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1、论高炉炉料的质量及控制许满兴北京科技大学冶金研究中心 2004.9.前言：高炉冶炼俗话说：“七分原料三分操作”，这并不是意味 着高炉操作的不重要，而是强调原料的重要性，原料是高炉冶 炼的基础。对高炉冶炼而言，原料是基础，设备是保证，操作 是关键。强调原料重要，重是重在炉料的质量上，高炉冶炼的炉料 主要包括含铁炉料和焦炭。炉料的质量发展到现时代，它的内 含应包括化学成份、物理性能和冶金性能三个方面，它们三者 之间的关系是，化学成分是基础，物理性能是保证，冶金性能 是关键。没有合适的化学成分，就谈不上良好的物理性能和冶 金性能。反过来说即使有了一定的化学成分，没有良好的物理 性能和冶金性能，这种炉
2、料就很难被高炉所采用。例如八十年 代初期，包钢的1513m3高炉，由于包钢球团矿含K2ONa2O超量 (0.42%），这种球团矿易熔易凝，软熔带很宽，造成高炉严重结瘤，1513m3的高炉结瘤的体积超过1000m3，使得高炉无法进行冶炼，这是一个冶金性能严重影响高炉进程的例子，近几年 来，宝钢和武钢的高炉冶炼，由于烧结矿主要配用进口矿，烧结 矿的RDI指数低，低温还原粉化率达到40%左右，一定程度影响高 炉上部的透气性，从而影响高炉产量和焦比，结果武钢和宝钢先 后采用喷CaCe2的方法，降低烧结矿的低温还原粉化率，改善高 炉指标。可见高炉冶炼应该十分重视炉料的质量。炉料质量不仅是高炉冶炼的基础，
3、也是合理炉料结构的基础 ，理论研究和生产实践均证明了，没有单一炉料的质量，就不会 有合理的炉料结构。搞好高炉冶炼，不仅要求有良好的炉料质量 ，还应有合理的炉料结构，大量的生产实践证明，高炉炉料结构 是否合理，会影响高炉产量10%以上，影响焦比5%以上，因此， 高炉冶炼除了要重视炉料的质量以外，还要重视合理的炉料结构 。一、含铁原料的质量问题高炉冶炼的含铁原料包括烧结矿、球团矿、天然块矿，现代 高炉对含铁原料的质量要求概括起来为五高五低：（1）高品位，低SiO2及有害杂质含量（烧结矿的TFe56% ，SiO25%）（2）高强度，低粉末含量（T70%，5mm部分5%）（3）高稳定性，低波动（TFe
4、波动0.4%，R波动0.05 ）（4）高还原性，低FeO(RI80%，FeO8%)（5）高软熔性能，低透气阻力（TS1400，Pm 2500Pa）。上面已经谈到含铁原料的质量包括化学成分，物理性能和冶 金性能三个方面：（一）含铁原料的化学成分含铁原料的化学成分一般应包括：TFe，FeO，CaO，MgO，SiO2 ，Al2O3，S,P，K2O，Na2O,TiO2、11个元素。 1.品位，即全铁的含量：品位是含铁炉料第一位的质量问题 。因为根据统计，1%的品位，会影响2%的焦比，3%的产量，所 以炼铁工作者应十分重视提高原料的品位。在酸性球团矿的品 位上，决不能轻易大量配入膨润土，造成球团品位的降
5、低，每 多配入1%的膨润土，将降低品位0.6%，这个问题在我国比较普 遍，1997年全国球团配入膨润土平均为4.13%，全国生产1100万 吨球团这个经济损失是巨大的（降低2%的品位，1100万吨矿就 少了22万吨铁），还有一个值得重视的是烧结矿的MgO含量，有 的企业把MgO配得4%，烧结矿的MgO达4%，含MgO的白云石等料 含量高的仅30%，即使配入白云石的5%，也要降低烧结矿品位3% ，因此这个问题值得重视。提高烧结矿品位除了以上提出的问题以外，一般增加进口富矿粉的配比，配入轧钢铁皮和金属切削的铁屑，均能起到明显的作用。2.SiO2的含量：SiO2是影响铁矿石品位和高炉炼铁渣量的 一个
