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1、 高炉炉料结构优化的试验研究 王金龙 张艳允 张红闯 魏琼花 刘晓明 河北钢铁集团邯钢公司技术中心 邯郸 056015 摘 要 本文根据邯钢高炉冶炼的原料条件 对高炉原料的冶金性能进行了试验研究 并在此基础上针对入炉综合 炉料进行了多组高温熔滴性能试验 调整入炉原料的不同配加比例 掌握其高温性能的优劣 并以此指导生产 关键词 冶金性能 炉料结构 综合炉料 Study and Optimization of BF Burden Structure Wang Jinlong Zhang Yanyun Zhang Hongchuang Wei Qionghua Liu Xiaoming Handan
2、 Iron and Steel Corporation Technology Centre Handan 056015 Abstract Based on the material conditions of BF of Handan Iron and Steel Corporation in this article Metallurgical properties of materials melting and dripping properties of comprehensive burdens were studied To obtain the melting performan
3、ce we adjust and test the different consists of materials and the conclusion has practical signification to guide the BF production Key words metallurgical property burden structure comprehensive burden 1 引言 众所周知 原料是高炉冶炼的基础 高炉冶炼指标的好坏与所用的原料质量密不可分 高炉原料的质量 应包括三部分 化学成分 机械强度和冶金性能 从三者间的关系来看 化学成分是基础 机械强度是保
4、证 冶金性能是关键 当设备条件和操作人员水平一定时 原料的冶金性能将直接影响高炉的稳定和顺行 因此 结合高炉炼铁生产实际 对高炉主要原料的冶金性能进行系统分析和研究 充分掌握邯钢现有原料结构状况 及主要炼铁原料冶金性能指标 不仅能为邯钢现有高炉炼铁原料冶金性能的改进提供依据 而且能为优化原 料结构 提升炼铁工艺质量和产量提供理论基础和依据 2 试验研究的原料 邯钢现用主要炼铁原料的种类 化学成分 二元碱度列于表 1 中 表 1 邯钢现用主要炼铁原料化学成分 原料 TFe FeO SiO2 CaO MgO Al2O3 烧损 P S 二元碱度 烧结矿 57 9 77 4 6 8 97 2 04 1
5、 67 0 74 0 05 0 015 1 95 球团 62 51 1 58 6 46 0 70 1 52 0 85 0 05 0 03 0 007 0 11 南非 62 79 0 29 4 21 0 17 0 03 1 62 0 77 0 05 0 006 0 04 澳矿 63 51 0 72 2 08 0 06 0 03 1 26 4 85 0 06 0 016 0 03 巴矿 67 65 0 72 1 00 0 11 0 11 0 61 1 20 0 03 0 008 0 11 高炉料炉结构优化的试验研究 8 931 3 邯钢现用主要炼铁原料的冶金性能试验方法 结果与分析 在试验室里 对
