李建伟  赵建宇  仝兴武  羿荃升

(河北津西钢铁集团股份有限公司）

摘  要  烧结矿低温还原粉化指标对高炉生产危害较大，主要表现在炉身上部料柱透气性恶化，增加炉身结瘤危险性；破坏煤气正常分布，煤气利用变差；瓦斯灰吹出量增加，煤气净化困难，煤气管道破损加剧等，最终导致冶炼强度难以提高，产量下降，焦比升高。因近期津西钢铁烧结矿低温还原粉化指标RDI+3.15较低，高炉崩料、悬料事故较多，燃料消耗上升，产量下降明显。为了准确了解影响津西钢铁烧结矿低温还原粉化性能的各种因素，通过对各种因素的研究分析，找出主要、次要因素，进而提升烧结矿低温还原粉化指标，为高炉提产降耗奠定了基础。

关键词  烧结矿  低温还原粉化指标  高炉  煤气利用率  燃料比

1  引言

进入2020年以来，随着津西烧结矿冶金性能逐步恶化，尤其低温还原粉化指标仅65%，直接制约着炼铁高炉稳定顺行和燃料成本的降低。为保障高炉稳定顺行，降低炼铁燃料消耗，通过对影响烧结矿低温还原粉化性能因素分析，采取提高烧结矿低温还原粉化性能指标至75.08%后，高炉生产逐步稳定，煤气利用至45.8%，同比一月份上升1.4%，燃料比下降至530kg/t，同比一月份下降18kg/t。因此研究和分析如何提高烧结矿低温还原粉化性能及对高炉生产的影响是十分重要和必要的[1]。

2  原料成分及实施方法

2.1  原料成分

本次实验所选用的含铁原料、燃料、熔剂均由原料料场取样并送进厂化验室单独化验，以确保化学成分的稳定。如表1。

为提高津西烧结矿低温还原粉化指标，给高炉的高产、低耗、稳定、顺行创造原料条件，烧结厂通过优化配矿结构实现低硅、低铝、高品的精料方针，即使用烧结性能较好混合粉，不断降低超特及铁精粉使用比例，停止使用含铝较高的印度矿粉；操作方面，合理控制水碳，保证制粒和成矿，优化工艺操作，在透气性允许情况下提高烧结料层厚度，确保烧透，烧好；烧结成分控制方面，适当提高R2至1.96%，亚铁控制9-10%，在保证烧结矿低粉指标的前提下研究还原性，烧结矿低温还原粉化指标逐步提高。高炉的稳定、顺行得到了保障，燃料消耗明显降低。

2.2  实验方法

由烧结厂按表2的实施方案进行烧结，然后分别对其化学成分及冶金性能进行测试。烧结矿低温还原粉化性能按照GB/T13242、还原性能按照GB/T13241进行测定[2]。通过对津西烧结矿成分及炼铁高炉透气性、煤气利用等参数不断分析研究，最终确定Al2O3、R2、FeO、TiO2对烧结矿RDI+3.15影响因素较大。故本文主要针对以上四方面进行了研究。烧结参数见表2。

3  结果与讨论

3.1   Al2O3对RDI+3.15的影响

由图1可知，随着Al2O3的降低，烧结矿低温还原粉化性能得到有效改善，而且在高炉炉渣中降低一定Al2O3的含量有利于改善炉渣的流动性和提高脱硫能力。由数据分析Al2O3含量由2.45%降低至2.38%，RDI+3.15增加了8.17%。因随Al2O3含量升高，烧结矿RDI明显恶化，其主要原因是烧结矿RDI+3.15与Al2O3含量的相关性很好，三价铁离子的半径为0.64×10-10m，三价铝离子的半径为0.51×10-10m二者十分接近。Al2O3在赤铁矿中固溶量的增加，烧结温度较高时，熔体中次生赤铁矿结晶格子的一部分Fe3+被Al3+代替，促使Fe2O3再结晶连晶，由粒状向片状发展。数个单颗粒结合为片状结晶态，使Fe2O3还原时产生的膨胀应力由较为分散变得相对集中，引起晶面收缩，产生内应力使烧结矿的强度降低，还原时容易产生新裂纹，而且裂纹容易扩展，促使膨胀激烈化[3]。

从改善烧结矿低粉指标考虑，应尽可能降低烧结矿的Al2O3含量，配加低铝矿粉的使用量，以保证RDI+3.15指标能够满足高炉生产需要。

3.2  FeO对RDI+3.15的影响

由图2可见，随着亚铁由8.3%升高至9.8%，烧结矿低温还原粉化性能得到有效改善，因烧结过程中随着燃料的增加提高了烧结矿温度后亚铁升高，增加了赤铁矿的溶解，生成了更多的液相，从而使烧结矿的结构变得致密，烧结矿低温还原粉化指标得到改善，但随着亚铁逐渐增加，烧结低温还原粉化指标提升并不大，反而烧结还原性指标开始下降，所以在能够满足烧结低粉指标前提下适当控制亚铁在10%以内。

3.3  碱度R对RDI+3.15的影响

通过增加生石灰用量，烧结矿碱度由1.83%升高至1.96%，烧结矿低温还原粉化性能得到有效提升，同时烧结烧结料层的通气性得到改善，因当烧结矿R2较低时，粘结相矿物主要有钙铁橄榄石及少量的硅酸一钙、硅酸二钙，铁酸钙和玻璃体，烧结矿冶金性能差。随着碱度的提高，硅酸二钙、铁酸钙明显増多，而钙铁橄榄石和玻璃体则逐渐下降，从而改善了烧结矿RDI+3.15指标，所以建议在考虑烧结产量平衡的同时，适当提高烧结矿碱度，提高烧结矿低温还原粉化性能[4]。

