高炉炼铁原料.ppt

1 炼铁原料的内容及质量概念1 1炼铁原料的内容 1铁矿石 1 铁矿石的分类和特性自然界中含铁的矿物甚多 已知的有300多种 但现代能够用作高炉炼铁原料的只有20余种 其中主要是磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿和菱铁矿四种 这四种铁矿石的特性比较列于下表 高炉炼铁原料 用于现代高炉炼铁的原料又分天然铁矿和人造富矿两大类 天然铁矿按其粒度和加工程度不同又可分为粉矿 块矿和精矿三种类型 人造富矿又有烧结矿和球团矿两大类 2 烧结生产对粉矿的基本要求 含铁品位高 全铁含量 65 含SiO2和Al2O3酸性脉石量低 要求SiO2 4 5 Al2O3 1 8 含S P K2O Na2O等常见有害元素要求S 0 3 P 0 07 K2O Na2O 0 2 要求含Cu Pb Zn As和F等有害元素越低越好 粒度适宜制粒和烧结 要求0 25 1 0中间颗粒含量 20 要求具有良好的烧结基础特性 指同化性 液相流动性 粘结相强度连晶固结特性等 3 球团生产对精矿粉的基本要求 含铁品位高 TFe 66 SiO2 Al2O3含量低 要求SiO2 3 0 Al2O3 1 5 含S P K Na等有害杂质低 参照烧结粉矿 粒度适合于造球 要求 200目 0 074mm 82 具有良好的造球和焙烧性能 例如抗爆裂温度要高 成品球的RSI 20 2燃料 1 焦炭 2 粉煤 3辅助材料 1 石灰石 2 白云石 3 焦粉 4 无烟煤粉1 2炼铁原料的质量概念 表1冀东地区精矿粉的化学成分及粒度 2物理性能 1 粒度及粒度组成 制粒性能 2 强度 1 化学成分 表2冀东地区精矿粉的烧结性能 4 人造富矿 球团矿 烧结矿 化学成分物理性能及冶金性能的关系 2 高炉冶炼对原燃料的质量要求2 1高炉冶炼对含铁原料的质量要求 1高炉冶炼对烧结矿的质量要求 3冶金性能 表3烧结矿的质量标准YB T006 91 2高炉冶炼对球团矿的质量要求 表4铁矿球团质量指标YB T005 91 表5块矿的质量指标Xu T2004 3高炉冶炼对块矿的质量要求 表6中国冶金焦炭的技术指标GB T2003 80 硫分 S 2 2高炉冶炼对燃料的质量要求 1高炉冶炼对焦炭的质量要求 2高炉对喷吹煤粉的性能要求用于高炉喷吹的煤粉 应能满足高炉冶炼工艺的要求 有利于扩大喷煤量和提高置换机 为此要求煤粉的发热值高 易磨 即哈氐可磨性低 和燃烧性能好 灰分和硫分含量低 我国煤粉的性能范围列于表7 表7中国高炉喷吹煤粉的工艺性能 2 3高炉冶炼对辅助原料的质量要求 1高炉用石灰石 包括烧结 球团生产用 的质量要求 2高炉用白云石 包括烧结 球团生产用 的质量要求 3 烧结矿 3 1烧结矿在高炉冶炼中的地位和作用 1 对入炉矿品位和渣量及渣的性能起决定性作用 2 对高炉上部透气性起决定作用 粒度组成和RDI 3 对高炉中部透气性起决定性作用 软化性能 4 对高炉下部透气性起决定性作用3 2烧结矿的化学成分 表8津西和国内几种有代表性烧结矿的化学成分 3 3烧结矿的矿物组成表9 1国内几种高碱度烧结矿的矿物组成 宝钢烧结矿 数据为再生赤铁矿含量 2超高碱度烧结矿的矿物组成 表10杭钢超高碱度系列烧结矿的矿物组成 表11超高碱度烧结矿SFCA的化学成分 扫描电镜 能谱分析 碱度低于2 30的高碱度烧结矿的铁酸钙 SFCA 的化学分子式为 5CaO 2SiO2 9 Fe Al 2O3 因此 铁酸钙是一种钙 硅 铝复合铁酸盐 3烧结矿主要矿物组成的特性 烧结矿在常规条件下的主要矿物组成有 