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唐钢炼铁厂使用低品质矿的生产实践

薛凤萍，郝新文，周永宁，王沧

(河北钢铁集团唐钢公司)

摘 要：本文介绍了唐钢炼铁厂使用低品质矿的情况。通过实验室试验和生产实际为合理配加低品质矿提供了理论依据。针对低品质矿质量不稳定、有害元素高等特点，细化了低品质矿的使用流程，为优化配矿做好前期准备工作；对具有吸水性强，粘性大、易粘仓等特性的低品质矿，采取有效的生产组织措施，同时优化混匀矿堆积作业计划，提高了混匀矿的稳定性。通过烧结工艺设备改进和点火温度自动控制，提高了烧结生产过程的稳定性，保证了烧结矿质量。根据钢材对有害元素的成分要求，在烧结优化配矿中充分考虑有害元素对后道工序的影响，将不同种类的低品质矿配比限定在一定的范围内，同时预测铁水微量元素含量，防止超出控制标准。通过合理搭配高Al₂O₃矿与低Al₂O₃矿的比例，控制烧结矿Al₂O₃/SiO₂在0.35～0.41，保证了烧结矿质量，满足了高炉生产要求。通过控制适宜的高炉炉渣Al₂O₃含量和合理的炉渣碱度，保证了高炉冶炼的顺利进行。通过调整高炉操作制度，保持了技术指标的稳定，取得了较好的经济效益。

关 键 词：低品质矿；优化；配矿；烧结；控制

前言

唐钢炼铁厂现有1台265m² 、3台180m²烧结机和1台360m²烧结机，2座2000m³高炉和2座3200m³高炉。高炉炉料结构以碱性烧结矿为主，同时配加酸性球团及天然块矿。多年来，高炉“精料”一直是支撑我国钢铁工业快速发展的重要基础，唐钢炼铁厂也在“精料”方针理念下通过不断优化配矿结构改善了生铁指标，对降低生铁成本起到了关键作用，也为提高公司最终产品的市场竞争力做出了贡献。

近年来，唐钢炼铁厂烧结生产使用的含铁原料除自产精粉、钢渣、自循环粉烧、球团粉、除尘灰外，主要来自澳大利亚BHP公司、力拓公司生产的澳矿粉、MAC粉、PB粉和巴西淡水河谷公司生产的巴卡粗粉等质量稳定、品位高、有害元素少的高价料。进入2012年，原来的配矿模式降低高炉、烧结原料成本的可能性已经很小，唐钢炼铁厂尝试在烧结用料(混匀矿)中配加一定比例的低品质矿，将炉料的经济性评价作为“精料”方针的一个补充，在生产实际中破解了各种工艺难题，采取了相应的技术措施，解决了用“低价料”降成本和高炉稳定顺行之间的矛盾，实现了“低成本、高效益”高炉炼铁。

1 低品质矿特点

唐钢炼铁厂使用的低品质矿20余种，含铁品位普遍偏低，价格也比较低，主要有以下特征：

(1)有些低品质矿SiO₂、Al₂O₃含量较高，如OP-YN、QB、QD、QE、QF、QG、QJ。

(2)有些低品质矿TiO₂含量较高，如OC-HS、OC-HSN、OC-NF、QD、QK、QH，适合生产高钛烧结矿。

(3)有些低品质矿K、Na等碱金属含量较高，如使用比例不合理，将会影响高炉的透气性和高炉顺行，如OC-NF、OC-HSL(高P)和QC。

(4)有些低品质矿P、Cr含量较高，如使用比例不合理，会导致入炉料有害元素超标，将会影响钢材的质量，如OP-YN、OC-NF。

(5)有些低品质矿烧结性能指标较差，重点表现在同化温度过高、液相流动性低，粒级组成不均匀等，如使用配比不合理，将会影响烧结矿产、质量，如OC-HS、OC-HSN、OC-HSN(P)、OC-NF、OP-YN。

