摘要  高炉合理的炉料结构是保证高炉炉况顺行的重要因素。针对涟钢目前的炉料状况进行单一人炉原料的冶金性能系统分析，分别找出了涟钢使用的烧结矿、广东矿、南非矿、海南矿、进口球团矿与自产球团矿的优缺点。并得到使用75％烧结矿1，配加18％的自产竖炉球团与7％的南非矿作为人炉炉料冶金特性最好，非常有利于高炉的顺行与稳定。

关键词  高炉 炉料结构 冶金性能

1  前言

       众所周知，原料是高炉冶炼的基础，高炉冶炼指标的好坏与所用的原料质量密不可分。高炉原料的质量应包括三部分：化学成分、机械强度和冶金性能。从三者间的关系来看，化学成分是基础，机械强度是保证，冶金性能是关键。高炉操作的两大主题是稳定与顺行，其中稳定是指炉温稳定、充沛均匀及炉缸活跃；顺行是指透气性好，高炉能接受风量，炉况顺行。当设备条件和操作人员水平一定时，原料的冶金性能将直接影响高炉的稳定和顺行口]。合理的炉料结构是高炉生产获得高产、优质、低耗的重要因素之一，但炉料结构是否合理，还要受本厂资源条件、生铁成本的限制。湖南华菱管线股份有限公司涟钢事业部新建6号大高炉，有效容积2200m³，6号高炉于2003年12月4日点火开炉，开炉过程设备正常，生产比较顺利，2004年1月7日利用系数达到2．0，2月份平均达2．08，开炉以来很快达产，炉况一直比较顺行，生产比较稳定。为了能适应新建大高炉生产的需要，参考了前人对炉料结构所做的工作，对涟钢2200m³高炉炉料结构进行研究，找出适合涟钢高炉生产的合理炉料结构。

2    原料特性及实验方法

2．1 原料特性

针对涟钢所用原料进行试样化学成分分析，结果见表1。

2.2   实验方法  

高炉炼铁原料的冶金性能主要包括低温(500℃)还原粉化性能、高温(900℃)还原性能、球团矿高温还原膨胀性能、炉料高温下的荷重软化性能及熔融滴落性能。铁矿石体膨、还原、还原粉化试验按国标GB／T13240~13242—91的规定进行，其基本条件和方法是:

(1)体膨试验：将18个球团矿分三层装入反应管，在900℃恒温条件下还原60min,试验结果用还原度膨胀指数(R S I)表示.

         (2)还原试验：将500g试样装入反应管，在900℃恒温条件下还原180min，试验结果用还原度指数(RI)表示.

         (3)还原粉化试验：将500g试样装入反应管内，在500℃恒温条件下还原60min，然后再将还原后的试样放入Φ130× 200mm小转鼓内，以30r／min的转速转10min，试验结果用还原粉化指数(RDI)表示。   

 (4)熔滴试验：装入试样前，先在石墨坩埚内放入20g焦炭装完试样后，再在试样表面放20g焦炭，试样粒度和焦炭粒度均为10～12．5mm,试样高度68± 2mm，荷重1Kg／cm²。然后将装好试样的坩埚放人熔滴炉内，按程序升温，并通以CO：N₂=30：70的还原气12L／min，试验结果用以下参数表不。

    T_10％：软化开始温度，即料层收缩10 %时的温度；

    T_40%：软化终了温度，即以收40％缩时的温度；

    △T₁：软化温度区间，△T₁=T_40%:－T_10%：

    Ts、△Hs：分别为熔融开始温度和收缩值，即压差开始陡升(△Ps=490Pa)时的温度和收缩值；

    Td、△Pd、△Hd：分别为滴落开始温度、压差值和收缩值，即第一滴滴下时的温度、压差值和收缩值：

    ΔPm：熔融状态时的最大压差值；

    ΔT₂：熔滴温度区间，ΔT₂=Td－Ts

    △H：熔滴带厚度，ΔH=ΔHd－ΔHs；

    S：熔滴性能总特性值，S=(△Pm－△Ps)×ΔT(Kpa℃)

