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1、烧结矿质量及其对高炉冶炼主要操作指标的影响 许满兴 （北京科技大学）,摘 要：本文阐述了烧结矿在高炉炼铁中的地位和作用，阐明了烧结矿质量的内涵，分析了烧结矿的化学成分、物理性能和冶金性能对高炉冶炼主要操作指标的影响，提出了烧结生产改善烧结矿质量的几点结论性意见。 关键词：烧结矿质量、主要化学成分、强度和粒度、冶金性能 高炉冶炼主要操作指标,主要内容： 烧结矿在高炉炼铁中的地位和作用 烧结矿质量内涵及分析 2.1.烧结矿主要化学成分及其价值 2.2.烧结矿的强度和粒度的价值 2.3.烧结矿冶金性能的价值 烧结矿质量对高炉冶炼主要操作指标的影响 3.1 烧结矿主要化学成分对高炉冶炼主要操作指标的影
2、响 3.2 烧结矿强度和粒度对高炉冶炼主要操作指标的影响 3.3 烧结矿冶金性能对高高炉冶炼主要操作指标的影响 4 对改善烧结矿质量的几点结论性意见,1 烧结矿在高炉炼铁中的地位和作用 自上世纪八十年代以来，高碱度烧结矿一直是我国高炉炼铁的主要原料，近几十年来，铁原料占高炉炼铁成本接近70%，烧结矿占高炉炼铁炉料的70%以上，占吨钢能耗指标的10%以上，是钢铁生产能耗的第二大户，也是废气物排放的大户，因此不论从炉料组成比例、生铁成本、还是废弃物排放及环境保护，烧结矿生产对高炉炼铁都有着举足轻重的影响。 1.1 烧结矿的物理性能对高炉上部块状带的透气性起决定性的作用（強度、粒度、低温还原強度）
3、1.2 烧结矿的荷重还原软化性能对高炉软化带的透气性起决定性的作用 1.3 烧结矿的熔滴高能对高炉下部熔融带的透气性起决定性的作用 1.4 烧结矿的品位、碱度和脉石含量对高炉冶炼的主要指标（包括产量、燃料比、生铁质量和成本）起着决定性的作用 2 烧结矿质量的内涵和价值 烧结矿的质量由化学成分、物理性能和冶金性能三部分组成，它们三者间的关系是：化学成分是基础，物理性能是保证，冶金性能是关键。 2.1 烧结矿的主要化学成分及其价值 烧结矿的主要化学成分包括品位和SiO2、碱度、MgO、Al2O3和FeO，还有S、P、Ka2O、ZnO和Cl等有害元素。 2.1.1 含铁品位对烧结矿质量的价值 含铁品
4、位是烧结矿质量的核心，我国自解放后至今半个多世纪以来，提高烧结矿质量的一个核心问题就是不断提高烧结矿的品位、降低烧结矿的SiO2含量，由于品位的提高，渣量的降低、高炉炼铁的产量提高，燃料比降低，表1列出了首钢、包钢和酒钢的烧结矿质量与高炉主要技术经济指标的关系。 含,表1 首钢等企业烧结矿品位、SiO2含量与高炉炼铁技术经济指标的关系123,近几年有不少钢铁企业采用低品位、大渣量的做法，主观愿望想降低成本，实际适得其反，造成大排放、高燃料比和低效的结果，总结历史的经验，应继续走精料之路，才能实现低成本、低燃料比和高效炼铁的目标。 2.1.2 碱度对烧结矿质量的价值 理论研究和多年来的生产实践证
5、明，高碱度是烧结矿质量的基础。由于烧结矿的质量取决于 其矿物组成，而烧结矿的矿物组成取决于碱度还配碳。对高炉炼铁而言，烧结矿的最佳碱度范围为1.902.30，莱钢、太钢不同碱度烧结矿矿物组成列于表2，在生产实践中，烧结矿的强度和粒度，烧结矿的冶金性能均与其碱度直接相关。,表2 莱钢、太钢不同碱度烧结矿的矿物组成4,几个企业烧结矿强度与碱度的关系列于表3，几个企业烧结矿的冶金性能与碱度的关系列于表4. 表3 几个企业烧结矿强度与碱度的关系,表4 几个企业烧结矿的冶金性能与碱度的关系,由表2表4可见，烧结矿的质量与碱度密切相关，烧结生产必须坚持高碱度的方向。 2.1.3 SiO2含量对烧结矿质量的
