岳爭超，柯顯峰，李嚴，竺龍，張勇

(湖北新冶鋼有限公司，湖北黃石435000)

摘要: 通過燒結杯試驗，測定了新冶鋼520 m³ 高爐用爐料的軟熔滴落性能，并對其爐料結構進行了優化。結果表明: 當高爐入爐料的燒結礦配比大于77%時，爐料的透氣性隨著燒結礦配比增加急劇變差; 當燒結礦配比小于77% 時，爐料透氣性隨著燒結礦配比減小變差，但變化幅度相對緩慢; 熔滴區間隨著試樣的厚度增加而變大，試樣的最大壓差隨著厚度增加而變大，軟熔層厚度和特征值S 隨試樣厚度增加而變大。基于本次試驗的研究結果，新冶鋼520 m3 高爐在生產中較為理想的爐料結構為75% ～ 77%燒結礦+ 13%球團礦+ 10% ～ 12%塊礦。

關鍵詞: 燒結杯試驗; 軟熔滴落性能; 高爐爐料結構

0 前言

湖北新冶鋼現有2 座520 m³ 小高爐，1 座1 780 m³高爐，其中2 座小高爐分別投產于2001 年和2004 年，期間各大修1 次、中修1 次。1 780 m³高爐作為新冶鋼唯一的中大型高爐，就公司煤氣管網平衡和下道工序鐵水保供而言，其重要意義不言而喻，因此穩定的原料供應確保1 780 m³ 高爐穩定順行顯得尤為重要。在實際生產中，2座520 m³ 高爐一直起著平衡調劑原料及降低原料成本的“試驗田”作用，因此長期以來這兩座高爐的爐料結構不僅波動較大，還在調整時缺乏足夠的科學依據，高爐的運行狀況不甚理想。

為了確保2 座520 m³ 高爐在爐況穩定的前提下進一步挖掘其生產潛能，我們利用燒結杯試驗摸索其合理的爐料搭配方案，并對520 m³ 高爐的爐料結構進行系統性研究，主要針對爐料的高溫冶金性能( 軟熔滴落性能) 進行測定分析，并據此對高爐爐料結構進行優化，以達到在實際生產中穩定爐況和強化冶煉的目的。

1 試驗裝置和試驗條件

目前國內各科研院所、學校和企業所用的熔滴裝置型號較多，在鐵礦石熔滴性能檢測方面也沒有形成統一的標準，但是其制作所依據的熔滴原理相同，評價方法與評價指標也基本一致，公開文獻顯示已有部分企業使用燒結杯試驗指導生產^{［1 － 3］}。

新冶鋼燒結杯試驗室現有1 套鐵礦石高溫荷重軟熔滴落測定裝置，該裝置自動化水平高，受外界環境影響小，能比較準確地測量出試驗所需的理化性能數據。

試驗所用的鐵礦石高溫荷重軟熔滴落測定裝置主要由熔滴爐、配氣系統、計算機數據采集和處理系統等組成。其主體設備為熔滴爐，熔滴爐的結構示意圖如圖1 所示，主要由加熱爐( 石墨電極) 、石墨坩堝、智能溫控裝置( 熱電偶) 、荷重裝置、位移傳感器、進氣口、出氣口等組成。升溫制度采用可編程溫度控制儀控制，可按設定的溫度控制爐內溫度，爐內最高溫度可達到1 600 ℃。溫度、壓差、收縮率等檢測數據由計算機自動采集，其中溫度誤差控制在± 3 ℃，壓差誤差控制在± 0. 03 kPa，收縮率誤差控制在± 1%。

本次試驗的升溫設定和通氣設定最大程度地模擬了高爐環境，具體參數設定見表1。

試驗試樣裝料要求見表2。為了模擬高爐環境，在試樣層上部及下部各放40 g 焦炭( 控制焦炭厚度在20 mm 左右) 。

試驗中需要測定的爐料軟熔滴落性能指標見表3。

基于以上表述，本文根據T₁₀，T₄₀，T_s，和T_d的高低，相對比較不同配比時的爐料在高爐內形成軟熔帶的部位; 根據△ T₁和△ T₂值相對比較不同配比時的爐料的軟化區間和熔滴區間，亦即軟熔帶和滴落帶的大致厚度; 根據特征S 值相對比較不同配比時爐料軟熔性能的好壞。

