炼铁炉料结构技术的发展

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炼铁炉料结构技术的发展--------------------------------------------------------------------------------来源：物资采购网采编时间：2007年1月12日16时32分高炉炼铁所用的炉料包括：烧结矿、球团矿、天然块矿、熔剂和焦炭。所谓炼铁炉料结构技术主要是指所用烧结矿、球团矿、天然块矿的比例。熔剂是在产烧结和球团过程中配加，在高炉正常生产时是不单独配加熔剂。焦炭用量是随高炉冶炼条件(包括入炉矿石含铁品位、热风温度、喷吹煤粉量、高炉操作水平和富氧率等)而不断变化的。国内外高炉炼铁的炉料结构是没有一个固定模式的。每个高炉都是根据本企业所能获得自然资源的条件(品级和价格)、铁矿石的冶金性能和物理化学成分，以及高炉炼铁成本等方面因素来进行选择的。随着各种条件的变化，不同时期会出现不同的炉料结构。总体上讲，炼铁炉料结构是受复杂因素影响的，是与炼铁科学技术进步的发展密切相关的。炉料的特性1烧结矿烧结矿是用粒度＜8mm的铁矿粉、溶剂、燃料、代用品(钢铁企业产生的含铁尘泥)和返矿(烧结生产过程中产生＜5mm的筛下物)按一定比例进行混匀，配以小于9%的水分，经过造球和二次混合之后，在带式烧结机上进行焙烧而成。烧结矿是一种由多种矿物组织而组成的多孔集合体。孔隙率在40%－50%。烧结矿分类为酸性烧结矿(碱度小于1.0)，自熔性烧结矿(碱度在1.0左右)，碱性烧结矿(碱度大于1.0)。高碱度烧结矿(碱度在1.8－2.0)具有良好的冶金性能。高碱度烧结矿的特点如下：(1)好的还原性。铁矿石还原度每提高10%，高炉炼铁焦比会下降8%－9%；(2)较好冷强度和较低的还原粉化率；(3)具有较高的荷重软化温度，有良好的高温还原性和滴熔性。烧结矿的上述特点，决定了要在高炉炉料结构中占有主导地位，约在85%左右，并在短期不会有较大的变动。随着冶金科技进步的不断发展，烧结生产技术也在不断取得新进展。如采用小球烧结，厚料层烧结技术，不但可以节能(减少燃料消耗20kg/t左右)，而且可以提高烧结机作业率；为降低炼铁成本，开发多配低价褐铁矿烧结技术；为提高烧结矿品位，开发成功高铁低硅烧结生产技术；偏折布料，热风烧结，烧结余热回收和配加添加剂等技术的开发和应用等先进技术，都为烧结生产创造出良好的条件，同时也为高炉料层提高透气性创造出良好条件。2球团矿球团矿的生产是用颗粒度较细的精矿粉，配加4%左右的燃料，2%左右的皂土，使用圆 盘造球机，生产出8－16mm大小的园球，经烘干的生球进行焙烧形成具有一定强度的氧化球团。球团矿对所用精矿粉的要求是，含铁品位≥66%，含SiO2≤4%，-200网目的颗粒含量要≥85%，含水分要≤10%；并且希望精矿粉要有较好的成球性能，以减少造球过程的皂土用量。这就是说，不是所有的铁矿粉都可以去生产球团矿。一定程度上讲，我国自产的大多数铁矿粉是不适宜去生产球团矿。这也是建国以来我国高炉炼铁炉料中烧结矿占有主导地位的原因。现在，各钢铁企业均重视增加球团矿生产能力，这里有积极的因素。但是，企业在制定建设球团生产规划时，一定要先落实好原料的来源，並要做好所用矿粉的冶金性能分析，特别是矿的造球性能实验。否则，球团生产设备建成，投产后会出现一些难以克服的困难。球团矿是具有较多微孔的球状物体，粒度在8－16mm，与烧结矿来比较，是有如下特点：(1)含铁品位高，可以达到68%，一般在65%左右，SiO2含量可以在1.5%；(2)堆积密度可以达到2.27t/m3，假密度可以达到3.8g/cm3，气孔度最低可以达到19.7%，且微气孔多；(3)含FeO很低，可在1%左右；(4)冷强度好，故运输过程中不易粉化，ISO转鼓指数可达95%；(5)自然堆角小，在24℃－27℃，而烧结矿在31℃－35℃，故布料性能好；(6)还原性好，但酸性球团矿还原软化温度一般较低，一些球团矿有异常膨胀或还原迟滞现象。3天然块矿因为天然铁矿石生成的条件和矿组成、结构构造不同，所以铁矿石的强度、粘度、冶金性能差异很大。高炉炼铁对天然块矿的质量要求是：(1)还原性要好。