原料技術(shù)講座

原料技術(shù)講座主講人張淑會(huì)教授2015.121我國高爐煉鐵生產(chǎn)基本狀況2我國高爐煉鐵生產(chǎn)的進(jìn)步與差距3擺脫目前高爐煉鐵生產(chǎn)的困境出路在精料4燒結(jié)礦冶金性能對(duì)高爐冶煉的影響5

燒結(jié)礦指標(biāo)對(duì)比6建議主要內(nèi)容1我國高爐煉鐵生產(chǎn)基本狀況

近兩年來，我國煉鐵工業(yè)面臨原燃料供應(yīng)和價(jià)格波動(dòng)且質(zhì)量持續(xù)劣化，產(chǎn)能過剩和環(huán)保要求嚴(yán)峻的局面，但在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的拉動(dòng)下，生鐵產(chǎn)量繼續(xù)增長(zhǎng)，2012年和2013年生鐵和礦石產(chǎn)量等數(shù)據(jù)見表1～3。

表1我國生鐵和礦石情況年份全國生鐵重點(diǎn)企業(yè)生鐵其他企業(yè)生鐵鐵礦石進(jìn)口鐵礦石產(chǎn)量，萬t增長(zhǎng)，%產(chǎn)量，萬t增長(zhǎng)，%產(chǎn)量，萬t增長(zhǎng)，%產(chǎn)量，萬t增長(zhǎng)，%數(shù)量，萬t增長(zhǎng)，%2012667333.70570272.20970615.9013198814.5743558.382013708976.24611477.2297490.451451019.49813159.36注：2012年進(jìn)口球團(tuán)礦3258.49萬t，2013年進(jìn)口直接還原鐵或其他海綿鐵60.56萬t。表2生鐵產(chǎn)量前四位省份產(chǎn)最情況項(xiàng)目年份產(chǎn)量，萬t比上年增長(zhǎng)，%占全國產(chǎn)量比%河北2012156054.8024.852013170279.1124.02山東201260133.709439.28江蘇201258718.408.932013669013.959.44遼寧20125311-2.108.07201356987.298.04表3生鐵產(chǎn)量超1千萬t企業(yè)產(chǎn)量情況項(xiàng)目2012年（萬t）2013（萬t）鞍鋼2164.992373.24首鋼1947.901980.17沙鋼1653.231875.59馬鋼1737.171811.92本鋼1551.431722.49唐鋼1560.781602.96萊鋼1486.471556.75建龍1425.671480.09項(xiàng)目2012（萬t）2013（萬t）寶鋼1653.431381.16日照1348.511321.40攀鋼969.181128.41邯鋼1107.751092.48柳鋼919.961033.08包鋼1005.521027.30縱橫976.701021.43續(xù)表3注：年產(chǎn)1000萬t以上企業(yè)，2012年有13家，2013年增加到16家；年產(chǎn)生鐵500~1000萬t的企業(yè)，2012年有28家，2013年為27家。

