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高炉炉料结构优化的试验研究王金龙张艳允张红闯魏琼花刘晓明（河北钢铁集团邯钢公司技术中心，邯郸056015）摘要本文根据邯钢高炉冶炼的原料条件，对高炉原料的冶金性能进行了试验研究，并在此基础上针对入炉综合炉料进行了多组高温熔滴性能试验，调整入炉原料的不同配加比例，掌握其高温性能的优劣，并以此指导生产。关键词冶金性能炉料结构综合炉料StudyandOptimizationofBFBurdenStructureWangJinlongZhangYanyunZhangHongchuangWeiQionghuaLiuXiaoming(HandanIronandSteelCorporationTechnologyCentre,Handan,056015)AbstractBasedonthematerialconditionsofBFofHandanIronandSteelCorporationinthisarticle，Metallurgicalpropertiesofmaterials、meltinganddrippingpropertiesofcomprehensiveburdenswerestudied，Toobtainthemeltingperformanceweadjustandtestthedifferentconsistsofmaterials,andtheconclusionhaspracticalsignificationtoguidetheBFproduction.Keywordsmetallurgicalproperty,burdenstructure,comprehensiveburden1引言众所周知，原料是高炉冶炼的基础,高炉冶炼指标的好坏与所用的原料质量密不可分。高炉原料的质量应包括三部分：化学成分、机械强度和冶金性能。从三者间的关系来看,化学成分是基础,机械强度是保证,冶金性能是关键。当设备条件和操作人员水平一定时，原料的冶金性能将直接影响高炉的稳定和顺行。因此,结合高炉炼铁生产实际,对高炉主要原料的冶金性能进行系统分析和研究，充分掌握邯钢现有原料结构状况及主要炼铁原料冶金性能指标，不仅能为邯钢现有高炉炼铁原料冶金性能的改进提供依据，而且能为优化原料结构、提升炼铁工艺质量和产量提供理论基础和依据。2试验研究的原料邯钢现用主要炼铁原料的种类、化学成分、二元碱度列于表1中。表1邯钢现用主要炼铁原料化学成分原料TFeFeOSiO2CaOMgOAl2O3烧损PS二元碱度烧结矿579.774.68.972.041.67-0.740.050.0151.95球团62.511.586.460.701.520.85-0.050.030.0070.11南非62.790.294.210.170.031.620.770.050.0060.04澳矿63.510.722.080.060.031.264.850.060.0160.03巴矿67.650.721.000.110.110.611.200.030.0080.11高炉料炉结构优化的试验研究8-9313邯钢现用主要炼铁原料的冶金性能试验方法、结果与分析在试验室里,对邯钢使用的烧结矿、球团矿及天然矿的块矿热爆裂性能、低温还原粉化性能、中温还原性能、球团矿还原膨胀性能及熔滴性能等冶金性能进行了测定。3.1块矿热爆裂性能试验结果（表2）与分析评价如下。表2邯钢块矿的热爆裂性能检测结果热爆裂性能/%样品10mm平均6.3~10mm平均3.15~6.3mm平均0.5~3.15mm平均0.5mm平均爆裂指数（6.3）南非-196.831.950.430.310.13南非-296.3596.591.861.90.690.560.60.450.280.298.49澳矿-186.023.712.61.560.79澳矿-286.7786.394.213.962.022.311.21.380.340.5690.35由表2可知南非矿和澳矿两种块矿均有不同程度的爆裂现象，南非矿爆裂后形成薄片，10mm以上的粒级接近97%，只爆裂出零星的薄片。