鐵精礦在燒結(jié)和球團工藝的分類利用

妥建德  付光軍

（酒鋼集團宏興股份公司鋼鐵研究院  甘肅  嘉峪關(guān)  735100）

摘  要：根據(jù)燒結(jié)、球團兩種工藝對堿度（CaO /SiO2）的不同需求，將鐵精礦按SiO2、CaO含量進行分類，用高SiO₂精礦制取球團，研究其質(zhì)量指標(biāo)和冶金性能，并進行高、低SiO₂精礦在燒結(jié)工藝和球團工藝使用的經(jīng)濟性測算，提出了酒鋼現(xiàn)有條件下球團工藝和燒結(jié)工藝的精礦分類利用標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：鐵精礦;燒結(jié)球團;分類利用

1 前  言

燒結(jié)、球團是鋼鐵行業(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)為滿足強度要求，需配加CaO達到較高的堿度（CaO/ SiO₂），因此鐵精礦中SiO₂越高，配入的CaO就更多，造成燒結(jié)礦品位下降。對于球團礦生產(chǎn)來說，鐵精礦中SiO₂升高后，不會造成球團礦品位的進一步降低，并且球團的SiO₂含量增加, 在一定范圍內(nèi)有利于球團內(nèi)部形成較多的渣鍵，可以抑制球團膨脹和抵制晶須的成長[1]。

目前國內(nèi)外對于煉鐵、燒結(jié)、球團技術(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)、球團工藝的經(jīng)濟性研究。實際上，部分用于球團生產(chǎn)的低SiO₂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、球團礦的經(jīng)濟性能，為降低生鐵成本開創(chuàng)新的思路。

酒鋼高爐使用的高堿度燒結(jié)礦SiO₂含量較高（7.8~8.5%），球團礦的SiO₂含量在7%左右。為平衡爐渣堿度，需要配加較高比例的球團礦或塊礦。但球團礦比例增加后又造成生鐵成本上升，并影響高爐順行和護爐；同時酒鋼周邊為數(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平衡爐渣堿度。因此，按照SiO₂、CaO含量對鐵精礦進行分類，進行高SiO₂鐵精礦生產(chǎn)球團的質(zhì)量指標(biāo)及冶金性能試驗研究，以及高、低SiO₂精礦在燒結(jié)工藝和球團工藝使用的經(jīng)濟性測算，探索分類利用標(biāo)準(zhǔn)及可行性與經(jīng)濟性，對降低生鐵成本有積極的意義。

2 鐵精礦SiO₂含量對燒結(jié)工藝和球團工藝的不同影響

精礦用于燒結(jié)生產(chǎn)過程中，需要配加CaO來達到堿度要求。精礦中SiO₂含量越高，需配加的CaO就越多，造成燒結(jié)礦品位下降；同時燒結(jié)礦帶入高爐的CaO增加，為平衡爐渣堿度需要，又需要增加SiO₂的入爐量，導(dǎo)致高爐入爐品位下降，生鐵成本上升。

同樣的精礦用于球團礦生產(chǎn)，則不需要額外配加CaO，精礦中SiO₂含量的上升不會導(dǎo)致球團礦品位的進一步下降。

球團生產(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能發(fā)生氧化、放熱和晶型轉(zhuǎn)變，而赤鐵礦沒有這種變化，因此磁鐵礦生球焙燒時所需的溫度和熱耗都較低，更易于焙燒固結(jié)，球團礦的質(zhì)量也較好[3]。酒鋼球團生產(chǎn)所用的精礦以磁鐵精礦為主，SiO₂在3~16%之間，變化幅度高達13%。根據(jù)燒結(jié)球團兩種工藝的特點和不同需求，將精礦進行分類利用，對于降低煉鐵成本具有積極的意義。但由于國內(nèi)外生產(chǎn)球團所用精礦SiO₂ 絕大多數(shù)在 6.5% 左右，使用高SiO₂含量（8-10%）的精礦生產(chǎn)球團，其冶金性能是否滿足高爐需要，還有待進一步試驗驗證。