3  实验结果及讨论

3．1  实验结果

    (1)矿石的软熔与熔滴性能，列于表2

    (2)矿石的还原性，低温粉化及还原膨胀性能列于表3

(3)不同炉料结构的配矿比组成，列于表4

    改变炉料结构的配矿比时，考虑以下二点原则：首先考虑不同配比时，含Fe品位要相当，以免影响产量；其次还要考虑炉渣碱度的稳定，以保持炉况的顺行与铁水质量。经具体配料计算，在保持75％的烧结矿配比条件下，再调整其他配矿的比例，计划结果已列于表4。有关不同炉料结构时的初渣成份，终渣成份也是根据表1与表4数据计算。

3．2高温冶金性能检测结果分析

    (1)烧结矿1

    含Fe品位55．50％，碱度(Cao／SiO₂)1．97，试样在1182℃开始软化，软熔区间127℃，在1439℃时开始熔化滴落，1466℃滴落完，区间只有27℃，滴落时最大压差△Pm只有1078(Pa)，在试验的10种矿石中是最低的，因而有利于高炉的顺行，低温粉化RDl_-3.15是43．56 %，还原度86．20％，从检测结果可以看出，主要指标好于烧结矿2。

    (2)烧结矿2

    含Fe品位55．54％，碱度1．89，品位与烧结矿1相当，但碱度稍为低一点，1176℃开始软化，区间134℃，要比烧结矿1稍为宽一些，1392℃开始滴落，但到15ll℃还未滴完，滴落时压差很高△Pm达4067(Pa)，比烧结矿1高4倍，低温粉化RDI－3．1554．83%，还原度82．91％，与烧结矿1相比，不少指标都要差一些，因此选择烧结矿1(RO=1．97)作为主要配矿炉料。

(3)广东矿

    含Fe品位57．90％，950℃开始软化，区间虽然只有87℃，但是软化温度明显偏低，不过熔滴温度较高，在1382℃～1494℃之间，区间112℃也只稍为宽一点，熔滴性能总特性值S(△Pm－△Ps)×△T₂高达206．35(KPa·℃)，是试验10种矿石中最高的。而且还含有微量的有害元素，例如铜(Cu)，铅(Pb)，砷(As)，对钢材质量不利，含A1₂O₃不算太高(1．38％)，在目前国内矿源紧缺情况下，用作直接人炉的块矿，配入5％左右还是可以的，但不宜太多。

    (4)南非矿

    含Fe品位66．20％，是10种矿中品位最高的，属于低硅(SiO₂2．52％)高铁块矿，1115℃开始软化，区间105℃，1425℃开始滴落，区间100℃，无论软熔性能，熔滴特性都比较好，但还原性能较差，RI=65．10%，不过低温粉化指标不高，RDT－3．15为15．10％，也含有很微量的铜(Cu)与磷(P)，国内不少高炉都配加少量的南非块矿，但有的高炉综合测算与实践结果，证明由于南非矿价格偏高对降低成本不利。

  (5)进口球团矿

  含Fe品位65．40%，比自产竖炉球团品位要高，开始软熔温度不算高(1012℃)，区间宽达215℃，但熔滴特性较好，1445℃已滴落完，区间只有42℃，熔滴性能总特性值S(KPa·℃)只有48．70，这是很好的，而且还原性与还原膨胀指数也比自产球团矿好一些，但是软熔温度及其区间不如自产的竖炉球团矿。

  (6)自产竖炉球团矿

  含Fe品位比进口球团矿要低3％左右，1171℃开始软化，而软熔区间只有112℃，比进口球团好一些，熔滴温度1395℃～1412℃比进口球团低一些，但熔滴区间只有17℃，熔滴性能总特性(S)与进口球也差不多，但是还原性及其膨胀指数不如进口球团矿，而且熔滴时最高压差△Pm高达3528(Pa)比进口球的△Pm(2860Pa)还高很多，在10种矿物中，竖矿球团熔滴压差最高，对炉况的顺行非常不利。

    (7)海南矿

    含Fe品位56％左右，不及广东矿石品位高，SiO₂高(16％左右)，但Al₂O₃低(0．18％左右)，还含微量的TiO₂，1137℃开始软化，软熔区间较大为245℃，但熔滴性能较好，1405℃开始滴落，区间也只有51℃，低温粉化率比较低，粒度比较整齐，物理性能也较好，用作少量的配加矿石，对于降低炉渣Al₂O₃，调剂炉渣碱度，维持炉况顺行以及经常性护炉都比较有利。

