孫寶芳  周曉東  安玉兆  于  霞 

（青島特殊鋼鐵有限公司）

摘  要  對青島特鋼高爐用塊礦的化學(xué)成分、爆裂指數(shù)、還原性和軟熔性能等基礎(chǔ)性能進(jìn)行分析研究，巴西塊礦的品位最高，為 66.1%，5 種塊礦的 SiO2和 Al2O3含量均不是很高；5 種塊礦熱爆裂性差異較大，馬來礦和巴西礦的熱爆裂性較低；還原性能最好的為 PB 塊礦，巴西塊礦和紐曼塊礦的軟化開始溫度和軟化終點(diǎn)溫度較高，軟化區(qū)間較寬。 

關(guān)鍵詞  塊礦  化學(xué)成分  爆裂指數(shù)  還原性  軟熔性能 

1  前言 

塊礦是高爐使用的重要含鐵原料之一，它是高爐合理爐料的重要組成部分，外購塊礦的化學(xué)成分、冶金性能直接影響高爐順行。因此，對青島特鋼 5 種常用塊礦的性能情況進(jìn)行對比分析，以期對高爐生產(chǎn)提供指導(dǎo)。鐵礦石的質(zhì)量應(yīng)包括化學(xué)成分、物理性能和冶金性能 3 個(gè)方面，其中化學(xué)成分是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。 

2  塊礦基礎(chǔ)性能分析 

2.1  化學(xué)成分分析 

對青島特鋼使用的 5 種進(jìn)口塊礦進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果如表 1 所示。從表 1 可以看出：5 種塊礦的含鐵品位均高于 57%。有效熔劑 CaO 和 MgO 含量波動性較小，均含有少量的 CaO 和 MgO。5 種塊礦的 SiO2 含量均低于 5%，較低的 SiO2 含量對于燃料比和渣量是有利的。5 種塊礦 Al2O3含量不是很高，最高的為 PB 塊礦的2.36%，F(xiàn)MG 塊礦的 Al2O3含量只有 0.83%，塊礦的 Al2O3含量低對于保證高爐爐渣的流動性，熔化性和脫硫效果是有利的。5 種塊礦的P、S 含量不是太高，除了馬來塊礦的 K2O 和 Na2O 較高之外，其余含量均較適中。5 種塊礦的燒損值相差較大，馬來塊礦的燒損最大為 9.87%，而巴西塊礦僅為 1.99%。 

2.2  熱爆裂性能研究 

爆裂指數(shù)通常是企業(yè)評價(jià)塊礦的主要標(biāo)準(zhǔn)之一。塊礦的爆裂指數(shù)反應(yīng)了其在高爐上部區(qū)域抗熱沖擊能力的大小，一般抗熱沖擊能力越大，其爆裂指數(shù)越小，產(chǎn)生的粉末越少。 

試驗(yàn)過程中需要的設(shè)備有：馬弗爐；試樣盒，由不起皮、可經(jīng)受高于 700℃溫度的耐熱金屬制成；試樣篩，包括 25.0mm，20.0mm，6.30mm，3.15mm 和 0.50mm 的方孔篩。具體試驗(yàn)方法：（1）制樣。首先對塊礦樣品進(jìn)行縮分取樣，選取粒度為 20～25mm 的樣品，并在烘箱中于(105±5)℃下烘干 12h。對試樣進(jìn)行重新篩分，選取 20～25mm 的樣品，以除去所有附著的細(xì)礦石粒，并在(105±5)℃的烘箱中再次干燥 12h。試驗(yàn)前將樣品放置于干燥器皿中，試驗(yàn)時(shí)保證隨機(jī)取樣。（2）稱量。稱取干燥后的試驗(yàn)樣(500±1)g。（3）加熱。將試樣鐵盒放在加熱的馬弗爐中開始加熱，當(dāng)溫度達(dá)到 700℃，再保持 20min， 然后將試驗(yàn)樣裝入試樣盒，并蓋上蓋子，30 min 以后，從加熱爐中取出試樣盒并使其冷卻到室溫。從試樣盒中輕輕倒出試樣，測定其質(zhì)量(m1)，并在 6.30mm，3.15mm 和 0.50mm 篩上手工進(jìn)行篩分，測定并記錄下-6.30mm 粒度礦石的質(zhì)量(m2)。并按照式（1算）進(jìn)行熱裂指數(shù)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。

