摘要  通过分析高炉对入炉矿石的要求，进行烧结、球团、块矿等各种铁矿石冶金性能研究，并分析各种复合炉料的冶炼效果以及对吨铁成本的影响，提出了宝钢不锈钢l号高炉各种炉料的最佳配比，进而优化炉料结构，强化高炉冶炼，实现高产、优质、低耗。在该炉料结构条件下，高炉利用系数达3．20t／m³．d，燃料比486kg／t。

关键词  炉料结构  冶金性能  优化  配矿

1  前言

    随着炼铁技术的不断进步，国内外对合理炉料结构的认识也逐渐取得共识，经过多年的理论研究和生产实践，国内外炼铁工作者普遍认为，高碱度烧结矿配加自熔性球团搭配高品位块矿是比较理想的炉料结构。精料是全面优化高炉炼铁生产技术的基础，合理的炉料结构是精料技术的重要内容。采用合理的炉料结构可改善高炉透气性，促进炉况顺行，提高产量，降低焦比。

    宝钢股份不锈钢分公司(下简称宝钢不锈钢)有1座750m³高炉(1号)，1座2500m³高炉(2号)，原燃料全部外购，条件复杂，品种繁多，且质量参差不齐。为此，我们以750m³高炉作为试验对象，对铁矿石冶金性能和炉料结构进行了研究，旨在找出各种炉料的最佳配比，进而优化炉料结构，强化高炉冶炼，实现高产、优质、低耗的目的。

2    高炉高产、优质、低耗对入炉矿石的要求

2．1具有较高的品位。较低的渣比

矿石品位提高后，脉石含量减少，可降低单位生铁渣量，从而降低单位生铁热消耗，降低高炉燃料比。同时，由于渣量减少，改善了成渣带以下高温区透气性，降低了煤气运动阻力，有利于高炉顺行。生产实践中，一般矿石品位提高1％，可降低燃料比2％，提高产量3％。可见，提高矿石品位是提高产量降低燃料比最积极、最有效的措施。

    目前宝钢不锈钢使用的矿石主要有烧结矿(品位59％)，球团矿(品位66％)，块矿(63％)，酸性块矿(品位59％)。其中酸性块矿是海南矿，主要用于调整炉渣碱度。从提高入炉矿石品位，降低渣比的角度出发，各种矿石的优越性依次为球团矿>块矿>烧结矿>酸性块矿。因此，应当降低酸性块矿的比例，以提高人炉矿石品位。同时为了保证高炉用矿的熟料比，烧结矿比例不能太低，应该在保持其一定比例基础上，降低酸性块矿的使用比例。

2．2具有良好的透气性

    为了改善炉内透气性，除了减少人炉原燃料的粉末以及减轻焦炭负荷外，还有一个重要途径就是改善炉内软熔带的透气性。有关资料显示，煤气在软熔带的阻力损失约占20～30％。高炉冶炼需要矿石具有较高的软化温度和较窄的软化温度区间。因为矿石软化温度高，在冶炼过程中就不会过早地形成初渣，成渣带位置低，矿石在上部区域的预还原充分，初渣中FeO少；软熔带区间窄，软熔层薄，有助于改善料柱透气性，有利于提高高炉生产指标。

2．3具有较低的入炉成本

  企业以追求经济效益为目的，因此适当增加价格便宜的矿石比例是降本增效的重要手段之一。当前本公司各类矿石的成本价格高低如下：球团矿>烧结矿>酸性块矿>块矿。因此，从降低人炉成本角度出发，各类矿石的降本效果依次为块矿>酸性块矿>烧结矿>球团矿。

 3     单种铁矿石冶金性能分析

    本公司委托安徽工业大学对不锈钢分公司的各类矿进行物化性能测试，各种矿石的软熔性能如表1所示。

    烧结矿碱度较高，FeO较低，还原性良好，软化、熔融温度尚好，滴下温度较高，透气性指标尚好，滴下性能亦较好。

    球团还原性较好，但软化温度比烧结矿略高。从透气性指标看，球团和烧结矿的搭配在炉渣碱度相同条件下应优于块矿和烧结矿的搭配，因为球团软熔温度高，和烧结矿搭配后，软熔带变窄，煤气阻力降低。