而澳矿由于其含有一定量的结晶水，失水后造成其内部结构疏松，所以爆裂后形成了一定量的碎末，10mm以上的粒级仅占86%，因此澳矿的热爆性能较差。3.2低温还原粉化性能试验结果（表3、表4）与分析评价如下。表3邯钢现用主要炼铁原料的低温还原粉化性能及中温还原性能检测结果500℃低温还原粉化性能/%900℃中温还原性能样品RDI+6.3RDI+3.15RDI-0.5RI/%失重/%烧结矿98.4698.840.8087.0319.95球团矿99.7299.720.2457.6715.39南非77.3886.234.9963.7317.25澳矿73.4686.514.7988.1022.16表4对比烧结矿喷洒CaCl2前后的低温还原粉化性能检测结果500℃低温还原粉化性能/%样品RDI+6.3RDI+3.15RDI-0.5喷洒前62.4379.526.54喷洒后97.0998.430.64第八届（2011）中国钢铁年会论文集8-932由表3可知邯钢高炉主要原料均有优良的低温还原粉化性能。（1）烧结矿喷洒CaCl2的前后对比试验（见表4）可以发现，喷洒CaCl2可以大幅改善烧结矿的粉化现象，据大量研究一致认为：烧结矿发生低温还原粉化的最根本原因是，烧结矿中的再生Fe2O3在低温（450～500℃）由三方晶系的αFe2O3还原为等轴晶系的γFe2O3，晶格的改变造成其结构的扭曲，产生了极大的内应力，导致在机械力的作用下产生严重的碎裂。喷洒CaCl2溶液后，随着水分的挥发，CaCl2结晶在烧结矿的表面以及内部部分孔洞中，阻碍和延缓了还原气体的接触，减缓了烧结矿的还原速度，从而改善其低温还原粉化性能。喷洒CaCl2可以使烧结配矿更加灵活，同时也不必考虑提高FeO含量的方法抑制烧结矿的粉化。（2）球团矿由于具有较高的气孔率且由细粒赤铁矿组成，此种结构能够承受体积变化而不会产生裂纹，低温还原后仍然保持其完整性，粉化的只是已还原表面物料的脱落，质量很少。（3）块矿的低温还原粉化性能取决于气孔率和断裂韧性，从试验结果看出，南非矿和澳矿均具有良好的低温还原粉化性能。3.3中温还原性能试验结果与分析评价如下：铁矿石还原性是模拟炉料自高炉上部进入高温区，还原气体从铁矿石中夺取结合氧的难易程度的度量，高还原度的铁矿石是高炉冶炼理想的精料。从试验结果表3可以看出，球团矿的还原度RI最低只有57.67，天然矿中澳矿由于含有5%的结晶水气孔率高，还原度RI也明显地高于南非矿。烧结矿喷洒了CaCl2后在低温区能够起到很好的屏蔽还原气体的作用，而随着温度的升高，结晶的CaCl2或分解或挥发，并没有影响烧结矿在高温区的正常还原反应。3.4球团矿还原膨胀性能试验结果与分析评价如下：球团矿的膨胀指数为12.23%。球团矿的正常还原膨胀在20%以下，超过此界限，为异常膨胀，邯钢自产球团矿的膨胀指数为12.23%，属正常膨胀，不影响高炉操作。3.5熔滴性能试验结果见表5、表6。表5单一炉料与综合炉料结构组成样品炉料结构组成熟料率矿种数1烧结矿12球团矿13南非矿14澳矿15（基准）烧结矿75%+球团矿20%+南非矿5%9536烧结矿75%+球团矿25%10027烧结矿70%+球团矿30%10028烧结矿70%+球团矿25%+南非矿5%9539烧结矿60%+球团矿40%100210烧结矿60%+球团矿36%+南非矿4%963高炉料炉结构优化的试验研究8-933表6邯钢现用主要炼铁原料及混合炉料的熔滴性能检测结果样品软化温度T4/℃软化温度T10/℃软化温度T40/℃压差陡升温度Ts/℃滴落温度Td/℃最大压差ΔPm/kPa软化区间T10-40/℃熔融区间Tds/℃总特性值S/kPa·℃11201122612901279152116.5642422213.1121149116312261186131520