高炉炼铁精料技术的内容.docx

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高炉炼铁精料技术的内容

高炉炼铁精料技术的内容

王维兴（中国金属学会）

一．精料技术的重要作用

高炉炼铁是以精料为基础,是国内外炼铁界的共同认识.

1.精料技术水平对高炉炼铁技经指标的影响率在70%，其中焦炭质量的影响占35%左右（特别是在高喷煤比和高冶炼强度条件下），高炉操作技术占10%,企业现代化管理水平占10%,设备运行状态占5%,外界因素（动力,上下工序,运输,供应等）占5%.不能对高炉工长提出过分的要求,要承认他们工作是有一定的限度.要重视精料技术对高炉炼铁的影响力度大.如果我们已提供给较好的工作环境,而没有得到较好的指标,可以对高炉工长提出更高的要求.

2.高炉炼铁是个有条件组织生产的工序.具备什么样的生产条件,就会有什么样的生产结果.也就是说,优化生产条件的高炉,它会给你好的回报（好的生产指标）.你要是糊弄它,它要犯脾气,会折腾你.回头你再哄它,给它好吃好喝（改善原燃料生产条件,轻负荷等）,还要几天或几周后,才能缓过劲来.回头一算帐,还不如早点善待它.我们要承认炼铁学的基本规律,用科学发展观来组织炼铁生产.不能有半点马虎.高炉生产状态好时,不能有侥幸心理,用质量差一点的炉料,希望还保持好的生产指标.这是有一定限度的.炼铁工作者的艺术就是把握好这个度.组织炼铁生产要用有条件论的观点去组织生产,但不唯生产条件,重在企业科学管理.

3.用系统工程的方法来分析,实现精料技术的代价.这里有技术,经济,管理三个方面的因素.如购买低品位廉价矿石,是要有个度,要用技术经济的观点去进行分析,不能一味追求降低采购成本,要算一算会给高炉生产带来什么结果?

给钢铁联合企业带来什么结果?

总体经济效益如何?

钢铁企业的领导应有清醒的头脑.建议炼铁厂技术科要有即懂炼铁技术,又懂经济的人才,进行合理精矿品位的科学计算,优化炼铁炉料结构,以获取最大效益为工作目标.炼铁厂应对采购有语话权.不能让采购人员买什么矿,高炉只能用什么矿的现象继续下去.我们最终考核业绩是炼铁指标和成本,就不能不给炼铁创造好条件.我们建议把烧结厂,球团厂,焦化厂,炼铁厂实行统一管理,进行整合.由炼铁厂统管.大家都要为高炉服务,以追求高炉最佳指标为目标.公司开生产调度会时就不要再给这些企业当裁判员.钢铁企业要向太钢学习,炼铁厂就有对采购的语话权.

二.精料技术的内涵

精料技术的内容有：

高、熟、稳、均、小、净,少,好八个方面

1．高：

入炉矿含铁品位高，原燃料转鼓指数高，烧结矿碱度高

·入炉矿品位高是精料技术的核心。

作用：

矿品位升高1%，焦比降1.0%~1.5%，产量增加1.5%~2.0%,吨铁渣量减少30公斤,允许多喷煤粉15公斤.

原燃料转鼓强度要高。

<高炉炼铁工艺设计规范>要求,烧结矿转鼓强度≥71%~78%.焦炭转鼓强度M40≥78%~86%.大高炉对原燃料的质量要求是高于中小高炉。

如宝钢要求焦炭M40为大于88%，M10为小于6.5%，CRI小于26%，CSR大于66%。

一般高炉M40要求为大于80%，M10为小于7%，CRI小于30%，CSR大于60%。

烧结矿碱度要高（在1.8-2.0）。

球团矿转鼓强度（+6.3mm）（%）≥90,抗压强度（N/个球）≥2200.

提高入炉矿含铁品位的有效办法是,多使用含铁品位高的块矿和球团矿.

2010年我国进口铁矿石6.1864亿吨,比上年降低1.5%%.进口铁矿石含铁品位比国产矿要高,促进了我国高炉入炉矿含铁品位的提高.国内外铁矿石质量见表1和表2.表3为部分国家球团矿性能..

