論影響燒結礦冶金性能的因素及分析

發布日期：2024-05-29 作者：許滿興1 張天啟2 瀏覽次數：759

核心提示：摘要：本文首先用高爐內塊狀帶、軟化帶和熔融滴落帶三帶的透氣阻力與爐料冶金性能的關系，介紹了燒結礦冶金性能內容和價值，論述了配碳和燒結溫度、堿度和礦物組成、燒結礦主要組分及有害元素四大因素對燒結礦冶金性能的影響，文章最后提出了幾點結論性意見。關鍵詞：冶金性能配碳與燒結溫度堿度和礦物組成

論影響燒結礦冶金性能的因素及分析

許滿興¹ 張天啟²

（1北京科技大學）（2安徽銅陵旋力鋼鐵公司）

摘要：本文首先用高爐內塊狀帶、軟化帶和熔融滴落帶三帶的透氣阻力與爐料冶金性能的關系，介紹了燒結礦冶金性能內容和價值，論述了配碳和燒結溫度、堿度和礦物組成、燒結礦主要組分及有害元素四大因素對燒結礦冶金性能的影響，文章最后提出了幾點結論性意見。

關鍵詞：冶金性能配碳與燒結溫度堿度和礦物組成

1 燒結礦的冶金性能與高爐內的透氣性^［1］

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高爐內各帶透氣阻力示圖

由于目前燒結礦佔高爐爐料的比例占70%—80%，燒結礦的冶金性能對高爐冶煉過程的透氣性變化起著決定性作用，因此研究和分析影響燒結礦的冶金性能具有重要的作用和價值。由高爐內各帶透氣阻力示圖可見，塊狀帶占高爐內總透氣阻力的15%，軟化帶占25%，熔融滴落帶占60%。

2 燒結礦冶金性能的內容及價值^［1］

1). 900 ℃還原性與價值:

鐵礦石的還原性用RI表示,10%的還原性會影響高爐煉鐵產量和燃料比各8% ～9%。冶金行業標準規定高堿度燒結礦的RI值應≥85%

2)低溫還原粉化性能：

燒結礦的低溫還原粉化性能用RDI符號表示,RDI+3.15%表示低溫還原粉化指數, ,RDI-3.15%表示低溫還原粉化率, RDI+6.3%表示低溫還原強度。RDI指標的好壞主要影響高爐上部的透氣性，燒結礦的RDI-3.15降低10%將會影響高爐產量3%以上,燃料比上升1.5%,冶金行業標準規定RDI+3.15應≥72%。

3）荷重還原軟化性能：該性能主要影響高爐中部的透氣性，它用⊿TB=TBE –TBS,燒結礦的TBS應≥1100℃, ⊿TB≤≤150℃,意大利的數據由于⊿TB提高透氣性⊿P下降8.7%，高爐產量會提高16%。

4).燒結礦的熔滴性能：

它是影響高爐下部的透氣性，它是燒結礦冶金性能中最重要的性能，它用符號:℃〕表示，日本和美國學者提出單一高堿度燒結礦的S值應≤98KPa℃綜合爐料的S值應≤40KPa℃。

3 影響燒結礦冶金性能的因素及分析

3.1 配碳和礦物組成對燒結礦冶金性能的影響^［2］

燒結料中配碳量決定燒結溫度、燒結速度及氣氛，對燒結礦的性質及礦物組成有很大的影響。鞍鋼鐵精礦的燒結研究表明：當燒結礦堿度固定在 1.5, 燒結料含碳量由 3.0%升高到 4.5%時，對燒結礦中鐵氧化物總含量影響不大，而對黏結相的形態及礦物的結晶程度影響很大。當燒結料中含碳低時，磁鐵礦的結晶程度差，主要黏結相是玻璃質，多孔洞，還原性比較好，而強度差；隨著燒結料含碳量的增加，磁鐵礦的結晶程度改善，并生成大粒結晶，這時液相黏結物以鈣鐵橄欖石代替了玻璃質，孔洞少，因此燒結礦強度變好。當配碳過多時容易生成過量液相，形成大孔薄壁或氣孔度低的燒結礦，此時燒結礦產量低，還原性差，強度也不好。表1 為某鋼鐵公司配碳量對燒結礦礦物組成及冶金性能的影響。