.52631291243.3831188121212651236131716.615381383.541009106612241176134612158170530.851166119212731285142613.81811411117.6961174120112781278141614.58771381063.2871170119512781293141916.07831261002.6981175120312791285141612.47761311015.8291173119412681265141813.44741531103.72101180120012881286141915.2188133995.04众所周知软熔带位置、形状和厚度对高炉操作有显著影响，它决定了高炉内煤气的分布状况，并与高炉操作的稳定性有密切关系。此外，软熔带的高度对铁水的含硅量亦有较大的影响，而这些性质又主要取决于含铁炉料的软熔性质，因此，研究和掌握含铁炉料的软化、熔化及滴落性能具有重要的意义。铁矿石不是纯物质的晶体，因此没有一定的熔点，它有一定的软熔区间，在高炉生产中既要求矿石的开始软化温度高，这样可以保持较多的气-固相反应空间，又要求软熔区间窄，这样可以保持较窄的软熔带，有利于煤气流运动。从熔滴试验过程可以看出，各种炉料在温度达到Ts以前，压差有一定的增长但较低，说明炉料在软化阶段对料层的透气性有一定的影响但影响不是很大。随着升温过程的进行，压差曲线出现陡然上升，并迅速达到最大值ΔPm，之后出现一定波动并逐步下降，这段温度区间料层透气性变为最差，当温度接近Td时，压差迅速降至很低水平，说明滴落区间很窄，且压差降幅很大，因此，滴落阶段不会对料层的透气性产生决定性的影响。而决定软熔层透气性的就是炉料熔融阶段的性能。从单一炉料（烧结矿、球团矿、南非矿、澳矿）的熔滴试验结果（表6）可以看出：澳矿开始软化温度T10最低1066℃，比其他矿低很多，软化区间T10-40也很高，软化性能澳矿最差，球团矿次之。而在熔融阶段，烧结矿Ts最高1279℃、南非矿1236℃、球团矿1186℃、澳矿1176℃，但是烧结矿滴落温度Td却高达1521℃，熔融区间242℃，说明烧结矿的软熔带位置最低，但是宽度最厚，整体评价烧结矿熔融性能最差，澳矿次之，南非矿最好，南非Ts较高，熔融区间最窄只有81℃。炉料透气性总特性值S，烧结矿最大221.3，远远大于其他单矿。4综合炉料的冶金性能试验及分析现代高炉冶炼普遍采用高碱度烧结矿配加酸性球团和块矿的炉料结构，综合炉料比单一炉料更加适合高炉冶炼要求，然而炉料结构没有固定的模式，应该不断地进行试验研究和经受生产实践检验，因此探索高炉的最佳的炉料结构的研究也具有特别重要的意义。熔滴试验采用的炉料结构基本上以烧结矿与球团矿为主，辅以少量的块矿。研究随着球团矿配加量的增加综合炉料的冶金性能变化规律。从试验结果（表6）可以看出，球团矿的配加量与综合炉料的熔滴性能并没有线性的关系，增加球团矿的配加量并没有降低综合炉料的熔融区间。综合炉料Td在1416～1426℃之间，Ts在1265～1293℃之间，ΔPm在12.5～16kPa之间变化，没有规律，相比较而言试样9的Td最高，Ts最低，Tds也相应最大，熔滴性能最差；试样7和试样8最好，Ts最高、Td较低，Tds最低，优于基准炉料结构。第八届（2011）中国钢铁年会论文集8-9345结语目前国内钢铁企业对含铁原料缺乏系统的研究，原料的常温性能并不能很好地指导生产，通过对高炉原料粉化性能、还原性能、爆裂性能、膨胀性能以及高温熔滴性能的试验研究，使我们了解了高炉原料的高温冶金性能，为优化炉料结构、改善炉料冶金性能提供理论依据，并得出如下结论：（1）烧结矿喷洒CaCl2后粉化性能得到明显改善。（2）当酸性炉料与高碱度烧结矿混合后，混合炉料的软熔性能明显得到改善，因此研究混合炉料的软熔性能比单一炉料的软熔性能更有实际意义。（3）降低高碱度烧结矿配加量，增加酸性炉料的配加量的试样7和