高炉炼铁原料冶金性能的检测与应用.docx
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高炉炼铁原料冶金性能的检测与应用
高炉炼铁原料冶金性能的检测与应用
重庆科技学院
贾碧教授
1.原料冶金性能检测的意义
2.原料冶金性能的主要内容
3.原料冶金性能的检测
4.原料冶金性能与高炉生产的关系
5.日钢部分原料的冶金性能
6.建议
一.原燃料冶金性能检测的意义:
众所周知,原料是高炉冶炼的基础,高炉冶炼指标的好坏与所用的原料质量是密不可分的。
化学成分:
基础
原料质量机械强度:
保证
冶金性能:
关键
稳定:
T炉、充沛均匀、炉缸要活跃
高炉操作两大主题:
顺行:
当设备条件一定
时,原料的冶金性能将直接影响稳定和顺行。
操作人员水平一定
因此,检测所用炼铁原料的冶金性能具有十分重要的意义。
二.炼铁原燃料冶金性能主要内容:
铁矿石低温还原粉化性能
铁矿石还原性能
球团矿还原膨胀性能
焦炭反应性及反应后强度
铁矿石软化性能
铁矿石熔滴性能
生熟球抗压强度性能等
三.原料冶金性能的检测
(一)铁矿石的低温还原粉化性能:
(国标GB/T13242-91)
1.过程:
m0=500g±1粒铁矿石CO:
CO2:
N2=20:
20:
60
T中≤100℃
称量记为MD0
转鼓:
300转筛分:
+6.3、+3.15、-0.5方孔筛筛分
称量:
>6.3记为MD1
3.15-6.3记为MD2
0.5-3.15记为MD3
2.指标:
还原粉化指数用RDI表示
MD1
RDI+6.3=——×100(参考指标)
MD0
MD1+MD2
RDI+3.15=—————×100(考核指标)
MD0
MD0-(MD1+MD2+MD3)
RDI-05=———————————×100(参考指标)
MD0
(二)铁矿石的还原性能(GB/T13241-91)
1.检测过程:
m0=500g±1粒铁矿石,升温制度
m1:
t=0时,恒温,质量
mt:
t=t时,质量
2.指标:
(1)还原度
还原度的计算:
0.11W1m1-mt
Rt(%)=————+———————×100×100
0.430W2m0×0.430W2
式中:
m0-----试样的质量,g;
m1-----还原开始试样的质量,g;
mt-----还原tmin后试样的质量,g;
W1-----试验前试样中FeO的含量,%;
W2-----试验前试样中TFe的含量,%;
Rt的物理意义:
Oo—Ot
Rt=—————×100%
Oo
假定铁矿石中的铁全部以Fe2O3形式存在,并把这些Fe2O3中的氧算作100%,还原一定时间后所达到脱氧的程度,以质量百分数表示。
3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2
(1)
Fe3O4+CO=3FeO+CO2
(2)
FeO+CO=Fe+CO2(3)
由[
(1)式+2×
(2)式+6×(3)式]/3得到(4)式:
3Fe2O3+9CO=6Fe+9CO2
Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2(4)
还原度指数RI:
还原3h后所达到的还原度。
RI=Rt/t=3h
(2)还原速率指数(RVI)
RVI定义:
用原子比O/Fe为0.9时(相当于Rt=40%)的还原速率表示。
dRt33.6
RVI=——=———(%/分)
dtt60—t30
式中:
t30------Rt=30%时的时间,min;
t60------Rt=60%时的时间,min;
33.6------常数
理解:
Fe2O3:
O/Fe=1.5TFe=70%
Fe3O4:
O/Fe=4/3TFe=72.41%
FeO:
O/Fe=1/1TFe=77.78%
FeO0.9:
O/Fe=0.9/1TFe=79.55%
3.最终结果表示:
以RI作为考核指标
以RVI作为参考指标
(三)球团矿还原膨胀指数测定(国标GB/T13243-91)
1.检测过程:
(1)选择18个球团矿
要求圆、光滑、无裂纹、无明显孔洞
(2)测定还原前的体积V0
(3)还原过程
18个球分三层装入特制吊篮,并将吊篮装入还原罐中。
升温制度
(4)测定还原后的体积V1
2.指标:
(1)还原膨胀指数(RSI)的定义:
球团矿在等温还原过程中自由膨胀,还原前后体积增长的相对值,用体积百分数表示。
(2)计算公式
V1—V0