(6)有些低品质矿吸水性很大，自粘结性非常强，易粘仓，易板结，给生产组织带来困难，如OP-YN、QG、QJ。

(7)有些低品质矿粒度不均匀，成分波动非常大且含有杂物，如QC、OP-YN(原矿)。

2 低品质矿生产实践

2.1 细化低品质矿的使用流程

鉴于低品质矿质量不稳定、有害元素高等特点，进一步细化低品质矿的使用流程：详细了解低品质矿新资源的价格，分析价格走势。每批低品质矿在决定使用前，经营科组织技术科、进料车间等部门技术人员到港口对矿粉的外在质量进行考察，取样带回厂内进行TFe、SiO₂、Al₂O₃、CaO等常规化学成分的检测，根据检测结果计算其性价比。对性价比高的低品质矿，还需完成碱金属、锌、磷、砷、铜、铅、铬、镍等微量元素的检测，用于指导低品质矿适宜配比的确定。在新品种低品质矿使用前，技术科组织对其烧结性能进行分析研究，指导烧结操作参数的调整，并实时跟踪低品质矿使用过程中的烧结操作参数变化及质量变化，跟踪烧结矿质量对高炉操作的影响，并做好信息反馈，确保优化配矿。

2.2 低品质矿使用生产组织对策

OC-YN、QG粉等低品质矿具有吸水性强，粘性大、易粘仓的特性，采取直进料场的方式组织进厂；在雨季采用晴天晾晒、雨天苫布苫盖的方式组织生产。为了确保其能均匀地从混匀配料仓中切出以稳定配料，采取在一次料场先将其混入10%左右的粉烧并用铲车搅拌均匀后再向混匀配料仓装料。在混匀配料切出过程中定期用游锤振打仓体以保证下料通畅。

2.3 优化混匀矿堆积作业计划

出于降成本的需要，一堆混匀矿中往往配加3个以上的低品质矿，这样混匀矿中单品种物料的个数增加，最多时达到18个品种。由于各单品种物料间成分差异大，混匀配料仓只有14个，需要将这些品种物料分4步(4BLOCK)堆积到混匀矿中。

为了确保混匀矿成分稳定，下达分步(4BLOCK)计划采用控制MgO、R₂相同，TFe相近的方式减少各步计算成分差异；为了保证混匀矿堆积过程的连续性、减少停机次数，充分考虑每个品种物料在一次料场的堆放地址和混匀配料槽的稳定下料范围，同时查定混匀配料仓加槽作业系统、混匀矿堆积系统的能力负荷和一次料场取料机的作业平衡，缩短了上料时间、提高了工作效率，提高了混匀矿的稳定性。

2.4 烧结工艺设备改进和点火温度自动控制

低品质矿配比提高后，为进一步提高烧结生产过程的稳定性，保证烧结矿质量，烧结系统采取如下措施：

(1)使用OC-YN、QD、QG等低品质矿粉后，混合料粘性加大，造成烧结机圆辊给料机两侧挡料板处粘料严重，影响烧结机台车边缘布料，为此在4月份之前分别将1～3＃烧结机圆辊给料机两侧挡沿割除，用橡胶板作为档板固定在混合料槽上，解决了圆辊给料机两侧因粘料加重烧结机台车边缘效应的难题。

(2)为了降低成本，1#高炉使用TiO₂含量较高的烧结矿替代价格较高的钛矿进行护炉。采取在4#烧结机配料室5#仓装入钛精粉的方式生产高TiO₂烧结矿。由于该仓原为混匀矿仓，料仓出料口较大，在使用量15kg/s时，下料均匀稳定；做为钛精粉专用仓后，由于钛精粉下料量较小(只有1.3kg/s～2.2kg/s)，下料量波动大，下料不稳定。为稳定下料量，对料仓出料口进行改造，在料仓的出料口上部增加了一个挡板，将出料口缩小，提高了圆盘的转速，从而稳定了下料量。

(3)由于多数低品质矿粒度不均匀，烧结机台车布料后料面经常出现凹面，料面不平，台车表面返矿增加。针对这种现象，对4#烧结机的平料器进行改造，将以前采用的四段式平料器改造成一段式钢板，钢板的厚度20mm、宽350mm、长345mm，并可增加配重，可将料面压实，拉平，减少了表面返矿的产生，提高成品率1个百分点。

(4)点火温度自动控制。烧结点火温度控制原来是人工手动控制，由于煤气压力不稳定，煤气流量易出现波动，岗位调整不及时就会使点火温度出现波动，影响点火效果，通过自动化控制手段实现了煤气流量的自动调节，保证了点火效果。

2.5 有害杂质的控制

低品质矿除了品位低外还含有磷、铅、锌、砷、钾、钠、铬等有害杂质。冶炼优质生铁要求矿石中杂质含量越少越好；矿石中杂质含量少不但可以减轻对焦炭、烧结矿和球团矿质量的影响，而且也是冶炼洁净钢的必要条件，同时还可减轻炼钢炉外精炼的工作量。

