馬永廣 唐利霞 張?jiān)?/p>

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

0 引言

對(duì)鐵前降本來(lái)說(shuō)，通過(guò)優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)降本是最易實(shí)現(xiàn)的，也是效果最為顯著的方法。對(duì)高爐爐料（燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和塊礦）進(jìn)行冶金價(jià)效評(píng)價(jià)分析，發(fā)現(xiàn)絕大部分時(shí)期塊礦的價(jià)效最好，其次是燒結(jié)礦，球團(tuán)礦的價(jià)效最差[1-4]，而在高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，安鋼進(jìn)行過(guò)多次嘗試，效果均不太理想，價(jià)效好的塊礦的配加比例處于中低水平，而價(jià)效差的球團(tuán)礦的使用比例過(guò)高，從而造成高爐結(jié)構(gòu)成本難以降低，制約了鐵前降本效果的發(fā)揮。因此，保證高爐順行，提高價(jià)效較好塊礦比例的使用成為安鋼鐵前降本亟待解決的問(wèn)題。通過(guò)研究塊礦的還原度、低溫還原粉化、高溫自由膨脹率以及不同塊礦對(duì)焦炭熱性能影響，結(jié)合塊礦的化學(xué)成分，選擇合適的塊礦種類，促進(jìn)爐料成分體系優(yōu)化，改善了爐況，取得了較好的效果。

1 塊礦使用現(xiàn)狀分析

1.1 國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀、水平及發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外高爐均大力提高塊礦入爐比例，并取得了較好的效果，寶鋼4 號(hào)高爐塊礦比例提至20%以上，爐況順行穩(wěn)定，指標(biāo)較好[5]，韶鋼6 號(hào)高爐塊礦比例配加至22.1%[6]。日本及亞洲其他國(guó)家大多數(shù)鋼廠的塊礦用量在15%以上，有的甚至超過(guò)20%。這可以給我們兩個(gè)啟示：一是20%左右的優(yōu)質(zhì)塊礦加入量不會(huì)對(duì)高爐指標(biāo)造成太大影響；二是高爐爐料結(jié)構(gòu)應(yīng)該講究使用成本，控制使用昂貴的球團(tuán)礦。通過(guò)優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，適當(dāng)?shù)卦黾訅K礦的比例不會(huì)對(duì)高爐順行產(chǎn)生不利的影響。

1.2 安鋼塊礦使用現(xiàn)狀

安鋼高爐在塊礦使用方面以南非塊為主，尤其是雨季，形成了對(duì)南非塊的過(guò)度依賴。但從近幾年3#高爐的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，當(dāng)南非塊配加比例超過(guò)約15%時(shí)，高爐順行受到影響，尤其是當(dāng)配加比例達(dá)到18%～19%時(shí)，高爐爐況難行頻發(fā)，分析認(rèn)為這與南非塊配加比例過(guò)大的影響是分不開的。南非塊的價(jià)效雖好，但其配加比例難以提高，極大限制了高爐結(jié)構(gòu)降本空間；另外，由于南非塊的SiO2含量較高，配加比例較高時(shí)，容易導(dǎo)致燒結(jié)礦的堿度偏高，嚴(yán)重影響燒結(jié)礦的高溫性能，從而影響高爐順行。同時(shí)，南非塊的堿金屬含量過(guò)高，大量使用時(shí)，會(huì)造成高爐內(nèi)堿金屬含量富集，惡化高爐的運(yùn)行。

2 試驗(yàn)研究

2.1 不同塊礦理化性能及中低溫冶金性能

安鋼高爐常用塊礦的化學(xué)性能及還原度、低溫還原性能分別見(jiàn)表1、表2。

表1 不同塊礦化學(xué)成分 %

表2 不同塊礦還原及低溫還原粉化性能 %

從表1、表2 可以看出，老撾塊、羅伊山塊、紐曼塊均屬于高鐵、低硅塊，有害雜質(zhì)較少，成分較理想；通過(guò)燒損測(cè)定判斷，老撾塊、羅伊山塊、紐曼塊應(yīng)屬于褐赤鐵塊。羅伊山塊、紐曼塊還原性較好，這與其屬于褐赤鐵礦有關(guān)，隨著結(jié)晶水的排出，結(jié)構(gòu)變得較為疏松，易于還原，配加時(shí)有利于高爐生產(chǎn)；南非塊的特點(diǎn)是質(zhì)地致密，還原困難，配加較高時(shí)影響高爐生產(chǎn)。表中所有塊礦的低溫還原粉化指數(shù)基本均達(dá)到85%，該項(xiàng)指標(biāo)較好。