铁酸钙 CaO Fe2O3 赤铁矿 Fe2O3 磁铁矿 Fe3O4 浮氏体 FexO 铁橄榄石 2FeO SiO2 钙铁橄榄石 CaO FeO SiO2 正硅酸钙 2CaO SiO2 玻璃相 SiO2 它们的主要特性如下 1 磁铁矿 Fe3O4 熔点 1597 这是一般酸性和自熔性烧结矿的主要矿物 即使高碱度烧结矿 Fe3O4也占一定的比例 这是由烧结过程一般属弱还原气氛所决定的 含Fe3O4高的烧结矿一般还原性稍差 强度较好 2 赤铁矿 Fe2O3 熔点为1565 在酸性和自熔性烧结矿中含量较低 一般仅为1 3 在高碱度烧结矿中一般可达3 10 超高碱度烧结矿含Fe2O3含更高一些 含Fe2O3 高的烧结矿强度高 还原性好 3 浮氏体 FexO 熔点 1371 1423 在酸性烧结矿中 FeO的含量达到20 以上 自熔性烧结矿的FeO含量一般处在15 以上 一般均在15 18 高碱度烧结矿的FeO含量 随碱度升高而下降 烧结矿一般随FeO含量的升高 强度升高 还原性明显下降 低温烧结法的FeO含量与强度和还原性无直接关系 4 铁酸钙 CaO Fe2O3 熔点 1216 自熔性烧结矿中含量很低 高碱度烧结矿 特别是低碳厚料层烧结的产品含CaO Fe2O3较高 这种矿物强度高 还原性好 它是高碱度烧结矿的主要粘结相 呈针状复合状存在的CaO Fe2O3性能尤其良好 碱度超过2 3的烧结矿往往出现铁酸二钙2CaO Fe2O3 这种矿物的强度和还原性都会明显下降 5 铁杆榄石 2FeO SiO2 熔点 1177 这是酸性烧结 矿和自熔性烧结的主要粘结相 含量多数在20 以上 在高碱度烧结矿中含量甚少 它的特点是还原性差 FeO SiO2 硅酸铁 的熔点为1205 6 钙铁杆榄石 CaO FeO SiO2 熔点 1208 它在自熔性烧结矿中易于形成高碱度烧结矿不少见 它的特征同样是还原性差 7 正硅酸钙或称硅酸二钙 2CaO SiO2 熔点 2130 它是低碱度烧结矿中常见的一种矿物 特别是高硅自熔性烧结矿中含量较高 它是属于多晶形矿物 在冷却过程中由于晶格转变 体积变化 是高硅型烧结矿自然风化的主要原因 这种矿物强度也较差 CaO SiO2的熔点为1544 3CaO SiO2的熔点为2070 8 玻璃相 SiO2 其为烧结矿的低强度物相 也是Al2O3 TiO2等元素在玻璃相中析出 造成烧结矿低温还原粉化的一大原因 4烧结矿主要矿物组成及其对质量的影响 1 烧结温度 配C 对矿物组成及其性能的影响 表12 表13铁酸钙化学组成 表14烧结矿的冶金性能 RDI 302418 RDI 39 43 0 73 CF2 RI 3532 530 RI 25 13 0 35 CF2 142026 RDI 39 47 0 73 CF2 1烧结矿低温还原粉化率与铁酸图2烧结矿铁酸钙含量与还钙含量的关系原性的关系 142026 CF2 CF2 2 矿物组成对烧结矿强度和还原性的影响A 矿物组成对烧结矿强度的影响研究证明 不同的矿物组成其强度是不一样的 烧结矿的强度与矿物组成紧密相关 其关系如下 矿物 Fe2O3 Fe3O4 2FeO SiO2 Cao FeO SiO2 CaO Fe2O3 2CaO Fe2O3强度 26 736 920 2623 337 014 2B 矿物组成对烧结矿还原性的影响铁矿石的还原性取决于其矿物组成和气孔率 接触面积 不同矿物组成的还原性有较大的差别 矿物 Fe2O3Fe3O42FeO SiO2CaO FeO SiO2CaO Fe2O32CaO Fe2O3还原性 49 4 25 5 