安钢高炉炉料冶金性能系统研究王建锋，周永平，胡涛，秦延华（安阳钢铁集团有限责任公司，河南安阳 455004）摘要：系统分析了安钢炼铁生产中几种常用炉料的高温冶金性能，结果表明，安钢自产高碱度烧结矿具有较好的还原性，但其低温还原粉化率却是最高的；酸性球团矿及块矿则有着较好的低温还原粉化指数及良好的熔滴性能，能够与高碱度烧结矿搭配形成合理的综合炉料结构，满足高炉冶炼要求。

关键词：炉料；烧结矿；球团矿；冶金性能；炉料结构中图分类号：TF542 文献标识码：A 文章编号：1004-4620（2008）03-0043-03 Systematic Study on Metallurgical Properties of Anyang’s Steel Blast Furnace BurdensWANG Jian-feng, ZHOU Yong-ping, HU Tao, QIN Yan-hua（Anyang Iron and Steel Co., Ltd., Anyang 455004, China）Abstract: The high temperature metallurgical properties of several burdens for Anyang steel were investigated. The results showed that RI （reduction index）of high basicity sinters was better than others, but the RDI(low temperature reduction degradation index) of it was the highest; the RDI and molten dripping property of pellets and lump ores were well, so we can get rational burden structure by combining sinters for blast furnace.Key words: furnace burden; sinter; pellet; metallurgical property; burden structure1 前言高炉炉料结构技术主要是指所用烧结矿、球团矿、天然块矿的比例。

国内外高炉炼铁的炉料结构没有一个固定模式，每个高炉都是根据本企业所能获得自然资源的条件（品级和价格）、铁矿石的冶金性能和物理化学成分以及高炉炼铁成本等方面因素来进行选择的。

随着条件的变化，不同时期会出现不同的炉料结构。

总体上讲，炼铁炉料结构是受复杂因素影响的，是与炼铁科学技术进步的发展密切相关的[1-2]。

本研究根据当前安钢高炉炉料结构的特点，系统分析了高碱度烧结矿、酸性球团矿和块矿的冶金性能，为安钢高炉炉料结构的优化提供理论基础。

2 炉料冶金性能分析试验2.1 试样准备试验原料：自产烧结矿、国产及进口球团矿和天然块矿，其化学成分见表1。

试样的制备方法：按照目前我国钢铁行业内所采用的基本标准值制备。

表1 炉料的化学成分 %2.2 实验原理及研究方法高炉炼铁原料的冶金性能主要包括低温（500 ℃）还原粉化、高温（900 ℃）还原、球团矿高温还原膨胀、炉料高温下的荷重软化及熔融滴落等性能。

单种铁矿石还原性测定采用GB/T13241—91“铁矿石还原性的测定方法”，以180 min 的还原度作为考核指标，用RI表示；低温还原粉化性能的试验采用GB/T13242—91“铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法”，试验结果以RDI+3.15的结果为考核目标，RDI+6.3、RDI-0.5只做参考指标；球团矿还原膨胀性能的体积测定采用排水法，以还原膨胀系数RSI表示。

根据目前我国钢铁行业采用的基本标准，采用东北大学设定方法。

高温荷重软化及熔滴性能试验条件确定如下：试样制备方法是，筛出＞12.5 mm的试样，并破碎＞12.5 mm的部分，直到全部通过16.0 mm的筛子，混合后进行筛分，取10～12.5 mm的部分作为试样原料。

将得到的试样原料混匀，按随机的方法缩分作为熔滴试验用样。

将试验试样在（105±5）℃下烘干2 h ，然后冷却至室温，并保存在干燥器内备用。

试验样（铁矿石）重量为500 g ，料层高度约67 mm 。

焦炭底料重约72.5 g ，料层高度约30 mm ；上部料重约37.5 g ，料层高度约15 mm 。

试验炉温控制采用3段升温制度。

第1段：室温～900 ℃，升温速度10 ℃/min；第2段：900～1 020 ℃，升温速度3 ℃/min；第3阶段：＞1 020 ℃，升温速度5 ℃/min。

煤气成分及煤气流量控制条件见表2。

表2 铁矿石熔融滴落性能参考试验条件表检测项目包括试样分别收缩4%和40%时的温度t 4、t 40，压差开始陡升温度t s ，开始滴落温度t D ，最大压差△P max ，软化区间ΔT 软化=t 40- t 4 ，熔融区间ΔT熔化=t D -t s 等。

3 试验结果分析3.1 不同炉料的还原性铁矿石还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区的条件，用还原气体从铁矿石中排除与铁结合氧的难易程度的一种度量，高还原性的炉料是高炉冶炼的理想精料[3]。

不同炉料的还原度指数见表3。

表3 铁矿石还原性表3数据表明：烧结矿的还原性都比较好；球团矿中，国产球团的还原度指数RI低于进口球团。

显然，几种典型炉料还原性的基本规律大致为烧结矿优于球团矿，球团矿优于块矿，而进口块矿中印块优于海南块矿，海南块矿优于澳块和南非块。

其原因主要是不同炉料在结构上存在差异。

比较而言，结构致密的物质，气体由外向内扩散的阻力相对较大，其中心的还原难度增大，导致还原度指数下降。

从结构上来说，球团矿和块矿比烧结矿要致密得多，而块矿在结构上也一般要比球团矿致密。

因此，试验中块矿和球团矿的还原度指数比烧结矿要低。

海南块矿优于澳块和南非块，应该与海南块矿结构疏松、矿石内部孔隙率比较发达有关。

3.2 不同炉料的低温还原粉化性能铁矿石炉料进入高炉炉身上部温度在500～600 ℃，由于受气流冲击及炉料还原过程（Fe203—Fe3O4—FeO）发生晶形变化，导致块状含铁矿物的粉化，大量的粉末直接影响炉内气流分布和炉料顺行[4]。

