烧结矿质量及其对高炉冶炼主要操作指标的影响

烧结矿质量及其对高炉冶炼主要操作指标的影响

张丹,王伟,王伟杰 ,白云志

包头钢铁集团有限责任公司  内蒙古 包头市 014000

摘要：烧结矿质量对高炉炼铁产量、能耗、生铁质量、高炉寿命起着决定性的作用。基于此，本文重点分析了烧结矿质量及其对高炉冶炼主要操作指标的影响。

关键词：烧结矿质量；高炉冶炼；操作指标；影响

目前，在高炉炼铁过程中，烧结矿的质量作为影响炼铁燃料消耗的重要因素之一，应进行有效的优化完善，以有效提高烧结矿的性能，为高炉炼铁过程奠定坚实的物质基础，从而在一定程度上促进炼铁工艺节能降耗的发展。

一、烧结矿产量与质量的影响因素

1、燃料粒度影响。合适的固体燃料粒度等级和粒度分布能提烧结机利用系数，使烧结矿成品率、转鼓指数、平均粒径等指标明显改善，同时也能降低固体燃料消耗和高炉返矿率。

2、烧结熔剂结构影响。自熔性烧结矿要满足高炉所需各项理化指标，必须在混合料中配加一定量生石灰、石灰石和白云石等熔剂。配加熔剂结构的不同会对烧结矿强度、碱度、还原性、低温还原粉化率和混匀料粒级分布等各项理化指标产生影响，这些指标会直接关系到高炉冶炼的稳定顺行，从而对生铁产量及炼铁成本产生影响。

二、烧结矿质量对高炉冶炼主要操作指标的影响

1、烧结矿主要化学成分的影响

①品位及SiO2含量影响。在正常情况下，入炉矿品位1%变动将导致高炉燃料比1～1.5%变动，产量2～2.5%变动，一旦确定了烧结矿在炉料结构中比例，就可计算出烧结矿品位变动1%对高炉燃料比及产量的影响。入炉矿SiO2含量1%变动将影响30～35kg/t渣铁比，100kg渣量将影响3.0～3.5%燃料、产量。有了烧结矿入炉比例，乘以该比例将决定烧结矿SiO2含量变动对高炉主操作指标的影响。

②烧结矿碱度的影响。生产实践表明，烧结矿最佳碱度范围为1.9～2.3，当低于1.85时，碱度每降低0.1，燃料比与产量将分别影响3.0～3.5%。据了解，实际生产中，降低碱度对高炉燃料比影响远高于3.5%的比例。近年来，一些生产企业的烧结矿碱度低于1.80甚至低于1.70，应该认识到，碱度对烧结矿质量和高炉主要操作指标都有影响。

③烧结矿中MgO与A1203含量的影响。MgO、A1203是高炉炉渣重要成分，一定量的MgO含量有利于提高炉渣流动性，也有利于脱硫脱碱。考虑到MgO对烧结矿质量的主要负面影响，增加烧结矿中MgO含量会显著增加烧结矿成本，当然也会增加生铁成本。因此，近年来许多高炉都提倡低MgO/A1203冶炼。据不完全统计，我国已有高炉将MgO/A1203从0.6降至0.4，在正常条件下，烧结矿MgO含量应控制在1.6～1.8%，不高于2.0%；在高炉渣中A1203含量不高于17%条件下，MgO含量不超过9%较合理。在正常情况下，烧结矿中A1203含量不高于2%。随着进口铁矿资源中A1203含量不断增加，我国烧结矿及高炉渣中A1203含量呈上升趋势，然而，为降低成本去采购高A1203矿，实施高铝、高镁、大渣量、高燃料比做法不合理，不仅与高炉炼铁的精细化原料政策背道而驰，而且未达到低成本、高效益目的。通常，炉渣中A1203含量保持在13～15%水平，超过15%会降低炉渣流动性和脱硫效果。经实验研究发现，高炉矿渣中A1203含量不高于17%，可保持高炉稳定平稳运行。

④烧结矿中FeO含量的影响。《冶金行业标准和高炉炼铁工程设计规范》规定，烧结矿中FeO含量应为9%，适量的FeO有利于烧结矿的强度，但并不是FeO含量越高，烧结矿强度越好。从烧结矿质量出发，高FeO含量意味着高配碳、高温烧结，高温烧结不能生产出优质烧结矿，不利于提高高炉冶炼指标。高FeO烧结矿影响了烧结矿的还原性，不利于提高产量及降低燃料比。烧结矿中FeO每增加1%，对高炉产量及燃料比影响为1.0～1.5%。

