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高向洲1 于恒亮1 王默楠1 羅果萍2
（1.包頭鋼鐵（集團(tuán)）公司 煉鐵廠；2.內(nèi)蒙古科技大學(xué)）
摘 要 本文主要圍繞 1號高爐能耗較高的情況進(jìn)行研究，對于入爐料的冶金性能通過實(shí)驗(yàn)測定，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并找到合適的爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向及途徑，綜合爐料中包鋼使用的澳大利亞塊礦與包鋼球團(tuán)礦互換，對其綜合爐料的軟熔性能影響不大，為提高高爐入爐料的質(zhì)量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目的提供有效依據(jù)，明確當(dāng)前高爐節(jié)能降耗的理想爐料結(jié)構(gòu)為占比75%燒結(jié)礦和占比25%球團(tuán)礦。
關(guān)鍵詞 節(jié)能降耗 冶金性能 爐料結(jié)構(gòu)
高爐煉鐵的低燃料比數(shù)值是世界鋼鐵行業(yè)不斷追求的目標(biāo)，相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示[1]，歐洲當(dāng)前的高爐總?cè)剂媳戎祪H僅在440kg/t~460kg/t之間，而當(dāng)前最新的焦比指標(biāo)為300kg/t，高爐煤比值超過200kg/t，其中數(shù)值最高的是CORUS 6號以及7號高爐，由于自身的利用系數(shù)較高，在連續(xù)兩年的時間內(nèi)保持在225kg/t~230kg/t的范圍，包鋼1號高爐目前燃料比偏高，優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)勢在必行。 1 高爐入爐原、燃料現(xiàn)狀
1號高爐第一組綜合入爐料的結(jié)構(gòu)為75%的高堿度燒結(jié)礦，占比5%的澳礦以及占比20%的酸球團(tuán)礦，第二組高爐綜合入爐料的結(jié)構(gòu)為70%的高堿度燒結(jié)礦和占比30%的酸球團(tuán)礦，第三組高爐綜合入爐料的結(jié)構(gòu)為75%的高堿度燒結(jié)礦和占比25%的酸球團(tuán)礦，其中燒結(jié)礦主要來自于廠區(qū)內(nèi)的兩個燒結(jié)區(qū)域當(dāng)中，按照現(xiàn)有入爐料結(jié)構(gòu)以及廠區(qū)球團(tuán)的生產(chǎn)能力，用于生產(chǎn)的20%的球團(tuán)需要外購，但是外購礦的成分以及冶金性能變化較大，并不利于高爐穩(wěn)定生產(chǎn)，為了確保設(shè)備水平較為先進(jìn)的1號高爐可以穩(wěn)定生產(chǎn)，所以自產(chǎn)的球團(tuán)礦應(yīng)該先供給高爐使用，按照當(dāng)前廠區(qū)自產(chǎn)焦炭的情況，其中 70%的入爐焦炭需要采用外購的形式，而塊礦主要選用澳礦，配比1，配比2，配比3所使用的球團(tuán)礦，燒結(jié)礦，噴吹煤粉以及焦炭等其性能與成分組成如下表所示。 
2 爐料冶金性能的測定
2.1 爐料的冶金性能對高爐能耗及生產(chǎn)的影響
爐料的冶金性能對高爐的生產(chǎn)、能耗以及產(chǎn)量等指標(biāo)具有直接性的影響，通過對爐料成分以及冶金性能的分析以及國內(nèi)外爐料指標(biāo)的比對數(shù)據(jù)可以找出爐料冶金性能的改進(jìn)方向，這對于爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及高爐精料技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了一定的理論基礎(chǔ)，對于高爐的節(jié)能降耗具有重要意義。 2.2 冶金性能測定方法