近年來，因鋼材價(jià)格不斷下滑，煉鐵工作難度加大，部分企業(yè)僅僅以低成本為目標(biāo)組織生產(chǎn)，造成高能耗、高排放，煉鐵生產(chǎn)的指標(biāo)全面下降。2012-2013年全國重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)企業(yè)的生產(chǎn)指標(biāo)和4000m3以上大型高爐的生產(chǎn)業(yè)績(jī)見表4～5。表4重點(diǎn)企業(yè)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)項(xiàng)目燃料比焦比煤比風(fēng)溫入爐品位熟料率利用系數(shù)休風(fēng)率勞動(dòng)生產(chǎn)率Kg/tKg/tKg/t℃%%t/(m3·d)%t/(人·a)2013年537.26362.63149.091169.956.3591.732.461.825163.732012年546.11364.31149.411194.456.9493.142.501.575160.10增減-8.85-1.68-0.32-24.49-0.59-1.41-0.04+0.25+3.63先進(jìn)值492.53303.57180.431219.259.6199.784.010.0220740.84落后值617.18484.1268.471003.549.4681.661.385.81331.35表5大于4000m3高爐生產(chǎn)指標(biāo)高爐年份利用系數(shù)t/(m3·d)風(fēng)溫℃燃料比Kg/t焦比Kg/t小焦比Kg/t煤比Kg/t入爐品位%工序能耗Kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t寶鋼1號(hào)20122.141220488.22317.6921.66170.5457.68403.0620132.001209490.29301.9823.61164.7059.61406.02寶鋼2號(hào)20122.111224484.43314.1726.29170.2657.68391.7020132.171235486.49285.2225.86175.4160.02395.42寶鋼3號(hào)20122.421222491.86309.5122.99182.3557.72395.2520132.001209494.26311.8026.11156.3560.16406.83寶鋼4號(hào)20122.141255484.00305.7625.18178.2457.69387.2320132.111253488.17288.8225.50173.8559.65393.87武鋼8號(hào)20122.741178507.60334.2045.00173.4055.7520132.701184503.90274.1055.70174.1057.60馬鋼A號(hào)20122.131220520.18330.9420.85152.3956.56403.4720132.171217513.00280.0049.00152.0058.05399.00馬鋼B號(hào)20122.131216513.75335.6720.84141.9256.60403.4720132.201220508.00277.0049.00145.0058.11398.56沙鋼20122.371195503.40344.9052.80158.4756.78370.3820132.221194519.40291.0044.90182.9058.92351.60太鋼5號(hào)20122.441240515.00330.0012.00185.0058.32408.6020132.311140520.00330.007.00183.0059.43370.11遷安3號(hào)20122.301245507.76349.8442.27157.7556.12394.8820132.311244514.17307.7041.98164.4058.41398.57京唐1號(hào)20122.211224484.54337.1228.16147.6656.00394.9220132.261238493.85308.0132.39153.4259.19382.38京唐2號(hào)20122.241234490.44333.2129.76156.7056.00387.5920132.181216500.61317.4130.73152.4858.72381.24鲅魚圈1號(hào)20121.851220514.79303.3362.75148.7156.66375.8520131.821211518.00320.0059.00139.0058.67374.09鲅魚圈2號(hào)20121.921216527.52306.8362.09158.6056.65385.0620131.901214530.00317.0058.00156.0058.66379.50本鋼20122.211247531.00338.0044.00148.0056.84397.0020132.211243529.90316.0059.30154.4059.42386.00梅鋼20122.211247530.00338.0045.00147.0056.79396.0020132.171190495.80324.5041.98129.3359.17安鋼20131.811200503.80316.7037.10150.0058.93我國的煉鐵產(chǎn)能達(dá)到9億噸，造成產(chǎn)能過剩，經(jīng)濟(jì)效益大幅度下滑，全行業(yè)普遍虧損。造成這一被動(dòng)局面的絕不是煉鐵技術(shù)的滯后，正相反各鋼鐵企業(yè)煉鐵技術(shù)人員在此局面下不斷地努力進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，維持了企業(yè)的生存。2我國高爐煉鐵生產(chǎn)的進(jìn)步與差距1）原燃料質(zhì)量

為降低焦炭、煉鐵成本，焦炭、燒結(jié)礦質(zhì)量下降，造成2011年高爐生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)全面下降。2013~2014年，雖然品位繼續(xù)下降，但在燒結(jié)工作者的努力下，燒結(jié)質(zhì)量穩(wěn)中有升，這主要是：

(1)基于鐵礦粉高溫基礎(chǔ)性能的優(yōu)化配礦技術(shù)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，為企業(yè)擴(kuò)大了可使用的鐵礦資源，生產(chǎn)廠家在充分把握多種可使用鐵礦粉高溫基礎(chǔ)性能的前提下，運(yùn)用性能互補(bǔ)原則配礦，既降低了成本又提高了燒結(jié)礦的質(zhì)量；(2)厚料層低溫?zé)Y(jié)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，燒結(jié)料層由過去的500～600mm提高到目前的750mm左右，部分廠家例如萊鋼等已經(jīng)提高到800mm，馬鋼、京唐甚至實(shí)施了900mm厚料層技術(shù)，為燒結(jié)礦質(zhì)量改善、工序能耗降低做出了貢獻(xiàn)；(3)燒結(jié)機(jī)布料技術(shù)有了改進(jìn)，偏析布料解決了燃料在料層高度上的合理分布，從而實(shí)現(xiàn)在燒結(jié)生產(chǎn)中，料層蓄熱量的高效使用，降低了固體消耗5%～7%；

(4)燒結(jié)的基礎(chǔ)理論——鐵酸鈣固結(jié)理論的研究不斷深入，得到了不同礦物化學(xué)成分和鐵礦物脈石礦物特征，以及對(duì)鐵酸鈣生成行為的影響，確定了燒結(jié)工藝參數(shù)、化學(xué)成分、堿度、SiO2含量、MgO含量和Al2O3/SiO2比對(duì)復(fù)合鐵酸鈣生成數(shù)量和賦存形態(tài)的影響規(guī)律，有效地指導(dǎo)了工業(yè)生產(chǎn)，從而提高了燒結(jié)礦質(zhì)量。

2）高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)

2012年和2013年的指標(biāo)都比2011年有了改善。一些指標(biāo)是在逐步回歸數(shù)據(jù)真實(shí)性的情況下取得的，如高爐有效容積利用系數(shù)下降，這主要是從片面追求高冶煉強(qiáng)度、高利用系數(shù)回歸到維持與冶煉條件相適應(yīng)冶煉強(qiáng)度的結(jié)果。又如噴煤量的下降也是由片面追求高噴煤量(180～200kg/t)，退回到與冶煉條件相適應(yīng)的適宜(經(jīng)濟(jì))噴煤量。過去冶煉條件好的高爐噴煤量達(dá)到了180～200kg/t，現(xiàn)在遇到不可避免的原燃料質(zhì)量劣化，噴煤量降到165～175kg/t，從而維持了低燃料比和低成本。3）能源消耗

