块矿配比对炉料结构的影响

2021-05-26马常文

山西冶金 2021年2期

马常文

（河北鑫达钢铁集团有限公司，河北迁安064401）

目前国内的钢铁公司一直使用的炉料结构是典型的日本炉料结构（烧结矿+酸性球团矿+块矿），但随着钢铁企业产能过剩及利润空间的日益压缩，铁水的生产成本逐渐降低，而高炉炉料结构又是影响铁前降本的一个重要因素[1-2]，因此降低炉料结构中球团矿配比，增加性价比较高的块矿比例，有利于改善资源利用率及降低成本。

目前，宝钢、首钢等大型企业的炉料结构中块矿的使用比例均达到了15%~20%，且在该模式下炉况运行良好[3]；彭文明等人[4]研究了高比例块矿对高炉炉料冶金性能的影响，得出南非块矿和伊朗块矿搭配使用时效果较好，且当两种块矿的配比为25%时也能满足高炉冶炼。因此，如何在满足高炉良好的冶炼效果下，尽量提高炉料结构中块矿的配比是铁前系统降低成本的关键，同时也是炼铁工作者急需解决的问题。

1 实验原料及方法

1.1 试验原料

试验原料采用钢铁公司常用的生产原料，烧结矿、球团矿及块矿的主要化学成分见表1所示。

表1 原料化学成分 %

1.2 试验方法

首先将含铁原料按照比例混合后放入石墨坩埚（Φ60 mm×215 mm）中，接着称量44 g焦炭放入坩埚的底部和含铁原料的上部；实验过程中荷重为9.8 kg/cm2。

将装好原料的石墨坩埚放入熔滴炉中，按照设定温度进行升温至1 550℃；反应炉料在500℃之前通氮气保护，之后立即切换成由一氧化碳和氮气组成的反应气体。

1.3 试验方案

以目前钢铁公司的炉料结构组成，通过增加块矿的配比，逐渐替代球团矿，并在满足高炉顺行的前提下找到块矿配比的最大值。试验方案如表2所示。

表2 试验方案 %

2 试验结果与分析（见表3）

表3 熔滴实验结果

2.1 块矿配比对软化性能的影响

由下页图1可知，随着块矿配比的增加，软化开始温度先降低后增加，而软化开始温度越高，说明软熔带的位置越低，高炉的透气性越好；块矿配比在15%时，炉料结构的软熔区间最窄，但继续增加块矿配比，软化区间增加，当块矿配比达到25%时，两者相差69℃，料柱的软熔带变厚，致使透气性恶化，不利于高炉内煤气的运动。总体而言，当块矿配比大于15%时，料柱的软熔特性逐渐变差，实验方案的化学成分见表4。

表4 实验方案的化学成分

图1 块矿对软化性能的影响

2.2 块矿配比对熔化性能的影响

图2 块矿对熔化性能的影响

由图2可知，随着块矿配比的增加，料柱的压差陡升温度及滴落温度先升高后降低。当块矿配比超过15%时，料柱的压差陡升温度及滴落温度逐渐降低，但熔滴区间开始略有变宽的趋势，根据现代高炉炼铁要求，一般熔滴区间的范围小于100℃，显然增加块矿至25%时，熔滴区间满足高炉炼铁需求。

当块矿配比为10%时，料柱的压差陡升温度及滴落温度升高，主要是因为初渣黏度较高，且流动性较差；而当块矿配比超过15%时，料柱的压差陡升温度及滴落温度逐渐降低，但熔滴区间开始略有变宽的趋势；主要是因为铁品位降低，炉渣含量升高，且难以滴落，从而造成熔滴区间变宽。

就熔化性能而言，块矿配比能够提高至25%。

2.3 块矿配比对炉料的最大压差及总特性值的影响

S值是炉料结构的一个综合评价指标，整体上看，随着块矿配比的增加，S值是逐渐变大，说明熔滴性能逐渐变差（见图3）。

图3 块矿配比对最大压差及特征值的影响

随着块矿配比的增加，料柱的最大压差是先降低后增加，并在块矿配比为10%达到了最低值；主要是因为块矿配比为10%时，熔滴区间较窄，改善了料柱的透气性，从而降低了料柱的压差。但块矿配比超过10%后，料柱的压差逐渐升高，主要是因为软熔区间变化较大，造成透气性恶化，致使料柱压差增大。另外，炉料的二元碱度的升高，炉渣中开始有硅酸二钙等高熔点矿相析出，加速了炉渣粘度的升高[5]，使炉渣流动性变差，从而恶化了炉渣的透气性，使料柱压差进一步升高。因此，块矿配比为15%~20%时，料柱的压差和特征值变化不大，能够满足高炉顺行。