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燒結(jié)礦的質(zhì)量好壞，要看化學(xué)性能、物理性能和冶金性能三方面的內(nèi)容?；瘜W(xué)性能是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。燒結(jié)礦質(zhì)量的好壞，對于高爐冶煉的主要操作指標(biāo)是如何發(fā)生作用的?這也要從化學(xué)性能、物理性能和冶金性能三方面來詳細(xì)分析。
燒結(jié)礦化學(xué)性能對高爐冶煉指標(biāo)的影響
2016年我國幾家企業(yè)燒結(jié)生產(chǎn)主要技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)列于表1。
品位和SiO2含量對高爐冶煉主要操作指標(biāo)的影響。在常態(tài)下，入爐礦品位變動(dòng)1%，高爐燃料比會(huì)變動(dòng)1%~1.5%，產(chǎn)量變動(dòng)2%~2.5%。確認(rèn)了爐料結(jié)構(gòu)燒結(jié)礦的比例，即可計(jì)算出燒結(jié)礦品位變動(dòng)1%對高爐燃料比和產(chǎn)量的影響。入爐礦SiO2含量變動(dòng)1%，影響渣鐵比30kg/t~35kg/t，100kg渣量將影響燃料和產(chǎn)量各3.0%~3.5%，有了燒結(jié)礦的入爐比例，乘以比例即是燒結(jié)礦SiO2含量變動(dòng)對高爐主要操作指標(biāo)的影響。
值得指出的是，近年來一些企業(yè)還受著“低品質(zhì)礦冶煉新技術(shù)”的影響，片面追求低成本，入爐礦品位低至53%~54%，造成渣鐵比接近500kg/t，燃料比高于560kg/t。這樣的指標(biāo)根本不是低成本和高效益，這樣的結(jié)果值得企業(yè)經(jīng)營者考慮。
燒結(jié)礦堿度對高爐冶煉主要操作指標(biāo)的影響。堿度是燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)，生產(chǎn)實(shí)踐證明，燒結(jié)礦的最佳堿度范圍是1.9~2.3。當(dāng)堿度低于1.85，每降低0.1的堿度，將影響燃料比和產(chǎn)量各3.0%~3.5%。據(jù)了解，在實(shí)踐生產(chǎn)中，降低堿度對高爐燃料比的影響遠(yuǎn)高于3.5%的比例。要注意的是，在近年生產(chǎn)中，還有一些企業(yè)的燒結(jié)礦堿度低于1.80甚至低于1.70。應(yīng)該認(rèn)識到堿度對燒結(jié)礦質(zhì)量和高爐主要操作指標(biāo)的影響，幾家企業(yè)不同燒結(jié)礦堿度的高爐主要操作指標(biāo)列于表2。
燒結(jié)礦的MgO和Al2O3含量對高爐冶煉主要操作指標(biāo)的影響。MgO和Al2O3都是高爐爐渣的重要成分，一定量的MgO含量有利于改善爐渣的流動(dòng)性，并有利于脫硫和脫堿?？紤]到MgO對燒結(jié)礦質(zhì)量主要是負(fù)面影響，而燒結(jié)礦提高M(jìn)gO含量會(huì)明顯增加燒結(jié)礦成本，當(dāng)然也增加了生鐵成本，故近年來不少高爐提倡低MgO/Al2O3冶煉。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國已有40多座高爐將MgO/Al2O3從0.6降低到0.4的水平，在常態(tài)下，燒結(jié)礦MgO含量應(yīng)控制在1.6%~1.8%，不要高于2.0%;在高爐渣Al2O3不高于17%的條件下，MgO不高于9%是合理的。正常情況下，燒結(jié)礦的Al2O3含量不高于2%。近幾年，隨著進(jìn)口鐵礦資源Al2O3含量不斷升高，我國燒結(jié)礦和高爐渣的Al2O3含量都有升高的趨勢，但為了降低成本去采購高Al2O3礦，實(shí)行高鋁、高鎂、大渣量、高燃料比的做法是不科學(xué)不合理的。它不僅與高爐煉鐵的精料方針背道而馳，也達(dá)不到低成本高效益的目的。
一般情況下，爐渣的Al2O3含量保持在13%~15%的水平，高于15%后，會(huì)降低爐渣的流動(dòng)性和脫硫效果。已有的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，高爐渣的Al2O3含量不高于17%，能保持高爐的穩(wěn)定和順行。