RSI=—————×100(%)
V0
式中:
V0------还原前试样的体积,mL;
V1------还原后试样的体积,mL。
(四)软化性能和熔滴性能
无国家标准,也无国标标准,世界各地做法都不相同,无可比性,但同一种设备在同一条件下做出的结果对生产具有指导意义。
1.检测过程(模拟高炉过程)
按一定速度升温,受热,T,被还原、软化、熔化、滴落。
△H=f(T)
△
P=f(T)
2.指标:
(1)软化开始温度—TA:
△H
压缩率=——×100%=10%时所对应的温度。
H0
(2)软化终了温度—Ts:
与1/2△Pmax对应的试样温度
(3)渣铁开始滴落对应的试样温度,用TM表示
(4)软化温度区间—△TSA
△TSA=Ts-TA
(5)软熔温度区间—△TMS=TM-TS
(6)矿石软熔层的压缩率—B
HM-HS
B=————×100%
H0
式中:
H0—试样的原始高度,mm
Hs—温度为Ts时试样被压缩的高度,mm
HM—渣铁开始滴落时试样被压缩的高度,mm
(7)试样过程中出现的最大压差:
△Pmax
通过该实验,能同时得到软化性能和熔滴性能指标。
(五)焦炭反应性及反应后强度检测(国标GB/T4000-1996)
1.检测过程:
(1)称制好的焦样m0=200g±0.5g,除去m粉后记为m
(2)反应过程
将焦样按要求装入特制的反应罐中。
升温制度
(3)T≤100℃,称量记为m1
(4)进入焦炭转鼓后,筛分、称量,记为m2
2.指标:
(1)焦炭反应性(CRI)
焦炭反应性指标已损失的焦炭质量占反应前焦样总质量的百分数表示。
m—m1
RSI=—————×100(%)
m
式中:
m—焦炭试样质量,g
m1—反应后残余焦炭质量,g
(2)反应后强度(CSR)
反应后强度指标以转鼓后大于10mm粒级焦炭占反应后残余焦炭的质量百分数表示。
m2
RSI=—————×100(%)
m1
式中:
m2—转鼓后大于10mm粒级焦炭质量,g
四.原料冶金性能与高炉生产的关系
(一)低温还原粉化性能的影响
铁矿石低温还原粉化率高(RDI-0.5),RDI+3.15,在一定程度上影响煤气流在块状带的
上部悬料
分布与透气性
Q尘缩短炉顶设备寿命
(二)还原性对高炉冶炼的影响
K8-9%
RI每10%
据统计,产量也会有一定幅度的提高
软化性能和熔滴性能TA
RI
TM
(三)软化性能对高炉冶炼的影响
中下部透气性
铁矿石的软化性能
间接还原
软熔带位置高中部间接还原区缩小K
TA
δ软熔带下部透气性恶化影响高炉顺行
(四)熔滴性能对高炉冶炼的影响
据测定,压损△P软熔带≥60%高炉△PBF
而△P软熔带主要集中在熔融滴落部分所以铁矿石熔滴性能对高炉顺行具有重要影响
增产节焦
(五)焦炭反应性和反应后强度对高炉冶炼的影响
1.焦炭在高炉中的作用
燃料(热能)
还原剂(化学能)
骨架的作用(机械强度特别是热强度)
2.如果焦炭的反应性(CRI)好,热强度(CSI)差
炉况不顺
料柱透气性差产量降低
质量下降
此外,还会引起炉渣粘度,渣铁分离困难。
五.日钢主要炼铁原燃料的冶金性能
(一)低温还原粉化性能
1.日钢烧结矿低温还原粉化性能
日钢烧结矿低温还原粉化性能
名称
RDI+6.3
RDI+3.15
RDI-0.5
RDI+3.15极差(%)
烧结矿(五烧)
34.44%
66.67%
8.37%
0.01﹤A=7.5%
数据有效
烧结矿(五烧)
37.60%
66.66%
8.62%
平均值
36.02%
66.67%
8.50%
烧结矿(一烧)
16.17%
53.29%
8.53%
自产高碱烧结矿
44.28%
69.88%
8.78%
结论:
日钢自产高碱烧结矿低温还原粉化性能最好,烧结矿(一烧)最差。
2.烧结矿低温还原粉化性能对比:
日钢烧结矿低温还原粉化性能对比
名称
RDI+6.3
RDI+3.15
RDI-0.5
日钢烧结矿(五烧)
36.02%
66.67%
8.50%
烧结矿(一烧)
16.17%
53.29%
8.53%
自产高碱烧结矿
44.28%
69.88%
8.78%
攀钢烧结矿
21.29%
24.77%
30.61%
鄂钢烧结矿
26.39%
59.85%
8.81%
玉钢烧结矿
95.10%
97.39%
1.29%
莱钢烧结矿
28.67%
50.97%
9.37%
杭钢烧结矿
65.08%
84.50%
3.57%
达钢烧结矿
42.57%
73.84%
5.76%
水钢新烧结矿
52.76%
77.04%
6.22%