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

試驗(yàn)測定 5 種塊礦的熱爆裂指數(shù)（DI），PB 塊礦，紐曼塊礦和 FMG 塊礦的熱裂指數(shù)均高于 11%，紐曼塊礦的熱裂指數(shù)更是高達(dá) 17.4%，大量使用紐曼塊礦會使得高爐的中上部透氣性明顯下降。馬來塊礦和巴西塊礦的熱裂指數(shù)較低，馬來塊礦的熱裂指數(shù)僅為 1.5%。對于高爐容積越大的爐子而言，熱裂指數(shù)越小越好。從熱裂指數(shù)評價(jià) 5 種塊礦，馬來塊礦和巴西塊礦較好，紐曼塊礦較差。 

2.3  還原性能研究 

還原性是評價(jià)塊礦的一個(gè)非常重要的指標(biāo)。還原性的好壞很大程度上影響燒結(jié)礦還原的速率，能夠改善高爐煤氣的利用率，從而影響高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在相同的還原條件下，塊礦的還原性越好，其還原速度就越高，有助于高爐發(fā)展間接還原，改善煤氣利用率，降低焦比，提高產(chǎn)量。因此，了解各種塊礦的還原特點(diǎn)，對分析塊礦在高爐中的行為以及選擇高爐操作參數(shù)等具有重要的參考意義。 

本次青島特鋼塊礦還原性試驗(yàn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)（GB13241－91）檢驗(yàn)方法所使用的裝置及工藝參數(shù)進(jìn)行。

（1）試驗(yàn)參數(shù)。還原氣體成分：CO，30%±0.5%（V/V）；N2，70%±0.5% （V/V）。還原氣體的流量：在整個(gè)試驗(yàn)期間，還原氣體的標(biāo)態(tài)流量保持 15±1L/min。試驗(yàn)溫度：試樣在 900℃的溫度下還原，在整個(gè)試驗(yàn)期間保持在(900±10)°C 之間。 

（2）試樣準(zhǔn)備。試驗(yàn)前取 500g 試驗(yàn)試樣在(105±5)°C 的溫度下烘干，烘干時(shí)間不小于 2h，然后冷卻至室溫，并保存在干燥器中備用。燒結(jié)礦試驗(yàn)試樣的粒度范圍為 10.0～12.5mm。 

（3）試驗(yàn)過程。將試樣放到還原反應(yīng)管中，可以把試樣直接放在多孔板上，試樣表面要鋪平，在多孔板和試樣之間放兩層粒度為 10.0～12.5mm 的高氧化鋁球，在高氧化鋁球上再放一塊多孔板，試樣放在這塊多孔板上。封閉還原管的頂部，將惰性氣體（常用 N2）通入還原管，標(biāo)態(tài)流量為 5L/min，接著將還原管放到還原爐里，并把它懸掛在稱量裝置的中心，保證反應(yīng)管不與爐子或加熱元件接觸。還原管放入爐內(nèi)時(shí)，爐內(nèi)溫度不得大于 200℃。開始加熱，升溫速度不得大于 10°C/min。當(dāng)試樣達(dá)到 900℃時(shí)，增大惰性氣體標(biāo)態(tài)流量到 15L/min。在 900℃恒溫 30min，溫度波動在(900±10)℃之內(nèi)。以標(biāo)態(tài)流量為 15L/min 的還原氣體代替惰性氣體通入還原反應(yīng)管中，還原時(shí)間為 3h。還原 3h 后，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，切斷還原氣體后，先向還原管通入標(biāo)態(tài)流量為 15L/min 的惰性氣體然后將還原管連同試樣提出爐外進(jìn)行冷卻。冷卻終點(diǎn)溫度低于100 ℃。 

