許滿興
世界各國爐料結(jié)構(gòu)存在很大差異，西歐和北美高爐爐料結(jié)構(gòu)以球團(tuán)礦為主，且燒結(jié)礦比例在減少，球團(tuán)礦比例不斷增加；日本以燒結(jié)礦為主，球團(tuán)礦比例較低，但塊礦的比例不斷上升；我國亦以燒結(jié)礦為主，塊礦比例也在增加。高爐多配塊礦時要重視塊礦的品位、SiO2 含量和小于6.3mm 粒級的比例我國塊礦基本上依賴進(jìn)口，本文論述了進(jìn)口鐵塊礦用于高爐煉鐵的價值，分析了主要進(jìn)口鐵塊礦的化學(xué)成分、物理性能及冶金性能。
1 國內(nèi)外高爐爐料結(jié)構(gòu)的狀況
我國高爐煉鐵自上世紀(jì)八十年代初期，逐步形成高堿度燒結(jié)礦搭配酸性爐料(酸性球團(tuán)和塊礦)的爐料結(jié)構(gòu)形式，這種形式的爐料結(jié)構(gòu)發(fā)揮了高堿度燒結(jié)礦優(yōu)良冶金性能的優(yōu)勢和酸性爐料高品位、低渣量的優(yōu)勢，取得了良好的冶煉效果。因此，采用進(jìn)口鐵塊礦與高堿度燒結(jié)礦搭配組成的爐料結(jié)構(gòu)，塊礦的品位要高、SiO2 含量要低。酸性爐料只有堅持高品位、低SiO2 含量，才能取得低渣量、低燃料比的冶煉效果。
我國高爐煉鐵自上世紀(jì)九十年代初，在高爐爐料結(jié)構(gòu)中，塊礦的比例逐年增加，例如首鋼高爐1990 年配用塊礦的比例為0.8%，1995 年為2.9%，2000 年即增長到15.15%，寶鋼高爐自2000年起，塊礦的配用比例一直保持在15%-20%的水平，近幾年來，由于塊礦的價格低于球團(tuán)礦，不少企業(yè)為降低生鐵成本，采用少配球團(tuán)礦，多配塊礦的方式，它已成為目前我國高爐爐料結(jié)構(gòu)的一種趨勢。
日本高爐的爐料結(jié)構(gòu)中，球團(tuán)礦的比例較低，塊礦的比例不斷上升，入爐塊礦的比例已由1979年的10.4%上升到2003 年21.3%，川崎制鐵千葉廠5153m3 的6#高爐，入爐礦比例已上升到42.7%。
日本煉鐵界認(rèn)為，高爐煉鐵增加塊礦的入爐比例；不僅能減少建球團(tuán)礦廠的投資和占有面積，同時還能減少燒結(jié)、球團(tuán)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的環(huán)境污染和各種能源消耗。
西歐和北美工業(yè)發(fā)達(dá)國家受環(huán)境保護(hù)因素的影響，在近二十幾年里，高爐的爐料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，燒結(jié)礦的比例在減少，球團(tuán)礦的比例在不斷增加，特別是北歐瑞典和芬蘭的鋼鐵企業(yè)，100%的采用球團(tuán)礦冶煉。北美國家(美國、加拿大、墨西哥)都是以球團(tuán)礦為主的國家，筆者2013 年考察美國米塔爾和美鋼聯(lián)兩大鋼鐵公司高爐時，它們的爐料結(jié)構(gòu)是80%球團(tuán)礦+20%高堿度燒結(jié)礦。2014 年平均爐料組成為92%球團(tuán)礦+7%燒結(jié)礦+1%塊礦。
值得煉鐵工作者關(guān)注的是，目前我國高爐的爐料結(jié)構(gòu)，由于燒結(jié)粉的價格便宜，不少企業(yè)多用燒結(jié)礦和塊礦，減少球團(tuán)礦的比例。筆者認(rèn)為，爐料結(jié)構(gòu)關(guān)系到高爐燃料比和生鐵成本，高爐多配燒結(jié)礦易使其堿度低于1.85 而影響它的質(zhì)量，多配塊礦要強調(diào)塊礦的品位、SiO2 含量和小于6.3mm 的粒級比例，配用塊礦應(yīng)追求高品位、低SiO2 含量。
2 進(jìn)口鐵塊礦冶金性能和質(zhì)量分析
入爐塊礦的質(zhì)量包括它的化學(xué)成分、物理性能和冶金性能三個方面。在這三個方面中，化學(xué)成分是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。本文根據(jù)CVRD、MBR、哈塊DSO、哈塊礦、BHP MAC、BHP 紐曼、庫利安諾賓、西安吉拉斯、羅布河Mesaj、羅布河、PB 塊、娃哈拉塊、南非伊斯科、Kumba 塊、印度MMTC、印度果阿塊礦、蒙古ZS 塊礦、智利塊礦、印尼BR 塊礦、伊朗塊、墨西哥塊、塞拉利昂塊、越南貴沙塊等進(jìn)口鐵塊礦的相關(guān)數(shù)據(jù)，研究了進(jìn)口鐵塊礦的質(zhì)量。