1 試驗原料及方案

1． 1 原料條件

520 m³ 高爐在實際生產中使用的主要爐料有燒結礦( 自產) 、國產球團礦、進口球碎、PB 塊和巴西塊等，其中進口球碎是球團礦生產過程中產生的頭尾料，它可以部分代替球團礦進行使用。筆者單獨試驗研究結果表明: 進口球碎低溫還原粉化指數RDI_{+3． 15}為75. 9%，國產球團礦低溫還原粉化指數RDI_{+3． 15}為97. 6%，進口球碎低溫還原粉化特性顯著差于國產球團礦。

我廠財務數據顯示，燒結礦采購價格最低，塊礦次之，球團礦性價比最高。單純同類比較，巴西塊較PB 塊價格高約130 元/t; 進口球碎較國產球團礦低約200 元/t。

試驗用原料化學成分見表4。

1． 2 單品種鐵礦石軟熔滴落性能試驗

在生產實踐中，為了評價某種鐵礦石的高溫反應性能，通常通過測定其軟熔滴落性能進行判斷，并以此來指導生產。

1． 3 不同配比的爐料軟熔滴落性能試驗

雖然進口球碎的低溫還原粉化特性差，但由于其價格低，因此為了降低生產成本，仍將進口球碎部分代替球團礦在520m³ 高爐使用。試驗中，按照固定國產球團礦和進口球碎比例、變動燒結礦和塊礦比例的原則進行配料。

根據我廠原料保供能力，結合考慮成本因素，決定將爐料中燒結礦的配比定在69% ～ 81%，塊礦配比定在6% ～ 18%。不同配比試驗方案見表5。

1． 4 變試樣厚度軟熔滴落性能試驗

實際生產中，經常需要根據高爐爐況更改爐料批重，一般批重越大，爐內料層越厚。為了研究料批改變后爐料軟熔滴落性能的變化，我們進行了一組變試樣厚度的試驗。

試驗采用的爐料與熔滴試驗所用爐料相同( 見表4) ，爐料中各礦種配比如下: 72% 燒結礦+ 6． 5%國產球團礦+ 6． 5%進口球碎+ 7． 5% PB 塊+ 7． 5%巴西塊。

一般熔滴試驗試樣厚度為70 mm，因此本次試驗以試樣厚度70 mm 為基準設計試驗，其余試驗試樣厚度分別為60 mm 和80 mm。

2 分析與討論

2． 1 單品種鐵礦石軟熔滴落性能

520 m³ 高爐常用的鐵礦石軟熔滴落性能試驗結果見表6。

對于燒結礦而言，其軟化開始溫度T₁₀和熔滴開始溫度T_s 較高，且軟化溫度區間和熔滴溫度區間△ T₂較窄，因此認為其高溫冶金性能較好，但考慮到我廠僅使用過一種燒結礦，無法進行對比分析，因此不對燒結礦做進一步分析。

對于塊礦而言，在高溫冶金性能方面，PB 塊與巴西塊相差不大，但PB 塊具有較窄的熔滴區間，有利于高爐煤氣流穿過軟熔帶，更利于高爐冶煉; 在化學成分方面，PB 塊品位較巴西塊低1. 02%，w( SiO₂) 較巴西塊低4． 04%，因此PB 塊可較好地與低堿度礦搭配使用。由于巴西塊的價格遠低于PB 塊價格，因此從生產冶煉及成本因素等方面來考慮，建議在520 m³高爐生產中適當提高巴西塊的配比。

對于球團礦而言，國產球團礦的高溫冶金性能優于進口球碎，主要體現在國產球團的軟化溫度區間△ T₁遠低于進口球碎，其他指標相當; 化學成分方面，進口球碎具有更高的品位和更低的SiO₂含量。從生產冶煉角度考慮，應盡量少用進口球碎的配比，但考慮到兩者200 元/t 的價差，建議兩者均衡使用，但國產球團礦配比不應過低。

2． 2 不同配比的爐料軟熔滴落性能

根據表5 的配比方案，通過鐵礦石高溫荷重軟熔滴落測定裝置測定了各方案的爐料軟熔滴落性能，試驗結果見表7。

為了更清晰地比較不同配比爐料的軟熔滴落性能變化，對表7 中的數據進行了進一步對比分析，見圖2 ～ 4。

由圖2 可以看出，不同配比的爐料軟化開始溫度、軟化結束溫度和熔融開始溫度會隨著燒結礦的配比增加先升高后基本保持不變，在燒結礦配比為75%時達到最大值，在燒結礦配比為77% 時溫度水平最低; 熔融結束溫度隨著燒結礦的配比增加先升高后略微降低，最后有小幅上升趨勢，在燒結礦配比為73%時達到最大值。其中T₁₀，T₄₀，T_s這3 個指標在燒結礦配比為75% 時有最高溫度，當燒結礦配比繼續增加時，這3 個指標的溫度水平緩慢降低，其溫度區間相對基本不變。綜合來說，燒結礦配比為75% ～ 77%時，能獲得較好的冶煉效果。