一般赤铁矿、褐铁矿和菱铁矿的还原性好，磁铁矿质密，还原度低。(2)热爆裂性低。要求矿物含结晶水要少，或含碳酸盐矿物少。(3)粒度要偏小。大中型高炉宜在8－25mm，小高炉宜在5－20mm，且小于5mm的粉末含量都应小于总量的5%。(4)高温冶金性能要好。软熔温度要高，熔化温度区间窄；(5)含铁品位要高，一般应大于65%。这是高炉炼铁使用天然块矿的首要条件，否则在 经济上是不合算的。合理炉料结构搭配的原理高炉炼铁的生产方针是：优质、高产、低耗、长寿、环境友好。贯彻上述方针的措施很多。但是高炉炼铁是以精料为基础。精料技术水平对高炉炼铁生产的影响因素在70%左右，而高炉操作，设备和管理等方面的因素影响率仅在30%左右。所以，搞好高炉炼铁生产的决定性因素是精料水平的高低。精料技术的核心是要努力提高入炉矿石的含铁品位，其次才是高(强度高、烧结矿碱度高)、熟(熟料比高)、均(粒度均匀)、稳(成份和冶金性能稳定)、小(粒度偏小)、好(冶金性能好)和少(含有害杂质少)。高炉入炉矿含铁品位提高的效果是：品位升高1%，焦比下降1.5%，产量提高2.5%，吨铁渣量减少30公斤，允许多喷煤粉15Kg/t。提高高炉入炉矿含铁品位的直接手段就是购买高品位的铁矿。高品位的铁矿是以天然块矿和精矿粉两种形式存在。高炉使用大量天然块矿会造成生产指标恶化，而精矿粉是必须要经过造块才能供给高炉炼铁使用。精矿粉的加工方式(指去生产烧结矿还是去生产球团矿)是要由其矿物性能(粒度组成，成球性能)和冶金性能(还原性，造块性能)等因素来决定。总体上讲，生产球团矿要比生产烧结矿的投资少、运行费低、单位产品能耗低。但是国外可供生产球团矿的资源是有限的。如果买来粗颗粒的铁矿粉，再去细磨、选矿，去生产球团矿，肯定是要增加设备投资和运行成本。1高炉冶炼的炉渣碱度会制约炉料结构高炉炼铁要求将炉渣碱度控制在1.00～1.10，冶炼铸造铁时，炉渣碱度还会有所提高。主要原因是要确保炉渣要有好的流动性、穿透性，高的脱硫能力，以保证高炉生产的顺序。高炉无论以何种结构进行配料，最终总的炉渣碱度都要满足高炉正常生产的需求。2优化高炉炉料结构的原则是要充分发挥出各种炉料的优点酸性烧结矿和中性烧结矿的强度不好，且还原性能也不是最佳点。高碱度烧结矿具有强度高、还原性好、含FeO量少等优点。但是，高炉炼铁全用高碱度烧结矿，会使炉渣碱度太高，高炉生产会出现困难。所以，用高碱度烧结矿炼铁必须要搭配酸性球团矿或适当比例天然块矿。球团矿的最大优点是含铁品位高，还原性能好。增加球团矿配比，可以有效地提高高炉炼铁入炉矿的含铁品位，同时还可以解决高碱度烧结矿给炉渣碱度造成的影响。高炉炼铁全用酸性球团矿生产时，要必须配加一定量的熔剂(石灰石、石灰等)，以保证炉渣的适宜碱度。但是高炉加入石灰石，会使高炉容易出现结瘤现象。如果使用中性球团矿，会使球团矿含铁品位高的优点失去，並且其强度和膨胀率均会产生负面影响。将熔剂加往烧结，生产高碱度烧结矿是一种优化的选择。天然块矿具有含铁品位高的特点。高炉炼铁适量加入天然块矿，可以有效地提高炼铁的入炉矿品位，同时还会产生减少烧结矿或球团矿生产过程对环境的污染和能耗的效果。但是天然矿配加比例要有个度，本人认为不宜超过20%。否则会使高炉顺行变差，焦比生高，高炉内煤气流不稳定等负面作用。 2评价合理炉料结构的原则(1)经济效益第一的原则炼铁企业经营的最终目标是取得最大的经济效益，又实现环境友好。高炉炼铁的合理炉料结构，除了技术方面的因素之外，主要是经济效益起决定性因素。近年来，国际上商业球团价格偏高(最高达1600元/t)，造成日本炼铁厂和宝钢等企业使用球团矿配比大幅度下降。基本上是球团的配比从17%降到5%以下。为调节炉渣碱度，增加天然块矿使用的比例，获得了较好的经济效益。据统计，2005年部分企业的熟料比如下：宝钢80.92%，唐钢83.04%，水钢83.25%，邯钢85.09%，湘潭85.09%，广钢85.15%，韶关86.14%，青岛86.33%，天钢86.44%，海鑫86.77%，泰山86.77%。(2)铁矿石的冶金性能是造块方法的依据根据铁矿石的冶金性能来选择造块工艺、技术、装备。大多数炼铁厂所用的原料是多个渠道。多种矿物混合后的冶金性能是会产生变化的。不同的配合会有不同的效果。