3 酒鋼球團用鐵精礦SiO₂、CaO含量

我國精礦的特點是品位低，雜質(zhì)高，SiO₂ 絕大多數(shù)在 6.5% 以上，而國外鐵精礦 SiO₂ 一般在 4% 以下[2]。

酒鋼自產(chǎn)的精礦，鐵品位在53%左右，SiO₂平均高達8%，屬于典型的低品高SiO₂精礦。在酒鋼生產(chǎn)條件下測算，精礦在品位不變的情況下，精礦的SiO₂、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/噸，生鐵成本上升5.3元/噸。同樣的精礦用于球團，不需要配加CaO平衡堿度，因此不會帶來熔劑變化的不利影響。

2015酒鋼年球團豎爐所用鐵精礦SiO₂、CaO含量和自然堿度情況見表1。

表1  2015年球團用鐵精礦SiO₂、CaO含量和自然堿度情況

2015年國內(nèi)部分廠家高爐用料數(shù)據(jù)見表2。

表2  2015年國內(nèi)部分廠家及高爐用料數(shù)據(jù)

由表1、表2可見，2015年酒鋼球團用鐵精礦CaO含量超過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%，。

國內(nèi)生產(chǎn)的酸性氧化性球團的自然堿度一般都控制在0.15左右。

結(jié)合上述數(shù)據(jù)，初步確定酒鋼球團所用精礦的CaO含量不應(yīng)超過1.5%，自然堿度應(yīng)控制在0.2以內(nèi)。

4 鐵精礦用于球團、燒結(jié)的經(jīng)濟性對比

4.1鐵精礦用于球團的經(jīng)濟性

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SiO₂、CaO含量，及同期價格成本進行球團礦的經(jīng)濟性測算，結(jié)果見表3。

表3 不同成份精礦生產(chǎn)球團對生鐵成本的影響

由表3可以看出，低硅精礦平均SiO₂含量6.25%，CaO含量1.5%。以此為原料生產(chǎn)球團礦進入高爐后，在高堿度燒結(jié)礦配比超過一定數(shù)量時，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/（噸.球團礦）。

高硅精礦平均SiO₂含量10.06%，CaO含量0.9%，以此為原料生產(chǎn)球團礦入爐后，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/噸.球團礦。

4.2鐵精礦用于燒結(jié)的經(jīng)濟性

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SiO₂、CaO含量，測算生產(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)果見表4。

表4 不同成份精礦生產(chǎn)球團對生鐵成本的影響

由表4可見，將SiO₂低于7.8%、 CaO含量超過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/噸；SiO₂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/噸。

綜合來看，在酒鋼目前條件下，將低硅精礦（SiO₂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（SiO₂平均10%、自然堿度平均0.9）用于球團礦生產(chǎn)，其經(jīng)濟性相對最優(yōu)。

5 高SiO₂球團質(zhì)量及冶金性能研究

5.1生球性能

在實驗室制取SiO₂含量分別為9.5%和10.0%的兩組球團，每組5個樣，生球性能平均數(shù)據(jù)見表5。

表5 生球性能

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

5.2成品球團化學(xué)成分

成品球化學(xué)成分及抗壓強度見表6。

表6 成品球化學(xué)成分（%）及抗壓強度

從表6來看，成品球抗壓強度SiO₂含量為9.5%時平均為1723N/個，SiO₂含量為10%時平均為1811N/個，整體差異不明顯，基本滿足高爐要求。

5.3成品球冶金性能

成品球冶金性能見表7。

表7 球團礦冶金性能

從表7可見：

球團SiO₂含量在9.5-10%之間，其軟化開始溫度、軟化區(qū)間、最大壓差基本一致，分別為1050℃、63℃、13.8，均處于較好水平；還原度指數(shù)：SiO₂含量9.5%的球團較10%的略高，但差別不大。熔融區(qū)間、SiO₂含量9.5%的球團熔融區(qū)間、膨脹指數(shù)較10%的球團高，但都滿足高爐需求；膨脹指數(shù)：SiO₂含量9.5%的球團膨脹指數(shù)平均9.32%，SiO₂含量10%的球團膨脹指數(shù)平均5.26%，遠低于國內(nèi)普遍規(guī)定的球團礦的膨脹率不大于２０％的要求[3]，滿足高爐需要。