低温还原粉化性的测定就是模拟高炉上部条件进行的，是评价炉料冶金性能的重要指标,不同炉料的低温还原粉化性能见表3。

从表3中可以看出：1）360 m2烧结矿的低温还原粉化指数RDI+3.15为64.6%，比90 m2烧结矿的RDI+3.1的75.34 %要低很多；从化学组成上来看，90 m2烧结矿的TFe比360 m2烧结矿高，而且FeO含量也比360 m2烧结矿高。

相对来说，90 m2烧结矿的Fe203含量就比360 m2烧结矿多，在低温还原过程中，还原气体与360 m2烧结矿Fe203接触的机会就相对比90 m2烧结矿Fe23中接触的机会要多，因晶型发生变化而带来的粉化现象就更严重；所以360 m2烧结矿比90 m2烧结矿的低温还原粉化指数要差一些。

2）加拿大球团的低温还原粉化指数RDI+3.15为3种球团矿中最高（96.7%），其大小顺序依次为舞球＜唐球＜水球＜加拿大球团。

3）印块低温还原粉化指数RDI+3.15为60.5%，是块矿中最低的；南非块为82.5%是最高的，澳块和海南块介于它们之间。

烧结矿、球团矿和块矿3类炉料的低温还原粉化指数基本的规律大致为：块矿与球团矿基本都高于烧结矿。

从高炉生产操作来说，如果炉料的低温还原粉化性能太差，会影响到高炉料柱的透气性，恶化炉况，影响高炉的顺行。

因此，低温还原粉化性能较差的块矿应该在高炉生产操作中尽量少用或不用；对于低温还原粉化很差的烧结矿，应采取适当的措施来抑制它的粉化。

根据国内外生产经验，安钢采取了喷洒卤化物（CaCl2）等措施来抑制其粉化，还原粉化率可降低30%～40%。

3.3 球团矿的还原膨胀性能由于Fe203—FeO时发生晶格转变，以及浮士体还原可能出现的铁晶须，使其体积膨胀。

一般说来，球团在高温还原由于Fe203还原成FeO时因产生晶型转变（晶体体积增大21%），均会导致球团体积增大，强度相应降低，也就是人们常说的“膨胀现象”。

如果球团矿体积膨胀不超过一定范围，高炉仍可以正常运行。

但是超过一定值后，高炉炉内透气性变坏，炉尘量显著增加，甚至产生悬料、崩料，导致高炉操作失常、生产率下降、焦比增高。

根据球团矿体积膨胀值的大小可以把膨胀分为正常膨胀（＜20%）、异常膨胀（20%～40%）、恶性膨胀或灾难性膨胀（＞40%）。

若发生异常膨胀或恶性膨胀，则还原过程中容易导致球团碎裂，直接影响炉料料柱的透气性和还原过程。

由试验结果可知，球团矿相对自由膨胀系数，舞球13.61，唐球12.37，加拿大球团14.32，水球12.89。

唐球自由膨胀系数最低，加拿大球团最高，但4种球团矿的还原膨胀率均在15%以下，属于正常膨胀，均符合高炉生产要求，不会给高炉顺行带来困难。

3.4 不同炉料的荷重软化及高温熔滴性能铁矿石的软化熔滴性能是衡量炉料在高炉内行为的一项重要指标。

它模拟炉料在高炉冶炼条件下软化、熔融、滴落的过程，熔滴性能表明了高炉软熔带的性质，在高炉冶炼过程中影响高炉的顺行，同时也影响高炉的冶炼指标[5]。

不同炉料的荷重软化及高温熔滴性能指数见表4。

从表4可以看出，高碱度烧结矿的软化开始温度比酸性球团矿要高；球团矿的软化区间比高碱度烧结矿和块矿都要窄，熔滴开始温度比高碱度烧结矿要低；360 m2烧结矿的最大压差最大，高达16.017 kPa。

高碱度烧结矿具有较好的熔滴性能，但烧结矿随着碱度的提高，渣相中高熔点矿物增加，亚铁含量减少，渣相熔化温度高，熔滴性能不理想。

唐球、加球和澳块具有较好的软熔性能，因而酸性球团矿和生块矿的冶金性能虽比烧结矿差，但熔滴性能好，能够与高碱度烧结矿搭配形成合理的综合炉料结构。

表4 单种铁矿石的荷重软化及熔滴性能表5是4组搭配不同比例烧结矿、球团矿及块矿的综合炉料的荷重软化及熔滴性能。

从表5可以看出，其熔滴性能均优于单一烧结矿，表现为软熔区间变小，最大压差值降低，其原因是由于高碱度烧结矿与球团矿搭配以后，球团矿良好的还原性和烧结矿高熔点渣相，使开始熔融温度升高，熔滴终了温度略有降低，导致整个软熔带的位置下移。

另外，综合炉料结构的FeO含量低，改善了还原性。

对于高炉生产操作来说，较高的软化温度、较窄的软熔带、较高的熔滴温度是比较理想的状态。

表5 综合炉料的荷重软化及熔滴性能4 结论4.1 在选择高炉合理炉料结构时，不应只关注单一炉料的冶金性能，应当更重视高炉内高温区块矿、球团矿与烧结矿的高温相互作用，把综合炉料的冶金性能作为优化配料的重要指标加以考虑。