高炉炼铁原料和燃料及质量检验

高炉炼铁原料和燃料及质量检验炼铁厂2012年1月27日高炉炼铁原料和燃料及质量检验1、炼铁原料（1）高炉炼铁对精料的要求精料就是全面改进原燃料的质量，为降低焦比和提高冶炼强度打下物质基础。保证高炉能在大风、高压、高风温、高负荷的生产条件下仍能稳定顺行。周传典同志说：“高炉必须采用精料，这是两千多年来中外炼铁人员反复认识的共同结论。”它是一条根本的准则。精料的具体内容可概括为“高、熟、净，匀、小、稳”六个字，此外，应重视高温冶金性能及合理的炉料结构。或者高炉精料方针的内容归结为：“高、熟、稳、均、小、少、好”。1）高炉精料方针的内容：“高、熟、稳、均、小、少、好”。①高A入炉含铁品位要高（这是精料技术的核心）。入炉含铁品位提高1%，炼铁燃料比降低1.5%，产量提高2.5%，渣量减少30kg/t，允许多喷煤15kg/t。B原燃料转鼓强度要高。大高炉对原燃料质量的要求高于中小高炉，如宝钢焦炭M40为大于88%，M10为小于6.5%，CRI小于26%，CSR大于66%。一般高炉M40要求为80%，M10为小于7%，CRI小于30%，CSR大于60%。C烧结矿碱度要高（1.8~2.0）。②熟熟料比（烧结矿+球团矿）要高。目前不再追求100%的熟料比，如宝钢熟料比为81%，增加高品位块矿，可有效提高入炉品位，有利于节能减排。但熟料比不宜低于80%，否则会使燃料比升高。③稳原燃料供应的数量、比例和质量要稳定。原燃料稳定是高炉生产的灵魂。④均原燃料的粒度和成分要均匀。这是高炉提高料柱透气性有效办法。大、中、小粒度的炉料混装会有填充作用，减少有效空间。一般要求矿石5~15mm的粒度要小于30%，焦炭在炉缸的空间在40%。⑤小原燃料的粒度要偏小，球团矿8~16mm，烧结矿5~50mm，焦炭30~75mm，块矿5~15mm。中小高炉使用的原燃料粒度可偏小一些。⑥少入炉粉末要少（5mm的要小于3%），炉料中含有害杂质（S、P、K、Na、Zn、Pb、F等）要少。炉料中碱金属含量0.3%，Pb含量小于0.15%。⑦好矿石冶金性能好：软熔温度高（大于1350℃），软熔区间窄（小于250℃），低温还原粉化低，还原度高（大于60%）等。（2）炉料合理化结构从理论上和高炉经营管理的角度看，使用单一矿石并把熟料率提高到100%是合理的。然而目前还没有一种理想的矿石能够完全满足现代力型高炉强化的需要。炉料结构合理与否直接影响高炉冶炼酌经济技术指标。目前有四种高炉炉料结构：1）100%酸性球团矿，但每吨生铁需加250kg/t以上的石灰石。2）以酸性球团为主，配加超高碱度烧结矿。3）100%自熔性烧结矿。4）以高碱度烧结矿为主，配加天然矿或酸性球团矿。采用什么样的炉料，应依据国家的具体条件，即合理利用国家资源而定。合理炉料结构应从国家和本企业实际情况出发，充分满足高炉强化冶炼的要求，能获得较高的生产率，比较低的燃料消耗和好的经济效益。符合这些条件的炉料组成就是合理的炉料结构。目前我国高炉使用的炉料结构为：高碱度烧结矿+球团矿+块矿。（3）天然块矿1）含铁矿物的分类及铁矿石工业类型的划分①含铁矿物的分类及其主要性质根据铁矿石中铁氧化物主要矿物形态人们把铁矿石分为赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿和菱铁矿等。不同种类铁矿石的特征2）对铁矿石的评价对铁矿石的评价是：①含Fe品位。矿石品位基本上决定了矿石的价格，即冶炼的经济性。含Fe量愈高的矿石，脉石含量愈低，则冶炼时所需熔剂量和形成的渣量也少，用于分离渣与铁所耗能量相应降低。含Fe量高并可直接送入高炉冶炼的铁矿石称为富矿。含Fe品位低需经富选才能入炉的为贫矿。划分富矿与贫矿没有统一的标准，此界限将随选矿及冶炼技术水平的提高而变化。一般将矿石中Fe质量分数高于65﹪而S、P等杂质少的矿石，供直接还原法和熔融还原法使用。而矿石中Fe的质量分数高于50﹪而低于65﹪的可供高炉使用。我国富矿贮量已很少，绝大部分是Fe的质量分数为30﹪左右的贫矿，要经过选矿后才能使用。