低品质矿OC-NF、OC-HSL(高P)和QC的K₂O、Na₂O含量高于0.1%，根据高炉入炉碱金属负荷要求控制其配比，防止高炉透气性恶化，影响高炉顺行；OC-NF、OC-HSL(高P)和QE的磷含量均高于0.1%，根据生铁含磷量的要求控制其配比；OP-YN的Cr含量和Ni含量分别高达1.04%和0.18%，该品种的配比需要限定在一定的范围内。

为使铁水成分满足冶炼不同钢种的要求，技术中心下发了铁水质量等级对微量元素含量的要求，“要求”涉及的微量元素包括：Cr、Ni、Cu、P、As和Pb。具体要求见表1。

表1 铁水质量等级对微量元素含量的要求

炼铁厂根据钢材对有害元素的成分要求，在烧结(混匀矿)配矿中充分考虑有害元素对后道工序的影响，将不同种类低品质矿的配比限定在一定范围内，同时预测铁水微量元素含量，防止超出控制标准。

2.6 含钛烧结矿生产

唐钢炼铁厂2012年2月15日1#高炉开始配吃2%钛矿护炉，3月10日钛矿配比提高到3%。由于使用钛矿进行护炉致使高炉的入炉品位降低、渣量增大，给炼铁生产带来许多不利影响，而且由于钛矿资源紧张，价格较高，炼铁成本也较配加钛矿前有所升高；为了降低成本，在烧结工序配加了一种含钛量较高、价格较低的铁精粉，生产出含钛的烧结矿替代钛矿进行护炉。

大量的工业生产数据显示：烧结矿碱度控制在1.95±0.05，当烧结矿的TiO₂含量控制在0.75%以下时，烧结矿低温还原粉化指标(RDI_-3.15)可以控制在40%以内；当烧结矿TiO₂含量超过0.75%，烧结矿冷态机械强度变化不明显，但低温还原粉化指标(RDI_-3.15)超过40%的次数明显增加，需采取必要的措施防止烧结矿RDI-3.15指标过度变差。

烧结矿的含钛量是根据高炉钛平衡计算要求确定的，可以很好地控制高炉钛负荷。另外，由于配加钛精粉后烧结矿的R₂由1.85提高到1.87～1.98，含钛烧结矿的高炉炉料结构有良好的熔滴性能，不仅有利于改善高炉的透气性，使炉况得以稳定顺行，还有利于渣铁口的维护和炉前出铁顺畅；既满足了护炉所需钛负荷，取得较明显的护炉效果，又保证了炼铁生产的稳定顺行，同时降低了生铁成本。

2.7 控制烧结矿适宜的Al₂O₃/SiO₂

SiO₂是烧结过程形成粘结相的主要元素，其含量高低对成品矿的强度和性能有非常大的影响。唐钢炼铁厂多年的生产实践证明：在现有的烧结技术条件下，较适宜的烧结矿SiO₂含量控制范围是4.80%～6.20%。

Al₂O₃是烧结矿化学成分不可缺少的组成。一定的铝硅比(Al₂O₃/SiO₂)=0.1～0.4是烧结过程形成铁酸钙的必要条件。当烧结矿SiO₂含量控制在小于6.00%，碱度控制在1.90倍时，Al₂O₃上限含量应低于2.50%，高了会降低烧结矿的冷强度，还会恶化烧结矿的还原粉化指数。

为了保证烧结矿质量(主要是强度指标和RDI指标)和炉渣流动性良好，通过合理搭配高Al₂O₃矿与低Al₂O₃矿的比例，控制烧结矿Al₂O₃/SiO₂在0.1～0.4。2011年炼铁厂北区烧结矿Al₂O₃平均含量是1.91%。由于低品质矿大多含Al₂O₃较高，2012年3月开始在混匀矿中配加低品质矿后，随着低品质矿配比的增加，烧结矿Al₂O₃大幅度上升，最高达到2.32%。尽管使用低品质矿后烧结矿的Al₂O₃上升了很多，但通过控制烧结矿Al₂O₃/SiO₂在0.35～0.41，烧结矿的质量得到了保证，满足了高炉生产要求。2012年烧结矿化学成分与烧结矿质量指标见表2。

