高炉炼铁对炉料质量的要求及优化配矿技术--论文.docx

高炉炼铁对炉料质量的要求及优化配矿技术 一、高炉炼铁炉料质量对生产有重要意义炼铁学基本理论和高炉生产实践均证明，优化高炉炼铁原燃料的质量和冶金性能既是高炉高效化、大型化、长寿化、节能减排的前提条件，也是提高喷煤比、降低焦比和燃料比的基础条件。所谓优化炉料质量即是提高炉料质量是入炉矿品位高，渣量少和改善原燃料性能等。大高炉做到入炉矿品位58%、炉料含低SiO2、低Al2O3、低MgO，高炉渣比在300kg/t铁以下，焦炭的反应性（CRI）25%，反应后的强度在65%等，这是保证高炉生产高效、低耗和大喷煤的必要条件。1. 高炉炼铁是以精料为基础钢铁产业发展政策规定：“企业应积极采用精料入炉、富氧喷吹、大型高炉先进工艺技术和装备。精料是基础。国内外炼铁工作者均公认，高炉炼铁是以精料为基础。精料技术对高炉生产指标的影响率在70%，工长操作水平的影响占10%，企业现代化管理水平占10%，设备作业水平占5%，外界因素（动力、供应、上下工序等）占5%。在高冶炼强度、高喷煤比条件下，焦炭质量变化对高炉指标的影响率在35%左右。炼铁精料技术的内涵：精料技术的内容有：高、熟、稳、均、小、净,少,好八个方面 高：入炉矿含铁品位高，原燃料转鼓指数高，烧结矿碱度高。入炉矿品位高是精料技术的核心，其作用：矿品位在57%条件下，品位升高1%，焦比降1.0%1.5%，产量增加1.5%2.0%,吨铁渣量减少30公斤,允许多喷煤粉15公斤.；入炉铁品位在52%左右时，品位下降1%，燃料比升高2.0%2.2%。高碱度烧结矿是碱度在1.82,2（倍），其转鼓强度高、还原性好。 熟：指熟料（烧结和球团矿）比要高，一般80%。 稳：入炉的原燃料质量和供应数量要稳定。要求炉料含铁品位波动0.5%，碱度波动60%）、软融温度高（1200以上）、软融温度区间要窄（100150）、低温还原粉化率和膨胀率要低（一级15%，二级20%）等。2用科学发展观来采购原燃料用精料技术的内容来判断铁矿石性能的优劣，不能只看其价格，要看它的化学成分和物理性能，以及使用效果（造块和高炉冶炼）。要用技术经济分析的办法进行科学计算和评价，找出合理采购铁品位的数值。算账不能只计算到采购及炼铁效果，还要看对炼钢、轧钢，以致对全公司的影响。所以，买低品位铁矿石要有个度。还要研究其对能耗和环境的影响。韩国、日本和宝钢买煤，要求煤的热值要大于7400大卡。我国有些企业在买6500大卡的煤。这样，企业之间的能耗水平就不是在一个起点上的对标。我国炼铁用焦炭灰分一般在12.5%左右。欧美国家炼铁用的焦炭灰分要比我国低3%左右。这样，我国与他们的燃料比就有不可比性。韩国FINIX所用的煤灰分在68%，入炉铁品位在61%，所消耗的煤炭为710kg/t（比高炉能耗高）。焦炭质量的优劣对企业的生产指标影响是很大的，特别是企业之间的吨钢综合能耗、炼铁工序能耗进行进行对标，要作具体分析，要注重所用焦炭的质量情况。焦炭质量对高炉的影响见表1：表1 指标 变动量 燃料比变变化 铁产量变化焦炭M401%-5.6Kg/t+1.6%M10-0.2%-7.0Kg/t+5%灰份+1.0%+1.0%2%-2.2%3.0%CRI+1%+0.5%1.1%CSR+1%-2%-3%S份+0.1%+1.5%+2%-2%3%水份+1%+1.1%1.3%-2%-3%粒度1150+100-8Kg/t烧结矿FeO1.0%1.5%10501150+100-10Kg/t烧结矿碱度0.1(倍)3.0%3.5%9501050+100-15Kg/t熟料率+10%-4%5%950+100-20Kg/t烧结矿5mm粉末10%0.5%顶压提高10KPa-0.3%-0.5%矿石金属化率+10%-5%-6%鼓风湿度+1g/m+1Kg/t焦炭M401%-5.0Kg/t富氧1%-0.5%M10-0.2%-7.0Kg/t生铁含Si+0.1%+45Kg/t灰份+1.0%+1.0%2%煤气CO2含量+0.5%-10Kg/tS份+0.1%+1.5%2%渣量+100Kg/t+40Kg/t水份+1%+1.1%1.3%矿石直接还原度+0.1+8%转鼓+1%-3.5%炉渣碱度0.1(倍)3%入炉石灰石+100Kg+6%7%炉顶温度+100+30Kg/t碎铁+100Kg-20-40Kg/t焦炭CRSCSI+1%+1%-0.5%-1.1%-2%-3%矿石含硫+1%+5%烧结球团转鼓+1%-0.5%从表2可看出，M10变化0.2%，燃料比将变化7kg/t，比焦炭的其它指标对高炉指标的作用都大。