i n t e rw i t hh i g h b a s i c i t ya n dh i g hm g oc o n t e n tl e dt ot h eg a sf o u l - u p a n di t i s n tf a v o u r a b l et o o p e r a t i o no fb ea c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fb u r d e ns t r u c t u r e ，t h em g o c o n t e n t s h o u l dd e c r e a s e d t h ec a r b o na d d i t i o nc o n t e n ti n c r e a s e df r o m3 0 t o4 o ，f e ：o c o n t e n ti n c r e a s e df r o m8 0 1 t o10 0 8 ，r e d u c i b i l i t yr id e c r e a s e df r o m8 8 3 2 t o 8 4 3 3 o p i t i m u mc a r b o na d d i t i o nc o n t e n tw a s3 5 ( 2 ) w h e i lt h em g oc o n t e n ti n c r e a s e df r o m0 2 t o2 4 ，r d l s 1 5o fp e l l e t d e c r e a s e df r o m2 1 3 t o 1 3 5 ，r d i o 5d e c r e a s e df r o m 1 0 1 t 05 9 ，r s i d e c r e a s e df r o m2 3 2 6 t oa b o u t2 1 0 3 ( r i = 4 0 ) t h ec o h e s i v ez o n ew o u l db e l o w e rp o s i t i o nw h i l et h ep e l l e tw i t hm g ow a su s e d i ti sf a v o u r a b l et oe n l a r g ei n d i r e c t r e d u c t i o nz o n e b u tw i t ht h ei n c r e a s eo fm g oc o n t e n t ，p e l l e ts t r e n g t h s l i g h t l y t v 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t d e c r e a s e d s u i t a b l em g oc o n t e n tw a s1 2 ( 3 ) w i t ht h ei n c r e a s eo fb e n t o n i t ea d d i t i o nc o n t e n t ，t h ef a l l i n gs t r e n g t ha n d c o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fg r e e np e l l e t si n c r e a s e d ，b u ta tt h es a m et i m e ，t h ep e l l e tg r a d e d e c r e a s e d w h e ns u i t a b l eb e n t o n i t ea d d i t i o nc o n t e n tw a s2 5 g r e e np e l l e t sh a d f a l l i n gt i m e so f5 6 ，c o m p r e s s i o ns t r e n g t ho f10 6 4 n ，f i n i s h e dp e l l e t sac o m p r e