湛江鋼鐵不同堿度燒結(jié)礦冶金性能研究

王志宇，沙華瑋，張永新

（寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江524000）

研究表明[1-3]，合理的爐料結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)產(chǎn)和提升經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的有效手段，目前國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)高爐綜合爐料結(jié)構(gòu)主要以“燒結(jié)礦+酸性球團(tuán)礦+塊礦”為主。前人研究通過(guò)優(yōu)化配礦提升了燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度、品位及還原性能。梅忠等研究發(fā)現(xiàn)燒結(jié)礦堿度在1.79～2.18時(shí)，燒結(jié)礦礦相中針狀鐵酸鈣組成良好，低溫還原粉化指數(shù)較高。劉麗娜等研究發(fā)現(xiàn)配碳量增加使得燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)有所改善。湛江鋼鐵高爐采取的爐料結(jié)構(gòu)為“燒結(jié)礦+熔劑性球團(tuán)礦+塊礦”爐料結(jié)構(gòu)，對(duì)燒結(jié)礦性能指標(biāo)要求與一般企業(yè)不同。針對(duì)寶鋼湛江鋼鐵有限公司（全文簡(jiǎn)稱(chēng)湛江鋼鐵）不同堿度的燒結(jié)礦進(jìn)行冶金性能優(yōu)化研究可以有效指導(dǎo)其高爐爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整方向，為熔劑性球團(tuán)使用提供有效的指導(dǎo)。

因此本文系統(tǒng)進(jìn)行了湛江鋼鐵現(xiàn)場(chǎng)不同堿度燒結(jié)礦冶金性能的研究，為湛江鋼鐵高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化與調(diào)整提供優(yōu)化選擇的方向。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所用的原料為湛江鋼鐵現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的不同堿度的燒結(jié)礦，其堿度分別為1.75、1.84和1.94。其化學(xué)成分如表1所示，可以看出三種燒結(jié)礦的化學(xué)成分屬于優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦水平。燒結(jié)礦還原性實(shí)驗(yàn)采用的是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 13241—91)檢驗(yàn)方法。

表1 湛江鋼鐵不同堿度燒結(jié)礦化學(xué)成分 %

三種燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)測(cè)試結(jié)果分別如圖1所示，由圖1可以看出，三種燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均高于85%。整體而言，三種燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度較高，滿(mǎn)足高爐的正常使用。

圖1 湛江鋼鐵不同堿度燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 燒結(jié)礦還原性與低溫還原粉化性能研究

鐵礦石的還原性和低溫還原粉化性能是評(píng)價(jià)燒結(jié)礦的重要指標(biāo)，改善還原性能可以有效提高高爐生產(chǎn)的間接還原[4]。通過(guò)對(duì)三組燒結(jié)礦進(jìn)行還原性能和低溫還原粉化指數(shù)測(cè)試，其結(jié)果如下頁(yè)圖2所示。通過(guò)還原度測(cè)試結(jié)果可以看出，3號(hào)燒結(jié)礦的還原度指數(shù)最高，為83.35%，主要是因?yàn)?號(hào)燒結(jié)礦中的易還原的復(fù)合鐵酸鈣數(shù)量較多，交織狀較為發(fā)達(dá)[5]；且3號(hào)燒結(jié)礦的FeO含量較低，低FeO含量會(huì)減少還原性較差的硅酸鹽和鈣鐵橄欖石等生成量，因此改善了燒結(jié)礦的還原性能。2號(hào)燒結(jié)礦的鈣鐵橄欖石和硅酸鹽相等較多，且通過(guò)礦相結(jié)構(gòu)可以看出，燒結(jié)礦的孔隙率較低，在一定程度上減弱了其還原性能。堿度為1.75和1.84燒結(jié)礦的RDI+3.15均高于78.91%，在高爐上部不易出現(xiàn)粉化現(xiàn)象。整體而言，三組燒結(jié)礦的低溫還原粉化指數(shù)均較好，會(huì)有效促進(jìn)高爐軟熔帶位置下移，提高透氣性，促進(jìn)高爐順行。

