安钢高炉提高块矿使用比例的试验研究及应用

马永广 唐利霞 张原星

（安阳钢铁股份有限公司）

0 引言

对铁前降本来说，通过优化原料结构实现结构降本是最易实现的，也是效果最为显著的方法。对高炉炉料（烧结矿、球团矿和块矿）进行冶金价效评价分析，发现绝大部分时期块矿的价效最好，其次是烧结矿，球团矿的价效最差[1-4]，而在高炉炉料结构优化方面，安钢进行过多次尝试，效果均不太理想，价效好的块矿的配加比例处于中低水平，而价效差的球团矿的使用比例过高，从而造成高炉结构成本难以降低，制约了铁前降本效果的发挥。因此，保证高炉顺行，提高价效较好块矿比例的使用成为安钢铁前降本亟待解决的问题。通过研究块矿的还原度、低温还原粉化、高温自由膨胀率以及不同块矿对焦炭热性能影响，结合块矿的化学成分，选择合适的块矿种类，促进炉料成分体系优化，改善了炉况，取得了较好的效果。

1 块矿使用现状分析

1.1 国内外的现状、水平及发展趋势

当前国内外高炉均大力提高块矿入炉比例，并取得了较好的效果，宝钢4 号高炉块矿比例提至20%以上，炉况顺行稳定，指标较好[5]，韶钢6 号高炉块矿比例配加至22.1%[6]。日本及亚洲其他国家大多数钢厂的块矿用量在15%以上，有的甚至超过20%。这可以给我们两个启示：一是20%左右的优质块矿加入量不会对高炉指标造成太大影响；二是高炉炉料结构应该讲究使用成本，控制使用昂贵的球团矿。通过优化炉料结构，适当地增加块矿的比例不会对高炉顺行产生不利的影响。

1.2 安钢块矿使用现状

安钢高炉在块矿使用方面以南非块为主，尤其是雨季，形成了对南非块的过度依赖。但从近几年3#高炉的生产实践来看，当南非块配加比例超过约15%时，高炉顺行受到影响，尤其是当配加比例达到18%～19%时，高炉炉况难行频发，分析认为这与南非块配加比例过大的影响是分不开的。南非块的价效虽好，但其配加比例难以提高，极大限制了高炉结构降本空间；另外，由于南非块的SiO2含量较高，配加比例较高时，容易导致烧结矿的碱度偏高，严重影响烧结矿的高温性能，从而影响高炉顺行。同时，南非块的碱金属含量过高，大量使用时，会造成高炉内碱金属含量富集，恶化高炉的运行。

2 试验研究

2.1 不同块矿理化性能及中低温冶金性能

安钢高炉常用块矿的化学性能及还原度、低温还原性能分别见表1、表2。

表1 不同块矿化学成分 %

表2 不同块矿还原及低温还原粉化性能 %

从表1、表2 可以看出，老挝块、罗伊山块、纽曼块均属于高铁、低硅块，有害杂质较少，成分较理想；通过烧损测定判断，老挝块、罗伊山块、纽曼块应属于褐赤铁块。罗伊山块、纽曼块还原性较好，这与其属于褐赤铁矿有关，随着结晶水的排出，结构变得较为疏松，易于还原，配加时有利于高炉生产；南非块的特点是质地致密，还原困难，配加较高时影响高炉生产。表中所有块矿的低温还原粉化指数基本均达到85%，该项指标较好。

2.2 不同块矿的高温自由膨胀率

本试验模拟的是块矿在受热状态下的体积膨胀情况，在高温炉进行加热试验。由于没有相关的国家或行业标准，所以试验需要在相同条件下进行比对；另外，由于试样的入炉温度均为1 000 ℃，升温速率也相同，但是设备无法通入还原气体，所以不能模拟高炉气氛。试验选取几种具有代表性的样品进行，南非块属于赤铁块，结构非常致密，其中碱金属含量较高；PB 块为赤铁块，相对南非块而言，在结构上较为疏松；罗伊山块为褐铁块，结晶水含量较高，一般在300 ～500 ℃分解，结构疏松。不同块矿的高温自由膨胀率如图1 所示。

从图1 可以看出，当温度达到1 400℃以上时，南非块呈现急剧膨胀，膨胀率非常高，达到67%，这主要与其结构致密、碱金属含量高等有关，因为该块的主要成分为Fe2O3，所以其膨胀现象不受还原气氛的影响，也就是说，在高炉内该块矿的实际膨胀率较高。PB 块、罗伊山块在加热过程中未出现膨胀现象，随着温度的升高，一直呈现收缩趋势。这主要与其结构疏松及成分构成有关。分析认为：基于块矿膨胀对高炉冶炼过程中料柱透气性的影响，建议合理控制南非块的配加比例。

图1 不同块矿高温自由膨胀率

2.3 不同块矿对焦炭热性能的影响

不同块矿对焦炭

热性能的影响见表3。

表3 块矿对焦炭热性能的影响

从表3 可以看出，南非块对焦炭的热强度影响最大，焦炭强度降低了2.34 个百分点，反应性升高了2.1 个百分点；其次是阿特拉斯块，焦炭热强度降低了1.89 个百分点，热反应性升高了2.6 个百分点；巴西块对焦炭热性能的影响最小。分析认为：南非块因其碱金属含量高，促进了焦炭的熔损反应，导致焦炭的热性能下降[7]；碱金属含量较高会增加高炉内碱金属的循环富集量，进一步破坏焦炭强度，而焦炭在高炉内的重要作用就是支撑作用，焦炭热强度的降低势必会影响高炉的透气性，造成燃料消耗升高。

3 工业应用情况

根据上述研究分析得出，选择还原性较好，SiO2、碱金属含量较低，高温还原膨胀较低的块矿作为安钢高炉的主打块矿；安钢高炉从2016 年开始逐步减少南非块比例，目前块矿主要以罗伊山块、PB 块、纽曼块等低硅块矿为主，摆脱了长期以来对南非块的过渡依赖，价效好的块矿使用比例提高了3 ～4 个百分点，炉况的稳定性显著改善，在产量提高的基础上燃料比降低5kg 以上。近年来安钢高炉的块矿比例与高炉指标见表4。

表4 近年来安钢高炉块矿比例与高炉指标

4 结论

通过选择使用高温自由膨胀率低，对焦炭热性能负面影响较小，有效品位较高，块矿成分有利于炉料成分体系合理控制和高温性能的改善的块矿品种，如纽曼块、PB 块或罗伊山块等低硅块矿，在实际生产中对炉料结构块矿品种进行优化，合理控制其配加比例，实现了在保持高炉长期稳定条件下结构成本的降低，产量效益较为显著，块矿的配加比例提高了3 ～4 个百分点，吨铁燃料比可降低5kg 以上。