表1 配碳量對燒結礦礦物組成及冶金性能的影響

對一般鐵礦粉燒結，燒結礦 FeO 含量隨配碳量的增加而有規律地增大。因此燒結礦 FeO 含量通常被用來評定燒結礦冶金性能。表2為燒結礦 FeO 含量與冶金性能的關系，從表可以清晰地看出，隨著 FeO 含量的增加，燒結礦成品率、轉鼓指數和燒結利用系數均明顯增加，但燒結礦的還原度明顯變差。此外燒結礦FeO 含帶高，意味矜燒紬著燒結固體燃料消耗高。

表2 燒結礦 FeO 含量對燒結礦冶金性能的影響

表3 燒結溫度對其冶金性能的影響

樣品	配碳量%	燒結溫度/℃	轉鼓/%	還原粉化率/%	900℃還原率%	FeO/%
1	2.8	1225	54.23	29.80	35.11	5.26
2	3.3	1265	69.17	21.18	33.62	6.39
3	3.3（保溫）	1290	72.85	18.95	34.75	6.85
4	4.0	1315	73.52	24.92	32.87	8.24
5	4.2	1340	75.58	25.67	31.06	10.40
6	5.0	1360	72.37	29.91	29.85	11.08

3.2 堿度和礦物組成對燒結礦冶金性能的影響

表4 堿度對對燒結礦RI和RDI的影響

燒結礦種	CaO/SiO2	900℃還原性RI（%）	500℃低溫還原粉化（%）RDI－
首鋼燒結礦	1.09	71.5	16.5
	1.34	75.0	13.5
	1.68	82.5	9.6
	2.00	89.5	8.5
太鋼燒結礦	1.31	81.0	43.0
	1.78	86.5	39.2
	1.96	96.0	37.9
	2.15	89.5	24.3

表5 堿度對燒結礦的軟化性能的影響

軟化性能礦種	CaO/SiO2	TBS（℃）	TBE（℃）	△TB（℃）
萊鋼燒結礦	1.35	1082	245	163
	1.80	1073	1214	141
	2.10	1100	1236	136
邯鋼燒結礦	1.67	1226	1303	77
	1.80	1222	1286	64
	2.00	1205	1252	47
	2.15	1215	1257	42

表6 幾種不同堿度燒結礦的化學成分

NO	成份礦種	TFe	FeO	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	CaO/SiO2	備注
1	寶鋼燒結礦	57.83	6.91	9.21	5.85	1.57	1.53	1.57
2	邯鋼燒結礦	53.5	7.91	11.40	7.08	1.53	3.90	1.61
3	水冶球燒礦	56.51	9.75	13.32	5.73	-	1.86	2.15
4	酒鋼球燒礦	54.40	15.99	4.15	11.53	2.81	3.14	0.36	低R
5	石鋼燒結礦	59.26	14.42	4.23	7.05	1.89	3.70	0.60	低R
6	攀鋼燒結礦	46.63	9.83	8.86	5.80	4.79	3.91	1.53
7	萍鋼燒結礦	42.31	9.20	16.85	10.96	-	4.26	1.537

表7 幾種不同堿度燒結礦的熔滴性能

NO	熔滴性能礦種	Ts （℃)	Td （℃）	ΔT（℃）	△Pmax (×9.8pa)	S值 (Kpa·℃)	備注
1	寶鋼燒結礦	1443	1465	22	230	38.8
2	邯鋼燒結礦	1454	1477	23	520	105.94
3	水冶球燒結	1345	1442	97	200	142.59
4	酒鋼球燒礦	1299	1409	110	193	154.15	低R
5	石鋼燒結礦	1323	1423	100	138	86.24	低R
6	攀鋼燒結礦	1175	1470	295	770	2081.52
7	萍鋼燒結礦	1330	1565	235	930	2141.79