燒結(jié)礦的FeO含量對高爐冶煉主要操作指標(biāo)的影響。燒結(jié)礦的FeO含量應(yīng)≤9%，適當(dāng)?shù)腇eO有利于燒結(jié)礦的強(qiáng)度，但不是FeO含量越高燒結(jié)礦強(qiáng)度越好。有些企業(yè)煉鐵廠廠長提出，F(xiàn)eO含量不得低于9.5%，甚至不得低于10.5%。從燒結(jié)礦的質(zhì)量出發(fā)，F(xiàn)eO含量高就意味著高配碳和高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)生產(chǎn)不出優(yōu)質(zhì)燒結(jié)礦，不利于改善高爐冶煉指標(biāo)。高FeO燒結(jié)礦影響燒結(jié)礦的還原性，不利于提高產(chǎn)量和降低燃料比，燒結(jié)礦的FeO每提高1%，會(huì)影響高爐產(chǎn)量和燃料比各1.0%~1.5%。
S、P、Ka2O、ZnO、Cl等有害化學(xué)成分對高爐冶煉主要指標(biāo)的影響。S和P對高爐過程的影響早已進(jìn)入常態(tài)化，當(dāng)前煉鐵工作者應(yīng)重視Ka2O、ZnO、Cl對高爐煉鐵過程的危害和破壞。多年來的高爐煉鐵實(shí)踐證明，低堿度(爐渣堿度低于1.05)能有效排堿(Ka2O、Na2O)，高頂溫(爐喉溫度大于550℃)能有效排ZnO。但Cl的危害和破壞往往被忽視，現(xiàn)在尚有幾家大鋼企還在對燒結(jié)礦噴灑CaCl2溶液。CaCl2進(jìn)入高爐后，爐料中的Ka、Na將CaCl2的Ca置換出來，生成KCl和NaCl蒸汽，在高爐內(nèi)循環(huán)富集，破壞爐料運(yùn)動(dòng)和焦炭質(zhì)量，腐蝕和破壞風(fēng)口。因此，必須對Cl元素進(jìn)入高爐后的危害和破壞作用引起重視。
燒結(jié)礦物理性能
對高爐冶煉指標(biāo)的影響
不同容積的高爐對燒結(jié)礦的強(qiáng)度和粒度都有一定的要求，燒結(jié)礦的強(qiáng)度不夠就會(huì)產(chǎn)生粉末。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，小于5mm的粉末每增加1%，燃料比會(huì)升高0.5%，產(chǎn)量降低0.5%~1%。
粒度是影響煤氣利用率和燃料比的一個(gè)重要因素，高爐煉鐵不是原料的粒度越大透氣性越好，也不是粒度越小越好，總的來說應(yīng)該是小而勻，中小高爐粒度以10mm~25mm為宜，大于3000m3的大高爐粒度以25mm~40mm為主。適當(dāng)縮小燒結(jié)礦粒度，改善高爐上部塊狀帶的還原性值得煉鐵工作者關(guān)注。法國索里梅公司2813m3高爐，入爐燒結(jié)礦的粒度從15mm縮小到13mm，粒度5mm~10mm的比例從30%增加到34%，粒度大于25mm的比例從23%降低到17%。該高爐渣鐵比為305kg/t，風(fēng)溫1250℃，由于縮小燒結(jié)礦的粒度，該高爐創(chuàng)造了燃料比439kg/t的世界紀(jì)錄。
燒結(jié)礦冶金性能
對高爐冶煉指標(biāo)的影響
燒結(jié)礦還原性對高爐冶煉主要操作指標(biāo)的影響。燒結(jié)礦還原性取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)，還原性不好的燒結(jié)礦裝入高爐后，首先會(huì)影響高爐上部塊狀帶的煤氣利用率，造成高爐內(nèi)上部間接還原減少、直接還原增加，影響高爐的燃料比和產(chǎn)量。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，入爐礦的直接還原變動(dòng)10%，影響高爐燃料比和產(chǎn)量各10%。多數(shù)高堿度燒結(jié)礦的900℃還原性應(yīng)≥85%，燒結(jié)礦的氧化鎂和亞鐵含量高均會(huì)明顯降低燒結(jié)礦的還原性。
