妥建德，付光軍

（酒鋼集團(tuán)宏興股份公司鋼鐵研究院，甘肅　嘉峪關(guān)?。罚常担保埃埃?/span>

摘　要：根據(jù)燒結(jié)、球團(tuán)兩種工藝對(duì)堿度（ＣａＯ ／ ＳｉＯ_２ ）的不同需求，將鐵精礦按ＳｉＯ_２、ＣａＯ 含量進(jìn)行分類(lèi)，用高ＳｉＯ_２精礦制取球團(tuán)，研究其質(zhì)量指標(biāo)和冶金性能，并進(jìn)行高、低ＳｉＯ_２ 精礦在燒結(jié)工藝和球團(tuán)工藝使用的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，提出了酒鋼現(xiàn)有條件下球團(tuán)工藝和燒結(jié)工藝的精礦分類(lèi)利用標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān) 鍵 詞：鐵精礦； 燒結(jié)球團(tuán)； 分類(lèi)利用

１　引言

燒結(jié)、球團(tuán)是鋼鐵行業(yè)應(yīng)用最廣泛的高爐原料造塊方法，兩種工藝的最大區(qū)別是：燒結(jié)生產(chǎn)為滿(mǎn)足強(qiáng)度要求， 需配加ＣａＯ 達(dá)到較高的堿度（ ＣａＯ／ＳｉＯ_２），因此鐵精礦中ＳｉＯ_２ 越高，配入的ＣａＯ 就更多，造成燒結(jié)礦品位下降。對(duì)于球團(tuán)礦生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，鐵精礦中ＳｉＯ_２升高后，不會(huì)造成球團(tuán)礦品位的進(jìn)一步降低，并且球團(tuán)的ＳｉＯ_２ 含量增加， 在一定范圍內(nèi)有利于球團(tuán)內(nèi)部形成較多的渣鍵，可以抑制球團(tuán)膨脹和抵制晶須的成長(zhǎng)^［１］ 。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于煉鐵、燒結(jié)、球團(tuán)技術(shù)的研究，都立足于提高各自的技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)，缺少以煉鐵為核心的燒結(jié)、球團(tuán)工藝的經(jīng)濟(jì)性研究。實(shí)際上，部分用于球團(tuán)生產(chǎn)的低ＳｉＯ_２ 鐵精礦，如果改用于燒結(jié)生產(chǎn)效果可能更好。在此基礎(chǔ)上提出了鐵精礦優(yōu)化使用，提高燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的經(jīng)濟(jì)性能，為降低生鐵成本開(kāi)創(chuàng)新的思路。

酒鋼高爐使用的高堿度燒結(jié)礦ＳｉＯ_２ 含量較高（７．８％～８．５％），球團(tuán)礦的ＳｉＯ_２ 含量在７％左右。為平衡爐渣堿度，需要配加較高比例的球團(tuán)礦或塊礦。但球團(tuán)礦比例增加后又造成生鐵成本上升，并影響高爐順行和護(hù)爐；同時(shí)酒鋼周邊為數(shù)不多的鐵塊礦資源大多為高硅低鐵，高有害元素（鉀、鈉、鋅、硫、磷等），限制了高爐使用比例，為此高爐配加一定比例的硅石來(lái)平衡爐渣堿度。因此，按照ＳｉＯ_２、ＣａＯ 含量對(duì)鐵精礦進(jìn)行分類(lèi)，進(jìn)行高ＳｉＯ_２ 鐵精礦生產(chǎn)球團(tuán)的質(zhì)量指標(biāo)及冶金性能試驗(yàn)研究，以及高、低ＳｉＯ_２精礦在燒結(jié)工藝和球團(tuán)工藝使用的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，探索分類(lèi)利用標(biāo)準(zhǔn)及可行性與經(jīng)濟(jì)性，對(duì)降低生鐵成本有積極的意義。

２　鐵精礦ＳｉＯ_２ 含量對(duì)燒結(jié)工藝和球團(tuán)工藝的不同影響

⑴精礦用于燒結(jié)生產(chǎn)過(guò)程中，需要配加ＣａＯ 來(lái)達(dá)到堿度要求。精礦中ＳｉＯ_２ 含量越高，需配加的ＣａＯ 就越多，造成燒結(jié)礦品位下降；同時(shí)燒結(jié)礦帶入高爐的ＣａＯ 增加，為平衡爐渣堿度需要，又需要增加ＳｉＯ_２的入爐量，導(dǎo)致高爐入爐品位下降，生鐵成本上升。