3.3 燒結礦各組分對其冶金性品能的影響

3.3..1 品位和SiO₂對燒結礦冶金性能的影響：

表8 我國幾種燒結礦的化學成分（％）

燒結礦		TFe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	R2
石鋼	1#	59.30	10.40	4.52	1.53	5.02	1.89	1.11
石鋼	2#	59.10	7.92	4.47	1.57	8.54	1.94	1.91
濟鋼	1#	59.80	5.25	4.20	1.71	7.69	2.17	1.83
濟鋼	2#	59.50	11.80	4.10	1.56	8.12	2.13	1.93
八鋼	1#	58.78	11.64	4.64	－	8.00	3.76	1.72
	2#	58.00	11.03	4.54	－	9.05	3.67	1.99
	3#	57.40	10.54	4.64	－	10.28	3.82	2.02
酒鋼	1#	52.68	9.67	10.80	1.71	5.15	2.13	0.48
酒鋼	2#	51.75	7.24	7.52	1.49	13.87	1.89	1.84

表9 我國幾種燒結礦的冶金性能

燒結礦	900℃	500℃還原粉化(%)			軟化性能(℃)			熔融滴落性能
燒結礦	RI(%)	RDI+6.3	RDI+3.15	RDI_0.5	T10	T40	ΔT	Ts	Td	ΔT	ΔPm·9.8pa	S值(Kpa℃)
石鋼	73.1	16.3	49.2	13.5	1091	1134	43	1267	1333	66	102	33.63
石鋼	82.4	14.3	55.9	9.6	1092	1247	155	1435	1450	15	130	11.76
濟鋼	75.1	44.0	70.4	8.6	1085	1227	142	1448	1464	16	188	21.64
濟鋼	74.6	42.3	68.2	8.2	1043	1226	183	1486	1519	33	246	63.39
八鋼	－	－		－	1185	1347	162	1382	1488	106	292	251.39
	－	－		－	1215	1389	174	1435	1505	70	310	178.36
	－	－		－	1183	1347	164	1370	1518	148	338	417.72
酒鋼	61.0	63.96	80.15	7.9	1085	1140	55	1180	1300	120	900	999.60
酒鋼	85.9	39.5	73.13	7.4	1170	1280	110	1320	1520	200	1180	2214.80

表10 首鋼等企業燒結礦品位、SiO₂含量與高爐煉鐵技術經濟指標的關系

企業名稱	年份	燒結礦質量				高爐主要操作指標
企業名稱	年份	TFe	SiO2	FeO	CaO/SiO2	利用系數	燃料比
首鋼	1961	43.72	10.45	23.00	1.40	1.228	813
	1978	53.29	10.25	21.0	1.35	1.998	559.4
	1990	57.20		12.79	1.55	2.412	535.0
	2000	56.98	6.06	9.70	1.61	2.153	496.7
	2010	56.19	5.39	8.68	2.05	2.28	478.0
包鋼	1967	46.78	11.98	27.0	0.91	0.788	793.2
	1977	45.75	7.91	27.23	1.84	0.463	878.0
	1997	53.24	6.06	10.49	1.87	1.519	556.9
	2000	56.97	5.64	11.17	1.35	1.719	547.6
	2010	57.16	4.6 3	8.79	1.98	2.147	538.0
酒鋼	1975	43.08	13.4	21.0	1.20	0.472	986
	1986	49.35	10.61	11.65	1.24	1.234	610
	1990	49.67	10.30	13.29	1.25
	2000	48.39	8.10	10.98	1.78	2.04	601
	2010	49.378	7.87	9.95	1.93	2.20	550

3.3..2 MgO質量分數對燒結礦冶金性能的影響

表11 MgO含量對燒結指標的影響

CaO/SiO2	MgO（％）	利用系數t/m2h	成品率（％）	燃耗 kg/t	轉鼓（％）	SFCA （％）	RI （％）
1.80	2.00	1.448	71.34	70.98	63.33	26.24	77.12
1.80	1.50	1.555	73.90	69.00	66.67	-	80.10
1.80	1.00	1.473	72.69	68.79	68.67	28.29	80.75
1.90	2.00	1.474	74.02	68.13	65.20	30.08	79.12
1.90	1.50	1.585	72.78	68.70	67.33	31.15	81.56
1.90	1.0 0	1.608	75.71	66.04	68.40	32.94	85.51

