李曉兵  張勝利  郭小龍  王洪余  匡  祎  王  艷

（河鋼宣鋼煉鐵廠）

摘  要  高爐爐料結(jié)構(gòu)、爐渣堿度、爐料還原度等因素對熔滴特性產(chǎn)生較大影響，專業(yè)技術(shù)人員對此研究較多，但是燒結(jié)不同配礦結(jié)構(gòu)對熔滴特性的影響尚無科學(xué)評判。本文在研究鐵礦粉同化性、液相流動性、粘結(jié)相強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，采用同化性互補(bǔ)的配礦原理，優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)，控制燒結(jié)礦相同的化學(xué)成分。采用燒結(jié)杯的樣品，在相同爐料結(jié)構(gòu)、爐渣堿度條件下，探索熔滴特性變化，由此確定綜合爐料熔滴特性最優(yōu)的配礦結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞  熔滴特性  基礎(chǔ)性能  配礦研究

1  前言

高爐煉鐵用“七分原料三分操作”來說明原料對高爐生產(chǎn)的重要性。原料是高爐強(qiáng)化冶煉的基礎(chǔ)，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升，很大程度上得益于原料質(zhì)量的改善[1]。燒結(jié)礦、塊礦和球團(tuán)礦是現(xiàn)代高爐冶煉所使用的主要含鐵原料，國內(nèi)外專家學(xué)者對單一爐料的還原性、熔滴性能等冶金性能以及不同爐料之間的交互反應(yīng)均有大量的研究。吳勝利等，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，混合爐料的體積收縮率總是大于同一溫度下兩種單一爐料的體積收縮率按混合比例加權(quán)計(jì)算出的體積收縮率，這種趨勢隨著溫度的升高越來越明顯。這說明, 混合爐料不是兩種單一爐料簡單的物理混合, 高溫下單一爐料之間存在物理化學(xué)變化, 也就是說高溫條件下單一爐料之間存在交互作用[2]。張開發(fā)等研究研究了燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦等不同單種爐料在模擬高爐條件下的軟化熔融特征，顯示了酸性爐料和堿性爐料成渣過程的差異性。含鐵爐料的初渣的渣相生成機(jī)制主要受其CaO /SiO2比例、Al2O3含量、MgO含量、還原性、含鐵品位、氣孔率等因素的影響[3]。姜汀通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，釩鈦燒結(jié)礦的軟熔滴落性能與燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、平均粒徑、成品率以及垂直燒結(jié)速度關(guān)系不大，主要與燒結(jié)礦的礦物組成有關(guān)[4]。

本文根據(jù)不同的鐵礦粉基礎(chǔ)性能相互互補(bǔ)以及資源確定的燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)，由燒結(jié)杯試驗(yàn)得到化學(xué)成分接近燒結(jié)礦，在固定的爐料結(jié)構(gòu)條件下，進(jìn)行熔滴性能試驗(yàn)，確定熔滴性能最優(yōu)的配礦結(jié)構(gòu)。

2  鐵礦粉化學(xué)分析與基礎(chǔ)性能評價(jià)

2.1  鐵礦粉化學(xué)分析與基礎(chǔ)性能

2.2  鐵礦粉基礎(chǔ)性能評價(jià)

同化性能指鐵礦石在燒結(jié)過程中與CaO的反應(yīng)能力，它表征的是鐵礦石在燒結(jié)過程中生成液相的難易程度。一般而言，鐵礦石同化性越高，則在燒結(jié)過程中越易生成液相。但是，對于非均質(zhì)燒結(jié)礦而言，并不希望作為核礦石的粗粒礦石過分熔化，以避免起固結(jié)骨架作用的核礦石減少以及燒結(jié)料層透氣性惡化而影響燒結(jié)礦的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此，要求鐵礦石的同化性適宜。

液相流動性能指在燒結(jié)過程中鐵礦石與CaO反應(yīng)生成的液相的流動能力。它表征的是粘結(jié)相的“有效粘結(jié)范圍”，液相流動性較高時(shí)，粘結(jié)周圍物料的范圍也較大，因此可以提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度；反之液相流動性過低時(shí)，粘結(jié)周圍物料的能力下降，易導(dǎo)致燒結(jié)礦中氣孔率增加，從而使燒結(jié)礦的強(qiáng)度下降。因此為了確保燒結(jié)礦有效固結(jié)需要控制適宜的液相流動性。