⑵同樣的精礦用于球團(tuán)礦生產(chǎn)，則不需要額外配加ＣａＯ，精礦中ＳｉＯ_２ 含量的上升不會(huì)導(dǎo)致球團(tuán)礦品位的進(jìn)一步下降。

球團(tuán)生產(chǎn)所用精礦一般以磁鐵精礦為主。由于磁鐵精礦粉在氧化氣氛中焙燒時(shí)能發(fā)生氧化、放熱和晶型轉(zhuǎn)變，而赤鐵礦沒(méi)有這種變化，因此磁鐵礦生球焙燒時(shí)所需的溫度和熱耗都較低，更易于焙燒固結(jié)，球團(tuán)礦的質(zhì)量也較好^［３］ 。酒鋼球團(tuán)生產(chǎn)所用的精礦以磁鐵精礦為主，ＳｉＯ_２ 在３％ ～ １６％之間，變化幅度高達(dá)１３％。根據(jù)燒結(jié)球團(tuán)兩種工藝的特點(diǎn)和不同需求，將精礦進(jìn)行分類(lèi)利用，對(duì)于降低煉鐵成本具有積極的意義。但由于國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)球團(tuán)所用精礦ＳｉＯ_２絕大多數(shù)在６．５％ 左右，使用高ＳｉＯ_２含量（８％～１０％）的精礦生產(chǎn)球團(tuán)，其冶金性能是否滿(mǎn)足高爐需要，還有待進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

３　酒鋼球團(tuán)用鐵精礦ＳｉＯ_２、ＣａＯ 含量

我國(guó)精礦的特點(diǎn)是品位低，雜質(zhì)高，ＳｉＯ_２絕大多數(shù)在６．５％ 以上，而國(guó)外鐵精礦ＳｉＯ_２ 一般在４％ 以下^［２］。

酒鋼自產(chǎn)的精礦，鐵品位在５３％左右，ＳｉＯ_２平均高達(dá)８％，屬于典型的低品高ＳｉＯ_２ 精礦。在酒鋼生產(chǎn)條件下測(cè)算，精礦在品位不變的情況下，精礦的ＳｉＯ_２、ＣａＯ 變化后，石灰石配比每上升１％，燒結(jié)礦品位下降０．４４％，燒結(jié)礦成本下降１．６ 元／ ｔ，生鐵成本上升５．３ 元／ ｔ。同樣的精礦用于球團(tuán)，不需要配加ＣａＯ 平衡堿度，因此不會(huì)帶來(lái)熔劑變化的不利影響。

２０１５ 酒鋼年球團(tuán)豎爐所用鐵精礦ＳｉＯ_２、ＣａＯ 含量和自然堿度情況見(jiàn)表１。２０１５ 年國(guó)內(nèi)部分廠(chǎng)家高爐用料數(shù)據(jù)見(jiàn)表２。

由表１、表２ 可見(jiàn)，２０１５ 年灑鋼球團(tuán)用鐵精礦ＣａＯ 含量超過(guò)１．５％部分占總量的１８．８８％；自然堿度≥０． ２ 部分平均自然堿度為０． ２８， 占總量的２５．６７％。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的酸性氧化性球團(tuán)的自然堿度一般都控制在０．１５ 左右。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)，初步確定酒鋼球團(tuán)所用精礦的ＣａＯ 含量不應(yīng)超過(guò)１．５％，自然堿度應(yīng)控制在０．２以?xún)?nèi)。

４　鐵精礦用于球團(tuán)、燒結(jié)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

４．１　鐵精礦用于球團(tuán)的經(jīng)濟(jì)性

以自產(chǎn)精礦為基準(zhǔn)，根據(jù)２０１５ 年所用１３ 家低硅精礦、１０ 種高硅精礦的平均ＳｉＯ_２、ＣａＯ 含量，及同期價(jià)格成本進(jìn)行球團(tuán)礦的經(jīng)濟(jì)性測(cè)算，結(jié)果見(jiàn)表３。