2012-2013年全國重點(diǎn)鋼鐵企業(yè)鐵前工序能耗見表6。表6表明煉鐵各工序的能耗均得到下降。應(yīng)當(dāng)指出的是燒結(jié)工序能耗中，固體燃料消耗約占80%，電力占13%，點(diǎn)火燃耗約占6.5%，2013年燒結(jié)固體燃料消耗為53.35kg/t，仍處于較高的水平，而且各燒結(jié)廠間的差距也相當(dāng)大，尚有降低的潛力。

表6全國重點(diǎn)企業(yè)鐵前和噸鋼綜合能耗項(xiàng)目噸鋼綜合能耗Kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t燒結(jié)Kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t球團(tuán)Kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t焦化Kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t高爐Kg標(biāo)準(zhǔn)煤/t噸鋼電耗(kW·h)/t噸鋼水耗m3/t2013年591.9849.1428.26100.50398.09464.113.442012年603.7550.4228.84105.10402.48473.493.68增減量-11.77-1.28-0.58-4.6-4.39-9.38-0.24最低值35.394.4959.22320.00162.931.05最高值56.8244.92154.59474.031914.91179.223

要進(jìn)一步降低煉鐵能耗，必須把重點(diǎn)放在降低燃料比(包括小焦)上。燃料比降低后，噸鐵風(fēng)耗也下降，風(fēng)機(jī)消耗的能量也降低，對(duì)煉鐵工序能耗的降低起到雙重作用。4）存在的主要問題(1)焦比和燃料比偏高

在我國煉鐵工業(yè)發(fā)展過程中，很短時(shí)期內(nèi)個(gè)別企業(yè)也曾有過焦比低于300kg/t，燃料比低于480kg/t的多座高爐。但是近年來，鋼鐵市場(chǎng)長(zhǎng)期低迷，雖然鐵礦石價(jià)格下降，但在成本的重壓下，礦石質(zhì)量降低，至今還沒有1座高爐能穩(wěn)定并長(zhǎng)期維持焦比在300kg/t以下，燃料比在480kg/t以下。以平均燃料比為例，我國高爐煉鐵平均燃料比在547.36～547.90kg/t，焦比在362.63～364.31kg/t，較歐洲高爐燃料比496kg/t高出50kg/t，比日本的平均燃料比也高出40kg/t以上。2013年日本高爐數(shù)據(jù)見表7、韓國高爐數(shù)據(jù)見表8。表7日本高爐數(shù)據(jù)年份燃料比焦比煤比利用系數(shù)熟料比Kg/tKg/tKg/tt/(m3·d)%20095043971071.7380.420105053711341.9580.620115043531511.9081.1表8

韓國高爐數(shù)據(jù)項(xiàng)目燃料比焦比煤比利用系數(shù)熱風(fēng)溫度Kg/tKg/tKg/tt/(m3·d)℃浦項(xiàng)496.0317.3178.72.301190光陽506.3336.7169.62.191216造成我國煉鐵燃料比高的原因主要是：①精料水平差，不僅表現(xiàn)在入爐品位較低，而且燒結(jié)礦冷態(tài)性能、冶金性能差，粒度不均勻，焦炭灰分高出1%～3%，原燃料質(zhì)量不穩(wěn)定、含有害雜質(zhì)高等；②片面追求高冶煉強(qiáng)度和高噴煤量；③操作技術(shù)有待提高，表現(xiàn)在爐頂煤氣利用率ηCO普遍低于45%，因此在布料技術(shù)和煤氣流分布方面還需要改進(jìn)。(2)高爐一代壽命偏低，爐缸事故頻發(fā)高爐長(zhǎng)壽是當(dāng)前高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展的重要特征。高水平的長(zhǎng)壽高爐應(yīng)該是一代爐齡長(zhǎng)達(dá)15年左右，產(chǎn)鐵15000t/m3左右，且一代爐役內(nèi)平均利用系數(shù)在1.8～2.0t/(m3·d)

。3擺脫目前高爐煉鐵生產(chǎn)的困境出路在精料

高爐煉鐵應(yīng)以精料為基礎(chǔ)，采用噴煤、高風(fēng)溫、高壓、富氧、低硅冶煉等煉鐵技術(shù)。全面貫徹高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、環(huán)保的煉鐵技術(shù)方針。具體地說，就是：“以精料為基礎(chǔ)，提高透氣功能；持續(xù)降低焦比和燃料比；優(yōu)化高爐結(jié)構(gòu)組成；提高資源、能源和設(shè)備利用效率，持續(xù)穩(wěn)定地生產(chǎn)低成本優(yōu)質(zhì)生鐵，走可持續(xù)發(fā)展的道路。做到這些需要強(qiáng)大的煉鐵技術(shù)支撐。目前煉鐵技術(shù)的核心是降低高爐冶煉成本。在現(xiàn)階段，一些企業(yè)高爐指標(biāo)落后、成本較高，這有設(shè)備、管理和技術(shù)人員等諸多因素，但關(guān)鍵是精料技術(shù)工作未做好。精料技術(shù)水平對(duì)高爐煉鐵的影響率在70%，高爐操作在10%，設(shè)備影響在10%，管理水平在5%，外界因素（包括上下工序，運(yùn)輸和動(dòng)力）在5%。高爐煉鐵成本中礦石占65%～