水钢老烧结矿
37.94%
67.03%
8.81%
涟钢烧结矿
34.05%
70.91%
6.59%
南钢烧结矿
33.60%
69.80%
5.10%
邯钢烧结矿
55.40%
76.80%
7.1%
结论:
同全国其它企业比:
日钢烧结矿低温还原粉化性能属于中等水平。
3.球团矿
日钢球团矿低温还原粉化性能对比
名称
RDI+6.3
RDI+3.15
RDI-0.5
日钢落球
86.12%
86.83%
12.53%
达钢普通球团矿
97.56%
98.60%
0.92%
国内球团矿
58.32%
79.95%
5.1%
进口球团矿Ⅰ
69.19%
89.85%
4.76%
进口球团矿Ⅱ
83.05%
91.81%
4.83%
结论:
同全国其它企业比:
日钢球团矿低温还原粉化性能属于中下水平。
(二)中温还原性能:
1.日钢烧结矿中温还原性能
日钢烧结矿还原性能
名称
RI(%)
RVI(%/min)
日钢烧结矿(一烧)
87.95
0.60
2.烧结矿中温还原性能对比:
日钢烧结矿还原性能对比
名称
RI(%)
RVI(%/min)
日钢烧结矿
87.95
0.60
攀钢烧结矿
79.33
0.53
鄂钢烧结矿
80.12
0.52
玉钢烧结矿
85.36
0.60
莱钢烧结矿
75.71
0.44
杭钢烧结矿
68.50
0.35
达钢烧结矿
72.87
0.49
水钢新烧结矿
81.33
0.45
涟钢烧结矿
87.59
0.62
南钢烧结矿
87.80
0.65
结论:
同全国其它企业比:
日钢烧结矿中温还原性能属于上等水平。
3.块矿中温还原性能对比:
块矿还原性能对比
名称
RI(%)
RVI(%/min)
日钢罗泊河矿
78.44
0.28
达钢块矿
58.00
0.26
水钢兰坪块矿
96.21
0.79
水钢越南块矿
85.52
0.56
水钢印度块矿
83.28
0.59
水钢澳大利亚块矿
82.90
0.53
水钢清镇块矿
61.65
0.28
同全国其它企业比:
日钢块矿中温还原性能属于中等水平。
3.球团矿中温还原性能对比:
球团矿还原性能对比
名称
RI(%)
RVI(%/min)
日钢落球
73.19
0.39
达钢普通球团矿
50.65
0.19
达钢钒钛球团矿
58.62
0.26
国内球团矿
82.78
进口球团矿Ⅰ
92.43
进口球团矿Ⅱ
88.41
结论:
同全国其它企业比:
日钢球团矿中温还原性能属于中等水平。
(三)球团矿还原膨胀性能
1.日钢球团矿还原膨胀性能
日钢球团矿还原膨胀指数
名称性能
RSI(%)
RSI极差(%)
日球团矿
12.93
﹤3%
数据有效
日钢落球
13.65
平均值
13.36
2.球团矿还原膨胀性能对比
球团矿还原膨胀指数性能对比
名称性能
RSI(%)
日钢球团矿
12.93
日钢落球
13.65
玉钢球团矿
6.40
莱钢鲁南球团矿
10.38
杭钢陵阳球团矿
10.36
南钢球团矿
12.63
结论:
同全国其它企业比,日钢球团矿的还原膨胀指数属中等水平。
(四)软化性能的对比与熔滴性能的对比:
1.烧结矿软化性能与熔滴性能的对比:
烧结矿软熔性能对比
名称
性能
鄂钢
烧结矿
南钢
烧结矿
水钢
烧结矿
邯钢
烧结矿
武钢
烧结矿
软化开始温度(℃)
1092
1057
1180
1174
1185
软化终了温度(℃)
1231
1514
1348
1364
1415
滴落时温度(℃)
1519
>1537
1483
1477
1465
软化温度区间(℃)
139
457
168
190
230
软熔温度区间(℃)
>285
>23
135
113
50
软熔层压缩率(%)
30.88
29.74
32.91
9.0
熔滴特性指数(kpa/℃)
48.672
>163.369
结论:
同全国其它企业比:
鄂钢烧结矿软熔性能属于中等水平。
2、块矿软化性能与熔滴性能的对比:
块矿软熔性能对比
名称
性能
日钢
罗泊河块矿
达钢
国内块矿
水钢
越南块矿
水钢
澳大利亚块矿
水钢
印度块矿
水钢
兰坪块矿
软化开始温度
875
1077
1102
1072
1011
880
软化终了温度
1255
1225
1328
1373
1492
1469
滴落时温度
1553
1442
1358
1469
1525
1512
软化温度区间
380
148
226
301
481
589
软熔温度区间
298
217
30
96
33
43
软熔层压缩率
