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1、河北理工大学硕士学位论文论文答辩研究生: 王磊 指导教师: 吕庆 教授邯钢高炉原燃料冶金性能 对喷煤量影响的研究课题的来源 喷吹煤粉是高炉节能降焦，降低成本的核心技术，也是 炉况调节的重要手段。一方面，喷吹以资源丰富、价格低廉 的煤粉代替昂贵且日渐匮乏的冶金焦，可有效降低焦比及生 铁成本；另一方面，高炉喷煤降低了炉缸理论燃烧温度，为 高炉富氧鼓风和高风温冶炼创造了条件，可实现高炉进一步 强化冶炼；不仅如此，高炉喷煤还可作为灵活的热制度调剂 手段。近年来随着主焦煤资源的日益匮乏和钢铁企业炼焦能 力的不足，高炉喷吹煤粉技术得到了较快的发展，主要钢铁 企业喷煤比已达到150kg/t左右，但与国际先进
2、水平300kg/t还 存在差距。随着技术的不断进步，进一步提高和稳定喷煤比 成为我国高炉炼铁技术发展的主流。因此，提高高炉喷煤量 的研究具有重要的现实意义。 近年来，受原燃料质量的影响，邯钢高 炉喷煤量一直徘徊在130kg/t左右，为提高邯 钢高炉冶炼的经济效益，需要进一步提高高 炉喷煤量。受邯郸钢铁公司的委托，河北理 工大学做出了“提高邯钢高炉喷煤量的研究”， 本课题主要研究邯钢原燃料质量对喷煤量的 影响。*论文主要内容高炉铁矿石金冶金性能研究 邯钢高炉合理炉料结构的研究 3文献综述12*邯钢高炉未燃煤粉性质的研究 邯钢高炉煤焦置换比的理论分析 56焦炭冶金性能的研究 4*第一章 文献综述这
3、些年，高炉入炉燃料结构发生了明显的变化，其中宝钢的1 号和3号高炉连续几年来喷煤比超过200kg/t，在燃料消耗中，喷吹 煤粉的量即喷煤率占4147%，其中1号高炉为4547%，3号高炉为 4143%，喷吹煤粉的量约占燃料总量的45%。这不仅标志着高炉 冶炼已经摆脱了全焦冶炼，而且喷吹煤粉已经从长期的少量的辅助 燃料的状态提升到与焦炭具有同等重要的、而且用量大体相当的并 列燃料的地位。然而，喷煤量增加后，高炉炉况势必会受到影响，在高炉受影 响的情况下，高炉原燃料的质量能对喷煤量提高有多大的支撑，或 者说原燃料质量对高炉喷煤量有多大影响，已成为提高喷煤量的关 键因素。*表1 邯钢高炉2007年生
4、产主要参数*从表1可以看出，邯钢全厂煤比118.1kg/t，低于全国平均水平， 煤比最高的6#高炉也只有146kg/t，整体煤比较低。从热风温度来看 ，总体风温偏低，这不利于喷煤量的提高，大喷煤后会造成理论燃 烧温度降低，提高风温可以有效弥补这一情况，提高风温还可以提 高煤粉燃烧率和利用率，进一步提高喷煤量。总体看来，邯钢的喷煤水平比较一般，煤粉产量仅够目前高炉 喷吹，若新建高炉投产以及高炉喷煤量的增加煤粉产量必然要增加 ，这就必须要改进磨煤系统。喷煤煤种单一，主要是无烟煤，今后 可能会采用混合煤的喷吹，在现有喷吹煤种保持不变的前提条件下 ，适当提高烟煤配比也是比较合理的选择。 *第二章 高炉
5、铁矿石金冶金性能研究 各种入炉原料质量的好坏，与原料的冶金性能有非 常紧密的联系。随着炼铁技术的发展和进步，高炉炼铁 达到高产低耗的调剂手段越来越多，炼铁生产原料品种 的多样性和复杂性，直接影响着高炉炼铁技术的进步和 各项技术经济指标的改善，但这些都必须建立在炉料质 量有保证的前提下，有人在总结我国高炉炼铁几十年进 步和生产指标改善时说：70%得益于炉料质量的改善（ 精料）和合理炉料结构的应用。因此，精料是高炉炼铁 技术进步的基础 。*表2 大型高炉对原料质量要求 *2.1 邯钢高炉铁矿石基本状况 邯钢高炉所用铁矿石为自产烧结矿和球团矿，部 分外购球团矿，及进口澳洲生块矿。烧结厂有四台烧 结机
