冶金行业利用高温冶金性能试验指导高炉配矿研究.docx

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冶金行业利用高温冶金性能试验指导高炉配矿研究

（冶金行业）利用高温冶金性能试验指导高炉配矿研究

利用高温冶金性能试验指导高炉配矿研究

李继昌王万里赵贵清武连海付光军闫海生

（酒泉钢铁集团X公司）

摘要：

针对三地高炉铁料资源供应日趋紧张，供料逐渐呈现多样化小量化的特点。

我们利用高温冶金性能试验手段，尽可能对较大批次供料进行取样试验和分析，对少数矿种的特殊行为进行个别测试分析，对高炉实现经济合理配矿提供技术指导和参考依据。

关键词：

高温性能试验高炉配矿研究

l高温冶金性能试验试样准备

（1）按照项目合同书内容和三地炼铁工序高炉配矿实际状况，高温冶金性能试验单种矿样按大宗主要矿种考虑，按此原则本项目单种矿样选择分别为翼钢自产高烧矿、代县球团矿、进口印度块矿。

榆钢为自产高烧矿、长城球团矿、龙泰球团矿、泰生块矿。

本部为进口澳块矿、新疆伊吾宝山块矿、康达块矿、安泰科技块矿、鑫九龙球团矿、华瑞球团矿、新进口哈球矿、试验高烧矿。

其化学成分分析见表1。

（2）单种矿高温冶金性能试验矿样的取样和制备。

翼钢自产高烧矿、代县球团矿、进口印度块矿取自高炉矿槽。

榆钢自产高烧矿、长城球团矿、龙泰球团矿取自高炉矿槽下筛子料斗，泰生块矿取自料场经破碎后筛出10～12．5mm粒级为试验样品料。

本部块矿和球团矿分别取自储运北料场和200万新料场。

每种试验矿样基本按5～6公斤制备，且进行分装标记，避免混样和错样。

2高温冶金性能试验方法

本项目高温冶金性能试验方法有：

铁矿石900℃仍原性测定方法；铁矿石500℃低温仍原粉化指数试验方法：

铁矿石荷重软化性能测定方法；铁矿石熔融滴落试验方法。

试验全部在技术中心炼铁研究所试验室内进行。

2．1铁矿石900℃仍原度实验方法

900℃仍原度试验采用GB／T3241—91标准方法，试样在900℃温度下连续仍原180分钟。

在试样升温阶段和仍原度测试后的降温阶段，通入氮气进行保护，防止氧化。

仍原度以“RJ”表示。

试验装置见照片1。

2．2500℃低温仍原粉化试验方法

500℃低温仍原粉化试验采用GB／T13242—9l标准方法，试样在500*C温度下连续仍原60分钟，然后经转鼓实验后筛分称重得出结果。

在试样升温阶段和仍原度测试后的降温阶段，通入氮气进行保护，防止氧化。

低温仍原粉化率以RDI+3.15（％）表示。

试验装置见照片l。

2．3荷重仍原软化性能试验万法

铁矿石荷重软化性能试验方法，目前国内外尚无统壹的标准，本项目的试验方法采用北京科技大学许满兴设定的方法，试样粒度1．0～2．0mm，试样量为反应管内20mm高程，模拟高炉条件下的升温速度，荷重1．0kg／cm2。

在升温过程中测取20mm高程收缩变化值，以试样收缩4％和40％的温度值分别为开始软化温度（T1）和软化终了温度（T2），软化区间（T3=T2－T1），试验数据由计算机自动采集和打印。

测试过程通入氮气保护防止氧化。

试验装置见照片2

2．4熔滴性能试验方法

铁矿石熔滴性能的检测方法国内外也尚无统壹的标准，本试验采用的是北京科技大学许满兴设定的方法。

该方法是在荷重、温度制度和气氛方面基本模拟高炉条件，实验过程测定试样的软化性能，以T10％、T40％和△TA表示，T10％、T40％分别表示试样收缩10％和40％时的温度值，△TA为软化温度区间；熔滴性能总特性值用”S”表示，Ts、Td分别为试样开始熔融和开始滴落的温度（℃）：