（1）還原性能的測定 還原性能是指衡量還原性氣體將鐵礦石中相結(jié)合的氧進(jìn)行排除的難以程度的量值，這是一項(xiàng)較為重要的高溫冶金 性能指標(biāo)，參照我國當(dāng)前國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13241-91“鐵礦石還原性的測定方法”，目前寶鋼所引用的是日本先進(jìn)的 JIS 測定方法，這兩種測定法的結(jié)果如表 10所示。 
（2）低溫還原粉化的性能測定 低溫還原粉化性能在燒結(jié)礦中的冶金性能中至關(guān)重要。還原粉化率的測定方法主要分靜態(tài)方法和動態(tài)方法，目前寶鋼采用的靜態(tài)法，方法引進(jìn)主要來源來自于日本和德國，其兩種方法如下表 11所示。 
（3）荷重軟化性能及滴熔性能的測定 爐料的荷重軟化性能和滴熔性能的測定主要使用德國研究協(xié)會的 BFB 設(shè)備以及日本的測定方法，目前我國尚且沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用較多的是北京科技大學(xué)所設(shè)定的方法。 2.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法
（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。文中實(shí)驗(yàn)主要測定 1號高爐不同配比的爐料結(jié)構(gòu)中自產(chǎn)燒結(jié)礦，球團(tuán)礦以及入爐綜合料，進(jìn)口澳礦的冶金性能，測定內(nèi)容為低溫條件下的還原粉化性能以及中溫條件下的還原性。 （2）實(shí)驗(yàn)儀器。本次實(shí)驗(yàn)過程中所使用的儀器主要包括有東北大學(xué)自行研制的鐵礦石，焦炭冶金性能的測定儀，鐵礦石在高溫條件下軟熔滴落的測定儀以及煤氣發(fā)生爐，各種直徑型號下的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)篩和天平等。 （3）實(shí)驗(yàn)方法。本次實(shí)驗(yàn)對煉鐵原料的還原性以及低溫條件下的還原粉化性測定按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定，荷重軟化以及熔融滴落性測定采用東北大學(xué)的相關(guān)方法，1號高爐煉鐵爐具體內(nèi)容如下表所示。 
（1）實(shí)驗(yàn)測定補(bǔ)充內(nèi)容。①本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所采用的測定方法為鐵礦石還原性測定法，它是對入爐料還原性進(jìn)行評價(jià)的重要指標(biāo)，還原度的評價(jià)指標(biāo)采用“RI”進(jìn)行表示，一般認(rèn)定指標(biāo) RI＜60%，爐料本身的還原性較差，如果RI的數(shù)值＞80%，則其還原性較為優(yōu)良，還原性RI的計(jì)算公式如下所示:RI=［0.11B/0.43A+（m1-mι）/0.43A?M0?100%］ （式 3-1） A、B分別是式樣當(dāng)中的TFe和FeO的含量（%），其中M0為式樣質(zhì)量（g），m1以及m2分別為開始進(jìn)行還原以及還原t分鐘之后的式樣質(zhì)量（g）。參考指標(biāo)可以選用“RVⅠ”表示，RVⅠ代表以三價(jià)鐵為基準(zhǔn)狀態(tài)，當(dāng)還原度達(dá)到40%時的還原速率，采用重量百分?jǐn)?shù)每分鐘進(jìn)行表示，其中參考指標(biāo)RVⅠ的計(jì)算公式如下所示。 RVⅠ=dRt/d（t0/Fe）=33.6/t60-t30 （式 3-2） t30—表示還原度達(dá)到30%時的時間，單位為min t60—表示還原度為60%時的時間，單位為min 33.6—常數(shù)在特定條件下實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到60%的還原度條件時，計(jì)算公式如下所示。 