s s i o n s t r e n g t h o f2 4 8 6 ，r iw a s9 3 2 2 ，t h e g r a d ew a s6 3 6 6 w h e nc a l c i n a t i o n t e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，c o m p r e s s i o ns t r e n g t ho fp e l l e ti n c r e a s e d b u ti fc a l c i n a t i o n t e m p e r a t u r ew a st o oh i g h ，b o t he n e r g yc o n s u m p t i o ni n c r e a s e da n dp e l l e tw o u l db o n d s l i g h t y s u i t a b l ec a l c i n a t i o nt e m p e r a t u r eo f p e l l e tw i t hm g ow a s1 2 5 0 c ( 4 ) t h eh i g h - t e m p e r a t u r ec o h e s i v ep r o p e r t i e sw e r es t u d i e di nt h i sp a p e r t h e s i n t e rw i t hl o wm g oc o n t e n tw h e np e l l e tw i t hm g oa d d e dw a sf a v o u r a b l et oi m p r o v e l l i 曲一t e m p e r a t u r ec o h e s i v ep r o p e r t i e s c o m p a r e dw i t hb u r d e ni ，t h em e l t i n gr e g i o no f b u r d e ni i ( t d - t s ) ，t e m p e r a t u r er e g i o no fc o h e s i v ez o n e ( t d - t l o ) ，t e m p e r a t u r er e g i o no f h i g hp r e s s u r ed i f f e r e n c e ( t 2 - t i ) w e r ed e c r e a s e da b o u t15 c - 2 0 ( 2 t h et e m p e r a t u r e r e g i o no fh i g hp r e s s u r ed i f f e r e n c ed e c r e a s e d15 。c ，t h ep o s i t i o no fp r e s s u r el o s si n b l a s tf u r n a c ed e c r e a s e d10 s u m m a r i z i n gt h ea b o v er e s u l t s ，i tw a sf o u n d e dt h a tt h ep r o p o r t i o no fs i n t e rw i t h m g ow a s7 0 、析mt h ec o n t e n to fp e l l e tw i t hm g ow a s3 0 w o u l db et h eo p t i m a l b u r d e ns t r u c t u r e t h er e s u l t si nt h i sp a p e rc o u l do p t i m i z et h ep r o d u c t i o nm o d eo fr a w m a t e r i a l ，i m p r o v em e t a l l u r g i c a lp r o p e r t i e so fi r o no