高炉炼铁对炉料质量的要求及优化配矿技术.pdf

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1、高炉炼铁对炉料质量的要求及优化配矿技术 王维兴 中国金属学会 一 高炉炼铁炉料质量对生产有重要意义 炼铁学基本理论和高炉生产实践均证明，优化高炉炼铁原燃料的质量和冶金性能既是高炉高效化、大型化、长寿化、节能减排的前提条件，也是提高喷煤比、降低焦比和燃料比的基础条件。所谓优化炉料质量即是提高炉料质量是入炉矿品位高，渣量少和改善原燃料性能等。大高炉做到入炉矿品位58%、炉料含低 SiO2、低 Al2O3、低 MgO，高炉渣比在 300kg/t 铁以下，焦炭的反应性（CRI）25%，反应后的强度在65%等，这是保证高炉生产高效、低耗和大喷煤的必要条件。1.高炉炼铁是以精料为基础 钢铁产业发展政策 规

2、定：“企业应积极采用精料入炉、富氧喷吹、大型高炉先进工艺技术和装备。精料是基础。国内外炼铁工作者均公认，高炉炼铁是以精料为基础。精料技术对高炉生产指标的影响率在 70%，工长操作水平的影响占 10%，企业现代化管理水平占 10%，设备作业水平占 5%，外界因素（动力、供应、上下工序等）占 5%。在高冶炼强度、高喷煤比条件下，焦炭质量变化对高炉指标的影响率在 35%左右。炼铁精料技术的内涵：精料技术的内容有：高、熟、稳、均、小、净,少,好八个方面 高：入炉矿含铁品位高，原燃料转鼓指数高，烧结矿碱度高。入炉矿品位高是精料技术的核心，其作用：矿品位在 57%条件下，品位升高 1%，焦比降%，产量增加

3、%,吨铁渣量减少 30 公斤,允许多喷煤粉 15 公斤.；入炉铁品位在 52%左右时，品位下降 1%，燃料比升高%。高碱度烧结矿是碱度在2,2（倍），其转鼓强度高、还原性好。熟：指熟料（烧结和球团矿）比要高，一般80%。稳：入炉的原燃料质量和供应数量要稳定。要求炉料含铁品位波动%，碱度波动60%）、软融温度高（1200以上）、软融温度区间要窄（100150）、低温还原粉化率和膨胀率要低（一级15%，二级20%）等。2 用科学发展观来采购原燃料 用精料技术的内容来判断铁矿石性能的优劣，不能只看其价格，要看它的化学成分和物理性能，以及使用效果（造块和高炉冶炼）。要用技术经济分析的办法进行科学计算和

4、评价，找出合理采购铁品位的数值。算账不能只计算到采购及炼铁效果，还要看对炼钢、轧钢，以致对全公司的影响。所以，买低品位铁矿石要有个度。还要研究其对能耗和环境的影响。韩国、日本和宝钢买煤，要求煤的热值要大于 7400 大卡。我国有些企业在买 6500 大卡的煤。这样，企业之间的能耗水平就不是在一个起点上的对标。我国炼铁用焦炭灰分一般在%左右。欧美国家炼铁用的焦炭灰分要比我国低 3%左右。这样，我国与他们的燃料比就有不可比性。韩国 FINIX 所用的煤灰分在 68%，入炉铁品位在 61%，所消耗的煤炭为710kg/t（比高炉能耗高）。焦炭质量的优劣对企业的生产指标影响是很大的，特别是企业之间的吨钢

5、综合能耗、炼铁工序能耗进行进行对标，要作具体分析，要注重所用焦炭的质量情况。焦炭质量对高炉的影响见表1：表 1 指标 变动量 燃料比变变化 铁产量变化 焦炭 M40 1%t+%M10%-7.0Kg/t+5%灰份+%+%2%CRI+1%+%CSR+1%-2%-3%S 份+%+%+2%-2%3%水份+1%+%-2%-3%粒度1150+100-8Kg/t 烧结矿 FeO%10501150+100-10Kg/t 烧结矿碱度(倍)%9501050+100-15Kg/t 熟料率+10%-4%5%950+100-20Kg/t 烧结矿5mm粉末 10%顶压提高 10KPa%矿石金属化率+10%-5%-6%鼓风