6、价值 SiO2是烧结矿质量的一个重要元素，在烧结生产中SiO2是烧结生成渣相的主要组分，也是烧结生产生成铁酸钙粘结相的重要组分。在烧结矿生产中，SiO2含量既不能太低也不能过高，最佳含量为4.65.3%7，0.10.3的Al2O3/SiO2是形成复合铁酸钙的重要条件。当SiO2含量低于4.6%，会因为渣相不足影响烧结矿的强度；当SiO2高于5.3%后，随硅酸盐渣相增大将影响烧结矿的强度和冶金性能。SiO2含量对鞍钢烧结矿的质量影响列表列于表5， SiO2含量对鞍钢和太钢高炉操作指标的影响列于表6。,表5 SiO2含量对鞍钢烧结矿质量的影响,表6 SiO2含量对鞍钢太钢高炉操作指标的影响,2.1
7、.4 Al2O3含量对烧结矿质量的价值 对烧结矿的质量而言，Al2O3含量也是影响质量的一个重要元素，首先，一定的Al2O3/SiO2，是烧结生成针状复合铁酸钙的重要条件，在常态下，高碱度烧结矿的化学分子式是：5 CaO2SiO29（FeAl）2O3，烧结矿没有Al2O3就不能生成SFCA，但含量不能太高，超过了2%就会影响烧结矿的冷强度和RDI指数，烧结矿的Al2O3含量一般控制在1.02.0%的范围内，Al2O3对杭钢烧结矿强度和RDI指数的影响列于表7。,表7 Al2O3含量对杭钢烧结矿强度和RDI指数的影响 表8 MgO含量对首钢烧结矿质量的影响,2.1.5 MgO含量对烧结矿质量的价
8、值 MgO含量对烧结矿质量而言是一个负能量元素，它有利于改善烧结矿的低温还原粉化性能还是建立在降低烧结矿还原性上得到的。MgO含量在烧结过程中易与Fe3O4反应生成镁磁铁矿（MgO Fe3O4），阻碍Fe3O4在烧结过程中氧化为Fe2O3，降低铁酸钙相的生成，造成成品烧结矿的冷强度和还原性降低。MgO 含量对首钢和梅钢烧结矿质量的影响列于表8和表9.,表9 MgO含量对梅钢烧结矿质量的影响,烧结生产之所以要配MgO是为了满足高炉炼铁炉渣流动性、脱硫和脱碱（K2O+Na2O）的需求。 2.1.6 FeO含量对烧结矿质量的价值 FeO含量也是烧结矿的一个重要内容，FeO含量的高低直接影响烧结矿的强
9、度、粒度和冶金性能，烧结矿的FeO与配碳密切相关，烧结生产应追求高强度、低FeO的目标，目前FeO含量全国平均水平8.408.50%，有些企业为了追求高强度片面的提高FeO含量，这是既不科学又不合理的做法，烧结矿的强度与FeO有关，但取决于烧结矿的矿物组成。烧结矿不同矿物组成的强度列于表10，FeO含量对烧结矿质量的影响列于表11.,表10 烧结矿不同矿物组成的强度指数,由表10和表11可见，含FeO高的硅酸盐矿物相的强度都比较低，烧结矿的强度并不是FeO含量越高强度越好，兼顾烧结矿的强度和冶金性能，FeO低于9%，在6.5%8.5%是最佳范围。 2.1.7 S、P、Ka2O、ZnO和Cl等有
10、害元素的含量是烧结矿质量不可忽视的内容，这些有害元素要进行控制，它们的危害和限量列于表12. 表12 S、P、Ka2O、ZnO和Cl元素的危害及限量,表11 FeO 含量对烧结矿质量的影响,表13 不同炉容对烧结矿转鼓指数、FeO和粒度的要求5,2.3 烧结矿冶金性能的价值 烧结矿的冶金性能包括：900还原性（RI），500低温还原粉化（RDI），荷重还原软化性能（TBS，TBE，TB）和熔滴性能（TS、Td、T、 Pm,S值），这些性能是反应烧结矿在高炉冶炼过程中性状的，烧结矿冶金性能有什么价值呢？这要从高炉过程各带的透气阻力说起，详见高炉内各带透气阻力图（示图1）。 通过高炉解剖和实测发现
11、：高炉炉内含铁炉料存在的状态，可以分为块状带、软化带和熔融滴落三种状态。高炉上部块状带的阻力损失占高炉总压损的15%；处于炉身下部和炉腰部位的软化帶的阻力损失占总压损的25%；处于炉腹部位的熔融滴落带的阻力损失占高炉总压损的60%。因此影响高炉顺行的主要部位在高炉下部的熔滴带。正因如此，保持高炉长期稳定顺行的新理念是：高炉操作以控制高炉下部炉腹煤气量指数为主，辅之以高炉上部布料操作，形成大平台加小漏斗的煤气分布曲线。 900还原性的优劣不仅影响高炉上部煤气利用率，同时还影响其软熔性能，即影响高炉下部的透气性，因此它是一项基本的冶金性能，一般碱度1.9的高碱度烧结矿，其RI值应大于85%。,2.