（4）試驗(yàn)分析。用還原度計(jì)算公式計(jì)算燒結(jié)礦的還原度。還原度計(jì)算公式為：

其中：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，%。

5 種塊礦的還原性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 3。

從表 3 可以看出， PB 塊礦的還原性最好，馬來塊礦和 FMG 塊礦次之，巴西塊礦較差，紐曼塊礦最差。紐曼塊還原性差與其熱爆裂性高有直接關(guān)系，巴西塊礦的熱爆裂性很低，但是其磁鐵礦含量較高，故巴西塊礦的還原度均較低。從還原性的角度來評價(jià) 5 種塊礦，PB 塊礦較好，紐曼塊礦較差。 

2.4  軟熔性能研究 

高爐軟熔帶的位置、形狀和大小對順行、產(chǎn)量、燃料消耗量及鐵水成分影響很大，高爐冶煉要求軟化熔融開始溫度不宜過低，軟化與熔融溫度區(qū)間不宜過寬。 

本次試驗(yàn)采用軟熔性能測試的方法是在荷重條件、溫度制度和氣氛方面都基本上模擬高爐的條件，最高試驗(yàn)溫度可達(dá)到 1600℃，試驗(yàn)溫度和料層收縮率均由計(jì)算機(jī)自動記錄。塊礦軟熔試驗(yàn)的試驗(yàn)條件如表 4 所示。 

以位移傳感器測定料面下降毫米數(shù)據(jù)，料面收縮率為 10%時(shí)的試樣溫度為開始軟化溫度，料面收縮率為 40%時(shí)的試樣溫度為軟化終點(diǎn)溫度，前兩者之間的溫度差值為軟化溫度區(qū)間；第一滴鐵水滴落時(shí)的溫度為滴落溫度，滴落溫度與料面收縮 40%的溫度為熔融區(qū)間。本次試驗(yàn)研究以試樣軟化收縮 40%的溫度作為熔融開始溫度，即軟化終點(diǎn)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。試驗(yàn)結(jié)果見表 5。 

從表 5 可以看出，5 種塊礦帶軟化開始溫度均低于 1000℃，馬來塊礦的軟化開始溫度最低為 850℃， 巴西塊礦和紐曼塊礦的軟化開始溫度均高于 960℃，軟化終點(diǎn)溫度也均超過了 1300℃。說明軟化開始和終點(diǎn)溫度與還原度有關(guān)，還原度較差的，紐曼塊礦和巴西塊礦的軟化開始溫度和終點(diǎn)溫度較高，相應(yīng)的軟熔帶位置下移。最寬的為巴西塊礦達(dá)到了 434℃，最窄的為 PB 塊礦為 273℃。對于塊礦而言，一般的軟化開始溫度較低，軟化終點(diǎn)溫度較高，導(dǎo)致其軟化區(qū)間過寬，使得高爐軟熔帶部位區(qū)間壓差過高，透氣性不好。 5 種塊礦的熔融溫度區(qū)間△Td 相差較大，PB 塊礦和 FMG 塊礦的熔融區(qū)間最高為 326℃，巴西塊礦的熔融區(qū)間最低為 79℃。相應(yīng)的軟化區(qū)間較大的塊礦，熔融區(qū)間較窄。從軟熔性能對 5 種塊礦來評價(jià)較難區(qū)分塊礦的好壞，因?yàn)?5 種塊礦的軟熔區(qū)間均較寬，不易進(jìn)行評價(jià)。

3  結(jié)論 

（1）5種塊礦化學(xué)成分差異較大，高爐需搭配其他礦種，滿足生產(chǎn)需求。 

（2）5種塊礦熱爆裂性差異較大，馬來礦和巴西礦的熱爆裂性較低，適合高爐使用；其余三種塊礦的熱爆裂性較高，使用時(shí)須注意其在高爐上部的粉化率。 

（3）5種塊礦還原性能最好的為 PB 塊礦，最差的為紐曼塊礦，使用時(shí)須將還原性能好的和差的塊礦搭配使用。 

（4）5種塊礦中，巴西塊礦和紐曼塊礦的軟化開始溫度和軟化終點(diǎn)溫度較高，軟化區(qū)間較寬，而其他三種塊礦的熔融區(qū)間較寬。