70%，焦炭占30%～35%，因此精料技術(shù)核心是降低高爐煉鐵成本。(1)

科學(xué)評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量

目前煉鐵企業(yè)常常迫于成本壓力，采購低價(jià)劣質(zhì)礦，造成燒結(jié)礦品位大幅度下降，而中國使用的含鐵原料主要是燒結(jié)礦(占爐料結(jié)構(gòu)的70%～75%左右)，因此入爐品位也隨之下降。要科學(xué)評(píng)價(jià)鐵礦石質(zhì)量，要看鐵礦石的物理性能、化學(xué)成分、冶金性能，不能只看價(jià)格。礦石含SiO2和A12O3高，對(duì)煉鐵會(huì)產(chǎn)出較大副作用，配料要加較多CaO和MgO，使渣量增多，焦比升高。如采購60%品位的鐵礦石，含SiO2高達(dá)11%，A12O3含量達(dá)6%以上時(shí)，實(shí)際鐵礦石的經(jīng)濟(jì)品位也就在51%左右。如果噸鐵有害雜質(zhì)總含量上升也會(huì)使鐵礦石價(jià)值降低。

要用技術(shù)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)工程的辦法科學(xué)確定本企業(yè)合理經(jīng)濟(jì)采購鐵礦石的標(biāo)準(zhǔn)。通過計(jì)算可知，煉一噸鐵，品位由68%降到62%，要多消耗142.4kg/t礦石，多消耗49.5kg/t燃料，噸鐵風(fēng)耗增加270m3/t～300m3/t。渣量上升100kg/t以上，它將使料柱阻力增加，尤其是滴落帶內(nèi)爐渣滯留量增加，焦柱的實(shí)際空隙度降低，造成爐況順行變差。為保高爐順行就要適當(dāng)放開邊緣，使煤氣化學(xué)能和熱能利用變差，ηCO下降，t頂升高，同時(shí)爐腹煤氣量增大，有時(shí)要被迫降低冶強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)量影響很大。同時(shí)礦石質(zhì)量不斷下降，對(duì)焦炭質(zhì)量不斷提出更高要求，形成惡性循環(huán)，焦化廠、煉鐵廠對(duì)此苦不堪言。（2）高爐對(duì)燒結(jié)礦的要求①入爐品位

一般入爐品位為：4000m3以上高爐58.5%以上；3000m3級(jí)高爐58%以上；2000m3級(jí)高爐57.5%以上；1000m3級(jí)高爐57%以上；1000m3級(jí)以下高爐56%以上。②燒結(jié)礦RI高堿度燒結(jié)礦還原性指標(biāo)RI應(yīng)保持在85%以上，對(duì)大型高爐更應(yīng)提出高一點(diǎn)的要求，應(yīng)保持在90%以上。

③燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓+6.3mm達(dá)到:大型高爐80%以上，中小型高爐75%以上。④穩(wěn)定化學(xué)成分

△Fe±0.5%達(dá)到90%以上，△R±0.05(倍)達(dá)到95%以上，△FeO±1.0%達(dá)到95%以上。⑤粒度燒結(jié)礦粒度組成則應(yīng)>50mm的粒級(jí)不超過10%，<5mm的粒級(jí)不超過3%，10~5mm的粒級(jí)不超過30%。（3）高爐煉鐵成本高爐煉鐵成本最簡(jiǎn)單的表達(dá)式為:成本=焦比×焦價(jià)+煤比×煤價(jià)+礦石消耗×礦價(jià)+熔劑消耗×熔劑價(jià)+其他費(fèi)用。其中:其他費(fèi)用包括動(dòng)力消耗費(fèi)用、工人工資，車間費(fèi)用等。

從成本結(jié)構(gòu)來分析，一定要建立完整的科學(xué)概念，要清晰地認(rèn)識(shí)到:焦炭?jī)r(jià)低≠生鐵成本低≠炭消耗低煤粉價(jià)低≠鐵成本低≠低碳燒結(jié)礦成本低≠生鐵成本一定降低≠碳消耗降低因?yàn)橛绊懗杀镜牟粏渭兪窃剂系膬r(jià)格，而是原燃料消耗×原燃料價(jià)格。（4）實(shí)事求是，穩(wěn)定主要指標(biāo)