r e s ，p r o v i d et h e o r e t i c a lb a s i sf o r t h ep r o d u c t i o no fs i n t e ra n dp e l l e tw i t he x c e l l e n tp e r f o r m a n c e i ta l s op r o v i d e d i m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u ef o re n s u r i n gp r o p e rm g oc o n t e n ti ns l a g , f o ro p t i m i z i n g b u r d e ns t r u c t u r eo fb f , f o ri m p r o v e m e n to fm e t a l l u r g i c a lp r o p e r t i e r so f s l a g k e y w o r d s ：b l a s tf u m a c e ( b f ) ，s i n t e r , p e l l e t ，b u r d e ns t r u c t u r e ，m e t a l l u r g i c a lp r o p e r t i e r v 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i v 第1 章研究背景1 1 1 高炉炼铁对炉料性能的要求1 1 1 1 精料方针。1 1 1 2 铁矿石冶金性能3 1 2 烧结矿的发展状况5 1 2 1 国外烧结矿的发展状况5 1 2 2 国内烧结矿的发展状况7 1 3 球团矿的发展状况8 1 3 1 球团矿的特点及优势8 1 3 2 球团矿在高炉生产中的地位9 1 3 3 球团矿的发展状况与趋势l o 1 4 合理的炉料结构1 1 1 4 1 合理炉料结构的评估方法1 1 1 4 2 全球炉料结构状况分析1 2 1 4 3 我国炉料结构的发展状况及分析1 3 1 5 合理炉料结构与精料的关系1 4 1 6 研究内容及意义15 第2 章烧结矿试验1 7 2 1 烧结原料分析1 7 2 2 配矿试验2 0 2 2 1 压条试验2 0 2 2 2 配矿烧结试验2 2 2 3 烧结矿碱度3 0 东北大学硕士学位论文 目录 2 4 烧结矿m g o 含量3 2 2 4 1m g o 含量对烧结矿强度的影响3 2 2 4 2m g o 含量对烧结矿低温还原粉化性能的影响3 3 2 4 3m g o 含量对烧结矿软熔性能的影响3 7 2 5 烧结配碳量4 2 2 6d 、结4 5 第3 章球团矿试验4 7 3 1 原料与造球工艺分析4 7 3 1 1 原料分析4 7 3 1 2 造球工艺分析。4 8 3 2m g o 对球团矿冶金性能的影响5 2 3 2 1m g o 对球团矿常温强度的影响5 2 3 2 2m g o 对球团矿低温还原粉化性能的影响5 3 3 2 3m g o 对球团矿还原膨胀性能的影响5 5 3 2 4m g o 对球团矿高温软熔性能的影响5 9 3 3 皂土添加量的影响6 l 3 4 焙烧温度的影响6 2 3 5 小结6 3 第4 章合理炉料结构的研究6 5 4 1 试验方案6 5 4 2 试验结果与分析6 6 第5 章结论6 9 参考文献7 1 致谢7 7 东北大学硕士学位论文第1 章研究背景 第1 章研究背景 钢铁工业作为国家的支柱产业，是衡量一个国家工业化水平高低的重要标 志，在国民经济中占有举足轻重的地位【l 】。随着我国科学技术的进步和现代化建 设的迅猛发展，粗钢产量由1 9 9 0 年的0 6 5 亿吨增加到2 0 0 7 年的4 8 9 亿吨，使 得钢铁市场趋于饱和，钢铁工业面临着激烈的竞争，其不仅包括钢铁企业内部的 竞争，还存在与其它材料工业的竞争【2 3 】。这就意味着钢铁企业必须降低成本， 节约能源，向高产、优质、低耗和低成本的方向发展。