高比例块矿高炉炉料冶金性能的实验研究

彭文明，钟静

（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

高比例块矿高炉炉料冶金性能的实验研究

彭文明，钟静

（天津钢铁集团有限公司技术中心，天津300301）

对天钢2 000m3高炉使用的单一块矿、不同搭配比例的块矿进行各种冶金性能的实验及分析。实验结果表明，高品位块矿的化学成分、热爆裂指数、还原性和软熔性能等冶金性能参数均能满足高炉的冶炼要求，不会对高炉冶炼和铁水质量造成负面影响；炉料结构熔滴实验中的压差陡升温度Ts、滴落温度、熔融区间等参数是评价炉料结构软熔性能的重要参数；相同块矿配比的情况下，不同种类的块矿搭配对高炉冶炼的影响差异很大，优化炉料配比是保持高比例块矿冶炼的关键。

高炉；冶金性能；低熟料比；炉料；结构

1　引言

随着钢铁产能过剩和市场需求日益下滑，高炉炼铁的成本压力不断增强，为了降低生产成本，各钢铁企业，通过不断提高入炉生矿比例，减少或不用球团矿等熟料的方法降低炉料成本。在降低孰料比的过程中，必须对单一矿石和炉料结构综合冶金性能进行分析和研究，确定合理的炉料结构，确保高炉生产顺行。本文通过对天钢2 000m3高炉使用的单一块矿及不同搭配比例的块矿进行各种冶金性能的试验及分析，确定了合理的高炉炉料结构，经天钢2 000m3高炉实际使用，效果良好。

2　试验及讨论

2.1各种块矿的化学成分及冶金性能分析

选用天钢2 000 m3高炉使用的块矿品种进行实验，主要包括两种澳矿、伊朗矿、南非矿等生矿。

2.1.1各种原料块矿及烧结矿的化学成分

天钢2 000m3高炉使用的块矿及高炉使用的烧结矿的典型化学成分如表1所示。

从表1的结果看，天然块矿的含铁量品位比烧结矿相高，高比例块矿不会降低炉料品味。块矿的S、P含量均比烧结矿较高，为了控制炉料中有害元素硫、磷含量，要控制块矿加入比例，使用比例合适的块矿不会对高炉冶炼及铁水质量产生明显影响。

2.1.2热爆裂指数

热爆裂指数是表征炉料忍耐快速加热性能的参数，其测定过程为：取500 g块矿（或烧结矿）样品加入试验炉，在30 min时间从室温快速加热到700℃温度并保持20 min，然后用5.0 mm、6.30 mm、20.0 mm网筛进行筛分，测出各个粒级的比例，将小于6.30mm的比例，作为热爆裂指数。一般来说，热爆裂指数越大，块矿粉化越严重，易导致高炉上部气流不顺，严重时会引起炉墙结厚。通过测定生矿的热爆裂指数（DI6.30），可以评价生矿在高炉上部的粉化程度。

表1　块矿、烧结矿和化学成分/%

图1为高炉常用的4种生矿的热爆裂指数，4种块矿中伊朗块和南非块热爆裂指数较低，分别为1.4%和1.3%，两种澳矿的热爆裂指数相对较高，分别为6.5%和5.5%。热爆裂指数较高澳矿，远比烧结矿低温还原粉化（小于3.15 mm的比例）产生的粉末量少，对高炉顺行影响相对较小。因此，天然块矿的热爆裂指数不应该作为评价块矿的重要指标。

图1　4种常用生矿的热爆裂指数

2.1.3软熔性能

高炉的软熔带的厚度和位置，对高炉冶炼的稳定顺行和提高煤气利用率至关重要。高炉软熔带的厚度和位置与炉料的软熔性能密切相关。高炉炉料的软化性能实验结果如表2所示。

由表2可以看出，烧结矿的软熔性能最优，软熔区间较窄，开始软化温度较高。块矿的软熔区间较宽和开始软化温度较低，但是南非块矿的软熔区间和开始软化温度在块矿中表现较突出。

应该予以说明的是，软熔区间的定义是矿石收缩4%～10%的温度区间，质地较疏松的块矿收缩软化后，对高炉透气性影响不大，并且单一矿石的软熔性能并不能代表炉料结构的软熔性能。通过高炉实践表明，当高炉配加25%的澳矿，高炉冶炼顺行保持良好。因此，单一矿石的软熔性能不能直接作为高炉软熔区间的评价指标。