所以，各企业应当加强对混合后的铁矿粉冶金性能的研究。这里存在着优化配方和经济效益等方面问题。现在，我国已开发成功多种矿石进行混合，不同配比条件下，去生产球团还是去生产烧结矿好的计算机软件。用科学的方法去评价矿石处理方法，会产生较大的经济效益。(3)铁矿石加工技术水平和设备管理水平对炉料结构有重大影响我国钢铁企业之间铁矿石加工技术水平和设备管理水平存在较大差异。总体上讲，我国钢铁工业约有三分之一的装备是属于国际水平，有三分之一的装备是属于淘汰之列；我国烧结生产技术水平仍存在较大差距。主要是我国球团矿的大部分产量是由落后的竖炉工艺生产出来的，而大型带式焙烧机多年来没有得到发展。我国高炉炼铁炉料结构发展的趋势多年来，我国炼铁科技工作者一直在探讨合理炉料结构技术。进口矿比例的逐年增加，已有效地提高了我国入炉矿品位，当然也有国产矿石提高品位的功劳。从精料科技管理水平来讲，已从提高含铁品位转移到矿石加工方法，原料的稳定和冶金性能优化等方面的研究作。1努力提高球团矿配比已成为炼铁界的共识高炉炼铁提高球团矿配比可以有效地提高入炉矿品位，同时促进高碱度烧结矿生产技术的发展，为炼铁增产降耗，降成本，实现环境友好做出贡献。球团生产工序能耗在42Kgce/t，而烧结工序能耗在65Kgce/t。多用球团还可以产生炼铁系统节能的效果。1982年杭钢开发成功8m2竖炉球团生产设备，很快在国内得到推广，1988年，本钢建成16m3竖炉。1989鞍钢312m2带式球团设备投产。包钢，承钢也分别建成162m2带式焙烧机和链篦机—回转窑生产球团设备。1986年首钢迁安铁矿开发成功具有自主知识产权的大型链篦机——回转窑生产球团设备，并于1999年又进行了技术改造，使之各项指标达到先进水平，形成年产100万吨球团生产能力。上述情况表明，我国炼铁界一直在努力提高球 团生产能力。到2000年，全国球团矿产量已达1360万吨，球团矿在炉料结构中的比例约在8%。到2005年，我国球团矿全产量已接近5000万吨，并进口了2355万吨球团矿，炉料结构中球团矿的比例已升到12%左右。2005年底，武钢500万吨/年的生产球团设备投产了。据统计，全国已投产和在建的链篦机——回转窑生产线有33条，其生产能力在4700万吨/年。如果全部投产，届时中国球团矿在炉料结构中的比例会升至20%。现在，我国已有近70座高炉炉料中球团配比在25%以上。如宝钢3号(4350m3)，鞍钢12号(3200m3)，本钢6号(2600m3)，韶关6号和莱钢4号(750m3)，酒钢1号(1800m3)，重钢3、4号(620m3)，长冶3号、6号和济钢5号、马钢12号(350m3)等。2不再追求高的熟料比，提高天然块矿使用比例随着炼铁生产技术的不断进步，人们已不再追求高炉炼铁的高熟料比。由于高品位进口矿为增加天然矿配比提供了技术支持。一些进口天然矿的冶金性能好(爆裂性低、还原性能好，冶金性能好)，适用于高炉直接使用，又可以缓解企业熟料供应紧张的局面。据统计，2004年全国有28座高炉天然块矿的配比超过了15%，有90%的高炉不同程度地配加天然块矿炼铁。3烧结矿和球团矿的质量在不断提高，使合理炉料结构的优势得以充分发挥出来。近年来，我国烧结生产技术在不断提高，积极采用各项先进的技术装备，设备的大型化、自动化、节能化不断取得新进展。据统计，全国重点钢铁企业2005年烧结碱度为1.91，比2000年提高0.21；转鼓指数由65.81%升高到83.78%，固体燃耗由58kg/t降到53kg/t，工序能耗由69.50%kgce/t降到64.83kgce/t。一批大型链篦机——回转窑生产球团设备的投产，使我国球团质量得到提高，抗压强度得到提高，质量稳定性能得到改善。在使用高质量的烧结矿和球团矿条件下，高炉炼铁才允许多配加天然块矿。不同容积的高炉操作均会有一个适宜的透气性指数。不同的炉料结构均要满足适宜透气性指数的要求。我国高炉炉料结构是多样化的。但就全国总体而言。烧结矿在炉料中是占有主导地位，一般在70%－85%，球团矿配比在10%－15%，天然块矿在10%以下。杭钢、新疆八一、韶钢、重钢等企业的球团矿配比在30%－60%。各炼铁企业应探寻自己合理炉料结构之路。武钢、鞍钢等企业将会提高炉料中的球团矿配比。