为了适应生产发展的需要， 必须采取新技术、新工艺提高高炉利用系数，降低焦比和能耗，如优化原料操作、 高压操作、高风温、富氧喷吹等技术措施【4 1 。 1 1 高炉炼铁对炉料性能的要求 1 1 1 精料方针 “精料”是高炉操作的基本内容，烧结矿和球团矿作为我国高炉炼铁生产的 主要人造富矿，其质量对冶炼过程具有重要影响。生产实践表明，高炉操作指标 离不开铁矿石质量，没有“精料作基础，高炉不可能有效的接受大风量、高风 温和喷吹燃料等新技术、新工艺的，不可能有高产、优质、低耗的冶炼效果【5 j 。 为满足高炉内各区域对原燃料性能的要求，必须在入炉前对原燃料进行精加工， 以改善其质量并充分发挥其使用效剁6 7 1 。精料内容可概括为： ( 1 ) 高：指铁矿石的品位高，还原性高，焦炭中固定碳高，熔剂中氧化钙 高，各种原料的( 冷态、热态) 机械强度高。 矿石品位高。提高矿石品位是高炉增产、节焦、降耗的首要内容。矿石品位 提高，消耗量降低，熔剂用量和渣量减少、不仅减少高炉冶炼的单位能耗，也改 善了料柱透气性，有利于高炉顺行和强化冶炼，从而降低焦比、增加产量。因此， 提高矿石品位是改善技术经济指标最有效的措施。国外要求入炉天然矿品位达 6 2 以上，自熔性烧结矿品位5 7 以上，球团矿品位6 0 以上，对焦炭的要求则 是固定碳高，灰分1 0 以下。入炉矿石品位提高，焦炭灰分降低，使高炉渣量减 少，既节省原料，又可促进强化冶炼。 东北大学硕士学位论文第1 章研究背景 矿石还原性高。烧结矿、球团矿的还原性，在工业生产中一般用其f e o 含 量来衡量。f e o 低，则还原性好；f e o 高，则还原性差。生产表明，f e o 降低 1 ，焦比可降低1 5 ，产量相应增加1 5 。国外一般要求烧结矿f e o 小于8 ， 球团矿f e o 小于1 。 原料强度高。各种原料的冷态强度高，在炉外能经受运转、冲击，而且在炉 内高温还原状态下，也要能经受起膨胀、挤压、磨擦，即要求其冷态、热态强度 都要高0 1 。焦炭气化反应与其反应性和温度有关。采取相应措施可有效抑制焦 炭的反应性，改善其抗碱性( k 、n a ) 和热稳定性，提高焦炭的热态强度，强化 其料柱骨架作用，对保证料柱透气( 液) 性，强化高炉冶炼，具有十分重要的意 义。 ( 2 ) 稳：指各种原料的化学成分稳定、波动小。 原料成分的稳定是稳定炉况，稳定操作，保证顺行，实现自动控制的先决条 件。保证炉料化学成分和物理性能的稳定，关键在于搞好炉料的混匀工作。我国 对成分波动的范围要求较宽，但仍有许多企业达不到要求，说明国内多数企业对 稳定成分的问题还不够重视。由于高炉所用原料来源复杂，矿石成分差别较大， 因此利用精矿粉和富矿粉在烧结、造球前必须混匀，天然富矿加入炉前也要混匀。 ( 3 ) 熟：熟料率高，达到1 0 0 。 高炉生产全部使用烧结矿和球团矿( 尽量不加石灰石等熔剂) ，生产指标可 以明显得到改善。其主要原因是改善了铁矿石的还原性和造渣性，稳定了高炉热 制度，使炉况顺行，尤其是高碱度烧结矿的作用效果更为明显。生产表明，含铁 炉料中熟料率增加1 ，焦比降低1 2 k g t h m ，产量增加约0 3 。目前，全国重 点企业的熟料率为9 0 9 5 。 ( 4 ) 小、匀、净：是对原料粒度的要求，日本统称为“整粒 。 为了改善铁矿石的还原性和炉料的透气性，入炉原料要有适当的均匀的粒 度。因此，入炉前大块需要破碎，粉木需要筛净，要求平均粒度较小且均匀，缩 小上下限之间的粒度差。 入炉原料粒度范围的要求并不是绝对的，应根据矿石特性、高炉类型、设备 条件等来具体选择，但总的趋势是要求小、匀、净。按照“匀的要求，还应实 行分级入炉。如焦炭可分为2 5 4 0 m m 和4 0 - - , 6 0 r a m 两级入炉。天然矿石可分为 东北大学硕士学位论文 第1 章研究背景 8 15 m m 和15 3 0 m m 两级，烧结矿可分为5 - 2 5 m m 和2 5 5 0 m m 两级使用。 综上所述，对铁矿石来说，关键是要使用高品位，高强度，高还原性，低渣 量，低粉末，成分稳定，粒度均匀的熔剂性人造富矿，避免石灰石等熔剂直接入 炉。 1 1 2 铁矿石冶金性能 高炉解剖调查结果表明，各种原料的冷态性能虽然重要，但热态性能对改善 高炉冶炼过程有更重要的影响。