6、湿度+1g/m3+1Kg/t 焦炭 M40 1%-5.0Kg/t 富氧 1%M10%-7.0Kg/t 生铁含 Si+%+45Kg/t 灰份+%+%2%煤气 CO2 含量+%-10Kg/t S 份+%+%2%渣量+100Kg/t+40Kg/t 水份+1%+%矿石直接还原度+8%转鼓+1%炉渣碱度(倍)3%入炉石灰石+100Kg+6%7%炉顶温度+100+30Kg/t 碎铁+100Kg-20-40Kg/t 焦炭 CRS CSI+1%+1%-2%-3%矿石含硫+1%+5%烧结球团转鼓+1%从表 2 可看出，M10 变化%，燃料比将变化 7kg/t，比焦炭的其它指标对高炉指标的作用都大。所以，我们应十

7、分关注M10 的变化，希望其值7%。4.新修订的高炉炼铁工程设计规范对不同容积的高炉使用烧结、焦炭、球团、入炉块矿、煤粉质量均有具体要求。祥见表310.表 3 .入炉原料含铁品位及熟料率要求 炉容级别(m3)1000 2000 3000 4000 5000 平 均 含 铁 56%57%58%58%58%熟 料 率 80%83%85%85%85%注：平均含铁的要求不包括特殊矿。表 4 烧结矿质量要求 炉容级别(m3)1000 2000 3000 4000 5000 铁 份 波 动%碱 度 波 动 铁份和碱度波动的达标率 80%85%90%95%98%含 FeO%FeO 波 动%碱度（CaO/Si

8、O2）转 鼓 指 数71%74%77%78%78%+6.3mm 还原度 70%72%73%75%75%表 5 球团矿质量要求 炉容级别(m3)1000 2000 3000 4000 5000 含 铁 量 63%63%64%64%64%转鼓指数+6.3mm 86%89%92%92%92%耐磨指数-0.5mm 5%5%4%4%4%常温耐压强度(N/个球)2000 2000 2200 2300 2500 低温还原粉化率+3.15mm 65%65%65%65%65%膨 胀 率 15%15%15%15%15%铁 分 波 动%还原度 70%72%73%75%75%注：不包括特殊矿石。球团矿碱度应根据高炉的

9、炉料结构合理选择，并在设计文件中做明确规定，为保证球团矿的理化性能，宜采用酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配的炉料结构。反应后强度 CSR 58%60%62%64%65%反应性指数 CRI 28%26%25%25%25%焦炭灰分 13%13%12%12%焦炭含硫%焦炭粒度范围(mm)7525 7525 7525 7525 7530 粒度大于上限 10%10%10%10%10%粒度小于下限 8%8%8%8%8%表 8 喷吹煤质量要求 炉容级别(m3)1000 2000 3000 4000 5000 灰分 Aad 12%11%10%9%9%含硫 St,ad%表 10 入炉原料和燃料有害杂质量控制值（kg

10、/t）K2O+Na2O Zn Pb .高炉炼铁对块矿的质量要求：对直接用于高炉冶炼块矿质量要求包括化学成分，物理性能和冶金性能三个方面，分为三级列于表 13 表 13 高炉炼铁对块矿质量要求指标 指标 化学成分（%）物理性能（%）等级 TFe SiO2 Al2O3 S P K2O+Na2O cl TiO2 T+H20 一级 二级 三级 表 14 高炉炼铁对块矿冶金性能的要求 矿粉种类 铁 1 （200 目）比表 积（cm2/g）H2O LOI 烧结粉矿 2030 6 6 球团精粉 1300 8 RI(%)RDI+(%)TBS()TBE()TB()H2O LOI 块矿 900 1200 300

