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利用高温冶金性能试验指导高炉配矿研究李继昌王万里赵贵清武连海付光军闫海生(酒泉钢铁集团公司)摘要：针对三地高炉铁料资源供应日趋紧张，供料逐渐呈现多样化小量化的特点。我们利用高温冶金性能试验手段，尽可能对较大批次供料进行取样试验和分析，对少数矿种的特殊行为进行个别测试分析，对高炉实现经济合理配矿提供技术指导和参考依据。关键词：高温性能试验高炉配矿研究l高温冶金性能试验试样准备(1)按照项目合同书内容和三地炼铁工序高炉配矿实际状况，高温冶金性能试验单种矿样按大宗主要矿种考虑，按此原则本项目单种矿样选择分别为翼钢自产高烧矿、代县球团矿、进口印度块矿。榆钢为自产高烧矿、长城球团矿、龙泰球团矿、泰生块矿。本部为进口澳块矿、新疆伊吾宝山块矿、康达块矿、安泰科技块矿、鑫九龙球团矿、华瑞球团矿、新进口哈球矿、试验高烧矿。其化学成分分析见表1。(2)单种矿高温冶金性能试验矿样的取样和制备。翼钢自产高烧矿、代县球团矿、进口印度块矿取自高炉矿槽。榆钢自产高烧矿、长城球团矿、龙泰球团矿取自高炉矿槽下筛子料斗，泰生块矿取自料场经破碎后筛出10～12．5mm粒级为试验样品料。本部块矿和球团矿分别取自储运北料场和200万新料场。每种试验矿样基本按5～6公斤制备，并进行分装标记，避免混样和错样。2高温冶金性能试验方法本项目高温冶金性能试验方法有：铁矿石900℃还原性测定方法；铁矿石500℃低温还原粉化指数试验方法：铁矿石荷重软化性能测定方法；铁矿石熔融滴落试验方法。试验全部在技术中心炼铁研究所试验室内进行。2．1铁矿石900℃还原度实验方法900℃还原度试验采用GB／T3241—91标准方法，试样在900℃温度下连续还原180分钟。在试样升温阶段和还原度测试后的降温阶段，通入氮气进行保护，防止氧化。还原度以“RJ”表示。试验装置见照片1。2．2500℃低温还原粉化试验方法500℃低温还原粉化试验采用GB／T13242—9l标准方法，试样在500*C温度下连续还原60分钟，然后经转鼓实验后筛分称重得出结果。在试样升温阶段和还原度测试后的降温阶段，通入氮气进行保护，防止氧化。低温还原粉化率以RDI+3.15(％)表示。试验装置见照片l。2．3荷重还原软化性能试验万法铁矿石荷重软化性能试验方法，目前国内外尚无统一的标准，本项目的试验方法采用北京科技大学许满兴设定的方法，试样粒度1．0～2．0mm，试样量为反应管内20mm高程，模拟高炉条件下的升温速度，荷重1．0kg／cm2。在升温过程中测取20mm高程收缩变化值，以试样收缩4％和40％的温度值分别为开始软化温度(T1)和软化终了温度(T2)，软化区间(T3=T2－T1)，试验数据由计算机自动采集和打印。测试过程通入氮气保护防止氧化。试验装置见照片22．4熔滴性能试验方法铁矿石熔滴性能的检测方法国内外也尚无统一的标准，本试验采用的是北京科技大学许满兴设定的方法。该方法是在荷重、温度制度和气氛方面基本模拟高炉条件，实验过程测定试样的软化性能，以T10％、T40％和△TA表示，T10％、T40％分别表示试样收缩10％和40％时的温度值，△TA为软化温度区间；熔滴性能总特性值用”S”表示，Ts、Td分别为试样开始熔融和开始滴落的温度(℃)：△Ps和△Prn分别表示压差开始陡升和最大压差值(Pa)：熔滴温度区间用△T=Td－Ts表示。试验装置见照片3。3单种矿高温冶金性能试验结果及分析3．1翼铜高炉入炉矿高温冶金性能试验结果及分析本项目单种矿样翼钢分别为自产高烧矿、代县球团矿、进口印度块矿三种。后来根据2号高炉强化护炉需要，高烧矿配加钛精矿后补充送样2个，分别为配钛高烧矿l、配钛高烧矿2。从单种矿高温冶金性能试验结果(见表2)看出：四种矿900℃还原性结果优良，代县球团矿还原性属中等水平，与本部自产球团和周边球团矿还原性相当。500℃低温还原粉化指标也比较理想，RDI+3.15自产高烧矿84．