表12 MgO含量對燒結礦冶金性能的影響

酒鋼燒結礦			900℃ 還原性（%）	RDI-3.15 （%）	軟化性能（℃）熔滴性能（℃）
MgO(%)	FeO(%)	R	900℃ 還原性（%）	RDI-3.15 （%）	TBS	△TB	TS	Td	△T
2.98	11.2	1.32	90.5	8.0	1155	120	1240	1515	275
3.87	11.0	1.31	84.0	6.3	1175	110	1200	1465	265
4.08	10.2	1.21	79.0	3.8	1185	130	1300	1520	220
6.32	9.9	1.37	79.0	4.3	1190	130	1330	1535	205

表13 MgO對燒結礦冶金性能的影響

MgO(%)	標準常強度	標準耐磨強度	900℃還原性（％）	荷重軟化區間(△TB)（℃）
1.5	58.9	5.3	91.7	100
1.9	59.1	4.4	82.4	110
2.1	58.1	6.5	87.5	115
2.3	56.2	6.0	77.5	150
3.0	56.6	5.3	85.5	120

3.3.3 Al₂O₃的作用和對燒結礦冶金性能的影響

1）Al₂O₃的作用：SFCA的化學式5CaO.2SiO₂.9(Al.Fe)₂O_3, 因此燒結礦的組分不能沒有Al₂O_3, 它既不能太低又不能太高, 太低了影響燒結礦SFCA的形成, 太高了會影響燒結礦的冷強度和低溫還原粉化性能,1.5%～2.0%是正常值。

2）高 Al₂O₃對燒結礦質量的影響：（冷強度，RDI）

表14 Al₂O₃對燒結礦RDI的影響

Al2O3(%)	CaO/SiO2	MgO（％）	500℃低溫還原粉化指標（％）
Al2O3(%)	CaO/SiO2	MgO（％）	RDI+6.3	RDI+3.15	RDI-0.5
1.80	1.84	1.83	44.26	65.13	9.09
1.90	1.75	1.86	28.50	64.35	9.38
2.00	1.76	1.77	35.64	62.84	7.33
=2.10	1.69	2.01	23.59	57.31	10.93

4 幾點結論性意見：

1）燒結礦的低溫還原粉化性能（RDI）影響高爐上部塊狀帶的透氣性，它約占高爐△P總的15%；燒結礦的荷重還原軟化性能（△T= T_BE- TBS）影響高爐中部軟化帶的透氣性, 它占高爐△P總的25%;燒結礦的熔滴性能［℃〕］影響高爐下部熔融滴落帶的透氣性, 它約占高爐△P_{總的60%以上。}

2）燒結礦的冶金性能應包括RI、RDI、荷重還原軟化性能和熔滴性能四個部分內容，RI是燒結礦冶金性能的基本性能，熔滴性能是燒結礦冶金性能最優良要的性能。

3）配碳和礦物組成是影響燒結礦冶金性能的重要因素，高配碳必然是高溫型燒結，高溫燒結影響燒結料層的透氣性和礦物組成。超厚料層燒結應堅持低配碳、低FeO和高還原性的方向。

4）堿度是決定燒結礦冶金性能的基礎。燒結生產應堅持1.9～2.3的最佳堿度。

5）品位和SiO2、MgO和Al2O3的質量分數是影響燒結礦冶金性能的重要因素。燒結生產應堅持高品位，低SiO2、低)MgO和Al2O3質量分數分別為5%±0.3%，＜1.6%和＜2.1%的數值。

參考文獻

［1］許滿興燒結礦冶金性能對其質量和高爐主要操作指標的影響《燒結球團》2014.NO:3(1-5)

［2］許滿興燒結礦的礦物組成對其質量的影響及分析《低成本低燃料比煉鐵新技術文集》北科大內部資料2017.(101-109)

［3］許滿興燒結礦高質量的內涵與優化配礦的約束條件《2020全國智能、低成本煉鐵技術研討會文集》2020年12月鋼鐵之家河北冶金科技有限公司（9-15）

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