11、球精粉 1300 8 .高炉炼铁对烧结矿的质量要求：烧结矿是我国高炉炼铁的主要原料（占炉料结构的 75%左右），它的质量很大程度上影响着高炉的指标，因此高炉炼铁应十分重视烧结矿的质量，配料希望不加 MgO，对其的质量要求列于表 15 表 15 高炉炼铁对烧结矿的质量要求 烧结矿 级别 TFe FeO SiO2 Al2O3 MgO CaO/SiO2 S P TiO2 K2O+Na2O 优质 普通 180 表 16 高炉炼铁对烧结物理、冶金性能的要求 烧结矿级别 转鼓指数 筛分指数 抗磨指数 还原度指数 低温还原粉化指数 T+(%)(%)(%)RI(%)RDI+(%)优质 普通 .高炉炼铁对球团矿

12、的质量要求：球团矿也是高炉炼铁的一种主要原料，它的优势在高品位、低 Si02，高 MgO 它是高炉炼铁的优质原料，对球团矿的质量要求列于表 17 表 17 高炉炼铁对球团矿的质量要求 球团矿类别 TFe FeO SiO2 MgO S TiO2 K2O+Na2O CaO/Si酸性 0.2 碱性 0.2 表 18 高炉炼铁对球团物理、冶金性能的要求 球团矿类别 抗压强度 转鼓指数 筛分指数 抗磨指数 915mm 还原度 还原膨胀指数(N/个球)T+(%)(%)(%)(%)RI(%)RSI(%)酸性 2500 65 碱性 2200 75 6.不同容积的高炉对炉料质量的要求不一样，大高炉要有高质量炉料

13、，见表 19 中的具体数据：表 19 2014 年不同容积高炉指标 业，号 沙钢 京唐 1 宝钢 2 梅山 邯宝 1 鞍钢 1 宣钢2 韶钢7 邯钢5 三明6 首秦2 莱钢1 西林5 杭钢1 中天7 达州2 济源5 积m3 5800 5500 4706 4070 3200 3200 2600 2200 2000 1800 1780 1280 1260 1250 850 480 450 料比/t 492 494 506 506 514 511.527 501 486 523 511 513 529 比/t 310 288 311 329 323 375 343 363 338 343 348 3

14、12 370 321 402 349 丁/t 比/t 163 177 140 122 127 137 147 159 137 172 133 166 157 耗ce/t 炉铁位%结品%团品%料%结碱,倍 0，%M25 M25 0，%I,%R,%7.不同的操作制度，可适应不同的炉料质量，取得最优的技术经济指标，得到低成本。如沙钢 5800M3高炉的炉料质量比京唐高炉用炉料质量差；但沙钢开发出适应本企业炉料质量的优化布料技术，适宜的鼓风动能，富氧%，煤比 t,煤气 CO2含量达%，炉缸活跃，铁水温度充沛，炼铁工序能耗 t,铁水成本较低，取得较好的经济效益。因此，各企业要寻找适合本企业炉料质量的高炉

15、操作制度，求得优化的指标和底成本。二优化配矿技术 优化配矿是要实现铁矿石的性质与烧结和球团指标之间的内在关系。我们要在满足烧结、球团质量要求和矿石供应条件的基础上，通过优化配矿使矿石（单一或混合矿）具备优良的制粒性能、成矿性能，造出的熟料，能使高炉取得良好的技术经济指标。首先，要掌握铁矿石的制粒性能、成矿行为，找出影响造块（烧结、球团）质量的主要因素，分析出铁矿石成分、性能与熟料质量之间的相关内在联系；在满足熟料质量要求的基础上，实现最低成本的配矿方案。1.铁矿石优化配矿技术 针对铁矿粉的优化配矿技术已被普遍重视，为企业扩大铁矿资源，降低烧结和炼铁成本、提高企业竞争力，提供了有效支撑。优化配矿