實(shí)現(xiàn)每個(gè)先進(jìn)指標(biāo)，都需要有一定技術(shù)、物質(zhì)和外部條件支撐。如果不考慮本企業(yè)的實(shí)際條件，一味要求高指標(biāo)高爐成本是不可能降低。要結(jié)合本企業(yè)的具體情況。如：目前提高煉鐵入爐礦品位比較困難，那就把穩(wěn)定入爐品位、提高冶金性能作為硬指標(biāo)，穩(wěn)定入爐原燃料各項(xiàng)指標(biāo)是高爐低成本冶煉的基本保障。所以，要在穩(wěn)定原燃料質(zhì)量上下功夫。4

燒結(jié)礦冶金性能對(duì)高爐冶煉的影響

燒結(jié)礦的冶金性能包括900℃還原性(RI)、500℃低溫還原粉化性能(RDI)、荷重還原軟化性能(T10%、T40%、△T)和熔融滴落性能(Ts、Td、△Pmax、S值)。

這四項(xiàng)性能中:

900℃還原性是基本性能，它不僅直接影響煤氣利用率和燃料比，同時(shí)由于還原程度的不同，還影響其還原強(qiáng)度(RDI)和軟熔性能。

500℃低溫還原性能是反映燒結(jié)礦在高爐上部還原強(qiáng)度的，它是高爐上部透氣性的限制性環(huán)節(jié)。在高爐冶煉進(jìn)程中，高爐上部的阻力損失約占總阻力損失的15%～20%。燒結(jié)礦的荷重還原軟化性能是反映其在高爐爐身下部和爐腰部分軟化帶的透氣性，這部分的透氣阻力約占高爐總阻力損失的20%～25%。熔融滴落性能是燒結(jié)礦冶金性能最重要的部分因?yàn)樗s占高爐總阻力損失的55%～60%，是高爐下部透氣性的限制性環(huán)節(jié)，要保持高爐長(zhǎng)期順行穩(wěn)定，必須十分重視含鐵原料在熔融帶的透氣阻力。

燒結(jié)礦在高爐的塊狀帶、軟化帶和熔融滴落帶不同部位的性狀和透氣阻力的變化(詳見示圖)決定著高爐內(nèi)不同部位順行和穩(wěn)定，因此研究和分析清楚冶金性能對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量和高爐主要操作的影響是十分重要和必要的。1）900℃還原性(RI)

還原性的優(yōu)劣是燒結(jié)礦質(zhì)量的一項(xiàng)基本指標(biāo)，高料層、高強(qiáng)度、高還原性、低碳、低FeO的三高兩低原則始終是燒結(jié)生產(chǎn)追求的目標(biāo)。對(duì)高堿度(R=1.9～2.3)燒結(jié)礦而言，常規(guī)要求RI>85%，高要求RI應(yīng)>90%。鐵礦石的還原性(包括燒結(jié)礦、球團(tuán)礦)取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦不同礦物組成的還原性列于表9。表9

燒結(jié)礦不同礦物組成的還原性礦物組成2FeOSiO2（鐵橄欖石）CaOFeOSiO2（鈣鐵橄欖石）Fe3O42CaOFe2O3（鐵酸二鈣）CaOFe2O3（鐵酸鈣）Fe2O3CaO2Fe2O3（二鐵酸鈣）RI(%)5.012.825.525.549.249.458.4

高堿度燒結(jié)礦的RI值若低于80%，證明燒結(jié)礦的質(zhì)量出了問題，或者是配碳高了，F(xiàn)eO高了，或是配礦的原因氣孔結(jié)構(gòu)出了問題，應(yīng)提出改進(jìn)的措施。還原性不良的燒結(jié)礦由于低熔點(diǎn)硅酸鹽(2FeOSiO2和CaOFeOSiO2)的存在，會(huì)造成燒結(jié)礦的軟熔性能變差，從而影響高爐軟熔帶的透氣性。

還原性不良的燒結(jié)礦裝入高爐后，會(huì)明顯影響高爐上部煤氣的利用率，使高爐內(nèi)間接還原降低，直接還原(rd)比例升高，影響高爐的燃料比和產(chǎn)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)入爐礦的間接還原降低10%，將影響高爐焦比和產(chǎn)量各8%~9%，在目前我國高爐燃料比的水平條件下，高爐燃料比將會(huì)升高40kg/t以上。因此，煉鐵工作者應(yīng)十分重視燒結(jié)礦的還原性指標(biāo)。2）低溫還原粉化(RDI)

燒結(jié)礦的低溫還原粉化性能是指燒結(jié)礦裝入高爐后在500℃～600℃的低溫條件下，由于還原產(chǎn)生粉化程度的狀況。

燒結(jié)礦入高爐后在低溫條件下還原產(chǎn)生粉化的主要原因是燒結(jié)礦骸晶狀赤鐵礦(又稱再生赤鐵礦)在低溫下還原發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變(Fe2O3轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4過程中由六方晶格變?yōu)榱⒎骄Ц?產(chǎn)生極大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致燒結(jié)礦碎裂。造成燒結(jié)產(chǎn)生低溫還原粉化的原因是多方面的，有礦種、配碳、A12O3和TiO2含量等因素。