由表３ 可以看出，低硅精礦平均ＳｉＯ_２ 含量６．２５％，ＣａＯ 含量１．５％。以此為原料生產(chǎn)球團(tuán)礦進(jìn)入高爐后，在高堿度燒結(jié)礦配比超過(guò)一定數(shù)量時(shí)，需要增加硅石平衡爐渣堿度，造成入爐品位下降，焦比上升，造成生鐵成本上升３．５７ 元／ （ｔ·球團(tuán)礦）。

高硅精礦平均ＳｉＯ_２ 含量１０． ０６％，ＣａＯ 含量０．９％，以此為原料生產(chǎn)球團(tuán)礦入爐后，在高堿度燒結(jié)礦配比等同條件下，可減少甚至取消硅石配入，相應(yīng)入爐品位上升，焦比下降，可降低生鐵成本７．１１元／ （ｔ·球團(tuán)礦）。

４．２　鐵精礦用于燒結(jié)的經(jīng)濟(jì)性

以自產(chǎn)精礦為基準(zhǔn)，根據(jù)２０１５ 年所用１３ 家低硅精礦、１０ 種高硅精礦的平均ＳｉＯ_２、ＣａＯ 含量，測(cè)算生產(chǎn)１．８ 倍堿度的燒結(jié)礦在高爐使用的生鐵成本變化，結(jié)果見(jiàn)表４。

由表４ 可見(jiàn)，將ＳｉＯ_２低于７．８％、ＣａＯ 含量超過(guò)１．３％，自然堿度０．１７ 以上的鐵精礦用于燒結(jié)，較自產(chǎn)精礦平均降低生鐵成本２９ 元／ ｔ；ＳｉＯ_２ 高于７．８％、自然堿度低于０．１７ 的高硅鐵精礦用于燒結(jié)生產(chǎn)，生鐵成本較使用自產(chǎn)精礦平均增加４３．６ 元／ ｔ。

４．３　小結(jié)

綜合來(lái)看，在酒鋼目前條件下，將低硅精礦（ＳｉＯ_２平均６．３％、ＣａＯ 平均１．５％，自然堿度０．２４）的鐵精礦用于燒結(jié)生產(chǎn)，高硅鐵精礦（ＳｉＯ_２ 平均１０％、自然堿度平均０．９）用于球團(tuán)礦生產(chǎn)，其經(jīng)濟(jì)性相對(duì)最優(yōu)。

５　高ＳｉＯ_２球團(tuán)質(zhì)量及冶金性能研究

５．１　生球性能

在實(shí)驗(yàn)室制?。樱椋?sub>２含量分別為９．５％和１０．０％的兩組球團(tuán)，每組５ 個(gè)樣，生球性能平均數(shù)據(jù)見(jiàn)表５。

由表５ 可見(jiàn)，兩組生球質(zhì)量落下強(qiáng)度均大于２次／ 個(gè)，爆裂溫度均在５００ ℃以上。

５．２　成品球團(tuán)化學(xué)成分

成品球化學(xué)成分及抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表６。

從表６ 來(lái)看，成品球抗壓強(qiáng)度ＳｉＯ_２含量為９．５％時(shí)平均為１ ７２３ Ｎ／ 個(gè)，ＳｉＯ_２ 含量為１０％時(shí)平均為１ ８１１ Ｎ／ 個(gè)，整體差異不明顯，基本滿(mǎn)足高爐要求。

５．３　成品球冶金性能

成品球冶金性能見(jiàn)表７。

從表７ 可見(jiàn)：

球團(tuán)ＳｉＯ_２含量在９．５％～１０％之間，其軟化開(kāi)始溫度、軟化區(qū)間、最大壓差基本一致，分別為１ ０５０℃、６３ ℃、１３．８ ℃，均處于較好水平；還原度指數(shù)：ＳｉＯ_２含量９．５％的球團(tuán)較１０％的略高，但差別不大。熔融區(qū)間、ＳｉＯ_２含量９．５％的球團(tuán)熔融區(qū)間、膨脹指數(shù)較１０％的球團(tuán)高，但都滿(mǎn)足高爐需求；膨脹指數(shù)：ＳｉＯ_２含量９．５％的球團(tuán)膨脹指數(shù)平均９．３２％，ＳｉＯ_２ 含量１０％的球團(tuán)膨脹指數(shù)平均５．２６％，遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)普遍規(guī)定的球團(tuán)礦的膨脹率不大于２０％的要求^［３］ ，滿(mǎn)足高爐需要。