圖2 燒結(jié)礦還原度及低溫還原粉化指數(shù)

2.2 燒結(jié)礦荷重軟化熔滴性能研究

高爐用含鐵原料的軟化滴落性能（以下簡(jiǎn)稱(chēng)熔滴性能）是決定高爐軟熔帶位置和厚薄的重要條件，對(duì)高爐內(nèi)爐料的還原過(guò)程和料柱透氣性具有很大的影響，研究單種爐料的熔滴性能對(duì)把握爐料在高爐內(nèi)的軟化滴落行為提供有效的依據(jù)，且對(duì)確定多種爐料的合理爐料結(jié)構(gòu)搭配具有重要的參考價(jià)值。通過(guò)對(duì)三組燒結(jié)礦進(jìn)行荷重軟化熔滴性能測(cè)試，其結(jié)果如圖3和圖4所示。從圖3可以看出，三組燒結(jié)礦的軟化開(kāi)始溫度均高于1 120℃，有利于高爐軟熔帶起始位置的降低。三組燒結(jié)礦堿度自1.75至1.94，燒結(jié)礦的熔融開(kāi)始溫度逐漸由1 311℃逐漸降低至1 295℃，熔融終了溫度由1 487℃增加至1 524℃，熔融區(qū)間逐漸寬化。主要是因?yàn)闊Y(jié)礦堿度提升之后，升溫還原過(guò)程中會(huì)生成一定的高熔點(diǎn)渣相，致使熔渣的流動(dòng)性變差，所以熔融終了溫度增加至1 524℃。且通過(guò)圖4可以看出，隨著堿度的增加，最大壓差逐漸增加，且2號(hào)燒結(jié)礦和3號(hào)燒結(jié)礦的壓差在升溫過(guò)程中出現(xiàn)了兩次壓差陡升，渣鐵分離難度較大，S特性值由堿度為1.75時(shí)的823.04 kPa·℃增加至堿度為1.94時(shí)的1 348.74 kPa·℃，料層透氣性降低。

圖3 燒結(jié)礦軟化熔滴特性溫度

圖4 燒結(jié)礦壓差曲線(xiàn)及S特性值

此外，湛江鋼鐵高爐所用的球團(tuán)礦為鈣質(zhì)熔劑性球團(tuán)，其性能優(yōu)異，因此，在燒結(jié)礦的選擇方面：

1）注意燒結(jié)礦的堿度。結(jié)合綜合爐料的堿度及高爐爐渣堿度和黏度等方面調(diào)整燒結(jié)礦的堿度。

2）關(guān)注不同堿度燒結(jié)礦的還原性能及低溫還原粉化性能，鈣質(zhì)熔劑性球團(tuán)相比酸性球團(tuán)不易產(chǎn)生還原膨脹，有利于高爐上部氣流分布，燒結(jié)礦的低溫粉化性能也需關(guān)注，保證高爐上部的煤氣流分布及間接還原度。

3）關(guān)注不同堿度燒結(jié)礦的軟化熔滴性能，在湛江鋼鐵爐料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)改變燒結(jié)礦的軟化熔滴性能和球團(tuán)礦的配比調(diào)整綜合爐料的軟熔區(qū)間，降低高爐的壓差，維持高爐順行。

3 結(jié)論

1）現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的堿度為1.75、1.84和1.94燒結(jié)礦的w（TFe）均在57.73%以上，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均高于85%，屬于優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦水平，滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)需求。堿度為1.75和1.84的燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)均在78%以上，有利于高爐上部煤氣流分布。

2）三組燒結(jié)礦的軟化開(kāi)始溫度較為適宜，均高于1 120℃，有利于軟熔帶位置的降低；燒結(jié)礦堿度由1.75增加至1.94后，燒結(jié)礦的熔融終了溫度由1 487℃增加至1 524℃。高爐可以調(diào)整燒結(jié)礦堿度及球團(tuán)礦配比改善綜合爐料軟熔性能，改善煤氣流分布，降低壓差，維持高爐順行。