16、技术的发展和应用已不在停留在化学成分、成本的简单要求，而是结合铁矿粉烧结条件下的高温烧结性能，其在烧结过程中的作用和贡献，铁矿粉之间性能差异与性能互补性，合理的利用不同类型的铁矿粉层面。中南大学姜涛等人针对褐铁矿、钒钛磁铁矿、含氟铁矿、镜铁矿、赤/褐混合铁矿等的应用问题，建立了快速评价铁矿石成矿性能的铁酸钙生成曲线法，揭示了含铁原料基本物化性能与制粒、成矿性能的关系，提出了基于调控粘附粉含量、成分、比表面积和核颗粒矿物组成的配矿标准，开发出化配矿综合技术经济系统，解决了多品种、难造块铁矿资源快速优化配矿的难题。工业生产采用该技术后，使褐铁矿、镜铁矿配比分别增加20%、10%以上，烧结原料成本降

17、低了25元/t以上。2.铁矿石含铁品位综合评价方法 所谓铁矿石品位综合评价法是不仅考虑铁矿石的品位，同时兼顾铁矿石的有价成分和负价成分，即碱性脉石的价值和酸性脉石的影响，具体表达式依炉渣的二元碱度（R2）还是四元碱度（R4）列为两式：TFe（R2 综）=TFe100+2R2(SiO2+Al2O3)-2(CaO+MgO)-1100%1 TFe（R4 综）=TFe100+2R4(SiO2+Al2O3)-2(CaO+MgO)-1100%2 式中 R2、R4 分别为二元和四元炉渣碱度，SiO2、Al2O3、CaO 和 MgO 均为铁矿石的化学成分含量（%）。该两个表达式可说明铁矿石的实际品位，既考虑了

18、碱性脉石（CaO+MgO）的作用，又扣除了酸性脉石（SiO2+Al2O3）作为渣量的源头对品位造成的影响，这就是铁矿石的实际品位。这种综合评价法所不足的是尚没有考虑有害杂质对品位造成的影响（有害元素增加 1%，高炉生产增加成本 3050 元/吨），下面以表达式2举 2 个实例作计算和分析说明。例 1：宝钢进口巴西的高品位低 SiO2低 Al2O3矿的实际综合品位分析。进口铁矿粉和炉渣（宝钢 1#高炉）的化学成分列于下表 19 项目 TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO CaO/SiO2 铁矿粉 -1#炉渣 -（四元 R）将表中数据代入2式得：TFe（R4综）=100+2+-2+

19、-1100%=100+=100%=%例 2：沿海某钢铁企业进口印度低品位，高 SiO2高 Al2O3矿的实际综合品位分析。进口铁矿粉和炉渣的化学成分列于下表20 项目 TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO CaO/SiO2 铁矿粉 -炉渣 -将表中数据代入2式得：TFe（R4综）=100+2+-2+-1100%=100+=100%=%实例分析：由以上两个实例可以说明，铁矿石的脉石含量对其实际品位有直接影响。在宝钢条件下，进口铁矿石的综合品位仅比标出品位低不足%：Tfe=标出品位一综合品位=%=%。而对沿海某企业的高 SiO2高 Al2O3矿而言，情况就大不一样，Tfe=%=%因

20、此购买铁矿石必须考虑脉石的含量，特别要注意酸性脉石(SiO2+Al2O3)对综合品位的影响，达到合理的性价比。正因为矿石的 Al2O3含量会影响炉渣 Al2O3和 MgO 含量，因此计算应考虑炉渣的四元碱度，而非二元碱度，故建议应采用计算式2作为铁矿石品位综合评价法。3.铁矿石冶金价值的评价方法：这一评价法是前苏联.巴甫洛夫院士提出的铁矿石冶金价值的计算方法（公式）：P1=(Ff)(p-CP2-cP3-g)3 式中：P1 为铁矿石的价值（元/t），F 为铁矿石的品位（%）f 为生铁的含铁量（%）P 为生铁车间成本（元/t）C 为焦比（t/t）P2为焦炭价格（元/t）c 为生铁熔剂消耗（t/t）