6、分别为一号烧结机160m2，二号烧结机24m2，三 号烧结机90m2，新一号烧结机400m2，其中二号烧结 机于2007年年底淘汰。球团矿大部分为自产，少部分 外购，外购球团矿包括本地球团和秦皇岛球团。试验 选用的烧结矿、球团矿均取自于邯钢钢铁公司的高炉 所用原料，邯钢7号高炉近几年主要技术经济指标见 表3。 邯钢高炉所用原料见表4。*表3 邯钢7号高炉近五年主要技术经济指标 *表4 高炉原料化学成分 *从表3可以看出，对7号高炉而言，随着铁矿石入炉 品位的降低，高炉的技术经济指标在逐年下降，利用系 数从2.467降到2.122，渣量在升高，高炉焦比也在逐年 上升。表4给出了邯钢高炉所用的铁矿
7、石成分。 *2.2 原料的冶金性能实验研究 高炉炼铁原料的冶金性能主要包括低温（500）还 原粉化性能，中温（900）还原性能，高温下的软化性 能、综合炉料的熔融滴落性能等。 通过研究原料冶金性 能，分析其对喷煤量的影响。*2.2.1 铁矿石低温还原粉化性能烧结矿的低温还原粉化机理是烧结矿中的再生Fe2O3在低温（ 450550）时，由-Fe2O3还原成-Fe2O3。由于前者为三方晶系六 方晶格，而后者为等轴晶系立方晶格，在还原气的作用下发生了晶 格的改变，造成了结构的扭曲，并伴随体积的膨胀，产生极大的内 应力，导致在机械作用下碎裂。低温还原粉化指数（RDI+3.15）是衡量铁矿石在高炉上部块
8、状 带性能的一项指标，意大利的一项研究表明，RDI指标对操作稳定 的现代高炉具有极大的影响，RDI每提高5%，煤气中CO的利用率 提高0.5%，产量提高1.5%，焦比下降1.5%。*表4 炉料的低温还原粉化率检测结果（%） *2.2.2 铁矿石还原性能铁矿石的还原首先是还原气体能进入矿物表面，颗粒小及开 口微气孔高的矿石有助于还原气体进入其内部并将其反应产物扩散 出了，由较好的还原性。烧结矿的还原是由还原气体通过烧结矿的空隙进行的，这样对 于酸性烧结矿来说，气孔壁大部分由铁橄榄石与玻璃组成，而自熔 性烧结矿大多由钙铁橄榄石、玻璃质、铁酸钙组成，因而自熔性烧 结矿具有较好的还原性（80%左右）。
9、且烧结矿随着碱度的提高， 不但气孔率增加，而且其矿物组成中易还原的铁矿物Fe2O3、Fe3O4 和粘结相2CaOFe2O3相应增多，难还原的FeOSiO2含量相应减少 ，因此烧结矿的还原性随碱度的提高而改善。*球团矿的矿物组成主要为赤铁矿（Fe2O3），气孔 率比烧结矿低但分布均匀，因此还原率高而且有较低的 孔壁破裂，故还原性较高。澳矿的矿物组成主要也为赤铁矿（Fe2O3），还原 性也较好，但在较高的温度下有爆裂现象。为了降低焦比，应尽可能以间接还原的方式从矿石 中夺取氧，要求入炉原料具有良好的还原性。据生产统 计，烧结矿的还原性每改善10%，焦比可降低89%。 *表5 炉料的还原性检测结果（
10、%） *2.2.3 铁矿石软化及熔滴性能铁矿石的软化性能包括铁矿石的软化温度和软化区间两 个方面，即在一定的荷重下矿物加热开始变软的温度及 开始软化到软化终了的温度区间。炉料在高炉下降过程 中温度不断的上升，同时在还原气体的作用下不断地被 还原，当它们达到一定温度时矿石开始软化，继而熔化 ，滴落，最后以铁水和炉渣的状态存于炉缸内。由炉料 软化到开始低落这个区间形成一个焦炭层交替的软溶带 ，软溶带的形状与位置对高炉冶炼的煤气流分布于高炉 强化有极其重要的影响。*表6 炉料的荷重软化检测结果 *表7 单种炉料的熔滴性能试验结果 *2.2.4 实验结果分析由表4所示，各种铁矿石的低温还原粉化性能都比
11、较良好，但对于 低温还原分化指数好的企业还有所差别。由表5所示，三种烧结矿 均为高碱度烧结矿，SiO2含量较高，FeO含量较高，但烧结矿的还 原还原指数均超过87%，球团矿的还原性能比烧结矿的还原性能要 差些 ，由表6所示，邯钢铁矿石的软化性能较好。具体而言，烧结矿的 开始软化温度和软化终了温度都较高，这也符合高碱度烧结矿的一 般规律。而球团矿由于脉石熔点低，开始软化温度和软化终了温度 都较低，软化区间变窄。澳矿为生块矿，开始软化温度比较低，软 化区间较宽，为酸性矿石软化特征的共性。对单种矿的熔滴实验而言，烧结矿由于碱度高，高熔点物质多， 在实验室条件下难以滴落，球团矿的滴落性能要好于澳矿。