6 不同SiO₂含量的球團礦綜合爐料冶金性能試驗

利用不同SiO₂含量的球團礦與堿度1.80倍的燒結(jié)礦組成的綜合爐料方案如下：

方案1：36%球團礦（SiO₂ 9.0%）+64%燒結(jié)礦

方案2：35%球團礦（SiO₂ 9.5%）+65%燒結(jié)礦

方案3：34%球團礦（SiO₂ 10%） +66%燒結(jié)礦

冶金性能測試結(jié)果見表8。

表8 綜合爐料冶金性能測試結(jié)果

表8試驗結(jié)果表明：

SiO₂含量在9-10%的三組球團礦：

軟化開始溫度、軟化區(qū)間整體差異不大；熔融開始溫度相差不大，但隨著SiO₂含量升高，熔融區(qū)間變寬，分別為34℃、129℃、140℃；最高壓差隨著SiO₂含量升高，分別為11.8、10.3、9.1Pa；SiO2含量在9.0%時，熔滴特性值最大，為1032，SiO₂含量為9.5%和10%時，均為960。

總體來看，冶金性能均滿足高爐生產(chǎn)需求。

7 不同抗壓強度下球團冶金性能試驗

制取抗壓強度不同的高硅球團礦（SiO₂含量10%），其冶金性能試驗結(jié)果見表9。

表9 不同抗壓強度下高硅球團冶金性能

試驗結(jié)果表明，SiO₂含量10%、不同抗壓強度的球團礦冶金性能變化不大。

8 高硅球團礦（SiO₂含量9~10%）在高爐使用情況

2016年1 -5月份，酒鋼進行了高SiO₂球團礦的生產(chǎn)及高爐配用的工業(yè)試驗，高SiO₂質(zhì)量情況見表10。

10 球團SiO₂及質(zhì)量變化情況

2016年1 -5月份，酒鋼球團礦SiO₂含量由6.66%逐步提高9%以上，其中4月份月平均最高達到9.42%，單日平均SiO₂含量最高達10.08%。在此期間，球團生產(chǎn)正常，高爐爐況順行、各項指標(biāo)穩(wěn)定，生產(chǎn)成本降低。由此說明高爐部分配加SiO₂含量9~10%的球團礦是完全可行的。

9 結(jié)語

試驗及生產(chǎn)實踐均表明，使用高硅精礦(SiO₂含量9-10%)生產(chǎn)球團，技術(shù)上可行，理化指標(biāo)、冶金性能均滿足高爐需要。

在酒鋼目前條件下，按精礦的SiO₂、CaO 含量進行分類，將SiO₂＜6.5%、含量＞1.5%，自然堿度＞0.2的鐵精礦用于燒結(jié)，SiO₂＞8.5%、自然堿度＜0.15的鐵精礦生產(chǎn)球團，有利于降低生鐵成本。

參考文獻

[1] 劉竹林.煉鐵原料　2009-8　化學(xué)工業(yè)出版社　第247頁.

[2] 張一敏.球團礦生產(chǎn)技術(shù).2005-8冶金工業(yè)出版社,第12頁.

[3] 王悅祥. 燒結(jié)礦與球團礦生產(chǎn)　2006年7月　冶金工業(yè)出版社101頁.

[4] 劉竹林.煉鐵原料.2009-8　化學(xué)工業(yè)出版社　第247頁.

[5] 張玉柱 胡長慶. 鐵礦粉造塊理論與實踐　2012年　冶金工業(yè)出版社