2.1 進(jìn)口鐵塊礦化學(xué)成分的分析
分析塊礦的化學(xué)成分首先要看它們各自的含鐵品位和SiO2 含量，從進(jìn)口鐵塊礦的化學(xué)成分可見，品位和SiO2 含量基本可分為三類，A 類的含鐵品位在64%-68%，SiO2 含量在1%-3%的范圍；B 類的含鐵品位在60%-64%，SiO2 含量在3%-4%；C 類的含鐵品位低于60%，SiO2 含量>4%。像羅布河、娃哈拉、伊朗、墨西哥和智利等的塊礦均屬于C 類礦，高爐煉鐵盡可能少用或者不用。
CaO 和MgO 屬于有價元素，塊礦的CaO 和MgO 含量均比較低，僅有蒙古、智利和伊朗低品位礦含有一定量的CaO 和MgO，企業(yè)采購時需要重視。
Al2O3 含量也是塊礦的一個重要元素，在進(jìn)口鐵塊礦中，除了塞拉里昂、印度果阿和澳洲羅布河等塊礦外，絕大多數(shù)進(jìn)口鐵塊礦Al2O3 含量都比較低，配用Al2O3 含量超過2%的塊礦時，應(yīng)關(guān)注其對高爐渣MgO/Al2O3 的影響。
對于直接入爐的塊礦，S、P、K2O、Pb 和Zn 等有害元素的含量也是需要關(guān)注的，在進(jìn)口鐵塊礦中，S、P 含量除了伊朗堿性塊礦超標(biāo)外，其余進(jìn)口鐵塊礦的S、P 含量均比較低。K2O、Pb和Zn 等有害元素，根據(jù)以往對國外礦的認(rèn)識，印度礦的成分比較復(fù)雜，在南亞國家的鐵礦中，有害元素含量比較高，南非鐵礦的堿金屬(K2O+Na2O)含量比較高，企業(yè)采購這些礦時應(yīng)引起注意。
企業(yè)采購低品位、高SiO2 和Al2O3 含量的低品質(zhì)礦時，要通過計算其綜合品位性價比進(jìn)行確認(rèn)，綜合品位的計算公式如式(1)。
TFe<綜合》=TFe/（1-LOI）×[100+2R2(SiO2+Al2O3)/(1-LOI)-2(CaO+MgO)/(1-LOI)+2(S+P)/(1-LOI)+5×(K2O+Na2O+Pb+Zn+Cu+As+CL)/(1-LOI)]-1×100%
式(1)中:R2 為爐渣二元堿度，其余均為鐵礦粉的化學(xué)成分，LOI 為燒損值，綜合品位性價比=表觀品位價/綜合品位價。
2.2 進(jìn)口鐵決礦物理性能的分析
塊礦的物理性能主要包括強度指標(biāo)、熱爆裂和粒度組成指標(biāo)。進(jìn)口鐵塊礦的物理性能數(shù)據(jù)少，且缺少檢測數(shù)據(jù)，僅根據(jù)部分進(jìn)口鐵塊礦的物理性能進(jìn)行一些分析。從已有的數(shù)據(jù)中可知，巴西CVRD 塊礦、部分哈塊礦、澳洲的羅布河塊礦和印度的果阿塊礦的強度指標(biāo)較差，它們的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低至不足80%，特別是抗磨指數(shù)過高，像CVRD 和印度果阿塊礦的抗磨指數(shù)為20.3%和16%，
這將嚴(yán)重影響高爐上部的透氣性及其使用價值。
由熱爆裂指數(shù)數(shù)據(jù)可見，多數(shù)塊礦均比較低，但巴西和部分哈塊礦比較高，DI-3.15 指數(shù)達(dá)到4%-10.%的程度，它將一定程度影響高爐上部塊狀帶的透氣性。高爐煉鐵大比例配用塊礦，應(yīng)對其熱爆裂指數(shù)進(jìn)行測定，要控制DI-315>5%的塊礦配用比例，以保持高爐的爐況穩(wěn)定順頁行。
粒度和粒度組成是塊礦的一項重要質(zhì)量指標(biāo)，數(shù)據(jù)顯示，多數(shù)塊礦<6.3mm 的百分?jǐn)?shù)均超過10%，有幾種塊礦甚至超過20%，作者根據(jù)多個企業(yè)反映，目前購進(jìn)的塊礦粉末太多，因此對鐵礦石市場的價格應(yīng)進(jìn)行綜合評估，企業(yè)應(yīng)根據(jù)鐵礦石的實際價值進(jìn)行采購和配用，控制好企業(yè)的成本。
2.3 進(jìn)口鐵塊礦冶金性能的分析
鐵礦石的冶金性能包括900℃還原性(RI)，500℃低溫還原粉化性能(RDI)，荷重軟化性能(TBS、△TB)和熔滴性能(TS、△T、△Pmax 和S 值)。