所以，我们应十分关注M10的变化，希望其值7%。4.新修订的高炉炼铁工程设计规范对不同容积的高炉使用烧结、焦炭、球团、入炉块矿、煤粉质量均有具体要求。祥见表310. 表3 .入炉原料含铁品位及熟料率要求炉容级别(m3)10002000300040005000平 均 含 铁56%57%58%58%58%熟 料 率80%83%85%85%85%注：平均含铁的要求不包括特殊矿。表4 烧结矿质量要求炉容级别(m3)10002000300040005000铁 份 波 动0.5%0.5%0.5%0.5%0.5%碱 度 波 动0.080.080.080.080.08铁份和碱度波动的达标率80%85%90%95%98%含 FeO9.0%8.8%8.5%8.0%8.0%FeO 波 动1.0%1.0%1.0%1.0%1.0%碱度（CaO/SiO2）1.82.251.82.251.82.251.82.251.82.25转 鼓 指 数+6.3mm71%74%77%78%78%还原度70%72%73%75%75%表5 球团矿质量要求炉容级别(m3)10002000300040005000含铁量63%63%64%64%64%转鼓指数+6.3mm86%89%92%92%92%耐磨指数-0.5mm5%5%4%4%4%常温耐压强度(N/个球)20002000220023002500低温还原粉化率+3.15mm65%65%65%65%65%膨胀率15%15%15%15%15%铁 分 波 动0.5%0.5%0.5%0.5%0.5%还原度70%72%73%75%75%注：不包括特殊矿石。球团矿碱度应根据高炉的炉料结构合理选择，并在设计文件中做明确规定，为保证球团矿的理化性能，宜采用酸性球团矿与高碱度烧结矿搭配的炉料结构。表6 入炉块矿质量要求炉容级别(m3)10002000300040005000含铁量62%62%63%63%63%热爆裂性能1%1%1%铁 分 波 动0.5%0.5%0.5%0.5%0.5%表7 原料粒度要求烧结矿块矿球团矿粒度范围(mm)550粒度范围(mm)530粒度范围(mm)618粒度大于50mm8%粒度大于30mm10%粒度918mm85%粒度小于5mm5%粒度小于5mm5%粒度小于6mm5%注：石灰石、白云石、萤石、锰矿、硅石粒度应与块矿粒度相同。表8 顶装焦炭质量要求炉容级别(m3) 10002000300040005000M4078%82%84%85%86%M107.5%7.0%6.5%6.0%6.0%反应后强度CSR58%60%62%64%65%反应性指数CRI28%26%25%25%25%焦炭灰分13%13%12.5%12%12%焦炭含硫0.85%0.85%0.7%0.6%0.6%焦炭粒度范围(mm)75257525752575257530粒度大于上限10%10%10%10%10%粒度小于下限8%8%8%8%8%表8 喷吹煤质量要求炉容级别(m3)10002000300040005000灰分Aad12%11%10%9%9%含硫St,ad0.7%0.7%0.7%0.6%0.6%表10 入炉原料和燃料有害杂质量控制值（kg/t）K2O+Na2O3.0Zn0.15Pb0.15As0.1S4.0Cl0.65.高炉炼铁生产对铁矿石质量的要求5.1.