20.17
46.67
13.23
31.91
14.17
59.6
熔滴特性指数(kpa/℃)
415.710
192.045
结论:
同全国其它企业比:
日钢块矿软熔性能属于中下水平。
3.球团矿软化性能与熔滴性能的对比:
球团矿软熔性能对比
名称
性能
日钢普通
球团矿
达钢普通
球团矿
达钢钒钛
球团矿
国内
球团矿
进口
球团矿Ⅰ
软化开始温度
1014
1086
1106
1152
1165
软化终了温度
1155
1182
1311
1208
1252
滴落时温度
1523
1449
1543
1409
1402
软化温度区间
141
96
205
56
87
软熔温度区间
368
267
232
201
150
软熔层压缩率
43.8
46.17
30.17
熔滴特性指数(kpa/℃)
627.440
567.909
64.2640
结论:
同全国其它企业比:
鄂钢球团矿软熔性能属于中下水平。
4.炉料结构软化性能与熔滴性能的对比:
炉料结构软熔性能对比
名称
性能
达钢2号高炉
烧:
普球:
钒球:
块
=72:
19:
6:
3
达钢3号高炉
烧:
普球:
钒球:
块
=67:
25:
6:
2
涟钢
烧:
球:
块
=58:
25:
17
南钢
烧:
球
=60:
40
水钢
烧:
印度:
兰坪
=76:
18:
6
软化开始温度(℃)
1083
1155
1116
1024
1172
软化终了温度(℃)
1286
1327
1423
1382
1384
滴落时温度(℃)
1467
1495
1461
1443
1482
软化温度区间(℃)
203
172
307
358
212
软熔温度区间(℃)
181
168
38
61
98
软熔层压缩率(%)
35.83
33.33
12.57
16.98
29.59
熔滴特性指数(kpa/℃)
17.195
373.128
31.598
结论:
同全国其它企业比:
达钢炉料结构软熔性能属于中下水平。
(五)焦炭反应性和反应后强度的对比:
1、日钢焦炭反应性及反应后强度
日钢焦炭反应性及反应后强度
名称性能
CRI(%)
CSR(%)
日钢洪洞恒富焦炭
26.0
63.1
日钢陕西陕焦
39.9
34.5
日照沂州能源
42.7
44.9
日钢浩宇物资焦炭
35.8
40.7
日钢山西天星焦炭
35.5
56.2
结论:
不同产地焦炭相比:
日钢洪洞恒富焦炭、日钢山西天星焦炭最好,日钢陕西陕焦最差。
2、焦炭反应性及反应后强度对比
焦炭反应性及反应后强度对比
名称性能
CRI(%)
CSR(%)
日钢洪洞恒富焦炭
26.0
63.1
日钢陕西陕焦
39.9
34.5
日照沂州能源
42.7
44.9
日钢浩宇物资焦炭
35.8
40.7
日钢山西天星焦炭
35.5
56.2
莱钢型钢区最好焦炭
29.7
60.5
杭钢外购平均水平焦炭
32.0
57.8
杭钢外购焦炭的最好值
22.6
67.7
达钢平均水平焦炭
41.1
41.0
达钢最好水平焦炭
35.9
51.7
重钢平均水平焦炭
34.2
53.2
重钢最好水平焦炭
29.5
58.1
水钢平均水平焦炭
36.3
52.1
水钢最好水平焦炭
34.7
58.5
涟钢平均水平焦炭
32.5
58.2
包钢平均水平焦炭
28.44
55.21
包钢最好水平焦炭
24.0
64.60
南钢最好水平焦炭
23.6
65.2
五.建议:
1.在日钢变料前最好由技术中心先做一下其冶金性能,再来指导生产。
2.日钢应探索现有条件下的最佳炉料结构。
3.日钢应探索最佳的烧结矿配料和烧结工艺制度,以改善其低温还原粉化性能。
4.日钢应建一套炼铁原燃料及渣铁性能的全面质量管理体系。
5.日钢在购买原料时最好先测试所购原料的冶金性能。
6.日钢在购买原料时最好先分析所购原料的有害元素。
7.建议增加以下试验系统,以进一步提高检测实验室的水平和档次,更好地为生产
服务。
(1)烧结杯系统
(2)连铸二冷喷嘴水流密度和冲击压力测定系统
(3)半球点测定系统
(4)球团矿抗压强度测定系统
(5)炉渣综合性能测定系统
(6)进口传感器粘度测定系统
(7)铁矿石高温还原系统
(8)热丝法炉渣熔点、结晶温度测定系统
(9)生球爆裂温度测定系统
(10)导热性能测定系统
(11)煤粉着火点与爆炸性能测定系统
(12)差热分析仪
(13)球团矿制备系统
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