900℃還原性是冶金性能中最基本的性能，它不僅影響高爐上部煤氣利用率、還原性的優(yōu)劣，
還會影響軟熔帶的位置和高爐下部透氣性，從而影響高爐穩(wěn)定和順行。鐵礦石的還原性取決于礦物組成和氣孔度。磁鐵礦由于含F(xiàn)eO 高、結(jié)構(gòu)致密，還原性較差，如伊朗和墨西哥、外蒙古和智利塊礦的還原性很差，印度塊礦的還原性也偏差；赤鐵礦(Fe2O3)本應(yīng)還原性良好，但一般赤鐵礦氣孔度低，故還原性也偏差，如巴西和南非塊礦的還原度都不高；褐鐵礦由于其礦物組成為Fe2O3，易還原，再加上褐鐵礦的組織疏松，孔隙度高，故常見褐鐵礦的還原度比較優(yōu)良，褐鐵礦的900℃
還原性一般均大于80%。
塊礦的低溫還原粉化性能(R.DI)一般都比較好，RDI+3.15 指數(shù)均大于70%，一般都在80%-90%，但印度果阿塊礦的R.DI 指數(shù)很低，不足30%，它的還原性也不良，什么原因造成果阿塊礦這一性能差，需要對其作進(jìn)一步研究確認(rèn)。
鐵礦石的荷重軟化性能取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)強度，往往開始軟化溫度(TBS)取決于其氣孔結(jié)構(gòu)強度，軟化終了溫度(TBE)取決于其礦物組成。高爐煉鐵要求爐料開始軟化溫度大于等于1000℃，軟化區(qū)間小于等于150℃，一般酸性爐料(酸性球團(tuán)礦和塊礦)的軟化性能比較差，TBS 大于900℃就是比較好的。
進(jìn)口鐵塊礦的數(shù)據(jù)顯示，蒙古堿性塊礦、南非塊礦和部分哈塊礦的TBS 大于1000℃，多數(shù)塊礦的TBS 均小于等于1000℃，越南貴沙塊礦因高水化(LOI=11.30%)，還原強度低，導(dǎo)致TBS 僅為744℃。企業(yè)采購塊礦應(yīng)關(guān)注它的荷重軟化性能，以保持高爐中部有良好的透氣性。
熔滴性能是鐵礦石冶金性能中最重要的一項性能，熔融滴落帶的透氣性阻力占據(jù)整個高爐阻力損失的60%以上，高爐冶煉配加塊礦比例高的高爐應(yīng)特別關(guān)注其熔滴性能的優(yōu)劣。
進(jìn)口鐵塊礦數(shù)據(jù)顯示，不同塊礦的熔滴性能總特性值差別很大，塊礦熔滴性能優(yōu)良的s 值小于160kPa℃，不良的達(dá)到大于500kPa℃。
試驗研究和生產(chǎn)實踐證明，熔滴性能總特性值，與塊礦的品位和SiO2 含量、與Al2O3、TiO2的含量和其還原性密切相關(guān)，凡是SiO2、Al2O3 和TiO2 含量高的，還原性差的，其熔滴性能都會比較差，高Fe 品位、低SiO2、低Al2O3 和TiO2 含量、還原性好的塊礦，它們的熔滴性能都比較好。
進(jìn)口鐵塊礦數(shù)據(jù)顯示，蒙古塊礦、伊朗塊礦、墨西哥塊礦、印度果阿塊礦和部分哈塊礦的熔滴性能比較差，它們的s 值高達(dá)500kPa℃C 以上，企業(yè)采購時需要關(guān)注這一因素對高爐冶煉的影響，必要時應(yīng)通過對其熔滴性能的檢測再確認(rèn)。
3 結(jié)論
由進(jìn)口鐵塊礦的化學(xué)成分、物理性能和冶金性能試驗數(shù)據(jù)的討論與分析，可以得出如下結(jié)論性建議。
1)塊礦的質(zhì)量由化學(xué)成分、物理性能和冶金性能組成，它們之間的關(guān)系是，化學(xué)成分是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。
2)塊礦的化學(xué)成分應(yīng)選擇高品位、低SiO2 和Al2O3，同時應(yīng)關(guān)注S、P、K2O、Pb 和Zn 等有害元素的含量不超標(biāo)，采購低品位、高SiO2 和Al2O3 的低品質(zhì)塊礦時，應(yīng)通過綜合品位性價比的計算進(jìn)行確認(rèn)。
3)企業(yè)采購塊礦時應(yīng)關(guān)注其冶金性能對高爐操作指標(biāo)的影響，應(yīng)選擇還原性良好(RI>70%)、
低溫還原粉化性能良好(RDI+3.15>72%)、荷重軟化開始溫度較高(TBS>900℃)、熔滴性能良好(S 值≤160kPa℃C)的塊礦進(jìn)行采購。