李晓兵  张胜利  郭小龙  王洪余  匡  祎  王  艳

（河钢宣钢炼铁厂）

摘  要  高炉炉料结构、炉渣碱度、炉料还原度等因素对熔滴特性产生较大影响，专业技术人员对此研究较多，但是烧结不同配矿结构对熔滴特性的影响尚无科学评判。本文在研究铁矿粉同化性、液相流动性、粘结相强度的基础上，采用同化性互补的配矿原理，优化配矿结构，控制烧结矿相同的化学成分。采用烧结杯的样品，在相同炉料结构、炉渣碱度条件下，探索熔滴特性变化，由此确定综合炉料熔滴特性最优的配矿结构。

关键词  熔滴特性  基础性能  配矿研究

1  前言

高炉炼铁用“七分原料三分操作”来说明原料对高炉生产的重要性。原料是高炉强化冶炼的基础，其技术经济指标的提升，很大程度上得益于原料质量的改善[1]。烧结矿、块矿和球团矿是现代高炉冶炼所使用的主要含铁原料，国内外专家学者对单一炉料的还原性、熔滴性能等冶金性能以及不同炉料之间的交互反应均有大量的研究。吴胜利等，在实验中发现，混合炉料的体积收缩率总是大于同一温度下两种单一炉料的体积收缩率按混合比例加权计算出的体积收缩率，这种趋势随着温度的升高越来越明显。这说明, 混合炉料不是两种单一炉料简单的物理混合, 高温下单一炉料之间存在物理化学变化, 也就是说高温条件下单一炉料之间存在交互作用[2]。张开发等研究研究了烧结矿、球团矿、块矿等不同单种炉料在模拟高炉条件下的软化熔融特征，显示了酸性炉料和碱性炉料成渣过程的差异性。含铁炉料的初渣的渣相生成机制主要受其CaO /SiO2比例、Al2O3含量、MgO含量、还原性、含铁品位、气孔率等因素的影响[3]。姜汀通过大量试验数据证明，钒钛烧结矿的软熔滴落性能与烧结矿转鼓指数、平均粒径、成品率以及垂直烧结速度关系不大，主要与烧结矿的矿物组成有关[4]。

本文根据不同的铁矿粉基础性能相互互补以及资源确定的烧结配矿结构，由烧结杯试验得到化学成分接近烧结矿，在固定的炉料结构条件下，进行熔滴性能试验，确定熔滴性能最优的配矿结构。

2  铁矿粉化学分析与基础性能评价

2.1  铁矿粉化学分析与基础性能

2.2  铁矿粉基础性能评价

同化性能指铁矿石在烧结过程中与CaO的反应能力，它表征的是铁矿石在烧结过程中生成液相的难易程度。一般而言，铁矿石同化性越高，则在烧结过程中越易生成液相。但是，对于非均质烧结矿而言，并不希望作为核矿石的粗粒矿石过分熔化，以避免起固结骨架作用的核矿石减少以及烧结料层透气性恶化而影响烧结矿的质量和产量。因此，要求铁矿石的同化性适宜。

液相流动性能指在烧结过程中铁矿石与CaO反应生成的液相的流动能力。它表征的是粘结相的“有效粘结范围”，液相流动性较高时，粘结周围物料的范围也较大，因此可以提高烧结矿的强度；反之液相流动性过低时，粘结周围物料的能力下降，易导致烧结矿中气孔率增加，从而使烧结矿的强度下降。因此为了确保烧结矿有效固结需要控制适宜的液相流动性。

粘结相强度性能是指铁矿石在烧结过程中形成的液相对其周围的核矿石进行固结的能力，对烧结矿的强度有着至关重要的作用。因为对非均质烧结矿而言，烧结过程中的核矿石的粘结相自身强度在很大程度上决定了烧结矿的强度[5]。

对宣钢使用的铁矿粉的性能检测如表2，综合评价如下：

（1）PB粉、澳粉属中性熔点矿粉，液相流动性和粘结相强度适中，可大比例配加。

（2）超特粉属中低品位褐铁矿，同化性高，流动性偏高，但粘结相强度稍低，限量配加。一钢粉属中低品位褐铁矿，同化性高，流动性过高，粘结相强度一般。

（3）卡粉属低硅高品位粉，同化性能低，液相流动性低，但粘结相强度较高，可改善烧结矿强度和粒级，因此可适量配加。

（4）蒙古粉、研山酸精、自熔、低钛半自熔同化性低，而蒙古粉、低钛半自熔粘结相强度偏低，研山酸精粘结相强度高。

铁矿粉的同化性过低或过高均难以获得产、质量指标优良的烧结矿。因此，在烧结生产进行配矿时，应重视同化性能不同的铁矿粉搭配使用，以达到互补或改善的效果。

3  烧结杯和熔滴试验方法

3.1  烧结杯试验设备

烧结杯直径为30cm，混合机φ600×1200mm。按设定试验方案配料，每次试验的装入原料量为45kg，人工配水搅拌均匀，混合料水分控制为7.5%～8.0%，然后加入混合机内混匀造球7.5min。将大于10mm的烧结矿2.0kg均匀平铺在烧结杯底层作铺底料，烧结料层高度为50cm，烧结负压为1.2kPa。采用石油液化气点火，控制烧结点火温度1150℃，点火时间2.0min，点火负压0.8kPa，将烧结废气温度开始降低时确定为烧结终点。