△Ps和△Prn分别表示压差开始陡升和最大压差值（Pa）：

熔滴温度区间用△T=Td－Ts表示。

试验装置见照片3。

3单种矿高温冶金性能试验结果及分析

3．1翼铜高炉入炉矿高温冶金性能试验结果及分析

本项目单种矿样翼钢分别为自产高烧矿、代县球团矿、进口印度块矿三种。

后来根据2号高炉强化护炉需要，高烧矿配加钛精矿后补充送样2个，分别为配钛高烧矿l、配钛高烧矿2。

从单种矿高温冶金性能试验结果（见表2）见出：

四种矿900℃仍原性结果优良，代县球团矿仍原性属中等水平，和本部自产球团和周边球团矿仍原性相当。

500℃低温仍原粉化指标也比较理想，RDI+3.15自产高烧矿84．50％～87．20％；进口印度块矿86．80％，基本在85．0％及之上水平。

荷重仍原软化性能试验结果自产高烧矿良好，软化区间略宽；含钛高烧矿开始软化温度比原高烧矿高70～110℃，软化区间变窄。

代县球团矿软化性能在酸性球团中属中下水平，软化区间显宽，仍原膨胀系数尚可。

进口印度块矿开始软化温度较高，终了软化温度更高，大于1400℃，软化区间也大于320℃。

综合分析认为：

翼钢高炉入炉矿总体仍原性优良，高炉操作应注重煤气利用，关注综合煤所CO2指标，以利进壹步降低焦比。

印度块矿较高软化温度基本能和高烧矿匹配，较大软化区间影响初始煤气流分布，故配矿比不宜过高。

3．2榆铜高炉入炉矿高温冶金性能试验结果及分析

榆钢高炉入炉矿分别为自产高烧矿、长城球团矿、龙泰球团矿、泰生块矿四种。

从900℃性结果（见表3）见出，自产高烧矿和龙泰球团矿比较良好，长城球团矿和泰生块矿比较低：

500℃低温仍原粉化指标自产高烧矿和泰生块矿都比较好，RDI+3.15，5自产高烧矿96．60％，泰生块矿97．30％。

仍原膨胀系数龙泰球团矿优良，长城球团矿略差。

荷重仍原软化性能自产高烧矿最高，泰生块矿次之，开始软化温度较高，终了软化温度自产高烧矿大于1400℃，软化区间较低且接近。

俩种酸性球团矿软化性能水平接近，龙泰球团矿略低。

综合分析认为：

榆钢高炉四种入炉矿仍原性差异较大，高低之差平均约24个百分点。

块状料低温粉化指标和球体料仍原膨胀指标除长城球团矿略差外余均为良好。

块状料软化指标和球体料软化指标差异也比较大，高低之差平均约240℃，龙泰球团矿开始软化温度和终了软化温度比较低，能够见出榆钢原料冶金性能整体匹配性欠佳，料柱软熔带加厚影响透气性，由此炉料构成将影响高炉煤气利用。

3．3本部高炉入炉矿高温冶金性能试验结果及分析

本部高炉入炉矿样品为康达块矿、新疆伊吾宝山块矿、进口澳块矿、安泰科技块矿、鑫九龙球团矿、华瑞球团矿六种矿。

后来又根据料种变化和现场反馈意见补充取样10种，分别为华信球团矿、中宇球团矿、昆吴元球团矿、兰州兰发球团矿、志威球团矿、远盛达球团矿、酸性哈球矿、白产球团矿、湖北潜龙块矿、兰州兰发块矿。

从900℃仍原性结果（见表4）见出，四种块矿中澳块矿最好，安泰科技块矿略低，康达块矿壹般，伊吾宝山块矿最低。

周边球团矿中鑫九龙球团矿最好（77．80％），昆吴元球团矿、志威球团矿、中宇球团矿、远盛达球团矿较好（65．90％～69．70％），进口酸哈球、自产竖球矿、华瑞球团矿、华信球团矿等次之。