50％～87．20％；进口印度块矿86．80％，基本在85．0％及以上水平。荷重还原软化性能试验结果自产高烧矿良好，软化区间略宽；含钛高烧矿开始软化温度比原高烧矿高70～110℃，软化区间变窄。代县球团矿软化性能在酸性球团中属中下水平，软化区间显宽，还原膨胀系数尚可。进口印度块矿开始软化温度较高，终了软化温度更高，大于1400℃，软化区间也大于320℃。综合分析认为：翼钢高炉入炉矿总体还原性优良，高炉操作应注重煤气利用，关注综合煤所CO2指标，以利进一步降低焦比。印度块矿较高软化温度基本能和高烧矿匹配，较大软化区间影响初始煤气流分布，故配矿比不宜过高。3．2榆铜高炉入炉矿高温冶金性能试验结果及分析榆钢高炉入炉矿分别为自产高烧矿、长城球团矿、龙泰球团矿、泰生块矿四种。从900℃性结果(见表3)看出，自产高烧矿和龙泰球团矿比较良好，长城球团矿和泰生块矿比较低：500℃低温还原粉化指标自产高烧矿和泰生块矿都比较好，RDI+3.15，5自产高烧矿96．60％，泰生块矿97．30％。还原膨胀系数龙泰球团矿优良，长城球团矿略差。荷重还原软化性能自产高烧矿最高，泰生块矿次之，开始软化温度较高，终了软化温度自产高烧矿大于1400℃，软化区间较低且接近。两种酸性球团矿软化性能水平接近，龙泰球团矿略低。综合分析认为：榆钢高炉四种入炉矿还原性差异较大，高低之差平均约24个百分点。块状料低温粉化指标和球体料还原膨胀指标除长城球团矿略差外余均为良好。块状料软化指标和球体料软化指标差异也比较大，高低之差平均约240℃，龙泰球团矿开始软化温度和终了软化温度比较低，可以看出榆钢原料冶金性能整体匹配性欠佳，料柱软熔带加厚影响透气性，由此炉料构成将影响高炉煤气利用。3．3本部高炉入炉矿高温冶金性能试验结果及分析本部高炉入炉矿样品为康达块矿、新疆伊吾宝山块矿、进口澳块矿、安泰科技块矿、鑫九龙球团矿、华瑞球团矿六种矿。后来又根据料种变化和现场反馈意见补充取样10种，分别为华信球团矿、中宇球团矿、昆吴元球团矿、兰州兰发球团矿、志威球团矿、远盛达球团矿、酸性哈球矿、白产球团矿、湖北潜龙块矿、兰州兰发块矿。从900℃还原性结果(见表4)看出，四种块矿中澳块矿最好，安泰科技块矿略低，康达块矿一般，伊吾宝山块矿最低。周边球团矿中鑫九龙球团矿最好(77．80％)，昆吴元球团矿、志威球团矿、中宇球团矿、远盛达球团矿较好(65．90％～69．70％)，进口酸哈球、自产竖球矿、华瑞球团矿、华信球团矿等次之。500℃低温还原粉化指标四种块矿都比较好，伊吾宝山块矿最突出。荷重还原软化性能四种块矿都比较接近，开始软化温度都比较高，其中康达块矿和安泰科技块矿特点为软化区间小于100℃水平，康达块矿甚至小于40℃。周边球团矿中鑫九龙球团矿软化性能最差，表现在开始软化温度偏低，软化区间宽，还原膨胀系数高达近46．0％。华瑞球团矿软化性能和还原膨胀系数指标略好于鑫九龙球团矿。进口酸哈球团、昆吴元球团矿、志威球团矿还原膨胀系数较高，在19．10％～27．24％范围。综合分析认为：本部四种块矿中除伊吾宝山块矿900℃还原性较差外，其余块矿在还原性、低温粉化、软化性能方面都较好。周边球团矿和进口酸哈球、自产竖球矿基本在60．0％以上水平，少数几种低于国家标准见表5。在软化性能或还原膨胀系数指标上鑫九龙球团矿、昆吴元球团矿、志威球团矿比较差，权衡利弊高炉控制少量配加为宜。4几个问题的认识与讨论4．1关于高TFe高FeO块矿的问题高TFe高FeO块矿在今年开展项目中涉及有2种，本部有新疆伊吾宝山块矿，榆钢有泰生块矿，另外《预还原矿高炉炼铁法研究》涉及有新疆升升块矿，2006年《高炉合理炉料结构研究》涉及有新疆宝地红光块矿，这些块矿一直作为高炉的炼铁原料在使用。从化学分析结果(见表6)看出，TFe＞56．22％，最高TFe64．50％；FeO在13．17％～22．15％之间，品位60．0％以下的块矿SiO2、CaO、A12O3含量较高，红光块矿P偏高。从高温冶金性能试验结果看(见表7)，900℃还原性基本在50．