表2　块矿和烧结矿的软熔性能/℃

2.1.4还原性

铁矿石的还原性是指其在高炉内900℃区域，铁氧化物被煤气还原的程度，通过测定其还原度指数和速率评价。在相同的还原条件下，铁矿石的还原性越好，其还原速度就越高，有利于提高高炉煤气利用率，降低燃料比，提高产量。因此，矿石的还原性，是影响高炉燃料比的重要因素。

天钢主要铁矿石还原性指数（RI）如表3所示，从实验数据上看，烧结矿的还原度较大，达到77%～80%之间；澳矿的还原性与烧结矿接近70%～75%；南非块和伊朗块的还原性较差。因此，从铁矿石是还原性来看，炉料块矿的比例搭配，应以澳矿为主，可以小比例配加南非块矿和伊朗块矿。

2.2不同比例块矿炉料的熔滴性能研究

熔滴实验是指将固体铁矿石加热还原为液体渣铁而滴落，测定矿石试样在软化-滴落过程中的温度、压差等参数。

表3　烧结矿和块矿的还原性能

实验炉料的孰料比例固定为75%的烧结矿，生矿比例为25%。为了满足铁水质量和高炉生产工艺要求，根据块矿的化学成分，进行块矿比例的合理搭配，根据各配比炉料的熔滴实验结果确定高炉配加块矿比例。

不同块矿配比熔滴实验的情况如表4所示。

表4　不同块矿配比高炉炉料熔滴性能实验数据

从表4可以看出，不同块矿比例的搭配，对炉料的熔融区间（Td-Ts）、软化区间（T40-T10）、压差陡升温度Ts，最大压差值ΔPmax都明显不同。从实验过程中压差的变化趋势看，炉料的熔融区间对炉料的压差影响很小，可以忽略。因此，通过炉料熔滴实验，主要考察压差陡升值和熔融区间，这两个参数与最大压差值密切相关，直接影响高炉的下部透气性。第四组实验，南非块矿比例在10%时，软熔区间均大于100，最高134。南非与伊朗块矿搭配，南非块矿比例达到15%，熔融区间为71。根据以上实验数据分析，南非块矿比例控制在5%或15%较好。如果南非块矿比例控制在10%时，需要配加大比例的澳矿，如第5组实验结果。在进行多种块矿搭配使用时，要根据块矿的不同高温冶金性能进行合理搭配，实验3和实验4的块矿比例对高炉的下部压差影响较明显，在有条件的前提下，应避免使用该比例炉料结构。

总之，通过对炉料的熔滴性能实验，可以很清楚地反映炉料的高温反应性能。根据炉料结构的高温反应性能，可以优化块矿的搭配种类和调整不同块矿的使用比例，并且根据炉料熔滴性能实验指导高炉操作工艺的调整。

炼铁厂按照以上实验筛选出的炉料结构组织进行炼铁生产，高炉顺行良好，铁水质量达标。

3　结论

炉料结构的熔滴性能是评价炉料结构软熔性能的有效实验方法，通过熔滴实验可以进行块矿比例的合理优化。

炉料结构熔滴实验中的压差陡升温度Ts、滴落温度、熔融区间（Td-Ts）等参数是评价炉料软熔性能的重要参数。

相同块矿配比的情况下，不同种类的块矿搭配）对高炉冶炼有不同影响，合理优化炉料配比是保持高比例块矿冶炼的关键。

［1］唐先觉.日本高炉炉料结构的新进展［J］.中国冶金，2005，15（3）：9.

［2］吴胜利.高炉提高天然块矿使用比例的研究［J］.钢铁，2009，44（11）：12.

［3］刘杰.鞍钢高炉入炉天然块矿的性能研究［J］.矿冶工程，2013，33（4）：94.

Study on M etallurgical Properties of BF Burden w ith High Ratio Lum p Ore

PENGWen-ming and ZHONG Jing
（Technology Center of Tianjin Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Tianjin 300301，China）

Experiments and analysis on metallurgical properties were carried out on single lump ore and lump oreswith different blended ratio for Tiangang 2 000 m3BF.Test results showed metallurgical properties of chemical composition，decrepitation index，reducibility and softmelting property of high grade lump ore could meet themelting demand by the blast furnace and did not affect BF iron-making and molten iron quality.The differential pressure zooming temperature（Ts），dripping temperature and melting range in burden structure molten drop test were important parameters for evaluating the soft melting property of burden structure.In case of same lump ore ratio，the combination of different kinds of lump ore had big influence on BFmelting.Optimizing the burden ratio was the key to maintaining high ratio lump ore smelting.

blast furnace；metallurgical property；low clinker rate；burden；structure

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.04.019

2016-03-07

2016-04-07

彭文明（1967—），男，天津人，高级工程师，主要从事钢铁产品及原材料化学分析技术管理工作。