將圖3 和圖4 進行對比可知，不同配比的爐料軟化區間變化不大; 熔滴區間變化很大，熔滴區間的最高溫度與最低溫度相差70 ℃，并隨著入爐料中燒結礦配比的增加先變窄后變寬，在燒結礦的配比為75%時熔滴區間達到最窄; 軟熔層厚度隨著燒結礦的配比增加先快速變小后又緩慢變大，在燒結礦配比為77%時軟熔層厚度為最小值，燒結礦配比為75% ～ 77%時，軟熔層厚度差別不大。綜合以上分析可得出以下結論: 燒結礦配比為75% ～ 77% 時，可以獲得較窄的軟熔層厚度和較窄的熔滴區間。

最大壓差指標代表爐料的透氣性^［4］。由圖4 可知，不同配比爐料最大壓差會隨著燒結礦配比增加而先降低后升高。當燒結礦配比為77% 時，最大壓差達到最低; 當燒結礦配比小于73% 時，爐料的最大壓差會隨著燒結礦配比減少而急劇增大，爐料透氣性急劇惡化。因此從爐料透氣性指數方面來考慮，應選擇燒結礦配比為77%的爐料結構。

為了考慮爐料軟熔帶和滴落帶的厚度以及對通過該區域的煤氣影響，引入了不同配比的爐料特征值S ，即熵值。根據不同配比的爐料壓差—溫度曲線計算的特征值S 見表7，其曲線對比見圖4。由圖4 可知，不同配比的爐料S 值會隨著爐料中燒結礦的配比增加而先逐步下降，再急劇上升，因此，當燒結礦配比為77%時有較理想的熵值。

2． 3 變試樣厚度熔滴試驗

根據設計的變試樣厚度熔滴試驗方案，通過鐵礦石高溫荷重軟熔滴落測定裝置測出了3 種不同厚度試樣的高溫冶金性能，具體見表8。

由表8 可知，不同厚度的試樣，軟化區間沒有太大區別，熔滴區間會隨著試樣的厚度增加而變大，試樣的最大壓差會隨著厚度增加而變大，軟熔層厚度和特征值S 都會隨試樣厚度增加而變大。因此，在實際生產操作中，不可盲目變更爐料批重，應結合爐料配比逐步摸索出批重增加對料柱透氣性和壓差的影響，再根據相關試驗數據計算其高溫冶金性能的改變量，以指導生產。

3 結語

1) 在520 m³ 高爐的生產原料中，燒結礦的高溫冶金性能較好，性價比最高，應維持較高的配比; PB塊高溫冶金性能略優于巴西塊，但從成本考慮，應適當提高巴西塊的配比; 國產球團礦高溫冶金性能優于進口球碎，從生產冶煉角度考慮，應盡量少用進口球碎，但從成本考慮，建議兩者均衡使用，但國產球團礦配比不宜過低。

2) 不同配比的爐料高溫冶金性能試驗表明，軟熔層厚度曲線、最大壓差曲線和綜合爐料特征值曲線表現出的規律基本一致，燒結礦配比為77% 時具有較窄的軟熔層，煤氣通過時阻力小，有利于煤氣流的通過，爐料整體透氣性好; 當燒結礦配比大于77%時，爐料的透氣性隨著燒結礦配比增加急劇變差; 當燒結礦配比小于77% 時，爐料透氣性隨著燒結礦配比減小變差，但變化幅度相對緩慢。結合軟化區間和熔滴區間的特點來看，520 m³ 高爐的爐料結構中燒結礦配比應穩定在75% ～ 77%較為理想。

3) 變試樣厚度熔滴試驗表明，熔滴區間隨著試樣的厚度增加而變大，試樣的最大壓差隨著厚度增加而變大，軟熔層厚度和特征值S 隨試樣厚度增加而變大。因此，在520 m³ 高爐生產中不可盲目變更爐料批重。

4) 綜上所述，現階段520 m³ 高爐生產中較為理想的爐料結構為: 75% ～ 77% 燒結礦+ 13% 球團礦和進口球碎+ 10% ～ 12%塊礦。

［ 參考文獻］

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