６　不同ＳｉＯ_２ 含量的球團(tuán)礦綜合爐料冶金性能試驗(yàn)

利用不同ＳｉＯ_２ 含量的球團(tuán)礦與堿度１．８０ 倍的燒結(jié)礦組成的綜合爐料方案如下：

方案１：３６％球團(tuán)礦（ＳｉＯ_２ ９．０％）＋６４％燒結(jié)礦。

方案２：３５％球團(tuán)礦（ＳｉＯ_２ ９．５％）＋６５％燒結(jié)礦。

方案３：３４％球團(tuán)礦（ＳｉＯ_２ １０％） ＋６６％燒結(jié)礦。

冶金性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表８。

表８ 試驗(yàn)結(jié)果表明：

ＳｉＯ_２含量在９％～１０％的三組球團(tuán)礦：

軟化開(kāi)始溫度、軟化區(qū)間整體差異不大；熔融開(kāi)始溫度相差不大，但隨著ＳｉＯ_２ 含量升高，熔融區(qū)間變寬，分別為３４ ℃、１２９ ℃、１４０ ℃；最高壓差隨著ＳｉＯ_２含量升高，分別為１１．８ Ｐａ、１０．３ Ｐａ、９．１ Ｐａ；ＳｉＯ_２含量在９．０％時(shí)，熔滴特性值最大，為１ ０３２，ＳｉＯ_２ 含量為９．５％和１０％時(shí)，均為９６０。

總體來(lái)看，冶金性能均滿(mǎn)足高爐生產(chǎn)需求。

７　不同抗壓強(qiáng)度下球團(tuán)冶金性能試驗(yàn)

制取抗壓強(qiáng)度不同的高硅球團(tuán)礦（ＳｉＯ_２ 含量１０％），其冶金性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表９。

試驗(yàn)結(jié)果表明，ＳｉＯ_２含量１０％、不同抗壓強(qiáng)度的球團(tuán)礦冶金性能變化不大。

８　高硅球團(tuán)礦（ ＳｉＯ_２ 含量９％～ １０％）在高爐使用情況

２０１６ 年１－５ 月份，酒鋼進(jìn)行了高ＳｉＯ_２球團(tuán)礦的生產(chǎn)及高爐配用的工業(yè)試驗(yàn)，高ＳｉＯ_２質(zhì)量情況見(jiàn)表１０。２０１６ 年１ －５ 月份，酒鋼球團(tuán)礦ＳｉＯ_２ 含量由６．６６％逐步提高９％以上，其中４ 月份月平均最高達(dá)到９．４２％，單日平均ＳｉＯ_２含量最高達(dá)１０．０８％。在此期間，球團(tuán)生產(chǎn)正常，高爐爐況順行、各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定，生產(chǎn)成本降低。由此說(shuō)明高爐部分配加ＳｉＯ_２ 含量９％～１０％的球團(tuán)礦是完全可行的。

９　結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐均表明，使用高硅精礦（ＳｉＯ_２含量９％～１０％）生產(chǎn)球團(tuán)，技術(shù)上可行，理化指標(biāo)、冶金性能均滿(mǎn)足高爐需要。

在酒鋼目前條件下，按精礦的ＳｉＯ_２、ＣａＯ 含量進(jìn)行分類(lèi)，將ＳｉＯ_２ ＜６．５％、含量＞１．５％，自然堿度＞０．２的鐵精礦用于燒結(jié)，ＳｉＯ_２ ＞８．５％、自然堿度＜０．１５ 的鐵精礦生產(chǎn)球團(tuán)，有利于降低生鐵成本。

參 考 文 獻(xiàn)：

［１］　劉竹林．煉鐵原料［Ｍ］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，２００９（８）：２４７．

［２］　張一敏．球團(tuán)礦生產(chǎn)技術(shù)［Ｍ］． 北京：冶金工業(yè)出版社，２００５（８）：１２．

［３］　王悅祥． 燒結(jié)礦與球團(tuán)礦生產(chǎn)［Ｍ］．北京：冶金工業(yè)出版社，２００６（７）：１０１．

［４］　劉竹林．煉鐵原料［Ｍ］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，２００９（８）：２４７．

［５］　張玉柱，胡長(zhǎng)慶． 鐵礦粉造塊理論與實(shí)踐［Ｍ］．北京：冶金工業(yè)出版社，２０１２．