青岛特钢高炉用块矿基础性能分析

孙宝芳，周晓东，安玉兆，于 霞

（青岛特殊钢铁有限公司，山东 青岛266200）

1 前言

块矿是高炉使用的重要含铁原料之一，它是高炉合理炉料的重要组成部分，外购块矿的化学成分、冶金性能直接影响高炉顺行。对青岛特钢5种常用块矿的性能情况进行对比分析，以期对高炉生产提供指导。铁矿石的质量应包括化学成分、物理性能和冶金性能3个方面，其中化学成分是基础，物理性能是保证，冶金性能是关键。

2 块矿基础性能分析

2.1 化学成分分析

对青岛特钢使用的5种进口块矿进行化学分析，结果如表1所示。从表1可以看出：5种块矿的含铁品位均高于57%。有效熔剂CaO和MgO含量波动性较小，均含有少量的CaO和MgO。5种块矿的SiO2含量均低于5%，较低的SiO2含量对于燃料比和渣量是有利的。5种块矿Al2O3含量不是很高，最高的为PB块矿的2.36%，FMG块矿的Al2O3含量只有0.83%，块矿的Al2O3含量低对于保证高炉炉渣的流动性。熔化性和脱硫效果是有利的。5种块矿的P、S含量不是太高，除了马来块矿的K2O和Na2O较高之外，其余含量均较适中。5种块矿的烧损值相差较大，马来块矿的烧损最大为9.87%，而巴西块矿仅为1.99%。

2.2 热爆裂性能

爆裂指数通常是企业评价块矿的主要标准之一。块矿的爆裂指数反应了其在高炉上部区域抗热冲击能力的大小，一般抗热冲击能力越大，其爆裂指数越小，产生的粉末越少。

试验过程中需要的设备有：马弗炉；试样盒，由不起皮、可经受高于700℃温度的耐热金属制成；试样筛，包括25.0、20.0、6.30、3.15和0.50 mm的方孔筛。具体试验方法：1）制样。首先对块矿样品进行缩分取样，选取粒度为20～25 mm的样品，并在烘箱中于（105±5）℃下烘干12 h。对试样进行重新筛分，选取20～25 mm的样品，以除去所有附着的细矿石粒，并在（105±5）℃的烘箱中再次干燥12 h。试验前将样品放置于干燥器皿中，试验时保证随机取样。2）称量。称取干燥后的试验样（500±1）g。3）加热。将试样铁盒放在加热的马弗炉中开始加热，当温度达到700℃时，保持20 min，然后将试验样装入试样盒，盖上盖子，30 min后从加热炉中取出试样盒并使其冷却到室温。取出试样，测定其质量（m1），并在6.30 mm、3.15 mm和0.50 mm筛子上手工进行筛分，测定并记录下-6.30 mm粒度矿石的质量（m2）。按照式（1）进行热裂指数计算。试验结果如表2所示。

表1 5种块矿的化学成分 %

式中：m1为热处理后的试样质量，g；m2为筛分后＜6.30 mm粒度矿石的质量，g。

试验测定5种块矿的热爆裂指数PB块矿、纽曼块矿和FMG块矿的热裂指数均高于11%，纽曼块矿的热裂指数更是高达17.4%，大量使用纽曼块矿会使得高炉的中上部透气性明显下降。马来块矿和巴西块矿的热裂指数较低，马来块矿的热裂指数仅为1.5%。对于高炉容积越大的炉子，热裂指数越小越好。从热裂指数评价5种块矿，马来块矿和巴西块矿较好，纽曼块矿较差。

表2 5种块矿的热爆裂指数测定结果

2.3 还原性能

还原性是评价块矿的一个非常重要的指标。还原性的好坏很大程度上影响烧结矿还原的速率，能够改善高炉煤气的利用率，从而影响高炉冶炼的技术经济指标。在相同的还原条件下，块矿的还原性越好，其还原速度就越快，有助于高炉发展间接还原，改善煤气利用率，降低焦比，提高产量。了解各种块矿的还原特点，对分析块矿在高炉中的行为以及选择高炉操作参数等具有重要的参考意义。

本次青岛特钢块矿还原性试验按照国家标准GB 13241—91检验方法所使用的装置及工艺参数进行。

1）试验参数。还原气体成分：CO，（30±0.5）%（V/V）；N2，（70±0.5）%（V/V）。还原气体的流量：在整个试验期间，还原气体的标态流量保持（15±1）L/min。试验温度：试样在900℃的温度下还原，在整个试验期间保持在（900±10）℃。

2）试样准备。试验前取500 g试验试样在（105±5）℃的温度下烘干，烘干时间≮2 h，然后冷却至室温，并保存在干燥器中备用。烧结矿试验试样的粒度范围为10.0～12.5 mm。