所谓热态冶金性能主要包括低温还原粉化性能、 中温还原性能、高温软熔性能及球团矿的还原膨胀性能等。铁矿石的还原性，及 还原后的粉化和膨胀对高炉块状带料柱透气性有重要影响，高温软熔性能对软熔 带位置、形状和气流分布有重要影响。因此，研究并改善铁矿石的冷态和热态冶 金性能是现代化大高炉强化冶炼的迫切需要。 ( 1 ) 粒度组成和机械强度 烧结矿和球团矿在进入高炉料仓前，经过多次转运、碰撞及矿石之间的摩擦 产生了许多粉末，因此铁矿石的机械强度对高炉内粉末数量有重要影响。例如， 德国克虏伯钢铁公司7 撑和8 撑高炉的生产实践表明，烧结矿机械强度和高炉产量 存在较好的线性关系。我国首钢提高烧结矿强度的工业试验表明，烧结矿自然粉 化率( 9 5 ，o 0 4 4i t u t i 粒度 6 0 ，是一种生产球团矿的优 质原料。近年来，铁品位高、价格低廉的巴西赤铁精矿的使用量也逐渐增j j h 7 1 , 7 2 】。 可见，球团原料吃“百家饭 的困境打破了以往原料种类单一的局面。由于 精矿粉成分复杂多变，这就要求厂家必须针对各种原料及添加剂进行合理搭配， 使其在化学成分和冶金性能等方面达到精料的要求。 1 4 合理的炉料结构 1 4 1 合理炉料结构的评估方法 高炉的基本炉料有天然富矿、烧结矿和球团矿，所谓的炉料结构就是上述3 种炉料的搭配。研究合理的高炉炉料结构就是合理利用国内外的铁矿资源，使高 炉冶炼技术指标最佳化，从而达到降低生铁成本的目的【7 3 。7 5 1 。 炉料结构合理化应根据本国、本企业的具体条件来进行试验研究，通过对比 分析择优采用，以取得较高的生产率，较低的燃料消耗和最好的经济效益【7 6 1 。 随着对高炉冶炼过程和原燃料性能研究的不断深入，炉料结构的合理化也在不断 的改进。合理炉料结构的评价方法主要包括以下三个方面： ( 1 ) 炉料结构的冶金性能 为了达到高炉强化冶炼的目的，对入炉铁矿石的各种冶金性能有较高的要 求。合理的高炉炉料结构能改善炉料的还原性，还原后粉化、膨胀性及软熔滴落 等各项冶金性能指标。 ( 2 ) 高炉生产效果 合理的炉料结构是高炉顺行的重要保证，能达到提高高炉利用系数，降低焦 东北大学硕士学位论文第1 章研究背景 比，减少能耗的目的，可显著改善高炉各项技术经济指标。 ( 3 ) 经济成本 合理的高炉炉料结构，能最大限度的利用高炉原料，降低单位生铁成本，提 高高炉的经济效益。 1 4 2 全球炉料结构状况分析 2 0 世纪5 0 年代以前，高炉的含铁原料基本上是以天然块矿为主，以后逐渐 转向烧结矿和球团矿。铁矿资源的变化导致了炉料结构的演变，炉料结构的演变 促进了高炉技术的进步与发展。研究炉料结构需要根据矿石的质量、价格、运费 等具体情况，合理的利用全世界的铁矿资源，使高炉的冶炼效果达到最佳状态， 在保证质量的前提下力求最大限度地降低生铁成本【7 7 】。因此，对于不同地区， 不同企业，合理的炉料结构也不尽相同( 如表1 2 ) 【7 8 】。 表1 2 代表企业高炉炉料结构及渣铁比 t a b l e1 2b u r d e ns t r u c t u r ea n ds l a gr a t i oo fb fi ns o m e r e p r e s e n t a t i v ee n t e r p r i s e s ， 亚洲是世界最大的产钢地区，但几个主要的产钢大国，几乎都需要从澳大利 亚和南美洲等地进口铁矿石。中国、日本、韩国是铁矿粉的主要进口国【7 9 】，国 际市场上粉矿多，且价格低廉，而进口粉矿易于生产烧结矿，不适合于生产球团 矿。因此，亚洲国家形成了以烧结矿为主体的炉料结构，多数炉料结构中高碱度 烧结矿占8 0 ，其余为球团矿或块矿【8 0 , 8 1 】。 东北大学硕士学位论文第1 章研究背景 北美地区有大量嵌布极细的铁遂岩，需要磨得很细，方能使铁矿物与脉石分 离，因此精矿粉粒度极细，适合生产球团矿。2 0 世纪5 0 年代起，北美国家便开 始发展球团矿，其炉料结构以自熔性球团矿为主，高碱度烧结矿或酸性球团矿为 辅，甚至选用1 0 0 球团矿作为高炉炉料【8 2 】。 