3.2  熔滴试验设备

国内外铁矿石熔滴特性的检测装置无统一的标准。本研究采用宣钢的是铁矿石熔滴性能检测装置。炉管为刚玉管（φ110×680），内装高纯石墨套及坩埚。加热元件选二硅化钼U型元件。滴落物接收计量由石墨坩埚、悬挂系统、压力传感器、应变仪等组成。试料软化收缩率由位移传感器检测。温度测量由双铂铑热电偶、温度变送器构成。试料层压差由差压变送器检测。温度控制及全部实验数据经计算机检测控制，可按设定的升温制度控制温度，最高温度可达到1520℃，动态显示高温熔滴炉的升温曲线﹑膨胀收缩曲线﹑压差﹑滴落物重量。其中，温度误差控制在5℃范围内；压差误差控制在30Pa范围内；收缩率误差控制在1%范围内。试试验时的升温制度和通气制度模拟了高炉环境。

试验所采用的焦炭、球团矿均为宣钢自产，试验样粒级均为10-12.5mm，上部和底部分别装入焦炭50g，中部装入烧结矿500g，炉料结构控制炉渣碱度1.15倍，炉料结构固定为烧结矿77%、球团矿20%、块矿3%。

3.3  试验方案

基于目前的入烧结构，铁料中外粉比例固定73.4%（入烧外粉比例为55%），根据铁矿粉市场变化及进口粉资源，结合不同矿粉的基础性能，以改善烧结矿质量为目的，制定了超特粉切换为一钢粉的过渡结构，优选烧结指标好，熔滴性能最佳的配矿方案。以下三个方案烧结矿SiO2控制5.3%，MgO基数1.9%，碱度基数2.0倍。

方案一：一钢粉与超特粉同化性、液相流动性接近，一钢粉粘结相强度稍好，使用4%一钢粉同比例替代超特粉。

方案二：减配液相流动性、粘结相强度适中的PB粉，增加液相流动性好的一钢粉，精粉使用粘结相强度好的研山酸精、粘结相强度偏低的蒙古粉替代蒙古粉和自熔精粉。

方案三：一钢粉全部替换超特粉，低钛半自熔替换自熔。

4  试验结果

4.1  烧结杯指标评价

（1）方案一成品率最高，有利于提高烧结矿产量。转鼓强度和平均粒径较好。

（2）方案二转鼓强度最高，成品率和平均粒径适中。

（3）方案三垂直烧结速度较高，但是烧结矿成品率和转鼓强度较差，平均粒径最低，此结构的烧结矿指标最差。

综合以上比较得出，四个配矿结构的烧结指标优劣排序为：方案一、方案二、基准结构、方案三。

4.2  熔滴特性指标评价

（1）与基准方案比较，方案一、方案二、方案三的软化区间降低，熔化温度升高，最大压差降低趋势，S特性总值降低，三个方案的熔滴性能均改善。

（2）方案二软化区间小于100℃，主要因软化开始温度升高；熔滴区间最低，主要是熔化开始温度较其他方案高13-20℃。该方案软熔带厚度最窄，最大压差和S特性总值最小，熔滴特性最优，说明在高炉冶炼时，随着炉料不断下降和升温，液相不断增加，矿石开始软化和形成初渣的位置下移，可提高料柱透气性，降低炉内压差，有利于形成倒V型软熔带。

（3）方案一软化区间仅次于方案二，熔化温度偏低，熔滴区间偏高，S特性总值偏高。该结构缺点主要是熔融带厚度增加，初渣形成的位置上移。

（4）方案三软化区间处于中限水平，熔化区间和S特性总值适中。

综合以上所述，配矿结构的熔滴特性优劣排序为：方案二、方案三、方案一、基准结构。

5  结论

通过烧结指标和高炉熔滴特性的综合评价，方案二为最佳配矿结构。因此单独以烧结指标优劣评价配矿结构是不科学的，应结合烧结指标优劣排序，以高炉熔滴特性作为最终的评判标准，选择最佳的配矿结构，以达到高炉冶炼和烧结矿高效融合。

6  参考文献

[1] 周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京: 冶金工业出版社，2002.

[2] 吴胜利，许海法，汪国俊，等.现代高炉合理使用天然块矿的基础研究[N]. 北京科技大学学报，2007，29(3): 320-324.

[3] 张开发，吴胜利，刘新亮，等.不同单种炉料熔滴特征及初渣形成变化[J].科学技术与工程，2015，15(13): 36-40.

[4] 姜汀.承钢含钒钛烧结矿的熔滴试验，河北冶金[J].2012，12.

[5] 吴胜利，刘宇，杜建新，等. 铁矿石的烧结基础特性之新概念[N].北京科技大学学报，2002，24(3): 254-257.