表1国外典型铁矿石成份单位：

%

产地

规模Mt

TFe

SiO2

CaO

Al2O3

MgO

P

S

FeO

烧损

巴西（卡拉加斯）

35.0

67.35

0.57

0.88

1.01

0.037

0.008

0.22

巴西（MBR）

23.0

66.00

1.05

0.10

0.94

0.10

0.029

0.010

0.37

0.92

巴西（CVRD南部）

50.0

64.40

5.10

0.94

0.040

0.007

巴西（Sarmitri）

12.30

64.97

3.80

0.80

0.058

巴西（里奥多西）

67.45

1.42

0.07

0.69

0.02

0.031

0.006

0.09

1.03

南非（伊斯科）

65.61

3.47

0.09

1.58

0.03

0.058

0.011

0.30

0.39

南非（阿苏曼）

64.60

4.26

0.04

1.91

0.04

0.035

0.011

0.11

3.64

南非（Sishen）

23.40

65.73

3.46

1.51

0.049

0.020

加拿大（QCM）

（IOC）

（Wabush）

19.00

16.00

6.10

66.10

65.86

65.53

4.80

4.62

2.67

0.32

0.13

0.015

0.008

0.003

0.003

委内瑞拉（CVG）

20.00

66.10

1.10

0.80

0.070

瑞典（LKAB）

20.00

69.80

1.20

0.18

0.045

0.020

澳大利亚（哈默斯利）

50.00

62.74

4.35

0.05

2.58

0.08

0.07

0.05

0.14

2.10

澳大利亚（罗布河）

26.00

57.20

5.60

0.37

2.65

0.20

0.038

0.025

0.07

8.66

澳大利亚（杨迪）

58.57

4.61

0.04

1.26

0.07

0.036

0.010

0.20

8.66

澳大利亚（BHP）

50.00

62.77

5.12

2.43

0.067

0.06

澳大利亚（WastAngelas）

61.8

2.9

1.98

0.06

澳大利亚（纽曼山）

63.45

4.18

0.02

2.24

0.05

0.068

0.008

0.22

2.34

印度（卡洛德加）

64.54

2.92

0.06

2.26

0.06

0.022

0.007

0.14

印度表8我国一些主要铁矿石的化学成分w/%

（果阿）

62.40

2.96

0.05

2.02

0.10

0.035

0.004

2.51

表2我国一些主要铁矿石的化学成分w/%

矿山名称

TFe

FeO

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

MnO

S

P

弓长岭（赤）

44.00

6.90

34.38

1.31

0.28

1.16

0.15

0.007

0.02

弓长岭（赤贫）

28.00

3.90

55.24

1.53

0.22

0.73

0.35

0.013

0.037

东鞍山（贫）

32.73

0.70

19.78

0.19

0.34

0.30

0.031

0.035

齐达山（贫）

31.70

4.35

52.94

1.07

0.84

0.80

0.010

0.050

南芬（贫）

33.63

11.90

46.36

1.425

0.576

1.593

Mn0.037

0.073

0.056

攀枝花钒钛矿

47.14

30.66

5.00

4.98

1.77

5.49

0.36

0.75

0.009

宠家堡（赤）

50.12

2.00

19.52

2.10

1.50

0.36

0.32

0.06

0.156

承德钒钛矿

25.83

17.50

9.78

3.32

3.51

0.31

0.50

0.134

邯郸

42.59

16.30

19.03

0.47

9.58

5.55

0.11

0.208

0.048

海南岛

55.90

1.32

16.20

0.95

0.26

0.08

Mn0.14

0.098

0.020

梅山（富）

59.35

19.88

2.50

0.71

1.99

0.93

0.323

0.452

0.399

武汉铁山矿

54.38

13.90

马鞍山南山矿

58.66

5.38

0.005

0.550

马鞍山凹山矿

43.19

14.12

9.30

0.113

0.855

马鞍山姑山矿

50.82

23.40

1.20

0.056

0.26

包头（赤）

52.30

5.55

4.81

0.22

8.78

0.99

0.79

SO30.21

P2O50.935

大宝山矿

53.05

0.70

3.60

5.88

0.12

0.12

0.048

0.316

0.124

表3部分国家球团矿性能

国家

巴西

印度

加拿大

秘鲁

美国

澳大利亚

俄罗斯

铁品位，%

66.21

65.89

66.80

65.17

65.11

63.31

62.70

62.07

59.59

碱度，倍

0.03

0.32

0.23

0.24

0.14

0.10

0.66

1.11

1.11

抗压强度，N/球

3939

2387

2246

2891

2275

2530

3217

2370

2018

我国的烧结矿和球团矿性能普遍比国外差,国外烧结矿和球团矿质量见表4.