6、邯钢使用的烧结矿 球团矿及天然矿的块矿热爆裂性能 低温还原粉化性能 中温还原 性能 球团矿还原膨胀性能及熔滴性能等冶金性能进行了测定 3 1 块矿热爆裂性能 试验结果 表 2 与分析评价如下 表 2 邯钢块矿的热爆裂性能检测结果 热爆裂性能 样 品 10mm 平均 6 3 10mm 平均 3 15 6 3mm 平均0 5 3 15mm 平均6 3 南 非 1 96 83 1 95 0 43 0 31 0 13 南 非 2 96 35 96 59 1 86 1 9 0 69 0 56 0 6 0 45 0 28 0 2 98 49 澳 矿 1 86 02 3 71 2 6 1 56 0 79 澳
7、 矿 2 86 77 86 39 4 21 3 96 2 02 2 31 1 2 1 38 0 34 0 56 90 35 由表 2 可知南非矿和澳矿两种块矿均有不同程度的爆裂现象 南非矿爆裂后形成薄片 10mm 以上的粒 级接近 97 只爆裂出零星的薄片 而澳矿由于其含有一定量的结晶水 失水后造成其内部结构疏松 所 以爆裂后形成了一定量的碎末 10mm 以上的粒级仅占 86 因此澳矿的热爆性能较差 3 2 低温还原粉化性能 试验结果 表 3 表 4 与分析评价如下 表 3 邯钢现用主要炼铁原料的低温还原粉化性能及中温还原性能检测结果 500 低温还原粉化性能 900 中温还原性能 样品 RD
8、I 6 3 RDI 3 15 RDI 0 5 RI 失重 烧结矿 98 46 98 84 0 80 87 03 19 95 球团矿 99 72 99 72 0 24 57 67 15 39 南非 77 38 86 23 4 99 63 73 17 25 澳矿 73 46 86 51 4 79 88 10 22 16 表 4 对比烧结矿喷洒 CaCl2 前后的低温还原粉化性能检测结果 500 低温还原粉化性能 样品 RDI 6 3 RDI 3 15 RDI 0 5 喷洒前 62 43 79 52 6 54 喷洒后 97 09 98 43 0 64 第八届 2011 中国钢铁年会论文集 8 932
9、 由表 3 可知邯钢高炉主要原料均有优良的低温还原粉化性能 1 烧结矿喷洒 CaCl2的前后对比试验 见表 4 可以发现 喷洒 CaCl2可以大幅改善烧结矿的粉化现 象 据大量研究一致认为 烧结矿发生低温还原粉化的最根本原因是 烧结矿中的再生 Fe2O3在低温 450 500 由三方晶系的 Fe2O3还原为等轴晶系的 Fe2O3 晶格的改变造成其结构的扭曲 产生了极大的内应 力 导致在机械力的作用下产生严重的碎裂 喷洒 CaCl2溶液后 随着水分的挥发 CaCl2结晶在烧结矿的 表面以及内部部分孔洞中 阻碍和延缓了还原气体的接触 减缓了烧结矿的还原速度 从而改善其低温还原 粉化性能 喷洒 Ca
10、Cl2可以使烧结配矿更加灵活 同时也不必考虑提高 FeO 含量的方法抑制烧结矿的粉化 2 球团矿由于具有较高的气孔率且由细粒赤铁矿组成 此种结构能够承受体积变化而不会产生裂纹 低温还原后仍然保持其完整性 粉化的只是已还原表面物料的脱落 质量很少 3 块矿的低温还原粉化性能取决于气孔率和断裂韧性 从试验结果看出 南非矿和澳矿均具有良好的 低温还原粉化性能 3 3 中温还原性能 试验结果与分析评价如下 铁矿石还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区 还原气体从铁矿石中夺取 结合氧的难易程度的度量 高还原度的铁矿石是高炉冶炼理想的精料 从试验结果表 3 可以看出 球团矿的 还原度 RI 最低只有 57
11、67 天然矿中澳矿由于含有 5 的结晶水气孔率高 还原度 RI 也明显地高于南非矿 烧结矿喷洒了 CaCl2后在低温区能够起到很好的屏蔽还原气体的作用 而随着温度的升高 结晶的 CaCl2或 分解或挥发 并没有影响烧结矿在高温区的正常还原反应 3 4 球团矿还原膨胀性能 试验结果与分析评价如下 球团矿的膨胀指数为 12 23 球团矿的正常还原膨胀在 20 以下 超过此 界限 为异常膨胀 邯钢自产球团矿的膨胀指数为 12 23 属正常膨胀 不影响高炉操作 3 5 熔滴性能 试验结果见表 5 表 6 表 5 单一炉料与综合炉料结构组成 样品 炉料结构组成 熟料率 矿种数 1 烧结矿 1 2 球团矿