3.4  TiO2对RDI+3.15的影响

通过减少含钛印度粉、铁精粉的使用，烧结矿中TiO2由0.28%降低至0.23%，烧结RDI+3.15上升，同时减少高炉铁水含钛量，铁水流动性变好。研究表明烧结矿中的TiO2主要存在于玻璃相中，TiO2 降低了玻璃相的断裂韧性，玻璃相的抗还原粉化晶型转变应力能力降低，使烧结矿的裂纹产生更多，粉化加剧。烧结矿中的ＲDI+3.15随着烧结矿中TiO2含量的增加而降低，同时根据矿相可知，骸晶状钛赤铁矿含量随着TiO2含量的增加而增加，在还原时烧结矿产生的裂纹增多，同时烧结矿中的钙钛矿和气孔也增多，不仅使烧结矿强度降低，而且改善了还原的动力学条件，恶化了中钛型烧结矿的还原粉化性能，所以降低入炉料钛含量，有利于烧结矿冶金性能提升[5]。

4  烧结矿低温粉化性能指标提升后对高炉的影响

4.1  烧结低温还原粉化对高炉透气性的影响

高炉透气性是指通过料柱的高温煤气流所受阻力的大小[6]。它是反映高炉内炉料空隙度和炉料粒度组成之变化的指标。公式为每分钟的入炉风量(Q)与当时炉内全压差(ΔP)的比值(Q/(ΔP)) [7]。

高炉透气性影响到炉料的顺利下降及炉内在横向煤气流的分布及煤气利用率。若料柱有好的透气性能，能够使上升的高温煤气流稳定均匀地通过料柱，使煤气流与炉料充分接触，充分发挥上升高温煤气流的热传递作用和还原作用是保证炉料下降顺利的基础。尤其在强化冶炼时，初始炉缸煤气量大幅度增加，若此时的烧结矿低温还原粉化指标差，透气性指数降低，使风压升高，进而出现悬料、塌料等现象，使高炉冶炼进程不能顺利进行[8]。受烧结矿质量差所造成的料柱透气性差的结果是造成煤气流分布不均，同时造成压差升高、炉料下降不顺利，严重时出现煤气流偏行和管道等现象。进而使整体的煤气利用程度下降，上层入炉炉料预热不充分，中层入炉炉料的还原不彻底，热量消耗增加，发展直接还原，使高炉产量降低、消耗增大。为了保证高炉冶炼进程顺利进行同时获得良好的经济指标，就必须通过各种渠道来改善高炉料柱的透气性，而烧结矿低温还原粉化指标差时就会在高炉炉身上部的低温区(温度大约在500C-60℃)还原时受热冲击及铁矿石中Fe2O3还原(Fe2O3-Fe3O4-FeO)过程中发生Fe2O3晶形转变，会导致烧结矿严重破裂、粉化，使高炉料柱的空度降低、炉身上部料柱透气性恶化，增加炉身结瘤危险性；破坏煤气正常分布。煤气利用变差；瓦斯灰吹出量增加，煤气净化困难，煤气管道破损加剧等，最终导致燃料消耗提升，产量下降。

此次生产实践表明：烧结低粉提高至75.08%后，高炉压差明显降低，在同等风压和顶压情况下透气性变好（如图5），煤气利用率有所提升（如图6），高炉顺行逐步稳定。当烧结矿RDI+3.15每提高1%，煤气中CO利用率上升0.05%。

4.2  烧结低温还原粉化指标对高炉燃料比的影响

随着高炉顺行逐步好转，燃料比随之下降（如图7），产量上升（如图8），实践表明烧结低温还原粉化指标RDI+3.15每提高1%，燃料比下降0.166%，产量提高0.564%。

5  结论

（1）从烧结矿低温还原粉化性能来看，低粉在72%以上，有利于高炉稳定顺行及煤气利用率提高、燃料比降低。

（2）提高烧结矿低温还原粉指标，应使用烧结性能较好的混合粉逐步代替含Al2O3、TiO2较高矿粉，碱度控制1.95-2.0%，亚铁控制9-10%，烧结矿在能够满足低温还原粉化指标前提下适当降低亚铁。

（3）当烧结矿RDI+3.15每提高1%，煤气中CO利用率上升0.05%，燃料比下降0.166%，产量提高0.564%。

（4）综合分析，只有烧结矿低温还原粉化指标满足高炉透气性要求前提下，在研究提高烧结矿还原性能才是烧结矿调整的正确方向。

6  参考文献

[1] 周传典.高炉炼铁技术手册[M].北京:冶金工业出版社，2002：28-30.

[2] 许满兴.烧结矿冶金性能对其质量和高炉质量主要指标操作的影响[J]. 烧结球团，2014，39（3）:1-2.

[3] 孙建设，秦鹏.烧结矿冶低温还原粉化（RDI）影响因素的研究//[C]. 第十三届全国大高炉炼铁学术年会论文集：812-814.

[4] 郭兰芬，王金龙，刘晓明，魏琼花.烧结矿低温还原粉化指标影响因素的研究[J].河南冶金，2019，27(5):16-17.

[5] 刘然，王龙浩，严照照，王杏娟，赵宴崇，吕庆.化学成分对烧结矿低温还原粉化影响的研究现状［J］.烧结球团，2018，43(1):3-4.

[6] 苏晓莉，尹怡欣，张森十.高炉透气性指数的改进多层超限学习机预测模型[J].控制理论与应用，2016，33(12):1675.

[7] 胡启晨，吴春亮，等.铁矿石冶金性能对高炉生产的影响[J]. 矿冶，2019，28(1):43-44.

[8] 许满兴.烧结矿冶金性能对其质量和高炉主要操作指标的影响[J].烧结球团，2014，39(3):1-2.