表4国外炼铁炉料成分

国家

类型

品位（%）

SiO2（%）

CaO（%）

碱度（倍）

FeO（%）

芬兰

烧结

60.4

4.2

6.97

1.66

10.0

比利时

烧结

59.8

4.98

7.16

1.44

5.86

德国

烧结

58.8

4.77

9.78

2.05

4.8

荷兰

烧结

58.5

3.95

10.3

2.61

13.6

瑞典

球团

66.5

2.4

0.2

0.08

0.32

加拿大

球团

67.9

2.0

0.06

0.03

0.8

巴西

球团（自大容）

球团（酸性）

66.87

66.11

2.46

3.01

2.57

0.88

1.04

0.29

0.57

0.23

印度KUDERMKH

球团

65.5

2.6

P0.06

S0.02

AL2O3

2.0

印度MAOEVO

球团

65.5

2.6

P0.06

S0.01

AL2O3

2.3

2011年首季高炉入炉矿品位较高企业：

徐州60,85%,兴澄59.63%，太钢59.05%,宝钢59.51%，冶钢58.94%，山东石横58.64%，沙钢58.60%，鞍钢和邯钢均为59.18%,本钢58.45%,包钢59.47%.首钢58.57%,首钢京唐59.29%。

·焦炭焦炭转鼓指数要求:

《高炉炼铁工艺设计规范》中要求，大高炉M40>85%-88%,M10<6.5%CRI<26%,CSR>66%.1000-2000M3高炉,CRI<30%,CSR>60%;中小大高炉M40>78%-82%,M10<7.5%.大高炉对焦炭有热性能的要求.

·烧结矿转鼓指数:

1000M3以下高炉>68%.2000M3高炉>72%,3000M3高炉>76%,4000M3以上高炉>78%.

·球团矿常温耐压强度（N/个求）:

3000M3以下高炉≥2000,4000-5000M3高炉≥2500.

转鼓指数+6.3mm:

1000M3高炉≥86%,2000M3高炉≥89%,3000M3以上高炉≥92%.

2011年首季炉料转鼓指数较高的企业是：

烧结矿：

首钢81.86%，广钢83.06%，酒钢82.95%,首钢京唐81.63%,武钢80.48%,鞍钢80.36%,川威79.98%，宣钢79.83%，兴澄79.67%，重钢79.46%.

焦炭:

M40较高的企业宝钢87.69%，马钢89.14%，太钢89.80%,韶钢88.01%,莱钢86.79%,攀钢86.98%,沙钢87.26%，邯钢87.12%，天铁86.31%，唐钢86.18%，武钢85.93%.

M10最低的企业太钢5.27%,韶钢5.80%,冶钢5.44%,马钢5.62%,萍钢5.87%,泰钢5.85%，新兴铸管5.92%，涟钢6.02%攀钢6.09%.

球团矿转鼓指数较高的企业:

邯钢96.73%,沙钢96.60%,抚钢95.80%,柳钢95.56%,峨口铁矿95.55%,吉林钢铁95.52%.宣钢95.00%.

·烧结矿碱度在1.8-2.2（倍）为高碱度烧结矿,高碱度烧结矿转鼓指数高,还原度高.

2011年首季烧结矿碱度较高的企业:

川威2.857,成无2.348，德龙2.478，广钢和成钢为2.257,达钢2.211,攀钢2.292,石钢2.289，通钢2.195，南京2.194，重钢2.251,永钢2.178，西林2.160，济源2.340，锡兴2.077，冷水江2,013,衡管1.841，柳钢2.097,建龙2.077。

2．熟：

烧结矿球团矿统称为熟料.熟料比是指烧结矿加球团矿占入炉料的比例

目前，企业已再不追求高熟料比,但建议熟料比不低于80%,因熟料比下降1%,燃料比会升高2~3kg/t。

2011年首季全国重点企业熟料比为92.10%.熟料比较低的企业:

宝钢为83.12%，海鑫为80.54%，青岛83.98%，广钢为77.16%，临钢为85.17%，南钢为85.94%，首钢为86.64%,衡管84.71%,天铁86.68%。

使用高品位块矿,国外铁矿石品位高（见表1）,是提高入炉品位的首选,又可以减少造块过程中对环境的污染,以及降低炼铁系统的能耗.