12、 1 3 南非矿 1 4 澳矿 1 5 基准 烧结矿75 球团矿20 南非矿5 95 3 6 烧结矿75 球团矿25 100 2 7 烧结矿70 球团矿30 100 2 8 烧结矿70 球团矿25 南非矿5 95 3 9 烧结矿60 球团矿40 100 2 10 烧结矿60 球团矿36 南非矿4 96 3 高炉料炉结构优化的试验研究 8 933 表 6 邯钢现用主要炼铁原料及混合炉料的熔滴性能检测结果 样品 软化温度 T4 软化温度 T10 软化温度 T40 压差陡升 温度 Ts 滴落温度 Td 最大压差 Pm kPa 软化区间 T10 40 熔融区间 Tds 总特性值 S kPa 1 120
13、1 1226 1290 1279 1521 16 5 64 242 2213 11 2 1149 1163 1226 1186 1315 20 52 63 129 1243 38 3 1188 1212 1265 1236 1317 16 61 53 81 383 5 4 1009 1066 1224 1176 1346 12 158 170 530 8 5 1166 1192 1273 1285 1426 13 81 81 141 1117 69 6 1174 1201 1278 1278 1416 14 58 77 138 1063 28 7 1170 1195 1278 1293 141
14、9 16 07 83 126 1002 69 8 1175 1203 1279 1285 1416 12 47 76 131 1015 82 9 1173 1194 1268 1265 1418 13 44 74 153 1103 72 10 1180 1200 1288 1286 1419 15 21 88 133 995 04 众所周知软熔带位置 形状和厚度对高炉操作有显著影响 它决定了高炉内煤气的分布状况 并与高炉 操作的稳定性有密切关系 此外 软熔带的高度对铁水的含硅量亦有较大的影响 而这些性质又主要取决于 含铁炉料的软熔性质 因此 研究和掌握含铁炉料的软化 熔化及滴落性能具有重要的意
15、义 铁矿石不是纯物质的晶体 因此没有一定的熔点 它有一定的软熔区间 在高炉生产中既要求矿石的开 始软化温度高 这样可以保持较多的气 固相反应空间 又要求软熔区间窄 这样可以保持较窄的软熔带 有利于煤气流运动 从熔滴试验过程可以看出 各种炉料在温度达到 Ts以前 压差有一定的增长但较低 说明炉料在软化阶段对料层的透气性有一定的影响但影响不是很大 随着升温过程的进行 压差曲线出现陡 然上升 并迅速达到最大值 Pm 之后出现一定波动并逐步下降 这段温度区间料层透气性变为最差 当温 度接近 Td时 压差迅速降至很低水平 说明滴落区间很窄 且压差降幅很大 因此 滴落阶段不会对料层 的透气性产生决定性的影
16、响 而决定软熔层透气性的就是炉料熔融阶段的性能 从单一炉料 烧结矿 球团矿 南非矿 澳矿 的熔滴试验结果 表 6 可以看出 澳矿开始软化温度 T10最低 1066 比其他矿低很多 软化区间 T10 40也很高 软化性能澳矿最差 球团矿次之 而在熔融阶 段 烧结矿 Ts最高 1279 南非矿 1236 球团矿 1186 澳矿 1176 但是烧结矿滴落温度 Td却高达 1521 熔融区间 242 说明烧结矿的软熔带位置最低 但是宽度最厚 整体评价烧结矿熔融性能最差 澳矿次之 南非矿最好 南非 Ts较高 熔融区间最窄只有 81 炉料透气性总特性值 S 烧结矿最大 221 3 远远大于其他单矿 4 综合炉料的冶金性能试验及分析 现代高炉冶炼普遍采用高碱度烧结矿配加酸性球团和块矿的炉料结构 综合炉料比单一炉料更加适合高 炉冶炼要求 然而炉料结构没有固定的模式 应该不断地进行试验研究和经受生产实践检验 因此探索高炉 的最佳的炉料结构的研究也具有特别重要的意义 熔滴试验采用的炉料结构基本上以烧结矿与球团矿为主 辅以少量的块矿 研究随着球团矿配加量的增 加综合炉料的冶金性能变化规律 从试验结果 表 6