欧洲和南美洲炉料结构介于亚洲和北美洲之间，如西欧高炉炉料结构中球团 矿的平均比例达到3 0 - , 7 0 。为了平衡高炉渣碱度，烧结矿的碱度要在2 0 以上， 东北大学硕士学位论文第1 章研究背景 通常情况下，我国高炉的炉料结构归纳为以下三种： ( 1 ) 高碱度烧结矿配加部分酸性球团矿 高碱度烧结矿强度高、还原性好。而酸性球团矿形状均匀规则、粉末少、品 位高、强度高、f e o 含量低、还原性好。从技术角度考虑，二者相互搭配的炉料 结构适合于我国钢铁企业的发展要求。其中，酸性球团矿搭配比例一般为 2 0 , - , 4 0 。但我国酸性球团矿产量少，质量差，配比过高不利于高炉强化冶炼。 而优质球团矿需要进口，进口球团矿价格昂贵，限制了高炉炉料结构中酸性球团 矿的配加比例。因此，此种炉料结构只适合于有高质量球团矿生产能力的企业。 ( 2 ) 高碱度烧结矿配加部分块矿和酸性球团矿 众所周知，熟料的冶炼效果比生料好，但目前国外优质块矿品位高，脉石含 量低，化学成分与球团矿不相上下，替代部分酸性球团矿入炉是完全可行的。在 我国当前球团矿产量少、质量差，国外优质球团矿价格高的情况下，在高炉炉料 中用品位高的国外优质块矿替代部分球团矿，既可以达到提高入炉矿石品位、降 低渣量的目的，同时也可以降低生产成本。 ( 3 ) 酸性球团矿配加少部分高碱度烧结矿 此种炉料结构在国外比较常见。由于我国球团矿的生产能力及质量有限，绝 大多数企业都不具备以该炉料结构为主的生产能力，只有个别企业炉料结构中的 球团矿配比能达到5 0 。 1 5 合理炉料结构与精料的关系 由于炼铁原料品种的多样性和复杂性，直接影响着高炉炼铁技术的进步和各 项经济指标的改善，所以合理的炉料结构和精料有着非常紧密的联系。 合理的炉料结构必须以精料为基础。我国钢铁企业的炼铁原料供应十分复 杂，原料种类多，成分不稳，即有以进口粉矿为主的，也有以国产细铁精矿为主 的，还有以采用各种地方矿粉为主的。在市场经济条件下，为了降低生产成本， 采用低价原料是可以理解的，但问题并非如此简单。炼铁技术经济指标的好坏与 原料的性质及加工方法有着极为密切的关系，做为直接影响炼铁成本的合理炉料 结构，必须从原料供应开始，综合考虑含铁原料的选分工艺、造块工艺和性能指 上获得最佳的经济效益。 东北大学硕士学位论文第1 章研究背景 精料的优越性必须通过合理的炉料结构来体现。随着入炉熟料率的提高( 尽 可能不用生料) ，烧结矿质量的改善( 高铁低s i 0 2 ，粒度均匀，低f e o 等) ，以 及优质球团矿用量的增加，高炉内炉料运动趋于合理。因而，在一定的供料条件 下，必须寻求高质量的烧结矿和球团矿及其合理的配比，由此才能真正实现合理 的炉料结构，达到降低炼铁成本的目的。因此，以供料条件为基本出发点，精料 的生产必须以合理的炉料结构为目标，其优良的冶金性能只有通过合理的炉料结 构才能得以实现。 因此，要寻求高炉炉料的合理结构，就要以“精料 为基础，提高烧结矿与 球团矿的性能指标；再通过合理的炉料结构来体现精料的优越性，达到改善冶炼 指标，提高企业经济效益的目的。 1 6 研究内容及意义 通过以上分析可见，随着高炉使用外购矿种类的变化和用量的增加，以及高 炉炼铁对铁矿石冶金性能和生产成本要求的不断提高，如何通过合理配矿为高炉 提供性能优良的铁矿石，从而为高炉确定最佳的炉料结构生产方式，对优化炼铁 原料生产方式，提高高炉操作指标，强化高炉冶炼等具有重要意义。 为此，本课题将主要研究炼铁原料的合理应用问题，包括烧结与球团的工艺 参数和性能指标的分析，从而得到适合高炉生产需要的烧结矿和球团矿；在此基 础上，进行合理炉料结构的试验研究。 研究内容主要包括以下方面： ( 1 ) 烧结试验研究。包括原料分析，配矿方案，烧结配碳量，烧结矿碱度 和m g o 含量等。通过考察烧结矿强度、低温还原粉化性、还原性及高温软熔性 能等，确定适合高炉生产的烧结工艺参数； ( 2 ) 球团试验研究。通过考察球团矿强度、还原粉化性、还原膨胀性、还 原性及高温软熔性能等确定高炉用球团矿的最佳m g o 含量、皂土配比及焙烧温 度等，确定相应的的球团工艺参数； ( 3 ) 通过以上研究，得到性能优良的烧结矿和球团矿；在此基础上，进行 合理炉料结构的试验研究，确定高炉最佳的炉料结构生产方式。 