3．稳：

原燃料化学成分和物理性能要稳，波动范围要小:

原燃料供应量要稳定。

要求：

<烧结厂设计规范>要求烧结矿的品位波动±<0.5%，碱度波动±<0.08（倍）,FeO含量波动±<1.0%（最好FeO含量波动±<0.5%）,合格率要大于80%~98%.大高炉合格率要在大于95%.

原燃料波动的影响：

品位波动1%，产量影响3.9%~9.7%，焦比2.5%~4.6%.碱度波动0.1，产量影响2%~4%，焦比1.2%~2.0%。

目前，我国高炉生产中存在的最大问题是原燃料成分波动大。

不少企业的炉料储存量不足一周用量,造成烧结和高炉处于经常变料状态,致使高炉生产不稳定.

设立原料混均料场是实现炉料成分稳定的最有效的办法.建设宝钢时日本人提出这是必备条件,对宝钢高炉生产起到重要作用.以后,马钢,广钢等企业相继建设了原料混均料场,对高炉生产起到积极的作用.各国原料场设施情况见表5.

表5各国原料场设施情况

厂名

料堆尺寸，m

跨数

每跨

堆数

总堆数

每堆

容量

万t

贮存

时间

日

长

宽

高

日本：

大分厂

~260

31

12

2

2

4

14

10

君津第二系统

180

30

11.5

2

2

4

6

7

福山厂

115~165

24

多跨

12

10~14

法国：

索里梅厂

320

29

13.4

4

1

4

12

~10

敦克尔刻1号作业线

4

1

4

8

7~8

敦克尔刻2号作业线

2

1

2

10

敦克尔刻3号作业线

2

10

6

德国：

曼内斯曼

28

3

~15

10~14

莱茵豪森

4

5

英国：

斯肯索普

792

36.6

4

1

4

35

12

意大利：

塔兰托1号混均场

8

12~15

12~14

塔兰托2号混均场

340

35

约13

2

1

2

19

12~14

澳大利亚：

肯有拉港

440

40

14

2

1

2

34

~14

卢森堡：

埃施贝尔瓦尔

2

1

2

20

~9

罗马尼亚：

加拉茨烧结厂

4

总60

1个月

中国：

宝钢

约540

33

12.4

2

1

2

24

10

4．均：

入炉原燃料粒度要均匀

作用：

粒度均匀会提高炉料透气性（不同粒度的原燃料同时装入高炉炉料会有填充作用,使炉料的空间减少,透气性差），提高矿石间接还原度。

炉料的填充作用，使孔隙度减少。

粒度均匀会节焦增产。

烧结矿粒度>50mm粒级要小于10%.表6和表7为国内外高炉炼铁企业对入炉料粒度要求的范围.

烧结和焦炭均要进行整粒.目的就是要实现粒度均匀.如焦炭要保证60mm左右粒度占>80%,大于80mm的要小于10%,<5mm的比例要小于5%，5~10mm比例要小于30%.

表6国内外高炉炼铁企业对入炉料粒度要求的范围（单位mm）

国家

天然矿石

球团矿

烧结矿

焦炭

石灰石

返矿

中国宝钢

8~25

8~16

6~50

25~70

3~6

<5

日本

8~25

9~15

6~50

25~70

俄罗斯

10~15

10~30

25~60

德国

8~25

6~15

6~50

25~70

美国

6~15

两级6~115

15~38

25~70

法国

8~25

6~15

两级6~115

15~40

部分厂20~80

部分厂20~70

英国

25~70

波兰

30~60

瑞典

25~75

.

表7主要产钢国家对原料粒度的要求

国家与原料名称

粒度下限

粒度上限

范围，mm

小于下限含量，%

范围，mm

大于下限含量，%

日本：

铁矿石

烧结矿1

烧结矿2

球团矿

石灰石

8-10

5-6

5

5

15-30

≤4

≤5

≤2

≤4

-

25-30

50-75

30

16-29

75-90

≤10

≤5

≤5

≤10

≤5

前苏联：

烧结矿

球团矿

5

10

≤5

≤5

30

15

≤10

≤10

德国：

铁矿石

烧结矿

8

6

<5

<5

20

50

<20

<5

美国：

烧结矿

6

≤5

38

<10

法国：

烧结矿

6

≤6-7

40

<10

5．小：

是指原燃料粒度要偏小

烧结粒度为25~40mm，焦炭25~45mm，球团8~15mm，块矿8~30mm。

小高炉可取下线值.炉料粒度偏小,比表面积大,与还原剂接触面大,可提高矿石还原度,促进间接还原比例提高.