粘結(jié)相強(qiáng)度性能是指鐵礦石在燒結(jié)過程中形成的液相對其周圍的核礦石進(jìn)行固結(jié)的能力，對燒結(jié)礦的強(qiáng)度有著至關(guān)重要的作用。因?yàn)閷Ψ蔷|(zhì)燒結(jié)礦而言，燒結(jié)過程中的核礦石的粘結(jié)相自身強(qiáng)度在很大程度上決定了燒結(jié)礦的強(qiáng)度[5]。

對宣鋼使用的鐵礦粉的性能檢測如表2，綜合評價(jià)如下：

（1）PB粉、澳粉屬中性熔點(diǎn)礦粉，液相流動性和粘結(jié)相強(qiáng)度適中，可大比例配加。

（2）超特粉屬中低品位褐鐵礦，同化性高，流動性偏高，但粘結(jié)相強(qiáng)度稍低，限量配加。一鋼粉屬中低品位褐鐵礦，同化性高，流動性過高，粘結(jié)相強(qiáng)度一般。

（3）卡粉屬低硅高品位粉，同化性能低，液相流動性低，但粘結(jié)相強(qiáng)度較高，可改善燒結(jié)礦強(qiáng)度和粒級，因此可適量配加。

（4）蒙古粉、研山酸精、自熔、低鈦半自熔同化性低，而蒙古粉、低鈦半自熔粘結(jié)相強(qiáng)度偏低，研山酸精粘結(jié)相強(qiáng)度高。

鐵礦粉的同化性過低或過高均難以獲得產(chǎn)、質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)良的燒結(jié)礦。因此，在燒結(jié)生產(chǎn)進(jìn)行配礦時(shí)，應(yīng)重視同化性能不同的鐵礦粉搭配使用，以達(dá)到互補(bǔ)或改善的效果。

3  燒結(jié)杯和熔滴試驗(yàn)方法

3.1  燒結(jié)杯試驗(yàn)設(shè)備

燒結(jié)杯直徑為30cm，混合機(jī)φ600×1200mm。按設(shè)定試驗(yàn)方案配料，每次試驗(yàn)的裝入原料量為45kg，人工配水?dāng)嚢杈鶆?，混合料水分控制?.5%～8.0%，然后加入混合機(jī)內(nèi)混勻造球7.5min。將大于10mm的燒結(jié)礦2.0kg均勻平鋪在燒結(jié)杯底層作鋪底料，燒結(jié)料層高度為50cm，燒結(jié)負(fù)壓為1.2kPa。采用石油液化氣點(diǎn)火，控制燒結(jié)點(diǎn)火溫度1150℃，點(diǎn)火時(shí)間2.0min，點(diǎn)火負(fù)壓0.8kPa，將燒結(jié)廢氣溫度開始降低時(shí)確定為燒結(jié)終點(diǎn)。

3.2  熔滴試驗(yàn)設(shè)備

國內(nèi)外鐵礦石熔滴特性的檢測裝置無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本研究采用宣鋼的是鐵礦石熔滴性能檢測裝置。爐管為剛玉管（φ110×680），內(nèi)裝高純石墨套及坩堝。加熱元件選二硅化鉬U型元件。滴落物接收計(jì)量由石墨坩堝、懸掛系統(tǒng)、壓力傳感器、應(yīng)變儀等組成。試料軟化收縮率由位移傳感器檢測。溫度測量由雙鉑銠熱電偶、溫度變送器構(gòu)成。試料層壓差由差壓變送器檢測。溫度控制及全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)檢測控制，可按設(shè)定的升溫制度控制溫度，最高溫度可達(dá)到1520℃，動態(tài)顯示高溫熔滴爐的升溫曲線﹑膨脹收縮曲線﹑壓差﹑滴落物重量。其中，溫度誤差控制在5℃范圍內(nèi)；壓差誤差控制在30Pa范圍內(nèi)；收縮率誤差控制在1%范圍內(nèi)。試試驗(yàn)時(shí)的升溫制度和通氣制度模擬了高爐環(huán)境。

試驗(yàn)所采用的焦炭、球團(tuán)礦均為宣鋼自產(chǎn)，試驗(yàn)樣粒級均為10-12.5mm，上部和底部分別裝入焦炭50g，中部裝入燒結(jié)礦500g，爐料結(jié)構(gòu)控制爐渣堿度1.15倍，爐料結(jié)構(gòu)固定為燒結(jié)礦77%、球團(tuán)礦20%、塊礦3%。