2.2 不同塊礦的高溫自由膨脹率

本試驗(yàn)?zāi)M的是塊礦在受熱狀態(tài)下的體積膨脹情況，在高溫爐進(jìn)行加熱試驗(yàn)。由于沒(méi)有相關(guān)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所以試驗(yàn)需要在相同條件下進(jìn)行比對(duì)；另外，由于試樣的入爐溫度均為1 000 ℃，升溫速率也相同，但是設(shè)備無(wú)法通入還原氣體，所以不能模擬高爐氣氛。試驗(yàn)選取幾種具有代表性的樣品進(jìn)行，南非塊屬于赤鐵塊，結(jié)構(gòu)非常致密，其中堿金屬含量較高；PB 塊為赤鐵塊，相對(duì)南非塊而言，在結(jié)構(gòu)上較為疏松；羅伊山塊為褐鐵塊，結(jié)晶水含量較高，一般在300 ～500 ℃分解，結(jié)構(gòu)疏松。不同塊礦的高溫自由膨脹率如圖1 所示。

從圖1 可以看出，當(dāng)溫度達(dá)到1 400℃以上時(shí)，南非塊呈現(xiàn)急劇膨脹，膨脹率非常高，達(dá)到67%，這主要與其結(jié)構(gòu)致密、堿金屬含量高等有關(guān)，因?yàn)樵搲K的主要成分為Fe2O3，所以其膨脹現(xiàn)象不受還原氣氛的影響，也就是說(shuō)，在高爐內(nèi)該塊礦的實(shí)際膨脹率較高。PB 塊、羅伊山塊在加熱過(guò)程中未出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，隨著溫度的升高，一直呈現(xiàn)收縮趨勢(shì)。這主要與其結(jié)構(gòu)疏松及成分構(gòu)成有關(guān)。分析認(rèn)為：基于塊礦膨脹對(duì)高爐冶煉過(guò)程中料柱透氣性的影響，建議合理控制南非塊的配加比例。

圖1 不同塊礦高溫自由膨脹率

2.3 不同塊礦對(duì)焦炭熱性能的影響

不同塊礦對(duì)焦炭

熱性能的影響見(jiàn)表3。

表3 塊礦對(duì)焦炭熱性能的影響

從表3 可以看出，南非塊對(duì)焦炭的熱強(qiáng)度影響最大，焦炭強(qiáng)度降低了2.34 個(gè)百分點(diǎn)，反應(yīng)性升高了2.1 個(gè)百分點(diǎn)；其次是阿特拉斯塊，焦炭熱強(qiáng)度降低了1.89 個(gè)百分點(diǎn)，熱反應(yīng)性升高了2.6 個(gè)百分點(diǎn)；巴西塊對(duì)焦炭熱性能的影響最小。分析認(rèn)為：南非塊因其堿金屬含量高，促進(jìn)了焦炭的熔損反應(yīng)，導(dǎo)致焦炭的熱性能下降[7]；堿金屬含量較高會(huì)增加高爐內(nèi)堿金屬的循環(huán)富集量，進(jìn)一步破壞焦炭強(qiáng)度，而焦炭在高爐內(nèi)的重要作用就是支撐作用，焦炭熱強(qiáng)度的降低勢(shì)必會(huì)影響高爐的透氣性，造成燃料消耗升高。

3 工業(yè)應(yīng)用情況

根據(jù)上述研究分析得出，選擇還原性較好，SiO2、堿金屬含量較低，高溫還原膨脹較低的塊礦作為安鋼高爐的主打塊礦；安鋼高爐從2016 年開始逐步減少南非塊比例，目前塊礦主要以羅伊山塊、PB 塊、紐曼塊等低硅塊礦為主，擺脫了長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)南非塊的過(guò)渡依賴，價(jià)效好的塊礦使用比例提高了3 ～4 個(gè)百分點(diǎn)，爐況的穩(wěn)定性顯著改善，在產(chǎn)量提高的基礎(chǔ)上燃料比降低5kg 以上。近年來(lái)安鋼高爐的塊礦比例與高爐指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 近年來(lái)安鋼高爐塊礦比例與高爐指標(biāo)

4 結(jié)論

通過(guò)選擇使用高溫自由膨脹率低，對(duì)焦炭熱性能負(fù)面影響較小，有效品位較高，塊礦成分有利于爐料成分體系合理控制和高溫性能的改善的塊礦品種，如紐曼塊、PB 塊或羅伊山塊等低硅塊礦，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)爐料結(jié)構(gòu)塊礦品種進(jìn)行優(yōu)化，合理控制其配加比例，實(shí)現(xiàn)了在保持高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定條件下結(jié)構(gòu)成本的降低，產(chǎn)量效益較為顯著，塊礦的配加比例提高了3 ～4 個(gè)百分點(diǎn)，噸鐵燃料比可降低5kg 以上。