6．净：

要筛除炉料小于5mm的粉末

入炉原燃料粒度组成的要求：

<5mm的比例要小于5%，最好在3%左右.

5~10mm的比例要小于30%，最多不能超过35%.

实现上述要求焦比下降0.5%，产量增加0.4%~1.0%。

<5mm含量从4%升到11%，煤气阻力由1.6升到2.9，焦比升高1.6kg/t。

7．少：

炉料含有害杂质要少

S≤4kg/t,P≤0.2kg/t,Cu≤0.2kg/t,Pb≤0.15kg/t,cl-≤0.6kg/t,

Zn≤0.15kg/t,As≤0.1kg/t,K2O+N20≤3.0kg/t.

焦炭灰份中含有K2O+Na20要少，煤中灰份中K2O+N20含量要小于2.0%。

钾对炉料和耐火材料的破坏作用要比钠大。

要特别注意原燃料中的钾含量不要超标。

铁矿石有害杂质的危害和界限含量见表8.

表8铁矿石有害杂质的危害和界限含量

元素

界限含量，kg/t

危害

S

≤4.0

使钢产生“热脆”，易轧裂

P

≤0.3

0.03～0.18

0.20～1.2

0.05～0.15

0.15～0.6

酸性转炉生铁

碱性平炉生铁

碱性转炉生铁

普通铸造生铁

高磷铸造生铁

使钢产生“冷脆”

烧结、球团、炼铁过程中均不能脱磷

矿石中允许含磷量要进行计算

Pb

≤0.15

易还原，不熔于铁水，比重大，沉于炉底，破坏砖衬；Pb蒸气在高炉上部循环富集，易使炉墙结瘤，侵蚀炉衬。

Zn

≤0.15

使炉墙膨胀，破坏炉壳

Gu

≤0.2

少量可改善钢的耐腐蚀性，过多使用钢热脆，钢材不易焊接和轧刮

Sn

≤0.08

使钢产生脆性

As

≤0.1

使钢产生“冷脆”，不易焊接

Ti

TiO2≤15～16

降低钢的耐磨和耐腐蚀性，使炉渣变粘，起泡沫

K、Na

＜3.0

在高炉内循环富集，破场炉墙，易结瘤，使矿石和焦炭强度降低

F

腐蚀金属，危害人类和农作物，侵蚀炉衬

Clˉ

≤0.6

腐蚀金属管道,使烧结产生二恶英,使人致癌

铁矿石中每种元素含量超过一定值时，可以考虑进行综合利用。

各元素有价值进行综合利用的含量值见表9。

表9矿石中伴生元素可综合利用含量单位：

%

元素

Co

Gu

Zn

Mo

Pb

硫化镍

含Ni

Sn

P

TiO2

V2O5

Ga

Ge

Mn

Cr

含量

＞0.02

＞0.2

＞0.5

＞0.02

＞0.2

0.2

＞0.1

＞0.8

＞5.0

＞0.2

＞0.001

＞0.001

＞5.0

＞0.06

8．好：

铁矿石冶金性能要好,其标准是:

·铁矿石还原性好：

还原度要大于60%

·低温还原分化率低：

球团矿+3.15mm≥65%-89%.合格率大于90%。

按JIS标准测定还原性指标-3.15mm的RDI-3.0达到小于35%.低温还原分化率每升高5%，产量下降1.5%

·荷重软化温度高,,要大于1250-1300度,

·铁矿石滴熔温度高

·铁矿融化区间窄,在100-150度

·球团矿还原粉化率要<15%-20%,还原度（RI）≥65%,还原后强度≥450N/个球,还原膨胀率<15%,最高不能大于20%.

天然块矿的爆裂性要低,要求矿石含水和结晶水少.一般碳酸盐矿石在400~~500℃时爆裂严重,500℃时结速.国产矿石爆裂指数（<5mm）低,在1%以下,印度和澳大利亚等进口矿石爆裂指数在6%~7%,高的达15%,个别达30%.要控制在小于5%.

几种铁矿石的冶金性能见表10和表11.

表10块矿的冶金性能

块矿名

900℃还原度%

低温还原粉化率（-3.15mm）,%

热爆裂率