-
高向洲1 于恒亮1 王默楠1 羅果萍2
（1.包頭鋼鐵（集團）公司 煉鐵廠；2.內蒙古科技大學）
摘 要 本文主要圍繞 1號高爐能耗較高的情況進行研究，對于入爐料的冶金性能通過實驗測定，對其數據進行分析并找到合適的爐料結構優化方向及途徑，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量，進一步實現節能降耗目的提供有效依據，明確當前高爐節能降耗的理想爐料結構為占比75%燒結礦和占比25%球團礦。
關鍵詞 節能降耗 冶金性能 爐料結構
高爐煉鐵的低燃料比數值是世界鋼鐵行業不斷追求的目標，相關統計顯示[1]，歐洲當前的高爐總燃料比值僅僅在440kg/t~460kg/t之間，而當前最新的焦比指標為300kg/t，高爐煤比值超過200kg/t，其中數值最高的是CORUS 6號以及7號高爐，由于自身的利用系數較高，在連續兩年的時間內保持在225kg/t~230kg/t的范圍，包鋼1號高爐目前燃料比偏高，優化爐料結構勢在必行。 1 高爐入爐原、燃料現狀
1號高爐第一組綜合入爐料的結構為75%的高堿度燒結礦，占比5%的澳礦以及占比20%的酸球團礦，第二組高爐綜合入爐料的結構為70%的高堿度燒結礦和占比30%的酸球團礦，第三組高爐綜合入爐料的結構為75%的高堿度燒結礦和占比25%的酸球團礦，其中燒結礦主要來自于廠區內的兩個燒結區域當中，按照現有入爐料結構以及廠區球團的生產能力，用于生產的20%的球團需要外購，但是外購礦的成分以及冶金性能變化較大，并不利于高爐穩定生產，為了確保設備水平較為先進的1號高爐可以穩定生產，所以自產的球團礦應該先供給高爐使用，按照當前廠區自產焦炭的情況，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所使用的球團礦，燒結礦，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的影響
爐料的冶金性能對高爐的生產、能耗以及產量等指標具有直接性的影響，通過對爐料成分以及冶金性能的分析以及國內外爐料指標的比對數據可以找出爐料冶金性能的改進方向，這對于爐料結構的優化以及高爐精料技術的實現提供了一定的理論基礎，對于高爐的節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合的氧進行排除的難以程度的量值，這是一項較為重要的高溫冶金 性能指標，參照我國當前國家標準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的 JIS 測定方法，這兩種測定法的結果如表 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礦中的冶金性能中至關重要。還原粉化率的測定方法主要分靜態方法和動態方法，目前寶鋼采用的靜態法，方法引進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會的 BFB 設備以及日本的測定方法，目前我國尚且沒有統一的標準，應用較多的是北京科技大學所設定的方法。 2.3 實驗內容及方法
（1）實驗內容。文中實驗主要測定 1號高爐不同配比的爐料結構中自產燒結礦，球團礦以及入爐綜合料，進口澳礦的冶金性能，測定內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）實驗儀器。本次實驗過程中所使用的儀器主要包括有東北大學自行研制的鐵礦石，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生爐，各種直徑型號下的標準檢驗篩和天平等。 （3）實驗方法。本次實驗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標準進行測定，荷重軟化以及熔融滴落性測定采用東北大學的相關方法，1號高爐煉鐵爐具體內容如下表所示。 
（1）實驗測定補充內容。①本次實驗當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行評價的重要指標，還原度的評價指標采用“RI”進行表示，一般認定指標 RI＜60%，爐料本身的還原性較差，如果RI的數值＞80%，則其還原性較為優良，還原性RI的計算公式如下所示:RI=［0.11B/0.43A+（m1-mι）/0.43A?M0?100%］ （式 3-1） A、B分別是式樣當中的TFe和FeO的含量（%），其中M0為式樣質量（g），m1以及m2分別為開始進行還原以及還原t分鐘之后的式樣質量（g）。參考指標可以選用“RVⅠ”表示，RVⅠ代表以三價鐵為基準狀態，當還原度達到40%時的還原速率，采用重量百分數每分鐘進行表示，其中參考指標RVⅠ的計算公式如下所示。 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—常數在特定條件下實驗難以達到60%的還原度條件時，計算公式如下所示。 RVⅠ=dRt/dt（0/Fe）=k/ty-t30（式 3-3）ty—代表還原度達到y時的時間，單位為min。K—取決于y的常數，在y數值為 50%時，其中k值為20.2，在y的數值為55%，K數值為26.5。 ②還原粉化性。本次實驗采用鐵礦石低溫粉化實驗靜態法進行測定，在經過還原后產物通過轉鼓進行篩分處理，同時得到低溫還原強度指數RDI+6.3，低溫條件下的還原粉化指數為RDI+3.15，低溫條件下的還原磨損指數值為RDI-0.5。