由高爐解剖和高爐上部取樣實(shí)測(cè)分析可知燒結(jié)礦的低溫還原粉化是高爐上部透氣性的限制性環(huán)節(jié)，而且證明燒結(jié)礦產(chǎn)生低溫粉化的實(shí)際溫度并不是500℃左右，而是700℃。我國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/13242-91)規(guī)定:燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)以RDI+3.15%的百分?jǐn)?shù)為主要指標(biāo)，RDI+6.3%和RDI-0.5%的百分?jǐn)?shù)為參考指標(biāo)，而美國和北美地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，燒結(jié)礦的低溫還原粉化以RDI+6.3%和RDI-0.5%的百分?jǐn)?shù)為主要指標(biāo)，RDI+3.15%百分?jǐn)?shù)為參考指標(biāo)。美國和北美地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)更科學(xué)合理，因?yàn)樵诟郀t內(nèi)<5mm的粒度會(huì)明顯影響高爐上部的透氣性，故將RDI+3.15%作為主要指標(biāo)是欠合理的，應(yīng)把RDI+6.3%和RDI-0.5%作為重要參考。

我國冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YB/T-2005)規(guī)定RDI+3.15%>72%，低于標(biāo)準(zhǔn)10%的一般應(yīng)噴灑處理。已有的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)證明，燒結(jié)礦的RDI-3.15%增加10%，將影響高爐產(chǎn)量3%以上，燃料比上升1.5%(在目前情況水平下燃料比將上升7.8kg/t)以上。因此當(dāng)燒結(jié)RDI+3.15%低于62%的應(yīng)采取有效措施，改善燒結(jié)礦的低溫還原強(qiáng)度，以保持高爐的上部順行穩(wěn)定。3）荷重還原軟化性能

燒結(jié)礦的荷重還原軟化性能是指其裝入高爐后，隨爐料下降，溫度上升不斷被還原，到達(dá)爐身下部和爐腰部位，燒結(jié)礦表現(xiàn)出體積開始收縮即開始軟化(T10%)和軟化終了(T40%)的特性。高堿度燒結(jié)礦的T10%>1100℃，軟化溫度區(qū)間(△T=T40%-T10%)應(yīng)≤150℃。

燒結(jié)礦開始軟化溫度的高低取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，開始軟化溫度的變化往往是氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度起主導(dǎo)作用的結(jié)果，軟化終了溫度往往是礦物組成起主導(dǎo)作用。由于軟化帶的阻力損失約占25%，它決定了爐料在爐身下部和爐腰部位運(yùn)行狀況，當(dāng)燒結(jié)礦的開始軟化溫度低于950℃，軟化溫度區(qū)間＞300℃時(shí)，高爐必然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的懸料。因此為了保持高爐順行穩(wěn)定，燒結(jié)礦應(yīng)具有良好的荷重還原軟化性能。關(guān)于荷重還原性能對(duì)高爐主要操作指標(biāo)的影響，意大利的皮昂比諾(Piombimo)公司4號(hào)高爐曾做過統(tǒng)計(jì)，含鐵原料的T10%由1285℃提高到1335℃，高爐的透氣性△P由5.2kPa降低到4.75kPa(下降8.7%)，產(chǎn)量提高了16%，日本神戶公司的加古川廠和新日鐵的廣畑廠均通過改善酸性球團(tuán)礦的軟溶性能有效地改善了高爐指標(biāo)。4）熔滴性能

熔滴性能是燒結(jié)礦冶金性能最重要的性能，因?yàn)槿鄣螏У淖枇p失約占高爐總阻力損失的60%，它是高爐下部順行的限制性環(huán)節(jié)，這也是高爐操作由過去長(zhǎng)期以高爐上部操作為主改為以高爐下部操作為主，形成了新的高爐操作理念。

現(xiàn)代高爐煉鐵要求燒結(jié)礦的開始熔滴溫度要高(Ts>1400℃)，熔滴區(qū)間要窄(△Tds<100℃)，熔滴過程的最大壓差要低(△Pmax<1.764KPa)。日本新日鐵公司曾推薦燒結(jié)礦的熔滴性能總特性值S≤98kPa℃，酸性球團(tuán)礦的S值≤166.6kPa℃是適宜的。美國學(xué)者L.A.Haas等提出，熔滴性能總特性S值，它是一個(gè)比軟熔溫度區(qū)間△Tds、△Pmax更好的指標(biāo)，因?yàn)樗藴囟葏^(qū)間(△Tds)和壓降大小，并提出高爐爐料S值≤40kPa℃是適宜的。

為了掌控和改善燒結(jié)礦的熔滴性能，控制TS(壓差陡升溫度)和Td(開始滴落溫度)是十分重要和必要的。在這方面，日本學(xué)者斧勝也做過深入的研究，提出含鐵爐料:Td取決于渣的熔點(diǎn)。