40％以下，升升块矿900℃还原性和500℃低温粉化指标是在有高H2气配比条件测得的，同样条件下它也是最差的，可是它们500℃粉化指标和软化性能指标均属优良，这也符合难还原矿结构致密的特点。难还原矿在高炉内导致煤气利用变差，直接还原增加，高炉入炉料中配比控制很关键。根据2006年《高炉合理炉料结构研究》项目熔滴性能试验结果，单矿配比控制在10．0％以内为宜，若有其他块矿可供，再降低配比到5．0％左右搭配使用为好。4．2关于高还原性低软化性球团的问题本部和异地高炉购进球团矿中，高温冶金性能试验结果显示有些球团矿还原性不错，但软化性能或者膨胀系数指标不好。例如本部购进的鑫九龙球团矿，2006年初的进口自熔性哈球矿(见表8)。低软化性能的不足在于恶化料柱透气性，故在配矿比和炉顶布料方面需要控制和探索，单纯认为“球团矿还原性好铁品位高怎么用都行”是很片面的，必须要全而了解和分析其性质特点，作到科学搭配、合理使用。4．3高烧矿碱度再提高的问题酒钢高碱度烧结矿试验研究始于上世纪80年代中后期，当时和北科大合作进行的《酒钢强磁选赤精矿烧结的研究》项目，以酒钢自产的强弱磁精矿30：70的比例进行了提高碱度系列；添加生石灰系列：添加白云石粉系列等的烧结杯试验研究。提高碱度系列试验结果表明：烧结矿碱度(CaO／SiO2)由R=1．24提高到R=1．75时，铁酸钙矿物含量达到20％～25％，其中铁酸二钙为5％～8％；而当碱度提高到R=2．5时，铁酸钙含量略有增加但还原性差的铁酸二钙却提高到10％～15％，囚而还原性由上升缓慢变为下降趋势(见图1)。当碱度提高到R=1．9时，利用系数可提高20％，转鼓指数可提高3．8％。随碱度提高氧化铁、脱硫率呈下降趋势(见图2)，软化温度呈下降趋势(见图3)，低温粉化率呈略有上升的趋势(见图4)。近期为了应对即将进口的酸性哈球矿入炉冶炼，专门进行了碱度R=2．0、2．2的烧结杯试验，原料取自烧结工序，铁料主要是自产综合精矿配有少量球团返矿。有关高温性能测试结果见表9，结合上述结果对比分析，各项指标仍在提高碱度系列试验结果的变化趋势和范围以内，特别是趋势对应性明显。综合分析认为：酒钢原燃料条件下高烧矿的适宜碱度范围在R=1．7～1．9，R=2．0～2．5之间还原性指标还好，但其余指标有变差趋势和明显变差，短期内作为高烧矿平衡手段完全可行，长期运用会影响焦比、铁水[s]等相关指标，建议炉料平衡确需提高高烧矿碱度，短期内控制R=2．3以内完全可行。5融熔滴落试验结果及分析讨论5．1翼钢高炉配矿融滴试验结果及分析讨论翼钢高炉配矿的融滴试验选择了四种方案，试验编号为Ycpk-l、Ycpk-2、Ycpk-3、Ycpk-4(见表10)。翼钢高炉入炉料种类较为单一，一般为高烧矿+球团矿=65～70％+35～30％，目前基本无块矿配入。模拟配矿的融滴试验主要考察含钛高烧矿和配入其他一定量的含钛铁料(配本部含钛球团和块矿)，入炉料钛负荷由低到高的配比条件下，料柱的软熔和滴落性能变化情况，为今后利用含钛铁料实施护炉进行必要试验探索。Ycpk-1、Ycpk-2、Ycpk-3三种入炉料钛负荷由低到高分别为TiO24．71kg／t、TiO26．76kg／t、TiO29．71kg／t。Ycpk-4为不含钛高烧矿和不配加含钛铁料的一组配矿。试验结果表明：三组含钛入炉料料柱的软化开始温度和软化终了温度都比较高，分别在1191℃～1217℃和1340℃～1391℃，软化区间在134℃～198℃，融滴温度也比较高，压差陡升温度在1452℃～1502℃，滴落温度在1513℃～1523℃，融滴温度区间窄，只有2l℃～65℃范围，最大压差值也显低。虽然，钛负荷由低到高的配矿与软熔和滴落性能无明显顺序对应关系，但其较高的软熔温度和较低的压差数据表明该配矿范围料柱软熔带偏窄，位置偏下，总特性值s值优良亦证明如此。不含钛高烧矿和不配加含钛铁料的Ycpk-4配矿较含钛铁料配矿的软熔温度平均低约60℃～40℃；压差高约60~9．8P