表2 烧结矿化学成分和质量指标

2.8 控制适宜的高炉炉渣Al₂O₃含量和合理的炉渣碱度

炉渣中的Al₂O₃含量是影响炉渣冶金性能的一个重要因素。为了确实了解唐钢炉渣适宜的Al₂O₃含量控制范围，开展了试验研究。

试验证明：在唐钢炼铁厂当前的原料条件下，当炉渣中Al₂O₃含量处在15%以内时，高炉炉渣中Al₂O₃含量的提高对高炉炉渣流动性能和炉渣脱硫能力的不利影响比较小，因此，高炉炉渣中Al₂O₃含量的适当增加对唐钢高炉冶炼过程不会带来明显的不利影响。但当炉渣中Al₂O₃含量超过15%再增加其含量，对高炉炉渣流动性能和炉渣脱硫能力的不利影响则比较大。

低品质矿的Al₂O₃含量普遍偏高，烧结配矿不应只考虑对烧结矿质量的影响，还应关注炉渣Al₂O₃含量升高对炉渣粘度和熔化性温度的影响。从改善炉渣流动性和提高炉渣脱硫能力两方面考虑，唐钢炼铁厂在目前的冶炼条件下，炉渣碱度R₂控制在1.12，炉渣中的Al₂O₃含量不宜超过15%。同时，试验结果还表明：在炉渣中Al₂O₃含量比较高的条件下，可以通过适当提高炉渣的R₂和MgO含量来减缓Al₂O₃含量对高炉炉渣流动性能和炉渣脱硫能力的不利影响。

2012年，炼铁厂控制炉渣中Al₂O₃含量为14.68%～15.79%，炉渣二元碱度1.15～1.20，四元碱度0.98左右，MgO/Al₂O₃为0.50～0.61，保证了高炉冶炼的顺利进行，取得了较好的效果。表3为2012年高炉炉渣参数。

表3 2012年高炉炉渣参数

2.9 高炉操作制度调整

配加低品质矿后，入炉矿的综合品位有所降低，渣量增大，综合焦比上升，料柱透气性变差，压差升高，影响高炉顺行。为了应对新的炉料结构，实现最低消耗，通过调整高炉操作制度，保证了高炉顺行，保持了较好的技术指标。

(1)上部调剂是通过料线、布料角度、布料圈数、批重等的调剂控制炉料在炉喉的分布，从而控制两股煤气流的分布，提高煤气利用率，使两股煤气流分布合理，适当抑制边缘气流，发展中心气流。

(2)下部采取使用长风口或缩小风口面积，提高风速和鼓风动能，保证吹透中心，使炉缸活跃。

上下部调整相结合，保持炉况长期稳定顺行，保证操作炉型合理稳定。

(3)稳定热制度和造渣制度，保证铁水温度在1500℃以上，减少炉况波动。

3 低品质矿的使用效果

使用低品质矿后，一方面烧结矿原料成本和生铁原料成本大幅度降低(表4、表5)；另一方面烧结矿品位下降，SiO₂、Al₂O₃含量明显增加，但由于针对低品质矿的特点采取了相应的措施并及时实施，烧结矿主要质量指标虽略有降低，但降幅不大，能满足高炉的需要；同时，高炉通过操作制度的调整和燃料结构的优化，减少了入炉品位降低带来的不利影响，保持了技术指标的稳定。表6、表7为使用低品质矿前、后唐钢炼铁北区烧结矿技术指标和高炉技术指标对比。

表4 2012年烧结矿原料成本

元/t

表5 2012年生铁原料成本     元/t

表6 烧结矿技术指标

表7 高炉技术指标

注：表6、表7使用前为唐钢炼铁北区2011年数据，使用后为唐钢炼铁北区2012年4～11月数据。

4 结语

唐钢炼铁厂对低品质矿开展了全面系统的性能研究工作，确保了生铁质量、降低了生铁成本，促进了企业的科技进步，取得了较好的经济效益，主要体会如下：

(1)合理搭配性能好的主流矿和低品质矿在烧结料(混匀矿)中的配加比例并采取相应的生产组织措施，不仅可以降低成本，而且可以保证烧结矿的技术指标满足高炉需要。

(2)低品质矿多数Al₂O₃含量较高，使用时应控制烧结矿适宜的Al₂O₃/SiO₂和适宜的高炉炉渣Al₂O₃含量与合理的炉渣碱度，同时需要通过操作制度的调整和燃料结构的优化才能保持高炉技术指标的稳定。

(3)有些低品质矿K、Na、P、Cr等含量较高，在使用时应严格限制其在烧结料中的配加比例。