含F(xiàn)eO高的爐料，會(huì)較早地造成壓差開始陡升。Td取決于渣相熔點(diǎn)和金屬滲碳反應(yīng)。高堿度燒結(jié)礦由于含F(xiàn)eO低和還原性優(yōu)良，Td就高，同時(shí)由于其渣相熔點(diǎn)高，TS溫度也高，一般高堿度燒結(jié)礦Ts提高的幅度大于Td，所以熔滴區(qū)間窄(△Tds=Td-Ts)，即熔滴帶的厚度變薄，從而使得透氣阻力損失(△Pmax)和S值降低，有利于高爐下部的順行和強(qiáng)化。

燒結(jié)礦在高爐熔融帶最大壓差值(△Pmax)取決于渣量和渣相粘度的大小，渣量和渣相粘度越大，△Pmax越高。日本學(xué)者成田貴一的研究，證明在爐料結(jié)構(gòu)中最大壓差值還與高堿度燒結(jié)礦與配入酸性球團(tuán)礦的比例相關(guān)，當(dāng)酸性球團(tuán)礦配入比例達(dá)到25%~50%時(shí),△Pmax值處于最低值。5建議

1）保證燒結(jié)礦的穩(wěn)定性全面控制燒結(jié)礦指標(biāo)存在一定困難，保穩(wěn)定性應(yīng)作為首選，尤其是燒結(jié)礦的TFe、R、FeO。同時(shí)要控制>50mm和<5mm粒級(jí)燒結(jié)礦。穩(wěn)定燒結(jié)礦是高爐生產(chǎn)的最基本保障。2）FeO含量如果燒結(jié)礦FeO含量高，面對(duì)影響燒結(jié)礦質(zhì)量因素復(fù)雜，應(yīng)有所為、有所不為。達(dá)到降低FeO含量同時(shí)保證燒結(jié)工藝指標(biāo)和燒結(jié)礦質(zhì)量?下功夫降低FeO含量，因?yàn)闊Y(jié)礦FeO含量對(duì)轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、低溫還原粉化率、還原性的影響很大，是影響高爐爐況順行的一個(gè)重要參數(shù)。燒結(jié)礦FeO含量的波動(dòng)區(qū)間越窄，高爐生產(chǎn)越穩(wěn)定。3）控制燒結(jié)礦品位入爐品位是精料的核心。目前，煉鐵企業(yè)常常迫于成本壓力，采購低價(jià)劣質(zhì)礦，造成燒結(jié)礦品位大幅度下降。目前過分強(qiáng)調(diào)提高入爐品位已不現(xiàn)實(shí)，但是要保住高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，必須保證燒結(jié)礦品位底線。實(shí)現(xiàn)高爐低成本，就不宜片面追求降低燒結(jié)成本，更不宜采購過于低價(jià)的劣質(zhì)礦，一定要保住必要的品位，以實(shí)現(xiàn)低成本煉鐵的全面目標(biāo)。4）改善燒結(jié)礦冶金性質(zhì)以宣鋼為例，精料工作另一重點(diǎn)應(yīng)放在提高燒結(jié)礦冶金性能上即還原性、強(qiáng)度和熔滴性能上。①宣鋼生產(chǎn)的高堿度燒結(jié)礦，其還原性指標(biāo)RI應(yīng)保持在85%以上，更高的目標(biāo)是90%以上。影響宣鋼燒結(jié)礦還原性的主要原因是礦物組成不合理。根據(jù)試驗(yàn)得到的初步結(jié)論是燒結(jié)礦中還原性最差的礦物是2FeO·SiO2和CaO·FeO·SiO2較多，還原性最好的礦物是Fe2O3和鐵酸鈣CaO·Fe2O3，CaO·2Fe2O3較少。

今后應(yīng)通過配礦、配碳和控制燒結(jié)工藝參數(shù)，研究如何避免過溶和薄壁結(jié)構(gòu)、發(fā)展強(qiáng)度、還原性好的針狀鐵酸鈣黏結(jié)相的措施。②提高燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度目前影響宣鋼燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度的主要因素是黏結(jié)相的強(qiáng)度、燒結(jié)礦的顯微結(jié)構(gòu)、礦物組成等。正硅酸鈣(2CaO·SiO2)在冷卻過程中發(fā)生相變，體積增大10%～12%，易粉化；硅酸鹽在燒結(jié)礦冷卻過程中來不及將能量釋放出來，不能形成晶體，有20%～60%硅酸鹽以玻璃相狀態(tài)存在，強(qiáng)度降低。高堿度燒結(jié)礦中針狀鐵酸鈣交織結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，因此宣鋼在今后的工作中應(yīng)積極發(fā)揮高堿度燒結(jié)礦的優(yōu)勢(shì)，要極力發(fā)展強(qiáng)度好、還原性強(qiáng)的針狀鐵酸鈣交織結(jié)構(gòu)。另外熔劑(石灰石)粒度過大，分布偏析嚴(yán)重，燒結(jié)過程中來不及礦化而以自由CaO(白點(diǎn))存在于燒結(jié)礦中，遇H2O消化而體積膨脹也是影響強(qiáng)度的因素之一。應(yīng)該通過優(yōu)化配料、控制燒結(jié)過程工藝參數(shù)和操作制度，來獲取強(qiáng)度好的燒結(jié)礦，力爭(zhēng)轉(zhuǎn)鼓+6.3mm達(dá)到80%以上。5）開展礦相研究