12、*2.3 邯钢铁矿石质量对高炉喷煤量影响的分析 2.3.1 低温还原粉化对喷煤量的影响图1 RDI+6.3与煤比和焦比的关系图2 RDI+3.15与煤比和焦比的关系*2.2.4 实验结果分析从图12可以看出，烧结矿低温还原粉化指数对邯钢现场煤比 及焦比有一定的影响。随着RDI+6.3和RDI+3.15两项指标的增加， 煤比在增加，焦比在减小。对图表中的数据进行回归计算，得出RDI+6.3、RDI+3.15两项 指标与煤比的回归方程如下： M=-129.12865+2.71653X1 R=0.9632 （1） M=-306.33174+4.48336X2 R=0.9986 （2）从回归方程（1）
13、、（2）可以得出，当RDI+6.3在65100%变 化时，RDI+6.3每增加1%，煤比可能能增加2.72kg/t左右。当 RDI+3.15在78100%变化时，RDI+3.15每增加1%，煤比可能能增 加4.48kg/t左右。由于RDI-0.5与煤比及焦比的相关性较差，在这里 不做分析。*2.3 邯钢铁矿石质量对高炉喷煤量影响的分析 2.3.2 还原性对喷煤量的影响图3 7号高炉烧结矿RI与煤比和焦比的关系 *从图3可以看出，烧结矿还原性对邯钢现场煤比及焦 比有一定的影响。随着RI指标的增加，煤比在增加，焦 比在减小。 对图表中的数据进行回归计算，得出RI指标与煤比的回 归方程如下：M=-1
14、348.91337+16.61539X3 R=0.9512 （3）从回归方程（3）中可以看出，铁矿石还原性能指 标RI在8090%之间变化时，RI指数每增加1%，煤比可 能增加16.61kg/t。当然由于邯钢铁矿石还原性能较好， 而邯钢7号高炉在2008年一年中炉况并不稳定，所以还 原性对邯钢高炉的也只能作为参考。*2.2.3铁矿石软化及熔滴性能对喷煤量影响的分析 高炉料柱的透气性直接影响炉料顺行、炉气分布和煤气利用率。 料柱具有良好的透气性，使煤气流均匀稳定的通过，保证了生产的 顺行，充分利用了煤气流的原和传热作用。透气性不好可能引起气 体阻力增加，风压升高，出现崩料、悬料现象。另外，由于炉
15、料质 量的差别而造成炉内透气性恶化和分布不均匀时，不仅压差升高和 下料不顺，而且引起煤气流分布不均匀，出现管道行程和煤气流偏 行等现象，从而使煤气利用率降低，炉料的预热和还原不充分，直 接还原度增加，热量消耗增大，影响高炉焦比、煤比和生铁质量。 铁矿石的开始软化温度高，软化区间窄，则形成的软溶带薄，有利 于高炉顺行，高炉在此种情况下可以适当增加喷煤量，而铁矿开始 软化温度低，则在高炉内达到软化结束的位置差别不大，此时易形 成较厚的软化带，影响高炉透气性，使高炉运行不畅，煤比不易提 高。*第三章 邯钢高炉合理炉料结构的研究 含铁炉料的合理搭配使用（高炉炉料结构合理化）则是更高一 层次的精料内容。
16、从理论和高炉生产管理以及管理方便的角度看， 高炉使用单一矿石并把熟料率提高到100%是合理的。然而，还没 有一种理想的矿石完全满足现代大型高炉强化的需要。烧结和球团 各有其适应性，就烧结矿而论，不同类型的烧结矿性质各异。普通 酸性烧结矿强度好，而还原性差；长期以来使用自熔性烧结矿，由 于强度差而还原性一般，已被冶金性能优越的熔剂性和高碱度烧结 矿所代替；然而，高炉冶炼的过程也不能全部使用这种烧结矿，加 以资源合理利用等因素，各企业必须根据自身的铁矿石资源选择合 理的高炉炉料结构。合理的炉料结构应充分满足高炉强化冶炼的要 求，同时又经济合理。 *3.1 邯钢高炉炉料结构基本状况 目前，邯钢炼铁原料供应主要为：自产高碱度烧结 矿、南非矿，澳矿、自产球团、本地球团、秦皇岛球团 等。其中各个高炉所