500℃低温仍原粉化指标四种块矿都比较好，伊吾宝山块矿最突出。

荷重仍原软化性能四种块矿都比较接近，开始软化温度都比较高，其中康达块矿和安泰科技块矿特点为软化区间小于100℃水平，康达块矿甚至小于40℃。

周边球团矿中鑫九龙球团矿软化性能最差，表当下开始软化温度偏低，软化区间宽，仍原膨胀系数高达近46．0％。

华瑞球团矿软化性能和仍原膨胀系数指标略好于鑫九龙球团矿。

进口酸哈球团、昆吴元球团矿、志威球团矿仍原膨胀系数较高，在19．10％～27．24％范围。

综合分析认为：

本部四种块矿中除伊吾宝山块矿900℃仍原性较差外，其余块矿在仍原性、低温粉化、软化性能方面都较好。

周边球团矿和进口酸哈球、自产竖球矿基本在60．0％之上水平，少数几种低于国家标准见表5。

在软化性能或仍原膨胀系数指标上鑫九龙球团矿、昆吴元球团矿、志威球团矿比较差，权衡利弊高炉控制少量配加为宜。

4几个问题的认识和讨论

4．1关于高TFe高FeO块矿的问题

高TFe高FeO块矿在今年开展项目中涉及有2种，本部有新疆伊吾宝山块矿，榆钢有泰生块矿，另外《预仍原矿高炉炼铁法研究》涉及有新疆升升块矿，2006年《高炉合理炉料结构研究》涉及有新疆宝地红光块矿，这些块矿壹直作为高炉的炼铁原料在使用。

从化学分析结果（见表6）见出，TFe＞56．22％，最高TFe64．50％；FeO在13．17％～22．15％之间，品位60．0％以下的块矿SiO2、CaO、A12O3含量较高，红光块矿P偏高。

从高温冶金性能试验结果见（见表7），900℃仍原性基本在50．40％以下，升升块矿900℃仍原性和500℃低温粉化指标是在有高H2气配比条件测得的，同样条件下它也是最差的，可是它们500℃粉化指标和软化性能指标均属优良，这也符合难仍原矿结构致密的特点。

难仍原矿在高炉内导致煤气利用变差，直接仍原增加，高炉入炉料中配比控制很关键。

根据2006年《高炉合理炉料结构研究》项目熔滴性能试验结果，单矿配比控制在10．0％以内为宜，若有其他块矿可供，再降低配比到5．0％左右搭配使用为好。

4．2关于高仍原性低软化性球团的问题

本部和异地高炉购进球团矿中，高温冶金性能试验结果显示有些球团矿仍原性不错，但软化性能或者膨胀系数指标不好。

例如本部购进的鑫九龙球团矿，2006年初的进口自熔性哈球矿（见表8）。

低软化性能的不足在于恶化料柱透气性，故在配矿比和炉顶布料方面需要控制和探索，单纯认为“球团矿仍原性好铁品位高怎么用都行”是很片面的，必须要全而了解和分析其性质特点，作到科学搭配、合理使用。

4．3高烧矿碱度再提高的问题

酒钢高碱度烧结矿试验研究始于上世纪80年代中后期，当时和北科大合作进行的《酒钢强磁选赤精矿烧结的研究》项目，以酒钢自产的强弱磁精矿30：

70的比例进行了提高碱度系列；添加生石灰系列：

添加白云石粉系列等的烧结杯试验研究。

提高碱度系列试验结果表明：

烧结矿碱度（CaO／SiO2）由R=1．24提高到R=1．75时，铁酸钙矿物含量达到20％～25％，其中铁酸二钙为5％～8％；而当碱度提高到R=2．5时，铁酸钙含量略有增加但仍原性差的铁酸二钙却提高到10％～15％，囚而仍原性由上升缓慢变为下降趋势（见图1）。

当碱度提高到R=1．9时，利用系数可提高20％，转鼓指数可提高3．8％。

随碱度提高氧化铁、脱硫率呈下降趋势（见图2），软化温度呈下降趋势（见图3），低温粉化率呈略有上升的趋势（见图4）。

近期为了应对即将进口的酸性哈球矿入炉冶炼，专门进行了碱度R=2．0、2．2的烧结杯试验，原料取自烧结工序，铁料主要是自产综合精矿配有少量球团返矿。

有关高温性能测试结果见表9，结合上述结果对比分析，各项指标仍在提高碱度系列试验结果的变化趋势和范围以内，特别是趋势对应性明显。

综合分析认为：

酒钢原燃料条件下高烧矿的适宜碱度范围在R=1．7～1．9，R=2．0～2．5之间仍原性指标仍好，但其余指标有变差趋势和明显变差，短期内作为高烧矿平衡手段完全可行，长期运用会影响焦比、铁水[s]等相关指标，建议炉料平衡确需提高高烧矿碱度，短期内控制R=2．3以内完全可行。