3）试验过程。将试样放到还原反应管中，可以把试样直接放在多孔板上，试样表面要铺平，在多孔板和试样之间放两层粒度为10.0～12.5 mm的高氧化铝球，在高氧化铝球上再放1块多孔板，试样放在多孔板上。封闭还原管的顶部，将惰性气体（常用N2）通入还原管，标态流量为5 L/min，接着将还原管放到还原炉里，并把它悬挂在称量装置的中心，保证反应管不与炉子或加热元件接触。还原管放入炉内时，炉内温度≯200℃。开始加热，升温速度≯10℃/min。当试样达到900℃时，增大惰性气体标态流量到15 L/min。在900℃恒温30 min，温度波动在（900±10）℃。以标态流量为15 L/min的还原气体代替惰性气体通入还原反应管中，还原时间为3 h。还原3 h后，试验结束，切断还原气体，先向还原管通入标态流量为15 L/min的惰性气体，然后将还原管连同试样提到炉外进行冷却。冷却终点温度＜100℃。

通过纵向观察两组曲线，泥质夹层对盐岩整体影响不大，但无论盐岩是否经过卤水饱和处理，含有夹层试样峰值强度均小于不含夹层试样；含夹层试样屈服阶段均有不同程度的小于天然状态下试样。究其原因：含泥质夹层盐岩结构面薄弱，且泥质夹层的抗压能力小于原有盐岩试件。

4）试验分析。用还原度计算公式计算烧结矿的还原度。还原度计算公式为：

式中：Rt为还原t时间的还原度，%；m0为试样质量，g；m1为还原开始前试样质量，g；mt为还原tmin后试样质量，g；W1为还原前试样中FeO含量，%；W2为试验前试样中全铁含量，%。

5种块矿的还原性试验结果见表3。

表3 5种块矿的还原性试验结果

从表3可以看出，PB块矿的还原性最好，马来块矿和FMG块矿次之，巴西块矿较差，纽曼块矿最差。纽曼块还原性差与其热爆裂性高有直接关系，巴西块矿的热爆裂性很低，但是其磁铁矿含量较高，故巴西块矿的还原度均较低。从还原性的角度来评价5种块矿，PB块矿较好，纽曼块矿较差。

2.4 软熔性能

高炉软熔带的位置、形状和大小对顺行、产量、燃料消耗量及铁水成分影响很大，高炉冶炼要求软化熔融开始温度不宜过低，软化与熔融温度区间不宜过宽。

本次试验采用的软熔性能测试方法在荷重条件、温度制度和气氛方面都基本上模拟高炉的条件，最高试验温度可达到1 600℃，试验温度和料层收缩率均由计算机自动记录。块矿软熔试验的试验条件如表4所示。

表4 软熔性能试验工艺参数

以位移传感器测定料面下降毫米数据，料面收缩率为10%时的试样温度为开始软化温度，料面收缩率为40%时的试样温度为软化终点温度，两者之间的温度差值为软化温度区间；第一滴铁水滴落时的温度为滴落温度，滴落温度与料面收缩40%的温度为熔融区间。本次试验研究以试样软化收缩40%的温度作为熔融开始温度，即软化终点温度可以作为熔融开始温度，则熔融区间可以表示为△Td=Td-T40。试验结果见表5。

表5 5种块矿的软化熔滴性能试验结果

从表5可以看出，5种块矿带软化开始温度均低于1 000℃，马来块矿的软化开始温度最低为850℃，巴西块矿和纽曼块矿的软化开始温度均高于960℃，软化终点温度也均超过了1 300℃，说明软化开始和终点温度与还原度有关。还原度较差的纽曼块矿和巴西块矿的软化开始温度和终点温度较高，相应的软熔带位置下移。最宽的为巴西块矿达到了434℃，最窄的为PB块矿为273℃。对于块矿而言，一般的软化开始温度较低，软化终点温度较高，导致其软化区间过宽，使得高炉软熔带部位区间压差过高，透气性不好。5种块矿的熔融温度区间△Td相差较大，PB块矿和FMG块矿的熔融区间最高为326℃，巴西块矿的熔融区间最低为79℃。相应的软化区间较大的块矿，熔融区间较窄。从软熔性能对5种块矿来评价较难区分块矿的好坏，因为5种块矿的软熔区间均较宽，不易进行评价。

3 结论

3.1 5种块矿化学成分差异较大，高炉需搭配其他矿种，满足生产需求。

3.2 5种块矿热爆裂性差异较大，马来矿和巴西矿的热爆裂性较低，适合高炉使用；其余3种块矿的热爆裂性较高，使用时注意其在高炉上部的粉化率。

3.3 5种块矿还原性能最好的为PB块矿，最差的为纽曼块矿，使用时须将还原性能好的和差的块矿搭配使用。

3.4 5种块矿中，巴西块矿和纽曼块矿的软化开始温度和软化终点温度较高，软化区间较宽，而其他3种块矿的熔融区间较宽。