高炉炼铁对铁粉矿的质量要求：铁矿粉分为烧结粉和球团精粉两类，对两类的质量要求列于表11/12表11 对烧结粉矿和球团精粉化学成分的要求（%）铁矿粉种类TFe SiO2 Al2O3 S P K2O+Na2O cl TiO2 Pb Zn Cu As 烧结粉矿62.0 5.0 2.0 0.3 0.05 0.2 0.001 0.25 0.1 0.1 0.2 0.07 球团精粉66.0 3.5 1.5 0.3 0.05 0.2 0.001 0.25 0.1 0.1 0.2 0.07 表12 对烧结粉矿和球团精粉物理性能的要求（%）矿粉种类铁6.3mm 1（200目） 比表 积（cm2/g）H2O LOI 烧结粉矿8.0 22.0 2030 6 6 球团精粉80.0 1300 8 1.5 5.2.高炉炼铁对块矿的质量要求：对直接用于高炉冶炼块矿质量要求包括化学成分，物理性能和冶金性能三个方面，分为三级列于表13 表13 高炉炼铁对块矿质量要求指标 指标化学成分（%）物理性能（%）等级TFe SiO2 Al2O3 S P K2O+Na2O cl TiO2 T+6.3 DI-6.3 +31.5 H20 一级65.0 3.0 1.0 0.05 0.06 0.02 0.001 0.25 85.0 5.0 5.0 5.0 6.0 二级63.0 4.0 1.6 0.10 0.12 0.10 0.002 0.50 80.0 7.5 7.5 7.5 7.5 三级62.0 5.0 2.0 0.20 0.20 0.30 0.003 0.80 75.0 10.0 10.0 10.0 10.0 表14 高炉炼铁对块矿冶金性能的要求RI(%)RDI+3.15(%)TBS()TBE()TB()H2OLOI块矿70.085.09001200300球精粉80.0130081.55.3.高炉炼铁对烧结矿的质量要求：烧结矿是我国高炉炼铁的主要原料（占炉料结构的75%左右），它的质量很大程度上影响着高炉的指标，因此高炉炼铁应十分重视烧结矿的质量，配料希望不加MgO，对其的质量要求列于表15 表15 高炉炼铁对烧结矿的质量要求烧结矿级别TFe FeO SiO2 Al2O3 MgO CaO/ SiO2 S P TiO2 K2O+ Na2O 优质58.0 8.0 5.0 1.8 1.8 1.90 0.03 0.05 0.25 0.02 普通55.0 10.0 6.0 2.0 2.0 180 0.06 0.07 0.40 0.10 表16 高炉炼铁对烧结物理、冶金性能的要求烧结矿级别转鼓指数筛分指数抗磨指数还原度指数低温还原粉化指数T+6.3(%) (%)(%)RI(%) RDI+3.15(%) 优质73.0 5.0 6.0 82.0 75.0 普通70.0 8.0 8.0 78.0 70.0 5.4.高炉炼铁对球团矿的质量要求：球团矿也是高炉炼铁的一种主要原料，它的优势在高品位、低Si02，高MgO它是高炉炼铁的优质原料，对球团矿的质量要求列于表17 表17 高炉炼铁对球团矿的质量要求球团矿类别TFe FeO SiO2 MgO S TiO2 K2O+ Na2O CaO/SiO 酸性66.0 2.0 4.0 2.0 0.03 0.25 0. 2 0.30 碱性64.0 1.0 3.5 0.05 0.25 0. 2 0.80 表18 高炉炼铁对球团物理、冶金性能的要求球团矿类别抗压强度转鼓指数筛分指数抗磨指数915mm 还原度还原膨胀指数(N/个球) T+6.3(%) (%)(%)(%) RI(%) RSI(%) 酸性2500 90.0 5.0 5.0 90.0 65 15.0 碱性2200 88.0 6.0 6.0 85.0 75 20.0 6.不同容积的高炉对炉料质量的要求不一样，大高炉要有高质量炉料，见表19中的具体数据：表19 