安鋼高爐提高塊礦使用比例的試驗研究及應用

馬永廣 唐利霞 張原星

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 引言

對鐵前降本來說，通過優(yōu)化原料結構實現(xiàn)結構降本是最易實現(xiàn)的，也是效果最為顯著的方法。對高爐爐料（燒結礦、球團礦和塊礦）進行冶金價效評價分析，發(fā)現(xiàn)絕大部分時期塊礦的價效最好，其次是燒結礦，球團礦的價效最差[1-4]，而在高爐爐料結構優(yōu)化方面，安鋼進行過多次嘗試，效果均不太理想，價效好的塊礦的配加比例處于中低水平，而價效差的球團礦的使用比例過高，從而造成高爐結構成本難以降低，制約了鐵前降本效果的發(fā)揮。因此，保證高爐順行，提高價效較好塊礦比例的使用成為安鋼鐵前降本亟待解決的問題。通過研究塊礦的還原度、低溫還原粉化、高溫自由膨脹率以及不同塊礦對焦炭熱性能影響，結合塊礦的化學成分，選擇合適的塊礦種類，促進爐料成分體系優(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 國內外的現(xiàn)狀、水平及發(fā)展趨勢

當前國內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 號高爐塊礦比例提至20%以上，爐況順行穩(wěn)定，指標較好[5]，韶鋼6 號高爐塊礦比例配加至22.1%[6]。日本及亞洲其他國家大多數(shù)鋼廠的塊礦用量在15%以上，有的甚至超過20%。這可以給我們兩個啟示：一是20%左右的優(yōu)質塊礦加入量不會對高爐指標造成太大影響；二是高爐爐料結構應該講究使用成本，控制使用昂貴的球團礦。通過優(yōu)化爐料結構，適當?shù)卦黾訅K礦的比例不會對高爐順行產(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，形成了對南非塊的過度依賴。但從近幾年3#高爐的生產(chǎn)實踐來看，當南非塊配加比例超過約15%時，高爐順行受到影響，尤其是當配加比例達到18%～19%時，高爐爐況難行頻發(fā)，分析認為這與南非塊配加比例過大的影響是分不開的。南非塊的價效雖好，但其配加比例難以提高，極大限制了高爐結構降本空間；另外，由于南非塊的SiO2含量較高，配加比例較高時，容易導致燒結礦的堿度偏高，嚴重影響燒結礦的高溫性能，從而影響高爐順行。同時，南非塊的堿金屬含量過高，大量使用時，會造成高爐內堿金屬含量富集，惡化高爐的運行。

2 試驗研究

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性能及還原度、低溫還原性能分別見表1、表2。

表1 不同塊礦化學成分 %

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，有害雜質較少，成分較理想；通過燒損測定判斷，老撾塊、羅伊山塊、紐曼塊應屬于褐赤鐵塊。羅伊山塊、紐曼塊還原性較好，這與其屬于褐赤鐵礦有關，隨著結晶水的排出，結構變得較為疏松，易于還原，配加時有利于高爐生產(chǎn)；南非塊的特點是質地致密，還原困難，配加較高時影響高爐生產(chǎn)。表中所有塊礦的低溫還原粉化指數(shù)基本均達到85%，該項指標較好。

2.2 不同塊礦的高溫自由膨脹率

本試驗模擬的是塊礦在受熱狀態(tài)下的體積膨脹情況，在高溫爐進行加熱試驗。由于沒有相關的國家或行業(yè)標準，所以試驗需要在相同條件下進行比對；另外，由于試樣的入爐溫度均為1 000 ℃，升溫速率也相同，但是設備無法通入還原氣體，所以不能模擬高爐氣氛。試驗選取幾種具有代表性的樣品進行，南非塊屬于赤鐵塊，結構非常致密，其中堿金屬含量較高；PB 塊為赤鐵塊，相對南非塊而言，在結構上較為疏松；羅伊山塊為褐鐵塊，結晶水含量較高，一般在300 ～500 ℃分解，結構疏松。不同塊礦的高溫自由膨脹率如圖1 所示。

從圖1 可以看出，當溫度達到1 400℃以上時，南非塊呈現(xiàn)急劇膨脹，膨脹率非常高，達到67%，這主要與其結構致密、堿金屬含量高等有關，因為該塊的主要成分為Fe2O3，所以其膨脹現(xiàn)象不受還原氣氛的影響，也就是說，在高爐內該塊礦的實際膨脹率較高。PB 塊、羅伊山塊在加熱過程中未出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，隨著溫度的升高，一直呈現(xiàn)收縮趨勢。這主要與其結構疏松及成分構成有關。分析認為：基于塊礦膨脹對高爐冶煉過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 不同塊礦對焦炭熱性能的影響

不同塊礦對焦炭

熱性能的影響見表3。

表3 塊礦對焦炭熱性能的影響

從表3 可以看出，南非塊對焦炭的熱強度影響最大，焦炭強度降低了2.34 個百分點，反應性升高了2.1 個百分點；其次是阿特拉斯塊，焦炭熱強度降低了1.89 個百分點，熱反應性升高了2.6 個百分點；巴西塊對焦炭熱性能的影響最小。分析認為：南非塊因其堿金屬含量高，促進了焦炭的熔損反應，導致焦炭的熱性能下降[7]；堿金屬含量較高會增加高爐內堿金屬的循環(huán)富集量，進一步破壞焦炭強度，而焦炭在高爐內的重要作用就是支撐作用，焦炭熱強度的降低勢必會影響高爐的透氣性，造成燃料消耗升高。

3 工業(yè)應用情況

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，擺脫了長期以來對南非塊的過渡依賴，價效好的塊礦使用比例提高了3 ～4 個百分點，爐況的穩(wěn)定性顯著改善，在產(chǎn)量提高的基礎上燃料比降低5kg 以上。近年來安鋼高爐的塊礦比例與高爐指標見表4。

表4 近年來安鋼高爐塊礦比例與高爐指標

4 結論

通過選擇使用高溫自由膨脹率低，對焦炭熱性能負面影響較小，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，在實際生產(chǎn)中對爐料結構塊礦品種進行優(yōu)化，合理控制其配加比例，實現(xiàn)了在保持高爐長期穩(wěn)定條件下結構成本的降低，產(chǎn)量效益較為顯著，塊礦的配加比例提高了3 ～4 個百分點，噸鐵燃料比可降低5kg 以上。