21、P3 为熔剂价格（元/t）g 为炼铁车间加工费（元/t）.巴甫洛夫院士提出的上一计算公式，是上世纪四十年代的事，当时铁矿石的品种很单一，主要是天然块矿入炉，当时高炉炼铁远没有喷煤，有害杂质对矿石冶炼价值的影响，也不如当代认识的突出，因此是一个很有水平的铁矿石价值计算公式，它既考虑了铁矿石的品位，同时考虑焦比和熔剂消耗的因素，它直接计算出了铁矿石在某厂条件下的利用价值，计算出来的数据直观所用铁矿石到厂的最高价，若购买超过 P1 的价格，就意味着采用这种价格的铁矿石冶炼工厂就要亏本。4.铁矿石极限价值和实用价值评价方法：根据现代高炉炼铁喷煤和有害元素对矿石冶炼价值的影响，也参照了国内邯钢和华菱集团

22、涟钢对.巴甫洛夫院士计算公式的修正意见，提出一个简单易行的直接入炉铁矿石价格的评价方法（计算公式）：铁矿石的剩余价值 P1=PM-PS4 式中 PM为铁矿石用于冶炼的极限价值，PS为铁矿石的实用价值。、矿石的极限价值：PM=(Ff)(P-C1P1-C2P2-C3P3-C4P4-g)5 5式中的含义是铁矿石的极限价值等于生铁成本减去焦炭、喷煤熔剂、有害杂质的消耗加上车间加工费之和。5式中：F、f、P 和 g 与3式中相同。C1、P1为焦比（t/t）和焦炭的价格（元/t）C2、P2为喷煤比（t/t）和煤粉的价格（元/t）C3、P3为炼铁熔剂消耗（t/t）和熔剂的价格（元/t）C4、P4为有害杂质总

23、量（kg/t）和其当量价值（元/kg）例 3：设某厂买入的铁矿石品位(F)为 62%，生铁的含铁量（f）为 95%，生铁的成本价格（P）为 2800 元/t，炼铁焦比（C1）为 380kg/t，焦炭的价格为 2000 元/t，喷煤比(C2)160kg/t，煤粉的价格（P2）为 900 元/t。吨铁有害杂质总量为 t，有害杂质的当量价值(P4)为 30 元/kg,将以上数据代入5式得：PM=62%/30-120)=62%/（）=62%/（）=元/t 例 3 计算的结果告诉我们，在已知的条件下，62%品位铁矿石的最高买价（PM）为1079.14 元/t，若超过此值，炼铁会亏本。铁矿石实用价值：PS

24、=C1Tfe+C2(CaO+MgO)-C3(SiO2+Al2O3)-C4(CaO+MgO+SiO2+Al2O3 +S+P+5K2O+Na2O+PbO+ZnO+As2O3+CuO+5CL)6 式中 C1为铁矿石的平均成本（元/tFe）C2为矿石中碱性脉石(CaO+MgO)的价值，C3为矿石中酸性脉石（SiO2+Al2O3)消耗熔剂的当量价值，C4为矿石中除 Fe 元素外其他元素消耗燃料的当量价值。式中其余符号均为铁矿石的化学成分。6式的直观性很强，即铁矿石的实用价值等于其有价元素价值之和与负价元素消耗之和的差值。例 5：某厂购进铁矿石的化学成分列于下表 6 Tfe SiO2 Al2O3 CaO