3.3  試驗(yàn)方案

基于目前的入燒結(jié)構(gòu)，鐵料中外粉比例固定73.4%（入燒外粉比例為55%），根據(jù)鐵礦粉市場變化及進(jìn)口粉資源，結(jié)合不同礦粉的基礎(chǔ)性能，以改善燒結(jié)礦質(zhì)量為目的，制定了超特粉切換為一鋼粉的過渡結(jié)構(gòu)，優(yōu)選燒結(jié)指標(biāo)好，熔滴性能最佳的配礦方案。以下三個(gè)方案燒結(jié)礦SiO2控制5.3%，MgO基數(shù)1.9%，堿度基數(shù)2.0倍。

方案一：一鋼粉與超特粉同化性、液相流動性接近，一鋼粉粘結(jié)相強(qiáng)度稍好，使用4%一鋼粉同比例替代超特粉。

方案二：減配液相流動性、粘結(jié)相強(qiáng)度適中的PB粉，增加液相流動性好的一鋼粉，精粉使用粘結(jié)相強(qiáng)度好的研山酸精、粘結(jié)相強(qiáng)度偏低的蒙古粉替代蒙古粉和自熔精粉。

方案三：一鋼粉全部替換超特粉，低鈦半自熔替換自熔。

4  試驗(yàn)結(jié)果

4.1  燒結(jié)杯指標(biāo)評價(jià)

（1）方案一成品率最高，有利于提高燒結(jié)礦產(chǎn)量。轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度和平均粒徑較好。

（2）方案二轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度最高，成品率和平均粒徑適中。

（3）方案三垂直燒結(jié)速度較高，但是燒結(jié)礦成品率和轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度較差，平均粒徑最低，此結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦指標(biāo)最差。

綜合以上比較得出，四個(gè)配礦結(jié)構(gòu)的燒結(jié)指標(biāo)優(yōu)劣排序?yàn)椋悍桨敢弧⒎桨付?、基?zhǔn)結(jié)構(gòu)、方案三。

4.2  熔滴特性指標(biāo)評價(jià)

（1）與基準(zhǔn)方案比較，方案一、方案二、方案三的軟化區(qū)間降低，熔化溫度升高，最大壓差降低趨勢，S特性總值降低，三個(gè)方案的熔滴性能均改善。

（2）方案二軟化區(qū)間小于100℃，主要因軟化開始溫度升高；熔滴區(qū)間最低，主要是熔化開始溫度較其他方案高13-20℃。該方案軟熔帶厚度最窄，最大壓差和S特性總值最小，熔滴特性最優(yōu)，說明在高爐冶煉時(shí)，隨著爐料不斷下降和升溫，液相不斷增加，礦石開始軟化和形成初渣的位置下移，可提高料柱透氣性，降低爐內(nèi)壓差，有利于形成倒V型軟熔帶。

（3）方案一軟化區(qū)間僅次于方案二，熔化溫度偏低，熔滴區(qū)間偏高，S特性總值偏高。該結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)主要是熔融帶厚度增加，初渣形成的位置上移。

（4）方案三軟化區(qū)間處于中限水平，熔化區(qū)間和S特性總值適中。

綜合以上所述，配礦結(jié)構(gòu)的熔滴特性優(yōu)劣排序?yàn)椋悍桨付?、方案三、方案一、基?zhǔn)結(jié)構(gòu)。

5  結(jié)論

通過燒結(jié)指標(biāo)和高爐熔滴特性的綜合評價(jià)，方案二為最佳配礦結(jié)構(gòu)。因此單獨(dú)以燒結(jié)指標(biāo)優(yōu)劣評價(jià)配礦結(jié)構(gòu)是不科學(xué)的，應(yīng)結(jié)合燒結(jié)指標(biāo)優(yōu)劣排序，以高爐熔滴特性作為最終的評判標(biāo)準(zhǔn)，選擇最佳的配礦結(jié)構(gòu)，以達(dá)到高爐冶煉和燒結(jié)礦高效融合。

6  參考文獻(xiàn)

[1] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M].北京: 冶金工業(yè)出版社，2002.

[2] 吳勝利，許海法，汪國俊，等.現(xiàn)代高爐合理使用天然塊礦的基礎(chǔ)研究[N]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(3): 320-324.

[3] 張開發(fā)，吳勝利，劉新亮，等.不同單種爐料熔滴特征及初渣形成變化[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，15(13): 36-40.

[4] 姜汀.承鋼含釩鈦燒結(jié)礦的熔滴試驗(yàn)，河北冶金[J].2012，12.

[5] 吳勝利，劉宇，杜建新，等. 鐵礦石的燒結(jié)基礎(chǔ)特性之新概念[N].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，24(3): 254-257.