燒結(jié)礦低溫還原粉化性能對高爐主要操作指標(biāo)的影響。燒結(jié)礦在低溫下還原產(chǎn)生粉化的原因主要是骸晶狀赤鐵礦(又稱再生赤鐵礦)在低溫還原過程中發(fā)生晶格轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的極大內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致燒結(jié)礦碎裂。除此之外，礦種、配碳、TiO2和Al2O3含量過高等因素也會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)礦產(chǎn)生低溫還原粉化，這是影響高爐上部塊狀帶透氣性的限制性環(huán)節(jié)。已有的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)證明，燒結(jié)礦的RDI-3.15每增加10%，影響高爐產(chǎn)量3%以上，燃料比升高1.5%。
燒結(jié)礦荷重還原軟化性能對高爐冶煉主要操作指標(biāo)的影響。燒結(jié)礦的荷重還原軟化性能取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。開始軟化溫度的高低往往是其氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度起主導(dǎo)作用的結(jié)果，軟化終了溫度往往是礦物組成起主導(dǎo)作用。關(guān)于荷重軟化性能對高爐主要操作指標(biāo)的影響，國內(nèi)外僅有意大利的皮昂比諾公司在其4號高爐上做過統(tǒng)計(jì)，含鐵原料的開始軟化溫度(TBS)由1285℃提高到1335℃，高爐的透氣性ΔP由5.2kPa降低到4.75kPa，產(chǎn)量提高了16%，這可說明燒結(jié)礦的荷重還原軟化性能對高爐操作指標(biāo)的影響不容忽視。
燒結(jié)礦的熔滴性能對高爐主要操作指標(biāo)的影響。熔融滴落性能簡稱熔滴性能，是燒結(jié)礦最重要的冶金性能，因?yàn)槿廴诘温鋷У淖枇p失占高爐總壓損的60%，這也是近年來高爐操作由過去長期以高爐上部操作為主轉(zhuǎn)變?yōu)橄虏坎僮鳛橹?，形成新的高爐操作理念的原因所在。美國學(xué)者L.A.Hass等提出，對高爐爐料來說，熔滴性能總特性值(S)≤40kPa·℃是適宜的。
為了掌握和改善燒結(jié)礦的熔滴性能，煉鐵工作者認(rèn)識和理解TS(開始熔融溫度)、Td(開始滴落溫度)和ΔPm(最大壓差值)的取決條件是十分必要的。
開始熔融溫度(Ts)也即壓差開始陡升溫度(ΔPs)取決于FeO低熔點(diǎn)渣的熔點(diǎn)。含F(xiàn)eO高的爐料，會(huì)較早地造成壓差開始陡升。而渣相中的FeO取決于爐料被還原的程度。
開始滴落溫度(Td)取決于渣相熔點(diǎn)和金屬滲碳反應(yīng)。高堿度燒結(jié)礦由于含F(xiàn)eO低和還原性優(yōu)良，渣熔點(diǎn)高，滴落溫度也就高。
燒結(jié)礦在高爐內(nèi)熔滴帶最大壓差值(ΔPm)取決于渣相量和渣相黏度的高低。一般品位低、渣鐵比高、Al2O3或TiO2含量高的燒結(jié)礦ΔPm值高。
對改善燒結(jié)礦質(zhì)量的認(rèn)識
綜上所述，筆者認(rèn)為，燒結(jié)礦的質(zhì)量由化學(xué)性能、物理性能和冶金性能組成，它們?nèi)咧g的關(guān)系為：化學(xué)性能是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。燒結(jié)礦的化學(xué)性能主要考慮品位、SiO2含量、堿度和MgO、Al2O3、FeO含量，以及S、P、Ka2O、ZnO、Cl等有害化學(xué)成分的含量。含鐵品位是燒結(jié)礦質(zhì)量的核心，高堿度是燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)，燒結(jié)礦生產(chǎn)追求高料層、高堿度、高還原性和低碳、低亞鐵的三高兩低目標(biāo)。高M(jìn)gO、高Al2O3、高FeO和大粒度的高溫型燒結(jié)不是燒結(jié)生產(chǎn)的方向，低碳厚料層的低溫?zé)Y(jié)才是燒結(jié)生產(chǎn)的方向，優(yōu)良的燒結(jié)礦質(zhì)量有利于實(shí)現(xiàn)高爐低燃料比煉鐵。優(yōu)良的冶金性能是燒結(jié)礦質(zhì)量的關(guān)鍵，煉鐵工作者為改善高爐操作指標(biāo)，應(yīng)重視和關(guān)注燒結(jié)礦冶金性能的改善。
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