2014年不同容积高炉指标企业，炉号沙钢京唐1宝钢2梅山邯宝1鞍钢1宣钢2韶钢7邯钢5三明6首秦2莱钢1西林5杭钢1中天7达州2济源5容积m358005500470640703200320026002200200018001780128012601250850480450燃料比kg/t524.6496.9492494498.8506506514501.5511.527501486523511513529焦比kg/t302.1310288311329323375343363338343348312370321402349焦丁kg/t47.525.827.041.746.856.036.534.050.225.924.016.033.920.123.428.222.0煤比kg/t174.916317714012212794.213798.214715913717213316683.1157能耗kgce/t363.0371.5403.7入炉铁品位%59.6059.5959.5258.758.158.857.258.155.856.356.158.654.755.551.9烧结品位%56.6257.6057.9857.256.654.754.354.155.355.753.953.151.154.2球团品位%63.465.064.262.661.764.161.953.562.0熟料比%88.087.187.9887.0381.4095.1991.0685.0094.9290.084.282.978.488.55烧结碱度,倍1.962.001.801.922.002.151.931.941.712.101.951.892.022.34焦M40，%89.190.9289.1288.5089.0786.4986.9584.5688.23M2590.381.4M2591.678.088.51焦M10，%5.655.705.426.005.826.106.236.175.826.177.705.947.636.64焦CRI,%23.4520.8424.9823.7422.3121.9725.6930.3025.629.033.037.02焦CSR,%67.3671.7367.6168.1668.2368.0064.8060.1965.759.346.350.387.不同的操作制度，可适应不同的炉料质量，取得最优的技术经济指标，得到低成本。如沙钢5800M3高炉的炉料质量比京唐高炉用炉料质量差；但沙钢开发出适应本企业炉料质量的优化布料技术，适宜的鼓风动能，富氧12.62%，煤比174.98kg/t,煤气CO2含量达23.70%，炉缸活跃，铁水温度充沛，炼铁工序能耗363.09kgce/t,铁水成本较低，取得较好的经济效益。因此，各企业要寻找适合本企业炉料质量的高炉操作制度，求得优化的指标和底成本。二优化配矿技术优化配矿是要实现铁矿石的性质与烧结和球团指标之间的内在关系。我们要在满足烧结、球团质量要求和矿石供应条件的基础上，通过优化配矿使矿石（单一或混合矿）具备优良的制粒性能、成矿性能，造出的熟料，能使高炉取得良好的技术经济指标。首先，要掌握铁矿石的制粒性能、成矿行为，找出影响造块（烧结、球团）质量的主要因素，分析出铁矿石成分、性能与熟料质量之间的相关内在联系；在满足熟料质量要求的基础上，实现最低成本的配矿方案。1.铁矿石优化配矿技术针对铁矿粉的优化配矿技术已被普遍重视，为企业扩大铁矿资源，降低烧结和炼铁成本、提高企业竞争力，提供了有效支撑。优化配矿技术的发展和应用已不在停留在化学成分、成本的简单要求，而是结合铁矿粉烧结条件下的高温烧结性能，其在烧结过程中的作用和贡献，铁矿粉之间性能差异与性能互补性，合理的利用不同类型的铁矿粉层面。中南大学姜涛等人针对褐铁矿、钒钛磁铁矿、含氟铁矿、镜铁矿、赤/褐混合铁矿等的应用问题，建立了快速评价铁矿石成矿性能的铁酸钙生成曲线法，揭示了含铁原料基本物化性能与制粒、成矿性能的关系，提出了基于调控粘附粉含量、成分、比表面积和核颗粒矿物组成的配矿标准，开发出化配矿综合技术经济系统，解决了多品种、难造块铁矿资源快速优化配矿的难题。工业生产采用该技术后，使褐铁矿、镜铁矿配比分别增加20%、10%以上，烧结原料成本降低了25元/t以上。2. 铁矿石含铁品位综合评价方法所谓铁矿石品位综合评价法是不仅考虑铁矿石的品位，同时兼顾铁矿石的有价成分和负价成分，即碱性脉石的价值和酸性脉石的影响，具体表达式依炉渣的二元碱度（R2）还是四元碱度（R4）列为两式： TFe（R2综）=TFe100+2R2(SiO2+ Al2O3)-2(CaO+MgO)-1100%1 TFe（R4综）=TFe100+2R4(SiO2+ Al2O3)-2(CaO+MgO)-1100%2式中R2、 R4分别为二元和四元炉渣碱度，SiO2、Al2O3、CaO和MgO均为铁矿石的化学成分含量（%）。 