②脉石的成分及分布。铁矿石中的脉石包括：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等氧化物。在高炉条件下，这些氧化物不能或很难被还原，最终以炉渣的形式与金属铁分离。渣中碱性氧化物（CaO+MgO）等与酸性氧化物SiO2等的质量分数应大体相等，因为只有如此，渣的熔点才较低，粘度也较小，易于在炉内处理而不致有碍于正常操作。为此，实际操作中应根据铁矿石带入的脉石的成分和数量，配加适当的“助熔剂”，简称熔剂，以便得到性能较理想的炉渣。此外，造渣物的另一个重要来源—焦炭及煤粉灰分，它们几乎是100﹪的酸性氧化物，必须从其他炉料中摄取碱性成分，然而大多数铁矿石的脉石也是酸性氧化物，故通常要消耗相当数量的石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3）等碱性物作为熔剂。若矿石的脉石成分中碱性物较多，甚至以碱性物为主，必然会节省为中和燃料灰分中的酸性造渣物所需外加的熔剂量，这是极为有利的。有些矿石中Al2O3的质量分数很高，也是不利的，因为Al2O3将大大地提高炉渣的熔点。矿石中（CaO+MgO）质量分数适当的矿石，可允许矿石中Fe的质量分数低些，冶炼仍然是经济的。用扣除（CaO+MgO）后的折算Fe的质量分数对不同的矿石进行评价和对比是合理的。③有害元素的含量。矿石中除去不能还原而造渣的氧化物外，常含有其他化合物，它们可以被还原为元素形态，其中有的可与Fe形成合金，有的则不能，有些则是有害的。常见的有害元素是：S、P较少见的有碱金属K、Na等，以及Cu、Pb、Zn、F及As等。S、P、As和Cu易还原为元素并进入生铁，对铁及其后的钢及钢材的性能有害。碱金属及Zn、Pb和F等虽不能进入生铁，但易于破坏炉衬，或易于挥发并在炉内循环累积造成结瘤事故，或污染环境有害人身健康。事先用选矿法除去这些有害杂质，或困难很大，或代价太高，迫使高炉炉料中不得不限制这些矿石用量的百分比，从而极大地降低了这些矿石的使用价值。各种有害杂质的界限含量：硫（S）：允许含量≤0.1%。硫使钢产生“热脆”，1t生铁的原燃料总含硫量一般在5kg/t以下。磷（P）：允许含量≤0.2%。对于一般炼钢生铁，磷使钢产生“冷脆”。炼铁、烧结均不能去磷。锌（Zn）：允许含量≤0.1%（≤0.15kg/t）。锌在900℃挥发，沉积在炉墙，使炉墙膨胀，破坏炉壳；与炉尘混合易形成炉瘤。锌还原后不溶于铁水。锌在烧结过程中能除去50~60%。含量大于3%时不允许其直接入炉。铅（Pb）：允许含量≤0.1%（≤0.15kg/t）。铅易还原，不溶于铁水，但沉积破坏炉底。铜（Cu）：允许含量≤0.2%。少量铜增加耐蚀性，量多使钢材“热脆”，不易轧制和焊接。砷（As）：允许含量≤0.07%（生产优质钢、线材要求≤0.04%）。砷使钢冷脆和焊接性变坏，生铁中含砷应小于1%，优质生铁要求不含砷。砷在高炉中100%还原进入生铁。锡（Sn）：允许含量≤0.08%。锡使钢具有脆性，在高炉中易使炉壁结瘤。钛（Ti）：允许含量≤13%。钛能改善钢的耐磨性和耐蚀性，但使炉渣性质变坏，在治炼时有90%进入炉渣。含量不超过1%时，对炉渣及冶炼过程影响不大，超过4~5%时，使炉渣性质变坏，易结炉瘤。氟（F）：允许含量≤2.5%。烧结过程可脱除部分氟。碱金属（K2O+Na2O）：允许含量≤0.3%（≤3.0kg/t）。碱金属含量高会使炉身部位结瘤、风口烧坏、焦炭粉化、经常悬料、焦比增高、产量降低。④有益元素。有些与Fe伴生的元素可被还原并进入生铁，并能改善钢铁材料的性能，这些有益元素有Cr、Ni、V等。还有的矿石中的伴生元素有极高的单独分离提取的价值，如Ti及稀土元素等。某些情况下，这些元素的品位已达到可单独分离利用的程度，虽然其绝对含量相对于Fe仍是少量的，但其价值已远超过铁矿石本身，则这类矿石应作为宝贵的综合利用的资源。⑤矿石的还原性。矿石在炉内被煤气还原的难易程度称为“还原性”，冶炼易还原的矿石，可降低碳素消耗量。矿石的还原性与其结构，特别是开口的微气孔率及气孔的分布状态有关。