    (8)配矿一

    用75％烧结矿1，配加18％的进口球团与7％的广东矿，平均含Fe品位能保持57.44％，软熔层的初渣中CaO／SiO₂=1．42，在焦比，煤比(平均燃料比，按4月份指标计算)不变情况下，终渣碱度1．09，都与目前6高炉矿石品位与炉渣比较接近，使用时对高炉产量与炉况顺行影响不大，配矿一的高温冶金性能在1164℃开始软化，软熔区间115℃，1397℃开始滴落，1484℃滴落完，区间只有87℃，滴落时主要压差△Pm只有1764(Pa)，不算太高，此配比可以采用。

    (9)配矿二

    用75％烧结矿1，配加18％的进口球团与7％的海南矿，混合后含Fe品位57．33％，软熔后的初渣中CaO／SiO₂=1．40，与配矿一类同。在焦比、煤比不变情况下，终渣碱度(CaO／SiO₂)1．08，冶炼效果与配矿一相当，配矿二的开始软化温度1171℃，软熔区间116℃，1355℃开始滴落，区间108℃，最高压差△Pm为1666(Pa)，从总的检测结果对比不如配矿一。

    (10)配矿三

    用75％烧结矿1，配加18％的自产竖炉球团与7％的南非矿，混合矿含Fe品位57．45％，软熔层的初渣中CaO／SiO₂=1．42，冶炼效果与配矿一相似，由于自产球团的软熔性能好，南非矿软熔性能与熔滴性能都比较好，因此配矿三上述性能都比较好，1214℃才开始软化，区间121℃，在1450℃开始滴落，区间也只有24℃，这都有利于高炉的顺行与稳定。它的压差值虽然高一点，(1666Pa)但是熔滴性能的总特性值(S)不高，也只有28．22(KPa℃)很有利于高炉的顺行，配矿三是三种配矿中冶金特性最好的。

3．3  十种矿石高温冶金性能比较

    根据以上结果分析，将10种矿石高温冶金性能进行比较，列于图1～图4。

从图l可知：l0种矿石中以配矿3的软熔温度最好1214～1335℃，△Tl=121℃，按顺序然后是烧结矿1，烧结矿2，配矿1，配矿2……最低的是广东矿。如果从软熔区间分析，广东矿虽然软熔温度低，但是它的软熔区间最窄，只有87℃，海南矿最宽：宽达245℃。

    从图2可知：10种矿石中，烧结矿的熔滴温度最高1439～1466℃，到1511℃还未滴落完，其次是广东矿，再其次是进口球，海南矿，配矿3，配矿l等等。其中南非矿比较低1325～1425℃，从滴落区间分析，竖炉球最窄17℃，其次是配矿3，烧结矿1，其中广东矿熔滴区间最宽(112℃)。

    从图3可知：矿石滴落时，10种矿石中的烧结矿1的最大压差△Pm(pa)最低，只有1078kp。其次是南非矿，再其次是三种不同配矿，其中的烧结2最多达4067kp。

     从图4可知：涟钢10中矿石熔滴性能总特征值看，也是烧结矿1最好，只有15．88(kpa℃)，广东矿最差，高达206．35(kpa℃)。

  从以上分析可以提供涟钢使用配矿三是最为适合高炉生产的。

4  结论

  1)涟钢使用的烧结矿l主要指标好于烧结矿2，应作为主要配矿炉料。

  2)广东矿用作直接入炉的块矿，配入5％左右还是可以的，但不宜太多。从高炉综合测算与实践结果来看，由于南非矿价格偏高对降低成本不利。海南矿低温粉化率比较低，粒度比较整齐，物理性能也较好，用作少量的配加矿石，对于降低炉渣Al₂O₃、调剂炉渣碱度、维持炉况顺行以及经常性护炉都比较有利。

    3)进口球团矿熔滴区间、熔滴性能总特性值很好，还原性与还原膨胀指数也比自产球团矿好一些，但是软熔温度及区间不如自产的竖炉球团矿。竖矿球团熔滴时最高压差高达3528(Pa)，在l0种矿物中最高，对炉况的顺行不利。

    4)用75％烧结矿l，配加18％的自产竖炉球团与7％的南非矿作为人炉炉料，达到软熔性能好，开始软化温度高，软化区间窄，开始滴落温度高，区间窄。它的压差值虽然高一点，但熔滴性能的总特性值(S)不高，总体来讲配矿三是三种配矿中冶金特性最好的，非常有利于高炉的顺行与稳定。