5 0 12 8 49 2 25 5 03 4烧结矿的冶金性能烧结矿的冶金性能包括 900 还原性 RI 500 低温还原粉化 RDI 荷重还原软化性能 TBS TBE TB 和熔滴性能 T Td TS Pm S值 球团矿的冶金性能还有一项还原膨胀指数 RSI 1铁矿石的还原性 铁矿石的还原性优劣直接影响高炉产量和焦比 它是评价铁矿石质量的一个重要内容 因此 炼铁工作者对铁矿石的还原性都比较重视 测定铁矿石还原性的方法目前有两种国际标准即ISO4695和ISO7215 我国也专门制订了国家标准GB T13241 91 影响铁矿石还原性的因素主要是矿物组成和气孔结构 块矿和球团矿希望成为Fe2O3和FeO低 烧结矿希望高碱度低FeO 改善铁矿石的还原性是目前降低焦比的一个重要措施 2低温还原粉化性能 低温还原粉化是铁矿石加入高炉后在高炉上部块状带的还原强度 国家标准规定RDI 3 15应 60 也就是说RDI 3 15 40 测定RDI的方法同样有ISO4696 ISO7215 和GB T13242 91标准 我国烧结矿的RDI 3 15一般在20 30 间 攀钢烧结矿高达50 以上 唯有酒钢烧结矿的RDI 3 15 10 由于有BaSO4的作用有效降低了RDI 3 15 近十年来随着烧结矿配用进口矿粉比例的增加 RDI 3 15有一定升高 像宝钢 武钢 三明等企业比较高 有时甚至超过40 TiO2和Al2O3是影响烧结矿RDI的重要因素 特别是TiO2的少量配入 均会对烧结矿的RDI产生明显的影响 经研究证明 3 TiO2成数倍进入烧结矿的玻璃相 造成玻璃相在低温还原过程中碎裂导致RDI 3 15升高 提高碱度和MgO含量 能明显改善烧结矿的RDI指标 表15碱度对烧结矿RDI的影响 3球团矿的还原膨胀性能还原膨胀性能是球团矿的重要冶金性能 由于氧化球团的主要矿物组成为Fe2O3 Fe2O3还原为Fe3O4过程中有个晶格转变即由六方晶体转变为立方晶体 晶格常数由5 42埃增至8 38埃 会产生体积膨胀20 25 Fe3O4还原为FeO 体积膨胀可为4 11 纯Fe2O3从570 开始随温度升高到1000 还原过程的膨胀 八十年代初期 含K Na F高的包钢球团矿的还原膨胀特性 还原100分钟由Fe2O3 Fe3O4膨胀48 9 还原120分钟由Fe3O4 FeO 还原膨胀67 3小时后由FeO还原到Fe还原膨胀率达248 45 国际标准 ISO 有规定 RSI 20 若 20 高炉只能搭配使用 若 30 称为灾难性膨胀 高炉不能用 因此 不管采用何种球团矿 必须对它的还原膨胀率作测定 根据RSI选定搭配比例 对于RSI 30 的球团矿 必须采取措施加以改进 改进的方法首先要搞清引起还原膨胀的原因 然后对准原因采取相应的措施 例如 包头球团矿 采取降F 降K Na含量 配用河北精矿粉 4荷重还原软化性能 荷重软化性能是反映炉料加入高炉后 炉身下部和炉腰部位透气性的 一般这一部位悬料和炉腰结厚往往是由于炉料的荷重软化性能不良所造成的 故这一性能对高炉冶炼也显得比较重要 一般要求烧结矿的开始软化温度 1100 软化区间应 150 这一性能的测定方法国际和国家尚无统一的标准 国内很多企业采用我们北科大的测定方法 影响烧结矿 球团矿软化性能的主要因素是低熔点硅酸盐和碱金属 一般低碱度烧结矿和酸性球团 天然块矿的开始软化温度都比较低 软化区间均比较宽 因此要加以选择和搭配 几种低碱度烧结矿 酸性球团和块矿的软化性能列于表16 表16几种酸性炉料的软化性能 5熔融滴落性能 铁矿石的熔融滴落性能简称熔滴性能 