一般赤铁矿不如磁铁矿致密，还原性好。褐铁矿及菱铁矿在炉内受热后，其所含碳酸盐及结晶水或分解或挥发，留下孔洞，形成疏松多孔的结构便于煤气的渗透，故此类矿石的还原性好。⑥矿石的高温性能。矿石是在炉内逐渐受热、升温的过程中被还原的。矿石在受热及被还原的过程中及还原后都不应因强度下降而破碎，以免矿粉堵塞煤气流通孔道而造成冶炼过程的障碍。为了在熔化造渣之前，矿石更多地被煤气所还原，矿石的软化熔融温度不可过低，软化与熔融的温度区间不可过宽。这样一方面可保证炉内有良好的透气性，另一方面可使矿石在软熔前达到较高的还原度，以减少高温直接还原度，降低能源消耗。块矿的软熔性能与酸性球团相近，但软熔温度均低于烧结矿。天然矿石热爆裂性能。天然矿中含有带结晶水和碳酸盐的矿物，在高炉上部加热时，气体逸出而使矿石爆裂，影响高炉上部的透气性。⑦矿石入炉前的加工处理。入炉原料成分稳定，即其成分的波动幅度值很小，对改善高炉冶炼指标有很大的作用。为此，应在原料入厂后对其进行中和、混匀处理，即用所谓“平铺切取”法。将入厂原料水平分层堆存到一定数量，一般应达数千吨，然后再纵向取用。⑧矿石粒度组成。一般矿石粒度的下限为8mm，大可至20~30mm。小于5mm的称为粉末，它严重阻碍炉内煤气的正常流动，必须筛除。粒度均匀，粒度分布范围窄，料柱孔隙度高，则料柱透气性好。而粒度小被气体还原时反应速度快，在矿石软熔前可达到较高的还原度，有利于降低单位产品的燃料消耗量。粒度的大小必须适当兼顾。实践证明，矿石的粒度宜小而均匀。济南铁厂进行过不同粒度天然矿的冶炼试验全部使用粒度20~35mm的中块代替35~50mm的大块时，降低焦比51kg/t，而全部使用粒度8~20mm的小块代替中块时，降低焦比130kg/t。现代高炉使用的铁矿石，都必须严格进行整粒，大中高炉的适宜粒度为8~25mm，小高炉的适宜粒度为5~20mm，其小于5mm的粉末含量都应小于5%。（4）熔剂1）熔剂由于高炉造渣的需要，入炉料中常需配加一定数量的助熔剂，简称熔剂。最常用的熔剂有：①碱性熔剂：石灰石（CaCO3）、白云石[Ca(Mg)CO3]等；②酸性熔剂：硅石（SiO2）、蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O）等。石灰石的主要成分为碳酸钙（CaCO3），碳酸钙的CaO含量为56%，而石灰石的实际含量为50%左右。石灰石中除含有少量的MgCO3外，还含有少量SiO2和Al2O3等。扣除中和SiO2所需的CaO后，石灰石中有效的CaO含量一般为45~48%。直接装入高炉的石灰石粒度上限，以其在达到900℃温度区能全部分解为准，大于300m3的高炉，石灰石的粒度范围应为20~50mm；小于300m3的高炉，其石灰石粒度范围为10~30mm。入炉前应筛赊粉末及泥土杂质。为了调整高炉渣的MgO含量，改善炉渣的流动性，提高脱硫能力，有时在炉料中加入含镁熔剂。一般常用的含镁熔剂为白云石，其理论成分为CaCO354.2%，MgCO345.8%。我国少数企业以菱镁石（MgCO3）或蛇纹石（3MgO·2SiO2·2H2O）做含镁熔剂，后者可同时作为酸性熔剂。2）高炉冶炼对熔剂的要求①有效成分含量要高。如对石灰石及白云石来说，即要求其有效熔剂性高。熔剂含有的碱性氧化物扣除其本身酸性物造渣需要的碱性氧化物后所余之碱性氧化物质量分数即为有效熔剂性：式中CaO、MgO、SiO2分别为熔剂中各相应组分的质量分数，%；R为造渣所需求的炉渣碱度RSiOMgOCaOMgOCaO2)][()(有效2SiOMgOCaO②熔剂中含S、P等有害杂质的量尽可能低。在主要使用天然富矿的高炉上，熔剂往往作为入炉原料的一种，单独加入炉内，且配用量也较多。这些碳酸盐在炉内受热分解，要消耗大量的热，而且这些热是炉内燃烧昂贵的焦炭提供的。大多数大中型高炉使用高碱度烧结矿作为主要含铁原料，（平均占含铁原料的90﹪左右），已无须或只需加入少量的熔剂入炉。在特殊情况下，如洗刷炉墙上的粘结物或炉缸堆积以及炉况不顺行时，要加入特