该两个表达式可说明铁矿石的实际品位，既考虑了碱性脉石（CaO+MgO）的作用，又扣除了酸性脉石（SiO2+ Al2O3）作为渣量的源头对品位造成的影响，这就是铁矿石的实际品位。这种综合评价法所不足的是尚没有考虑有害杂质对品位造成的影响（有害元素增加1%，高炉生产增加成本3050元/吨），下面以表达式2举2个实例作计算和分析说明。例1：宝钢进口巴西的高品位低SiO2低Al2O3矿的实际综合品位分析。 进口铁矿粉和炉渣（宝钢1#高炉）的化学成分列于下表19项目 TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO CaO/ SiO2 铁矿粉 67.5 0.70 0.74 0.01 0.02 - 0.14 1#炉渣 - 33.96 14.25 41.64 7.83 0.17 1.026（四元R） 将表中数据代入2式得：TFe（R4综）=67.5100+21.026(0.7+0.74)-2(0.01+0.02)-1100% =67.5100+2.955-0.06-1 =67.5/102.9100% =65.60% 例2：沿海某钢铁企业进口印度低品位，高SiO2高Al2O3矿的实际综合品位分析。 进口铁矿粉和炉渣的化学成分列于下表20项目 TFe SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO CaO/ SiO2 铁矿粉 60.0 6.0 4.0 0.20 0.10 - 0.03 炉渣 - 32.23 18.98 35.05 10.38 - 0.887 将表中数据代入2式得：TFe（R4综）=60.0100+20.887(6.0+4.0)-2(0.2+0.10)-1100% =60.0100+17.74-0.6-1 =60.0/117.14100% =51.22% 实例分析：由以上两个实例可以说明，铁矿石的脉石含量对其实际品位有直接影响。在宝钢条件下，进口铁矿石的综合品位仅比标出品位低不足2.0%：Tfe=标出品位一综合品位=67.5%-65.6%=1.9%。而对沿海某企业的高SiO2高Al2O3矿而言，情况就大不一样，Tfe=60.0%-51.22%=8.78%因此购买铁矿石必须考虑脉石的含量，特别要注意酸性脉石(SiO2+ Al2O3)对综合品位的影响，达到合理的性价比。正因为矿石的Al2O3含量会影响炉渣Al2O3和MgO含量，因此计算应考虑炉渣的四元碱度，而非二元碱度，故建议应采用计算式2作为铁矿石品位综合评价法。3.铁矿石冶金价值的评价方法： 这一评价法是前苏联M.A.巴甫洛夫院士提出的铁矿石冶金价值的计算方法（公式）：P1=(Ff)(p-CP2-cP3-g) 3式中：P1为铁矿石的价值（元/t）， F为铁矿石的品位（%） f为生铁的含铁量（%） P为生铁车间成本（元/t） C为焦比（t/t） P2为焦炭价格（元/t） c为生铁熔剂消耗（t/t） P3为熔剂价格（元/t） g为炼铁车间加工费（元/t） M.A.巴甫洛夫院士提出的上一计算公式，是上世纪四十年代的事，当时铁矿石的品种很单一，主要是天然块矿入炉，当时高炉炼铁远没有喷煤，有害杂质对矿石冶炼价值的影响，也不如当代认识的突出，因此是一个很有水平的铁矿石价值计算公式，它既考虑了铁矿石的品位，同时考虑焦比和熔剂消耗的因素，它直接计算出了铁矿石在某厂条件下的利用价值，计算出来的数据直观所用铁矿石到厂的最高价，若购买超过P1的价格，就意味着采用这种价格的铁矿石冶炼工厂就要亏本。4.铁矿石极限价值和实用价值评价方法：根据现代高炉炼铁喷煤和有害元素对矿石冶炼价值的影响，也参照了国内邯钢和华菱集团涟钢对M.A.巴甫洛夫院士计算公式的修正意见，提出一个简单易行的直接入炉铁矿石价格的评价方法（计算公式）： 铁矿石的剩余价值P1=PM-PS4 式中PM为铁矿石用于冶炼的极限价值，PS为铁矿石的实用价值。