它是反映铁矿石加入高炉后高炉下部熔滴带的性状的 由于这一带的透气阻力占整个高炉阻力损失的60 以上 熔滴带的厚薄不仅影响高炉下部的透气性 它还直接影响脱硫和渗碳反应 从而影响高炉的产质量 因此它是铁矿石最重要的冶金性能 铁矿石熔滴性能的测定方法国内外尚无统一的标准 目前国内主要采用我们北科大的试验方法 根据美国和日本的推荐 要求铁矿石的熔滴性能总特性值S应 40Kpa 是适宜的 S Pm Ps dT Kpa 国内外几种烧结矿 球团矿 块矿的熔滴性能列于表5 表17国内外几种铁矿石的化学成分 表18国内外几种铁矿石的熔滴性能 由表14 15可见 凡是烧结矿品位高 SiO2和FeO含量低的 渣相粘度小的 Al2O3含量低 熔滴性能都是比较优良的 S值 40Kpa 凡是品位低的 SiO2和FeO含量高的 渣相粘度大的 Al2O3和TiO2含量高的 熔滴性能都是比较差的 100KPa 甚至 1000KPa 因此改善烧结矿的熔滴性能要抓提高品位 降低SiO2和FeO含量 控制Al2O3 MgO和TiO2的含量 3 5烧结矿粒度对高炉冶炼的影响 含铁原料的粒度历来是炼铁工作者十分重视的事 因为其在高炉内影响上部块状带的透气性和还原性 从而影响高炉的顺行和焦比 前苏联学者曾在2000m3和2700m3高炉上用了三年的时间进行测定 采集了三年内120个工作日的数据进行计算处理 结果得出用平均粒度和0 5mm的比例作为烧结矿的质量指标是不科学的 它应服从于透气性 还原性和焦炭消耗 日本福山4 烧结机于1988年7月将4mm振动筛改为3mm莫根森型筛分机 以降低烧结和炼铁的成本 日本学者羽田野道春对烧结矿在高炉内的诸特性作了大量的测试和研究工作 得出了烧结矿粒度对高炉透气性 燃料比和煤气利用率的影响 均证明了粒度在8 15mm是最佳粒级范围 见图3 5 德国 瑞典 荷兰 前苏联 美国和日本多个工业发达国家 对烧结生产都进行多级筛分 分级入炉 都规定5 10mm作为一个粒级 德国1988年提出对烧结矿的粒级要求 5mm和 6mm最多各为5 10mm最多为25 见表19 由以上可见烧结矿的粒级下限定为4 6mm是一项常见的规定 原因就在于服从透气性 还原性和焦比的统一 表191988年德国高炉对烧结矿的质量要求 4 球团矿球团矿已经是一种技术成熟的生产工艺 它的造球 焙烧和固结机理几乎没有什么问题值得讨论了 但作为高炉炼铁的一种比较主要的原料 结合目前我国的情况 确实有几大问题值得讨论 4 1提高球团矿含铁品位 降低SiO2含量球团矿作为高炉炉料的一个重要组成部分 就是为了发挥其高品位的作用 因此球团矿必须坚持高品位 全铁含量应 65 目前我国多数球团矿的品位处于62 63 的水平 这是很不够的 应通过配矿提高成品球的品位 我国球团矿的品位低 主要是两个方面的原因造成的 一是精矿粉的品位就不高 还有一个原因是膨润土配加量过高 与此相关的原因尚有精矿粉粒度偏粗和含水量过高方面的问题 球团矿所以要坚持低SiO2的原则 一是由于SiO2是高炉渣量的源头 入炉矿SiO2含量高1 渣量将增加26 275 二是SiO2含量高后 4 5 球团矿在高炉内的还原性就会变差 特别是高温还原性差 这将会给高炉炉缸增大透气阻力 正因为如此 高品位 低SiO2是今后球团矿生产值得十分关心的问题 4 2精心操作造好球近期 本人检测了国内五家钢铁企业的球团矿质量 发现存在一个严重的质量问题是造球问题 球的外观质量太差 1 球的大小不一 大的30余mm 小的5 6mm 2 球的外表颜色严重不一 少量灰黑色 大多数粉橙色 少数淡黄色 3 球的形状不规则 