25、MgO S P K2O Na2O PbO ZnO CuO As2O3 CL 设 C1=1815 C2=400 C3=520 C4=430 将上表数据代入6中得：PS=1800%+400+%-520+%-430+5+5）%=+=元/t 若把例 3、例 4 结合起来，则 P1=PM-PS=元/t 说明在上两种条件下，铁矿石有元/t 的剩余价值。相当于采用此矿价冶炼一顿生铁有=元的效益，可见效益甚微。注：本例题 C1、C2、C3和 C4的设定是根据长治钢铁公司的设定值由矿价的涨幅作适当调整而来的（原长钢的设定值 C1=585，C2=100，C3=172，C4=143），本例题中 1800 是根据平均

26、矿价 1200 元/t，冶炼一顿生铁，采用%品位需用吨矿，得吨铁平均矿价 1800元.C2、C3、C4各企业可根据本企业的实际数据作修正。以上铁矿石的极限价值和实用价值适用于直接入炉的块矿和球团矿，不适用于烧结生产和球团矿生产的粉矿和精粉。因为粉矿和精粉的实用价值还受着其烧结特征和球团焙烧特性的影响。.烧结粉和球团精粉价值评价方法：已有的文献资料，对烧结粉的价值评价倾向于用单烧值的烧结指标和冶金性能进行经济分析，再根据所用烧结矿的炼铁价值去推算铁矿粉的价值，而且以自熔性烧结矿为基础。笔者认为这实际上是很难实现的，笔者曾对十八种进口铁矿粉的单烧指标作过质量分析，进行单烧试验的料层厚度不同，碱度不

27、同配比和混合料水分不同，且目前全国都生产高碱度烧结矿，难以作出统一的价值评价，在烧结生产中，各种矿的配比是根据合理的配矿实现的，它的基础还是化学成分（包括烧损和有害杂质），物理性能和高温特性。因此笔者认为对烧结粉矿的价值评价最基本的还是铁矿粉的化学成分（包括有价成分、负价成分和有害元素）和物理特性（烧损、粒度和粒度组成），对目前已知各种矿粉的高温特性（同化性，液相流动性、粘结相强度，生成铁酸钙能力和固相连晶能力，也包括晶体颗粒大小，水化程度等）和已有的分类（A 类 B 类 C 类矿）要加以适当考虑（作修正系数，但这常规还是通过合理配矿解决），至于用于球团生产的精粉也很复杂，同样是赤铁矿精粉，中

28、国的、巴西的和印度的均有各自的不同特征。但对铁矿粉价值评价最基本的还是品位和化学成分，粒度和粒度组成包括（LOI）值，基于以上分析，笔者认为对用于烧结和球团生产的粉矿和精矿粉，它们的价值主要还是应采用品位综合评价法加上有害元素影响，烧损和粒度组成的调整方法比较简易实用。铁矿粉的价值评价法用TFe 粉综表示:TFe粉综=TFe100+(SiO2+Al2O3)-2(CaO+MgO)+(S+P+5K2+Na2O+PbO+ZnO+CuO+As2O3+5CL)+C1LOI+C2Lm-1100%7 式中 C1 为烧损（LOI）当量价值，根据经验；当LOI6%时。C1取“”，C1所取舍尚可由企业作调整。C2

29、为粒度当量价值，当粉矿的粒度+8mm5 或，含量22 时应作修正，C2可取绝对值超量%的“”。例如粒度+8mm 为 11%和（）为 28%时，C2Lm 项的值为（11-5）+（28-22）=，C2的数值企业也可根据生产数据作调整。例 5：某钢铁企业购进的烧结粉，化学成分指标列于下表 7（R4 为）Tfe SiO2 Al2O3 CaO MgO S P K2O Na2O PbO ZnO CuO As2O3 CL LOI 粒度：+8mm 为 9%，（）为 24%。将上表中数据代入7中得：Tfe 粉综=100+-2+5+5+（4+2）-1100%=100+-1100%=100%=%说明某钢铁公司购进%品位的铁矿粉，其实际的价值相当于%的品位价值。