12、2 烧结矿强度和粒度的价值 强度和粒度是烧结矿的主要物理性能，除此之外还有堆密度和孔隙度等。强度和粒度是烧结矿的重要质量指标，因为它是高炉上部透气性的限制性环节。不同高炉容积对烧结矿的强度和粒度有不同的要求，新修订的高炉炼铁工程设计规范列出了不同炉容对烧结矿强度、FeO和粒度的不同要求列于表13.,块状带 约占总 15%,熔融滴落带 约占 总 60%,软化带 约占总 25% 约占总 25%,图1 高炉内各带透气阻力图,500低温还原粉化性能是烧结矿在高炉内的低温还原强度，它是高炉上部透气性的限制性环节，高炉冶炼要求RDI+3.1572%，如果粉化指数低于60%，就应该在入炉前对其做喷洒处理，以
13、往喷洒CaCl，但Cl元素进高炉带来的危害太大，所以现在改喷无Cl的新型环保产品降低RDI指数是方向。 高炉冶炼要求烧结矿的开始软化温度（TBS）高于1050，低于900的酸性炉料不利于高炉中部软化带的透气性。烧结矿的软化性能往往与熔剂的矿物形态相关联。硅酸盐的熔剂会降低TBS值，而碳酸盐的熔剂有利于提高烧结矿的TBS值。它是炉身下部和炉腰部分透气性的限制性环节。 熔滴性能是烧结矿冶金性能最重要的一项性能，它是高炉下部透气性的限制性环节。因为熔滴带的透气阻力占高炉总阻力损失的60%以上，因此应重视烧结矿熔滴性能的改善，烧结矿的熔滴性能与其品位、SiO2、Al2O3、FeO、TiO2等成分的含量
14、相关，高品位、低渣量、低Al2O3、低FeO的烧结矿其熔滴性能均比较好，反之比较差，高炉炼铁要求综合炉料的S值40(Kpa)是适宜的. 3 烧结矿质量对高炉冶炼主要操作指标的影响 3.1 烧结矿主要化学成分对高炉冶炼主要操作指标的影响 2016年我国几家企业烧结生产主要技术质量指标列于表14. 3.1.1. 品位和SiO2含量对高炉冶炼主要操作指标的影响 在常态下，入炉矿品位变动1%，高炉燃料比会变动11.5%，产量变动22.5%，确认了炉料结构烧结矿的比例，即可计算出烧结矿品位变动1%对高炉燃料比和产量的影响了。入炉矿SiO2含量变动1%，影响渣铁比3035kg/t，100kg渣量将影响燃料
15、比和产量各3.03.5%，有了烧结矿的入炉比例，乘以比例即是烧结矿SiO2含量变动对高炉主要操作指标的影响。,表14 2016年我国几家企业烧结生产主要技术质量指标,值得指出的是近年来一些企业还受着“低品质矿冶炼新技术”的影响，片面追求低成本，入炉矿品位低至5354%，造成渣铁比接近500kg/t，吨铁燃料比高于560kg，这样的指标哪来低成本和高效益，这样的结果值得企业经营者考虑。 3.1 .2 烧结矿碱度对高炉冶炼主要操作指标的影响 上文已经说明碱度是烧结矿质量的基础，生产实践证明，烧结矿的最佳碱度范围是1.92.3，当碱度低于1.85，每降低0.1的碱度将影响燃料比和产量各3.03.5%
16、，据了解，在实际生产中降低碱度对高炉燃料比的影响远高于3.5%的比例。在近年生产中还有一些企业烧结矿碱度低于1.80甚至还有低于1.70的，应该认识到碱度对烧结矿质量和高炉主要操作指标的影响，几个企业不同烧结矿碱度的高炉主要操作指标列于表15.,表15 几个企业烧结矿碱度对高炉指标的影响,3.1.3 烧结矿的MgO和Al2O3含量对高炉冶炼主要操作指标的影响 MgO和Al2O3都是高炉炉渣的重要成分，一定量的MgO含量有利于改善炉渣的流动性， 并有利于脱硫和脱碱，考虑到MgO对烧结矿质量主要是负面影响，而烧结矿提高MgO含量会明显增加烧结矿成本，当然也增加了生铁成本，故近年来不少高炉提倡低MgO/Al2O3冶炼，据不完全统计，全国已有40多座高炉将MgO/Al2O3从0.65降低到低于0.5的水平，在常态下，烧结矿MgO含量应控制在1.6%1.8%，不要高于2.0%；在高炉渣Al2O3不高于17%的条件下，MgO不高于