有变形的 有椭园的 有方的 杂七杂八呈现各种不规则形状 有一家送到北科大5公斤样 竟然挑不出一个圆球来 4 部分有的甚至大部分开裂 本人见到这种情况后 感慨万分 本人想这些企业的厂长见到这样的情况会怎么想 这些企业的科技人员又会怎么想 谁应该承担这种劣质产品的责任 因此造好球是摆在我国球团界的一个极为重要的问题 因为上述这些质量问题 都归根于没有造好球 生球造不好 成品球就不能好 造球是球团生产的一个关键工序 怎样才能造好球 在此简要谈谈几点意见 A 作为原料准备 精矿粉的粒度 200目应 80 精矿粉的水分应控制在8 0 5 较高质量的粘结剂 膨润土的蒙脱石含量应 70 粒度 200目应达到100 膨胀倍数应 12 2小时吸水率应 200 含水量应 8 钙土 或 12 钠土 B 球盘应平整 造球盘的边和底板应刮干净 做到造球过程不掉块 造球时 小球应在球盘内滚动 既不粘料也不滑料 C 精心操作 靠调剂水分控制生球粒度 滴水成球 雾水长大 水小球小水大球大 4 3严把生球粒度关 球的粒度是球团矿质量的一个关键问题 球大小不均 成品球的质量就不可能一致 主要包括外观颜色和抗压强度 生球的大小靠调剂水分控制 球团矿的粒度控制多大为宜 1984年 西德关于球团矿直径对球团生产及其质量特性的影响专门进行过研究 鲁奇公司通过编制数学模型 计算出10mm直径的球焙烧时间最短 直径为12mm的球团所需冷却时间最短 根据鲁奇公司的计算模型 从生产能力而言 最佳球团直径为11mm 从焙烧能量消耗出发 8mm直径的球能耗 比焙烧16mm的球要低5 8 从还原热交换出发 8 0 6 3mm的球达到65 还原度的时间最短 因此 综合研究结果 球团的最佳直径为10mm左右 因此 目前国内外制订的球团直径10 16mm 90 的标准是不科学和不合理的 但目前球团生产 连这样的标准都远远达不到 可见这个问题的严重性 5 块矿高炉冶炼在缺乏球团矿的条件下 配用一定比例的高品位块矿替代球团矿 对降低炼铁成本有价值 近十多年来宝钢高炉一直是这样做的 2006年宝钢4 高炉投产 块矿的配入比例将超过20 近几年来首钢 武钢高炉也模仿宝钢 配用一定比例的高品位块矿 去年10月济钢1750m3高炉投产 没有新建烧结机 也采用15 20 的高品位块矿作为酸性炉料与高碱度烧结矿搭配 也取得了较好的效果 下面介绍一下进口块矿的质量状况 5 1进口块矿的化学成份 5 2进口块矿的物理 冶金性能 5 3进口块矿的熔滴性能 自去年以来 宝钢 济钢 首钢等企业对国外块矿的质量分别进行了测试 结合企业自身的条件进行炉料结构试验 决定采用矿种和配比 6 焦炭的质量问题 焦炭在高炉冶炼过程中起三大作用 一是在风口前燃烧提供冶炼所需的热量 二是燃烧的产物CO和固体C为铁氧化物的还原剂和渗C剂 三是起着料柱的骨架作用 随着科学技术的发展入炉焦比越来越降低 喷煤量的加大 使焦比进一步降低 焦炭作为料柱的骨架作用越来越突出 这就提出现代高炉冶炼对焦炭的质量应越来越高 这些要求主要体现在强度 灰分 挥发分 硫 高温反应性和反应后强度等方面 已有的统计数据 1 表明 焦炭灰分变动1 影响焦比2 高炉产量3 焦炭含S变化0 1 影响高炉焦比和产量各1 5 2 0 焦炭强度对高炉指标也有明显的影响 联邦德国数据M10变化10 影响高炉焦比8kg t铁 对焦炭的质量要求除了工业分析成分和机械强度外 还有焦炭的热态性能也称焦炭的冶金性能 它主要包括焦炭的反应性 CRI 和反应后强度 CSR 影响焦炭CRI和CSR的因素很复杂 但大体上可分为两个方面 一是煤质因素 二是焦炭自身