5融熔滴落试验结果及分析讨论

5．1翼钢高炉配矿融滴试验结果及分析讨论

翼钢高炉配矿的融滴试验选择了四种方案，试验编号为Ycpk-l、Ycpk-2、Ycpk-3、Ycpk-4（见表10）。

翼钢高炉入炉料种类较为单壹，壹般为高烧矿+球团矿=65～70％+35～30％，目前基本无块矿配入。

模拟配矿的融滴试验主要考察含钛高烧矿和配入其他壹定量的含钛铁料（配本部含钛球团和块矿），入炉料钛负荷由低到高的配比条件下，料柱的软熔和滴落性能变化情况，为今后利用含钛铁料实施护炉进行必要试验探索。

Ycpk-1、Ycpk-2、Ycpk-3三种入炉料钛负荷由低到高分别为TiO24．71kg／t、TiO26．76kg／t、TiO29．71kg／t。

Ycpk-4为不含钛高烧矿和不配加含钛铁料的壹组配矿。

试验结果表明：

三组含钛入炉料料柱的软化开始温度和软化终了温度都比较高，分别在1191℃～1217℃和1340℃～1391℃，软化区间在134℃～198℃，融滴温度也比较高，压差陡升温度在1452℃～1502℃，滴落温度在1513℃～1523℃，融滴温度区间窄，只有2l℃～65℃范围，最大压差值也显低。

虽然，钛负荷由低到高的配矿和软熔和滴落性能无明显顺序对应关系，但其较高的软熔温度和较低的压差数据表明该配矿范围料柱软熔带偏窄，位置偏下，总特性值s值优良亦证明如此。

不含钛高烧矿和不配加含钛铁料的Ycpk-4配矿较含钛铁料配矿的软熔温度平均低约60℃～40℃；压差高约60~9．8Pa；s值高60．5Kpa．℃，比较见出：

含钛铁料软熔性能要优于不含钛铁料。

榆钢高炉配矿的融滴试验选择了三种方案，试验编号为Yzpk-l、Yzpk-2、Yzpk-3（见表11）。

模拟配矿的融滴试验主要考察有无进口酸性哈球矿以及配入酸性哈球矿的比例大小对料柱软熔性能的影响等。

Yzpk-l配矿基本为目前高炉的实际入炉料配比（无哈球矿时），Yzpk-2配矿中哈球矿15％，Yzpk-3配矿中哈球矿10％。

试验结果表明：

三组配矿料柱的软化开始温度和软化终了温度都较低，最高在1182℃～1331℃之间，压差陡升温度和熔滴温度最高在1397℃～1505℃之间，熔滴温度区间87℃～161℃。

从熔滴温度区间、最大压差值、总特性S值结果见出：

Yzpk-2配矿软熔性能略差，Yzpk-1配矿和Yzpk-3配矿软熔性能相对较好。

Yzpk-3配矿融滴性能最好但软化性能略差，表当下料柱软化较早，区间较宽。

但融滴温度区间相对小，滴落温度低，冶炼行程相对要快。

5．3本部高炉配矿融滴试验结果及分析讨论

本部高炉配矿的融滴试验选择了六种方案，试验编号为bbpk-l、bbpk-2、bbpk-3、bbpk-4、bbpk-5、bbpk-6（见表12）。

模拟配矿的融滴试验主要考察目的有I酸性哈球矿充足供货配矿和完全停止供货配矿。

lI壹般冶金性能球团矿配矿比例。

III较差冶金性能天然块矿配矿比例。

Ⅳ研发自产白熔性球团矿配矿比例。

V配钛高烧矿和不配钛高烧矿配矿区别。

Ⅵ高烧矿碱度再提高的影响。

从试验结果见出：

本部高炉6种配矿软熔性能指标较低，整体性反映了入炉料构成的根本性缺陷，即品位低、渣量大、矿种多、冶金性能差别大的问题。

另外因炉料平衡造成的高烧矿碱度再提高，导致原来高烧矿优良高温冶金性能降低，配矿比再降低使整个料柱中高烧矿的主导作用又降低是潜在的问题。

bbpk-1、bbpk-2、bbpk-3三组试验在酸性哈球矿充足供货和完全停止供货俩种状态下模拟配矿，融滴温度区间在123℃～140℃之间，最大压差303～340x9．8Pa，总特性S值322．32～364．95Kpa．℃，相比翼钢和榆钢差距明显，但bbpk．2配矿未因哈球矿完全停供表现出波动或大的起伏。

bbpk-4、bbpk-5、bbpk-6三组试验在酸性哈球矿完全停止供货状态下模拟配矿，其中bbpk-6壹组模拟开发本地矿源自熔性球团的配矿试验（高烧矿CaO／SiO2=1．98、白熔性球团CaO／SiO2：