燒結(jié)礦礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)是影響燒結(jié)礦質(zhì)量的最根本因素。燒結(jié)礦的礦物組成及其顯微結(jié)構(gòu)特征對(duì)燒結(jié)礦的強(qiáng)度、還原性、低溫還原粉化率等都有較大的影響，同時(shí)燒結(jié)原料又是影響燒結(jié)礦礦相結(jié)構(gòu)的重要因素。所以研究提高燒結(jié)礦的質(zhì)量必須與燒結(jié)原料及其礦物組成、顯微結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，找出各種因素對(duì)燒結(jié)礦礦相結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律及燒結(jié)礦礦相結(jié)構(gòu)對(duì)燒結(jié)礦冶金性能的影響規(guī)律。研究重點(diǎn)應(yīng)放在：從燒結(jié)原料礦物組成特點(diǎn)入手，圍繞鐵酸鈣固結(jié)開展研究，分析宣鋼不同原料化學(xué)成分和鐵礦物與脈石礦物特征，確定燒結(jié)礦化學(xué)成分、堿度、FeO含量、SiO2含量、MgO含量、Al2O3/SiO2比和工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合鐵酸鈣生成數(shù)量和賦存形態(tài)的影響規(guī)律，研究結(jié)果能夠找出影響燒結(jié)礦質(zhì)量的主要原因。6）燒結(jié)合理配礦

基于鐵礦粉高溫基礎(chǔ)性能的優(yōu)化配礦技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，擴(kuò)大了可使用的鐵礦資源。在充分把握宣鋼使用鐵礦粉高溫基礎(chǔ)性能的前提下，運(yùn)用性能互補(bǔ)、堅(jiān)持以鐵酸鈣固結(jié)為主優(yōu)化配料原則，通過優(yōu)化配料合理搭配，實(shí)現(xiàn)成本、燒結(jié)礦質(zhì)量的優(yōu)化。7）焦炭對(duì)高爐冶煉的影響

焦炭在高爐內(nèi)的骨架作用是其他爐料所不能取代的。M40%增加1%，利用系數(shù)增加0.04，焦比降低5.6kg/t；焦炭M10%，每增加l%，焦比增加11.48kg/t，燃料比增加14.75kg/t；焦炭CSR每提高l%，焦比可降低0.52kg/t，燃料比降低0.54kg/t。在塊狀帶，焦炭粒度無明顯變化；從軟熔帶位置開始，因溶碳反應(yīng)劇烈焦炭粒度變化很大，所以高爐爐料的主要阻力在軟熔帶及其以下的區(qū)域。高爐內(nèi)的阻力損失在高爐下部占了很大比重。如果焦炭的熱強(qiáng)度不夠，反應(yīng)性高，就會(huì)導(dǎo)致高爐下部焦炭粒度大大降低，焦炭的骨架焦窗作用都會(huì)大打折扣。再加上噴吹燃料的不完全燃燒物富集在軟熔帶根部，高爐的順行就會(huì)受到嚴(yán)重威脅。因此，焦炭的熱態(tài)強(qiáng)度對(duì)高爐強(qiáng)化冶煉、降低消耗起著十分重要的作用。表25

高爐冶煉對(duì)焦炭要求爐容m310002000300040005000寶鋼M40%≥78≥82≥84≥85≥8688.89M10%≤8.0≤7.5≤7.0≤6.5≤6.05.54CSR%≥58≥60≥62≥65≥6670.6CRI%≤28≤26≤25≤25≤2523.58灰分≤13≤13≤12.5≤12≤1211.32表26宣鋼高爐焦炭性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果焦炭種類試樣量/g反應(yīng)后m1/g<10mm質(zhì)量m2/gCRI/%CSR/%宣干焦200.23149.86100.8725.1667.31宣濕焦199.73136.2784.0231.7761.66宣外焦200.11142.5088.1728.8061.87

宣鋼焦炭CRI、CSR值與要求相比有一定差距，但是否能引起高爐指標(biāo)較低、S值較大的主要原因還有待研究。國家制定的檢測(cè)焦炭標(biāo)準(zhǔn)是衡量焦炭質(zhì)量的指標(biāo)，但它不是唯一的。高爐高溫區(qū)主要發(fā)生直接還原，熔滴試驗(yàn)中與焦炭反應(yīng)的主要是鐵氧化物，而CO2較少，即焦炭大于1100℃后的熱強(qiáng)度性能可能也是影響宣鋼熔滴性能的因素之一。

圖11是宣鋼熔滴試驗(yàn)結(jié)束