东北大学硕士学位论文第2 章烧结矿试验 第2 章烧结矿试验 烧结是一种铁矿粉造块方法，将细粒含铁原料与燃料、熔剂按一定的比例配 合，加水润湿、混匀，然后布于烧结机上，通过点火、抽风，并借助烧结料中燃 料燃烧产生高温，进而发生一系列的物理化学反应，生成部分低熔点物质，形成 一定数量的液相，将铁矿物颗粒润湿粘结起来，冷却后形成具有一定强度的多孔 块状产品一烧结矿。 为了生产性能优良的烧结矿，确定最佳工艺参数，本章主要进行了适合炼铁 生产的的烧结矿配矿方案的研究，并通过考察烧结矿强度及高温冶金性能，确定 了烧结矿适宜的配碳量、碱度和m g o 含量等，以期为生产性能优良的烧结矿提 供理论依据。 2 1 烧结原料分析 本试验所使用的烧结原料均来自某钢铁厂，包括南芬矿、澳矿( 哈默) 、巴 西矿( 卡拉加斯、c v r d ) ，生石灰、菱镁石、高炉灰和燃料等。烧结原燃料粒 度分布和化学成分分别示于表2 1 和表2 2 。 表2 1 原料化学成分， t a b l e2 1c h e m i c a lc o m p o s i t i o n so fr a wm a t e r i a l 东北大学硕士学位论文第2 章烧结矿试验 ( 1 ) 精矿粉 精矿粉是烧结生产的主要含铁原料，本次试验所使用的精矿粉包括南芬矿、 澳矿( 哈默) 、巴西矿( 卡拉加斯、c v i ) ，均来自某钢铁厂。 南芬精矿粉为辽宁本溪南芬地区生产，该矿为一大型沉积变质铁矿床，矿物 组成简单，有害元素含量较低，本身物化性能较好，含铁品位较高。但近年来南 芬精矿粉出现不足，须搭配部分地方矿粉和进口矿粉使用，使用过程中需考虑全 年规划，均衡使用，减少生产波动，尽可能稳定烧结矿产质量。 巴西淡水河谷公司( 简称c v r d ) 是世界上最大的铁矿石生产商和出口商， 我国许多企业都使用该矿。c v r d 矿高品位、有害杂质低、冶金性能好，质量稳 定，是世界优质的铁矿石资源之一。卡拉加斯矿位于巴西北部帕拉州，属赤铁矿 类型，含有害杂质少，平均品位高达6 7 ，烧结性能良好，也是世界优质的铁矿 石资源之一。 哈默矿属澳矿，由赤铁矿、假像赤铁矿、少量针铁矿、少量石英和少量高岭 石组成。本课题所用哈默矿的特点是品位较低，s i 0 2 和a 1 2 0 3 含量较高( 表2 1 ) ， 其粒度较粗，约9 0 矿石粒度 3 2 m m ( 表2 2 ) ，不利于进行实验室烧结杯试验。 ( 2 ) 燃料 作为烧结矿的热量来源，焦粉是烧结工艺的主要燃料。燃料要求灰分低，挥 发分少，粒度适宜。灰分过高会降低烧结矿的品位，挥发分过高会影响料柱透气 性，且挥发产物可凝聚于废烟气道、除尘系统以及抽风机，降低真空负压及除尘 东北大学硕士学位论文 第2 章烧结矿试验 效果。因此，燃料的挥发分不应超过3 5 ，适宜的粒度为 3 m m 占8 0 - , 9 0 。 燃料配比高低直接影响烧结温度和气氛，对烧结矿的质量有明显影响，适宜 的燃料配比是烧结生产获得高产、优质的保证。燃料配比过低，烧结温度低，液 相量不足，铁矿石的结晶强度差。燃料配比过高，烧结温度高，扩大燃烧带，增 加烧结层阻力，使料层透气性变差，还原性气氛增强，铁酸钙生成量降低，从而 影响烧结矿还原性。 燃料粒度也是影响烧结矿质量的重要因素。试验表明，0 5 3 m m 粒度应占 8 0 以上。粒度太细，燃烧速度过快，烧结矿的液相发展不充分，强度变差。反 之，粒度太粗，燃烧时间长，燃料带变厚，还原反应加剧，不利于铁酸钙粘结相 的生成，使烧结矿还原性变差。 ( 3 ) 熔剂 烧结料中配加碱性熔剂的目的在于： a ) 获得一定碱度的烧结矿，使高炉冶炼时不加或少加熔剂，以利于提高高 炉冶炼强度，降低焦比； b ) 在烧结过程中，熔剂中的碱性氧化物c a o 可以与矿粉中的酸性脉石s i 0 2 形成低熔点物质，从而在燃料消耗较低的情况下，获得足够的液相以改善烧结矿 的强度等冶金性能。 烧结生产对熔剂的要求如下： a ) 碱性氧化物含量高，酸性氧化物( s i 0 2