    几种进口块矿中，澳大利亚产的块矿还原性优于南非产的块矿，南非块矿熔融温度高于澳大利亚块矿。两者的软化温度较低，滴下温度较高，透气性指标良好，滴下性能较好，澳大利亚块矿的透气性指标比南非矿更好。海南矿其热爆裂性能不明显，还原粉化性能较其它三种块矿更好，但其熔滴性能较差，对炉内透气性影响最大，加之其品位较其它块矿较低、SiO₂含量过高，若增加海南矿的入炉比例，势必对高炉现有冶炼强度、低硅冶炼产生负面影响，所以在提高块矿人炉时，海南矿只作为酸性块矿来调节碱度。

由于块矿的软化开始温度较低，软熔区间较宽，当块矿比例提高后，势必使高炉的软熔带增厚，增加煤气运动阻力。国内外大部分高炉都是在高物理热(铁水温度在1500℃)条件下进行提高块矿比例冶炼，而1号高炉的物理热在要在1450℃左右，相对而言，属于低物理热条件下冶炼。如图l所示，假设在高炉炉型和炉料配比一样的条件下，软化开始温度和软化终了温度相同，我们可以看出，由于温度随高度变化的曲线斜率不同，造成软熔带的厚度也不同，低物理热的软熔带要比高物理热更厚(h2>h1)。也就是说，提高块矿比例后，低物理热的软熔带要变得更厚，透气性更差。

    铁矿石的爆裂性能(DI)及低温还原粉化率(RDI)指标的好坏将直接影响高炉上部的透气性，DI或RDI指标温较差的矿石将促使高炉块状带透气性变坏。同时，在高炉煤气压差不变的情况下，煤气会更多地通过大孔隙焦炭料区，而通过小孔隙的矿料区的量减少，使还原过程变坏。许多试验研究结果表明，高炉上部500～550℃区域是矿石还原粉化严重的温度区间，而高炉上部700℃区域是块矿爆裂严重的温度区间。试验研究表明，各种铁矿石的还原性能之差异除了与它的化学成分有关外，也与其矿物结构有密切关系。高炉内软熔带和滴落带的形成与变化对高炉操作顺行影响极大。因此，铁矿石软熔滴下特性已成为高炉选择合理炉料结构，判断和改善高炉软熔带形状及强化高炉冶炼的重要依据。

    为了得到成渣带位置低的操作炉型，各种矿石的优越性依次为球团矿>烧结矿>块矿>酸性块矿。要得到软熔区间窄的操作炉型，各种矿石的优越性为酸性块矿>烧结矿>球团矿>块矿。因此，从改善炉内透气性，获得合理软熔带角度出发，应该坚持以烧结矿和球团矿为主，适当控制块矿的比例。

4   炉料结构试验

    根据不锈钢分公司所用矿石种类，依据各种矿石的优越性能，设计出5种综合配矿方案，并进行生产试验，如表2。方案2和3球团和澳矿比例达25％，能够得到较高的入炉矿石品味较低的渣比；方案4的球团和烧结比例达93％，可以得到较低的成渣带；方案1的海矿和烧结比例达86％，可以得到较窄的软熔区间；方案5澳矿比例达15％，球团比例6％，可以取得较低的人炉矿石成本。在生产试验过程中，我们选择炉况较为稳定、休风率较低的几个月份作为各种方案的实践数据。

    经过生产试验，我们得到的生产数据指标如表3所示。

    从经济效益最大化考率，我们不难得出方案5是最佳的配矿方案，不仅入炉矿石成本最低，而且其利用系数也为最高，一级品率维持在较高水平，燃料比也较低。

通过以上分析，我们确定适应本公司l号高炉的最佳配矿比为：烧结矿78～80％，块矿13～15％，球团矿5～7％，酸性块矿尽量少用或者不用。

5  结束语

  宝钢不锈钢1号高炉通过稳定烧结矿比例，以保持炉料的熟料比；少用或者不用酸性块矿，以降低渣比；提高澳大利亚块矿降低球团矿比例，以降低成本。根据高炉冶炼周期变化，制定相应的炉料配比，使高炉在稳定顺行的前提下降低配矿成本。在保持较高的利用系数条件下，吨铁的入炉成本得到明显下降。