其中還原粉化指數為主要的考核目標，還原強度指數以及還原磨損指數為參考性的指標。其具體的計算公式如下所示：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代表進行還原反應后試樣的總質量，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之間時試樣的質量。 ③荷重軟化以及滴熔性能。本次試驗采用的是東北大學的測定方法，所測定的內容主要包括有軟化開始及終結的溫度，軟化區間以及礦石開始熔化的溫度，礦石熔滴溫度以及軟熔狀態時的溫度區間，在實驗進行的過程當中參數分別采用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果測試分析
（1）測定結果的統計表 1號高爐單一入爐礦料中分別具有燒結礦，球團礦以及進口澳礦，三種礦石的化學成本以及冶金性能的測定結果分別如下表所示。 
（2）冶金性能對比分析 ①根據 1號高爐入爐礦料冶金性能的測定結果進行分析，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行對比。可以了解到對于單一礦料當中不同種類礦料的還原性能進行對比分析，燒結礦的還原性能最好，其次還原性能是澳礦，而球團礦的還原性能最次。入爐料當中還原性能的強弱與其中所含有的成分FeO和TFe有關，如果爐料當中TFe在爐料當中具有較高含量，而其中FeO的含量相對較低，則爐料當中所含有的具有較強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。從結構致密性的角度分析，較之于燒結礦而言，球團礦以及塊礦的結構致密性更高，而塊礦的結構致密度比球團礦更高，所以燒結礦的還原性能最好[2]。 ②還原粉化性能對比分析 高爐當中所使用的單一爐料其低溫還原的粉化性能指數RDI+3.15的大小依照其順序具有最大值的為澳礦，其次為燒結礦，而球團礦的數值最小，由此可知澳礦的低溫還原性能最為優良，最差的是球團礦，根據幾種礦料的組成成分而言，還原粉化性能最好的是塊礦，這是由于塊礦當中 SiO2的含量較高，在進行焙燒的過程中內部的鐵酸鈣以及粘結相總量增加有關，這同時也會導致顯微組織的均勻性增強，而球團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的含量相對較高導致，同時由于其成分當中的FeO的含量相對較低，這也就導致了Fe2O3具有較高含量，在進行低溫還原的過程當中，較之于其他的爐料而言Fe2O3與還原性氣體的接觸較多，這主要是由于內部的晶型發生變化從而產生較為嚴重的粉化現象導致。通過上述分析可以了解到，高爐冶煉過程中所使用的燒結礦與球團礦和澳礦相比，其還原性能以及低溫粉化性能更為優良，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礦就要顯得更為優良，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、熔融滴落測試結果
（1）通過測試得到的綜合爐料的還原度和還原粉化指數與由單一爐料的還原度和還原粉化指數加 權推算出來的綜合爐料的結果基本一致，差在10％以內。 （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，熔融滴落區間明顯變窄。各軟化特性溫度(t4和t40 )均有不同程度的優化。 （3）綜合爐料中包鋼使用的澳大利亞塊礦與包鋼球團礦互換， 對其綜合爐料的軟熔性能影響不大，優化調整爐料結構時，應充分考慮其價格因素。 3 綜合爐料優勢
1號高爐所使用的入爐原料包括有燒結礦，球團礦，進口澳礦，不同入爐原料具有各自的優劣性能。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，采用當前入爐礦料后焦比含量為400kg/t左右，雖然與國內先進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了1號高爐的節能優勢，采用當前入爐礦后煤比值為165kg/t，基本已經達到國內先進高爐的煤比數值，降低焦比值提升煤比值有利于提高Fe的間接還原反應，從而減少直接還原反應的發生，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 結論
（1）綜合爐料的還原度和還原粉化指數與由單一爐料的還原度和還原粉化指數加權推算出來的綜合爐料的結果基本一致，差在10%以內。 （2）當前高爐節能降耗的理想爐料結構為占比75%燒結礦和占比25%球團礦。 （3）綜合爐料中包鋼使用的澳大利亞塊礦與球團礦互換，對其綜合爐料的軟熔性能影響不大， 優化調整爐料結構時，應充分考慮其價格因素。 5 參考文獻
[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，2017.
[2] 董紹賓.唐鋼燒結配礦及工藝條件優化研究[D].河北理工大學，2007.
[3] 周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[M].北京:冶金工業出版社，2005．
(責任編輯：zgltw)