6、主要因素，它是球团矿和烧结矿粘结相的主要组分，烧结 矿、球团矿不能没有它，烧结矿中Al2O3/SiO2是形成复合铁酸 钙的一个重要条件，但是它又不能太高了，目前我国烧结矿中 SiO2含量大多数在68%，球团矿的SiO2含量大多也在68%， 这一数值应该说太高了，应尽可能降低烧结矿、球团矿中SiO2 的含量，据世界金属导板1998年10月13日的报导，宝钢开发成 功低SiO2烧结技术，填补国内空白，SiO2由原来的5.4%降低到 4.8%，达到世界先进水平，创年效益超2000万元，巴西南部矿 区富矿粉的SiO2含量只有3.8%，北部矿区富矿粉SiO2含量仅为 0.8%，贮量确有374亿吨，澳大利
7、亚的库利安诺宾富矿粉的SiO2 含量为3.50%，每年开产200万吨，总之低SiO2矿粉的来源和降 低烧结矿的SiO2含量是可行的，经济效益是高的。目前在一些企业中存在的问题，不是设法降低SiO2含量而是去找高SiO2含量 的矿源，例如高达15%以上SiO2的海南矿，有的企业烧结矿和球 团矿的SiO2含量高达78%，企业领导还在说，“我们烧结矿的 碱度提不上去，我们缺高SiO2含量的矿”。这里有一个概念误 导的问题，这个问题有一定的面，不只是个别人的认识问题， 要不很多企业往球团矿内配入大量的膨润土和寻找高SiO2矿源 就不好解释。3.FeO的问题：FeO是在高炉内需消耗固定碳才能被还原的难还
8、原矿物，因此高炉炉料的FeO含量升高就意味着产量下降， 焦比升高。据统计1一般烧结矿的FeO升高1%，高炉产量会 下降11.5%，焦比会升高11.5%。国家标准(GB/T00691)规 定，优质烧结矿的FeO含量应10%，宝钢烧结矿近几年来FeO的 含量一直稳定在6.5%左右，有的企业领导担心FeO含量低了会影响烧结矿的强度，事实证明，这种担心是没有根据和必要的，宝钢烧结矿的转鼓指数（T6.381%），并没有因为FeO低而强 度不高。FeO含量对烧结矿强度的影响，对低碱度烧结矿而言， FeO高有利于烧结矿的强度，因为烧结矿低碱度时，其主要矿物 粒是铁杆榄石（2FeO SiO2）和钙铁杆榄石（C
9、aO FeO SiO2），FeO是以单一矿物存在的，而对于高碱度烧结矿，它的粘结相主 要是铁酸钙，铁酸钙是CaOAl2O3SiO2FeO3等矿物的复合铁 酸盐，它的结构式为Ca5 SiO2(Fe,Al2O3，因此，FeO含量的高低 不直接影响烧结矿的强度，从矿物组成与强度的关系看对高碱 度烧结矿而言，往往FeO含量高了，强度反而会下降。 2FeOSiO2CaOFeOSi O2CaOFe2O320.2623.337.0已有的研究2表明，对已经确定的烧结设备和工艺参数，FeO应有一个最佳值，它受烧结原料精矿配比、配碳、烧结 料层厚度，烧结矿碱度，MgO和SiO2含量等因素的影响。目前 ，在我国钢铁
10、企业中，主要倾向还是配碳高造成FeO高，这 应该引起烧结厂和炼铁厂科技人员的关注。只有在SiO2低于 4.5%的情况下，才需要适当提高FeO含量保强度。4.MgO含量：MgO是高炉冶炼造渣成份所必须的，为了炉渣 的流动性和改善脱硫效果，一般要求高炉渣的MgO含量在8 12%的范围内为佳，炉渣中的MgO主要是从烧结矿中带入的， 烧结矿中会有一定的MgO有利于抑制烧结矿的自然粉化和还 原粉化，不利于烧结矿的强度和中温还原，但有利于高温还 原和改善烧结矿的软熔性能。MgO对烧结矿冶金性能的影响 列于表1表1 MgO含量对烧结矿冶金性能的影响酒钢烧结矿RI 900 还原性 （%）RDI3.15（%）软
11、化性能（）熔滴性能（）MgO (%)FeO(% )RTBSTBTSTdT2.9811.21.3290.58.01155120124015152753.8711.01.3184.06.31175110120014652654.0810.21.2179.03.81185130130015202206.329.91.3779.04.3119013013301535205目前，在炼铁界，存在着一个倾向，宁愿MgO高些，也不肯降低烧结矿MgO含量，有的企业甚至提出MgO含量不得低于 3.0%和3.5%的，宝钢烧结矿的MgO含量控制在1.5%1.6%，渣 比280kg，渣中MgO含量7.58.0%，高炉冶