⑤有害元素如S、P、Ka20、ZnO、C1等的影响。S、P对高炉过程的影响早已进入常态化，炼铁工作者应注意Ka20、ZnO和C1对高炉过程的危害及损坏。经实践，低碱度能有效排碱，高顶温能有效排ZnO，已成为一种成功经验做法，然而，对C1的危害及损害往往被忽视，所以要重视C1元素进入高炉的危害及破坏作用。

2、烧结矿强度与粒度的影响。不同容积的高炉对烧结矿强度、粒度有一定要求，烧结矿强度不足会产生粉末。经验数据表明，小于5mm的粉末每增加1%，燃料比就会增加0.5%，产量就会减少0.5～1%。粒度是影响煤气利用效率和燃料比的重要因素，高炉炼铁并不是原料的粒度越大，其渗透性越好，也不是粒度越小越好。总的来说，它应该是小而均匀的，颗粒大小为10～25mm适宜，对于3000m3以上的大高炉粒级可是25～40mm为主。适当减小烧结矿粒度，提高高炉上部块状带还原性，是值得炼铁工作者注意的问题。

3、烧结矿冶金性能的影响

①烧结矿还原性的影响。烧结矿还原性取决于其矿物成分与气孔结构。还原性差的烧结矿装入高炉后，先会影响高炉上部块状带煤气利用率，导致高炉上部间接还原减少，直接还原增加，影响高炉燃料比及产量。经验数据表明，入炉矿直接还原10%的变动将分别影响高炉燃料比和产量10%；多数高碱度烧结矿在900℃时应具有≥85%的还原性。烧结矿中高含量的氧化镁及亚铁含量将显著降低其还原性。

②烧结矿低温还原粉化性能的影响。烧结矿在低温还原产生粉化是由于骸晶状赤铁矿在低温还原时晶格转变产生的巨大内应力，导致烧结矿破碎。此外，矿种、配碳、二氧化钛、三氧化二铝含量高等因素也会导致烧结矿低温还原粉化，这是影响高炉块状带渗透性的限制性因素。实践数据证明，烧结矿RDI-3.15每增加10%，对高炉产量的影响就超过3%，燃料比增加1.5%。

③烧结矿熔滴性能的影响。熔融滴落性能简称熔滴性能，是烧结矿最重要冶金性能，因熔融滴落带阻力损失占高炉总压损60%，这也是近年来高炉操作由高炉上部操作向下部操作转变的原因，形成了高炉操作的新理念。为掌握及提高烧结矿的熔滴性能，炼铁工作者理解Ts(开始熔融温度)、Td(开始滴落温度)、APm(最大压差值)的取决条件十分必要。

开始熔融温度(Ts)也称为压差开始陡升温度，取决于FeO低熔点渣熔点。FeO含量高的炉料会导致压差提前陡升，渣相中的FeO取决于炉料被还原程度。开始滴落温度(Td)取决于渣相熔点、金属渗碳反应。高碱度烧结矿由于其低FeO含量及优异的还原性而具有高熔点和滴落温度高。高炉内烧结矿熔滴带最大压差取决于渣相量及渣相粘度。低品位、高渣铁比、A1203、TiO2含量高的烧结矿熔滴带最大压差值越高。

三、烧结矿质量改善对策

烧结矿质量改善对策为：①烧结矿质量由化学成分、物理性能、冶金性能组成，其关系是：化学成分是基础，物理性能是保证，冶金性能是关键。②烧结矿的化学成分包括品位、SiO2、碱度、MgO、A1203、FeO，以及少量有害元素如S、P、Ka20、ZnO、C1等。③含铁品位是烧结矿质量的核心，高碱度是烧结矿品质的基础。烧结矿生产追求高料层、高碱度、高还原性、低碳低铁含量的目标。④高MgO、A1203、FeO及大粒度高温烧结不是烧结生产的方向，低碳厚料层的低温烧结是烧结生产的方向，优异的烧结质量有利于在高炉冶炼中实现低燃料比的炼铁。

参考文献：

[1]许满兴.影响烧结矿强度的因素分析[M].铁矿石优化配矿实用技术．北京：冶金工业出版社，2017，186-196.