0．8）。

bbpk．4、bbpk．5二组融滴温度区问在137℃～157℃之问，最大压差436～439x9．8Pa，总特性S值522．27～593．90Kpa．℃，明显高于前三组结果，这里主要体现了品位低、渣量大、矿种多、冶金性能差别大的问题。

Bbpk-6壹组融滴温度区间167℃，最大压差576x9．8Pa，总特性S值860．85Kpa．℃。

该融滴性能最差主要和配矿碱度偏高有关，也和其他矿种冶金性能差别大有关，尚需进壹步探讨和扩大试验研究。

6结论意见和建议

（1）翼钢配钛高烧矿比不配钛高烧矿仍原度平均高约7个百分点，粉化率提高近3个百分点，软化开始温度提高96℃，软化终了温度提高33℃，软化区间降低62℃，高温性能指标是明显改善的结果。

配矿融滴试验结果同样是配钛高烧矿组比不配钛高烧矿组性能优良，主要表当下较高的软熔温度和较低的压差和总特性值S值数据。

表明该配矿范围料柱软熔带变窄，位置偏下。

建议对配钛高烧矿性质进行深入研究，结合高炉操作探索且利用其改善高温冶金性能的机理以及合理途径。

（2）榆钢单种矿高温性能高烧矿最好，俩种球团矿高温性能差异较大，龙泰球团矿仍原性和膨胀系数优良，开始软化温度和终了软化温度比较低。

长城球团矿仍原性和膨胀系数较差，开始软化温度和终了软化温度也较低。

泰生块矿仍原性比较低，软化温度水平壹般。

从配矿融滴试验结果见：

龙泰球团矿低软化性能对料柱软熔行程影响明显，配比小于15％以下为宜。

长城球团矿配比在20％以内为宜。

配矿推荐Yzpk-3和Yzpk-1俩组优先。

（3）本部入炉块矿中湖北潜龙块矿和兰州兰发块矿为高钛型护炉用料（包括兰州兰发球团矿，TiO2含量见表1）。

900℃仍原性兰州兰发块矿优于湖北潜龙块矿，二者软化温度都比较高，但湖北潜龙块矿开始软化温度高出127℃，终了软化温度高出93℃，软化区问低34℃，又优于兰州兰发块矿。

总体见出高钛型护炉用块矿，软化温度偏高，软化区间窄。

康达块矿和安泰科技块矿900℃仍原性安泰科技块矿优于康达块矿，低温粉化率88．0％～86．10％二者基本接近，软化温度二者也很接近，软化区间均低于100℃，康达块矿软化区间更窄只有34℃。

（4）本部入炉球团矿目前全部为酸性结构，900℃仍原性高低在59．2％至77．8%之间，大多数在60．0％～68．0％范围，从软化温度和膨胀系数结果见，鑫九龙球团矿，华瑞球团矿开始软化温度和终了软化温度最低，鑫九龙球团矿，志威球团矿，昆吴元球团矿较差，其中鑫九龙球团矿最差。

综合分析全部酸性结构的球团矿中在900℃仍原度大于60．0％，使用中重点考察其软化性能和膨胀系数结果，开始软化温度小于1000℃：

膨胀系数大于25％，可视为较差性能料尽量降低配比，建议控制在10．0％以内搭配使用。

（5）为使炉料结构更加合理，针对目前入炉球团矿全部为酸性结构的状况，建议开展多矿源条件下的自熔性（含镁质球团和配钛球团）球团矿开发项目，寻求资源多变态势下优化炉料结构的有效手段和途径。

且且对改变目前单纯依靠高烧矿碱度再提高手段达到配矿碱度平衡，短期牺牲高烧矿优良品质的消极行为具有根本性的积极的意义。

参考文献

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【2】刘建民张洪海顾爱军宣钢9号高炉高酸料比下的强化冶炼全国炼铁信息网2006年技术交流会

【3】杨李香世界各地高炉含铁炉料结构2007中国钢铁年会论文集

【4】王维兴中国高炉炼铁技术进展2007中国钢铁年会论文集

【5】李继昌张镇王万里等酒钢高炉炉料结构冶金性能试验研究2007中国钢铁年会论文集