12、炼指标优良。日本 专家提出应降到0.91.0%，日本新日铁公司烧结矿的MgO含 量长期稳定在0.91.0%。福建三明钢铁厂，烧结矿的MgO含量从1997年的3%下降到 今年的0.730.96%，高炉指标从利用系数2.3t/m3.d提高到今 年的3.8t/m3.d以上，可见，低MgO烧结矿并不是有害高炉冶炼 而是降低成本提高高炉效益的一个潜力。建议高MgO的企业可 到三明钢铁厂去取取经，进一步挖潜改善指标。5.Al2O3含量：Al2O3既是高炉冶炼炉渣的必要成分，也是高 碱度烧结矿铁酸钙形成的必要条件，高炉渣一般含Al2O3为13 15%，烧结矿中Al2O3/SiO2要求0.10.4。 对烧结矿
13、的化学成份而言，不能没有Al2O3成分，一般希望烧结 矿Al2O3含量1.51.8为佳，低了不利于铁酸钙的形成，高了会 影响烧结矿的冷强度和引起低温还原粉化率的大幅度提高。目前，不少企业对Al2O3含量不重视，常常不化验它的含量， 报表上也见不到这个数值，须提出这是很不科学的，烧结矿的 Al2O3含量高了，不仅会引起还原粉化显著提高，影响高炉内块 状带的透气性，还会严重影响炉渣的流动性和炉渣脱硫，引炉 炉缸堆积，高炉下部透气性恶化，影响高炉进程，因此必须引 起有关方面的高度注意，重视Al2O3元素的作用和危害。6.碱度（CaO/SiO2）：对烧结矿和球团矿而言，碱度是决定其质量的基本因素，烧结
14、随碱度提高，还原性，还原强度和软 熔性能得到不断改善，在R1.41.7阶段为还原强度的凹处， 通过烧结矿矿物组成与强度和还原性的分析，得出烧结矿的最 佳碱度范围为1.802.30，在我国条件下，高炉合理炉料结构要充分发挥高碱度烧结矿冶金性能的优势补充酸性炉料软熔性 能的不足，取得良好的高炉冶炼效果。但目前有很多企业烧结 矿的碱度还停留在1.80以下，这是烧结矿在质量控制上的一个 大损失，所以今年上半年鞍钢烧结矿的碱度从1.85降到1.75高 炉焦比升高10kg/t铁，烧结矿的碱度要千方百计控制在高于 1.80的水平。铁矿石的化学成份除了上述主要成分以外，尚有TiO2、K2O、 Na2O和S、P
15、、Pb、Zn、Cu、As等有害元素对质量的影响，在这 里就不作具体介绍了。综上所述，总的说来从铁矿石的化学成分看质量应追求高品位低SiO2，高碱度低FeO，适当的MgO和Al2O3含量。（二）含铁原料的物理性能含铁原料的物理性能包括机械强度和粒度组成两个部分，国 家标准对烧结矿和球团矿的机械强度（转鼓指数）和粒度组成 都有具体要求。转鼓指数抗压强度筛分指数抗磨指数6.3mmN/个球5mm0.5mm烧结矿优质70%6.0%普通 一级66%7%7%二级63%9%8%球团矿 一级90%20005%6%二级86%15005%8%前面已经谈到强度是保证，目前，我国不少企业的烧结矿的强 度偏差，粒度偏小，
16、如何提高强度和改善粒度组成的问题将在 改善烧结矿的质量研究专题讲座中作介绍，在这里要强调的一 个问题，是对高碱度烧结矿不要采用高配炭，高FeO的做法去 提高强度，而是应该采用低配碳、厚料层，优化操作，控制烧 结矿的成分去提高烧结矿的强度。（三）含铁原料的冶金性能在前言中已提到冶金性能是炉料质量的关键，可见冶金性能 对炉料的质量而言是非常重要的。含铁原料的冶金性能包括以 下内容。 900还原性能 500低温还原粉化性能 球团矿的还原膨胀性能 荷重还原软化性能 熔融滴落性能它们相互之间也有一个关系，即还原性是基础，还原粉化、还 原膨胀和软化性能是保证、熔滴性能是关键。1.铁矿石的还原性：铁矿石的还原性优劣直接影响高炉产 量和焦比，它是评价铁矿石质量的一个重要内容，因此，炼铁 工作者对铁矿石的还原性都比较重视，测定铁矿石还原性的方 法目前有两种国际标准即ISO4695和ISO7215，我国也专门制订 了国家标准GB/T1324191