RVⅠ=dRt/dt（0/Fe）=k/ty-t30（式 3-3）ty—代表還原度達(dá)到y(tǒng)時的時間，單位為min。K—取決于y的常數(shù)，在y數(shù)值為 50%時，其中k值為20.2，在y的數(shù)值為55%，K數(shù)值為26.5。 ②還原粉化性。本次實(shí)驗(yàn)采用鐵礦石低溫粉化實(shí)驗(yàn)靜態(tài)法進(jìn)行測定，在經(jīng)過還原后產(chǎn)物通過轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行篩分處理，同時得到低溫還原強(qiáng)度指數(shù)RDI+6.3，低溫條件下的還原粉化指數(shù)為RDI+3.15，低溫條件下的還原磨損指數(shù)值為RDI-0.5。其中還原粉化指數(shù)為主要的考核目標(biāo)，還原強(qiáng)度指數(shù)以及還原磨損指數(shù)為參考性的指標(biāo)。其具體的計(jì)算公式如下所示：RDI+6.3 = md1/md2*100% （式 3-4） RDI+3.15 =md1 ? md2 ?/ md 0*100% （式 3-5） RDI-0.5 =md0 ? ?md1 ? md2 ? md3 ??/ md 0*100% （式3-6） 在上式中，md0代表進(jìn)行還原反應(yīng)后試樣的總質(zhì)量，md1、md2以及md3分別代表粒度大于 6.3mm，在3.15mm到6.3mm之間以及0.5mm到3.15mm之間時試樣的質(zhì)量。 ③荷重軟化以及滴熔性能。本次試驗(yàn)采用的是東北大學(xué)的測定方法，所測定的內(nèi)容主要包括有軟化開始及終結(jié)的溫度，軟化區(qū)間以及礦石開始熔化的溫度，礦石熔滴溫度以及軟熔狀態(tài)時的溫度區(qū)間，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過程當(dāng)中參數(shù)分別采用T4、T40、T40-T4、Ts、TD以及TD-Ts、?Pmax表示。 2.4 單一入爐礦料的性能結(jié)果測試分析
（1）測定結(jié)果的統(tǒng)計(jì)表 1號高爐單一入爐礦料中分別具有燒結(jié)礦，球團(tuán)礦以及進(jìn)口澳礦，三種礦石的化學(xué)成本以及冶金性能的測定結(jié)果分別如下表所示。 
（2）冶金性能對比分析 ①根據(jù) 1號高爐入爐礦料冶金性能的測定結(jié)果進(jìn)行分析，對不同礦料類型的還原性能，高溫滴熔性能以及低溫的粉化性能等進(jìn)行對比?？梢粤私獾綄τ趩我坏V料當(dāng)中不同種類礦料的還原性能進(jìn)行對比分析，燒結(jié)礦的還原性能最好，其次還原性能是澳礦，而球團(tuán)礦的還原性能最次。入爐料當(dāng)中還原性能的強(qiáng)弱與其中所含有的成分FeO和TFe有關(guān)，如果爐料當(dāng)中TFe在爐料當(dāng)中具有較高含量，而其中FeO的含量相對較低，則爐料當(dāng)中所含有的具有較強(qiáng)還原性的赤鐵礦含量較多，則其本身勢必具有較好的還原性。從結(jié)構(gòu)致密性的角度分析，較之于燒結(jié)礦而言，球團(tuán)礦以及塊礦的結(jié)構(gòu)致密性更高，而塊礦的結(jié)構(gòu)致密度比球團(tuán)礦更高，所以燒結(jié)礦的還原性能最好[2]。 ②還原粉化性能對比分析 高爐當(dāng)中所使用的單一爐料其低溫還原的粉化性能指數(shù)RDI+3.15的大小依照其順序具有最大值的為澳礦，其次為燒結(jié)礦，而球團(tuán)礦的數(shù)值最小，由此可知澳礦的低溫還原性能最為優(yōu)良，最差的是球團(tuán)礦，根據(jù)幾種礦料的組成成分而言，還原粉化性能最好的是塊礦，這是由于塊礦當(dāng)中 SiO2的含量較高，在進(jìn)行焙燒的過程中內(nèi)部的鐵酸鈣以及粘結(jié)相總量增加有關(guān)，這同時也會導(dǎo)致顯微組織的均勻性增強(qiáng)，而球團(tuán)礦本身的還原粉化性能較差是由于其中的FeO含量相對較低而TFe的含量相對較高導(dǎo)致，同時由于其成分當(dāng)中的FeO的含量相對較低，這也就導(dǎo)致了Fe2O3具有較高含量，在進(jìn)行低溫還原的過程當(dāng)中，較之于其他的爐料而言Fe2O3與還原性氣體的接觸較多，這主要是由于內(nèi)部的晶型發(fā)生變化從而產(chǎn)生較為嚴(yán)重的粉化現(xiàn)象導(dǎo)致。通過上述分析可以了解到，高爐冶煉過程中所使用的燒結(jié)礦與球團(tuán)礦和澳礦相比，其還原性能以及低溫粉化性能更為優(yōu)良，具有更高的熔滴溫度以及軟化開始溫度，其擁有更好的性能，荷重軟化以及高溫的熔滴性能球團(tuán)礦就要顯得更為優(yōu)良，但其的低溫粉化性較差，塊礦雖然具有良好的低溫粉化性能但其還原性能以及軟化性能較差[3]。 2.5 綜合爐料中溫還原性、低溫還原粉化、熔融滴落測試結(jié)果
（1）通過測試得到的綜合爐料的還原度和還原粉化指數(shù)與由單一爐料的還原度和還原粉化指數(shù)加 權(quán)推算出來的綜合爐料的結(jié)果基本一致，差在10％以內(nèi)。 （2）以上3種綜合爐料的軟熔滴落性能與組成它們的單一爐料相比， 其最大壓差明顯降低，熔融滴落區(qū)間明顯變窄。各軟化特性溫度(t4和t40 )均有不同程度的優(yōu)化。 （3）綜合爐料中包鋼使用的澳大利亞塊礦與包鋼球團(tuán)礦互換， 對其綜合爐料的軟熔性能影響不大，優(yōu)化調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)時，應(yīng)充分考慮其價(jià)格因素。 3 綜合爐料優(yōu)勢
1號高爐所使用的入爐原料包括有燒結(jié)礦，球團(tuán)礦，進(jìn)口澳礦，不同入爐原料具有各自的優(yōu)劣性能。1號高爐所使用的綜合性入爐料冶金性能較好，和之前的單一入爐料相比具有明顯改善，采用當(dāng)前入爐礦料后焦比含量為400kg/t左右，雖然與國內(nèi)先進(jìn)的高爐煉鐵的焦比仍然存在一定的差距，但是在一定程度上反應(yīng)了1號高爐的節(jié)能優(yōu)勢，采用當(dāng)前入爐礦后煤比值為165kg/t，基本已經(jīng)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)高爐的煤比數(shù)值，降低焦比值提升煤比值有利于提高Fe的間接還原反應(yīng)，從而減少直接還原反應(yīng)的發(fā)生，不但可以減少焦炭等固體燃料的用量，同時也有效提升了碳素的利用效率。 4 結(jié)論
（1）綜合爐料的還原度和還原粉化指數(shù)與由單一爐料的還原度和還原粉化指數(shù)加權(quán)推算出來的綜合爐料的結(jié)果基本一致，差在10%以內(nèi)。 （2）當(dāng)前高爐節(jié)能降耗的理想爐料結(jié)構(gòu)為占比75%燒結(jié)礦和占比25%球團(tuán)礦。 （3）綜合爐料中包鋼使用的澳大利亞塊礦與球團(tuán)礦互換，對其綜合爐料的軟熔性能影響不大， 優(yōu)化調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)時，應(yīng)充分考慮其價(jià)格因素。 5 參考文獻(xiàn)
[1] 畢雪亮.高爐添加塊礦對煉鐵過程的影響[D].華北理工大學(xué)，2017.
[2] 董紹賓.唐鋼燒結(jié)配礦及工藝條件優(yōu)化研究[D].河北理工大學(xué)，2007.
[3] 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，2005．
(責(zé)任編輯：zgltw)