4.1、矿石的极限价值：PM=(Ff)(P-C1P1-C2P2- C3P3- C4P4-g) 55式中的含义是铁矿石的极限价值等于生铁成本减去焦炭、喷煤熔剂、有害杂质的消耗加上车间加工费之和。5式中：F、f、P和g与3式中相同。 C1、P1为焦比（t/t）和焦炭的价格（元/t） C2、P2为喷煤比（t/t）和煤粉的价格（元/t） C3、P3为炼铁熔剂消耗（t/t）和熔剂的价格（元/t） C4、P4为有害杂质总量（kg/t）和其当量价值（元/kg）例3：设某厂买入的铁矿石品位(F)为62%，生铁的含铁量（f）为95%，生铁的成本价格（P）为2800元/t，炼铁焦比（C1）为380kg/t，焦炭的价格为2000元/t，喷煤比(C2)160kg/t，煤粉的价格（P2）为900元/t。吨铁有害杂质总量为3.5kg/t，有害杂质的当量价值(P4)为30元/kg,将以上数据代入5式得：PM=62%/0.95(2800-0.382000-0.16900-0.145120-3.530-120)= 62%/0.95（2800-760-144-17.4-105-120）= 62%/0.95（2800-1146.4）= 1079.14元/t例3计算的结果告诉我们，在已知的条件下，62%品位铁矿石的最高买价（PM）为1079. 14元/t，若超过此值，炼铁会亏本。4.2铁矿石实用价值：PS=C1Tfe+C2(CaO+MgO)-C3(SiO2+Al2O3)-C4(CaO+MgO+SiO2+Al2O3 +S+P+5K2O+Na2O+PbO+ZnO+ As2O3+CuO+5CL) 6 式中C1为铁矿石的平均成本（元/tFe）C2为矿石中碱性脉石(CaO+MgO )的价值，C3为矿石中酸性脉石（SiO2+Al2O3)消耗熔剂的当量价值， C4为矿石中除Fe元素外其他元素消耗燃料的当量价值。 式中其余符号均为铁矿石的化学成分。 6式的直观性很强，即铁矿石的实用价值等于其有价元素价值之和与负价元素消耗之和的差值。 例5：某厂购进铁矿石的化学成分列于下表6 Tfe SiO2 Al2O3 CaO MgO S P K2O Na2O PbO ZnO CuO As2O3 CL 63.0 4.5 1.9 0.20 0.10 0.05 0.07 0.20 0.18 0.10 0.10 0.15 0.008 0.01 设C1=1815 C2=400 C3=520 C4=430 将上表数据代入6中得：PS=180063.5%+400(0.2+0.1)%-520(4.5+1.9)%-430(0.2+0.1+4.5+1.9)+0.05+0.07+50.2+0.18+0.10+0.10+0.15+0.008+50.01）% =1143.0+1.2-33.28-35.86 =1075.06元/t若把例3、例4结合起来，则P1=PM-PS=1079.14-1075.06=4.08元/t说明在上两种条件下，铁矿石有4.08元/t的剩余价值。相当于采用此矿价冶炼一顿生铁有4.081.65=6.73元的效益，可见效益甚微。注：本例题C1、C2、C3和C4的设定是根据长治钢铁公司的设定值由矿价的涨幅作适当调整而来的（原长钢的设定值C1=585，C2=100，C3=172，C4=143），本例题中1800是根据平均矿价1200元/t，冶炼一顿生铁，采用63.5%品位需用1.5吨矿，得吨铁平均矿价1800元.C2、C3、C4各企业可根据本企业的实际数据作修正。以上铁矿石的极限价值和实用价值适用于直接入炉的块矿和球团矿，不适用于烧结生产和球团矿生产的粉矿和精粉。因为粉矿和精粉的实用价值还受着其烧结特征和球团焙烧特性的影响。4.3.烧结粉和球团精粉价值评价方法： 已有的文献资料，对烧结粉的价值评价倾向于用单烧值的烧结指标和冶金性能进行经济分析，再根据所用烧结矿的炼铁价值去推算铁矿粉的价值，而且以自熔性烧结矿为基础。笔者认为这实际上是很难实现的，笔者曾对十八种进口铁矿粉的单烧指标作过质量分析，进行单烧试验的料层厚度不同，碱度不同配比和混合料