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爐料結構(burden design)

高爐煉鐵時裝進高爐的含鐵爐料的構成。是指自然富鐵礦(塊礦)、燒結礦和球團礦三類爐料在使用時的搭配組合,其他少量的含鐵料如鋼渣、廢鐵等不包含在爐料結構的概念之中。高爐使用的自然富礦和球團礦按它們脈石的性質分為酸性礦、半自熔性礦(CaO/SiO2在0.5左右)和自熔性礦(CaO/SiO2在1.0~1.2);而燒結礦則分為酸性燒結礦、自熔性燒結礦(CaO/SiO2在1.15~1.35)和高鹼度燒結礦(CaO/SiO2在1.6以上)等3種。長期的生產實踐表明,還沒有哪一種含鐵爐料在單一使用時,能夠完全滿足高爐強化冶鍊的要求。生產廠要根據自己的礦石供給情況和各種礦石的特性,確定它們的公道配比,以使高爐獲得良好的技術經濟指標和經濟效益。這種公道搭配稱為公道爐料結構。

發展簡史  

20世紀50年代前,自然富塊礦是高爐冶鍊的主要原料。由於自然礦的脈石大部分是酸性的,冶鍊時要往高爐內加很多熔劑(石灰石和白雲石),再加上自然礦的冶金性能差,高爐冶鍊指標差,最突出的是渣量大、產量低、焦比高。進進50年代,燒結礦生產迅速發展,由原來僅是處理礦山粉末和鋼鐵廠含鐵粉塵的手段,發展成富礦粉和粗粒度磁精礦粉造塊的主要方法。特別是將本應加進高爐的石灰石粉碎成<3mm的細粉配進燒結料中生產出自熔性燒結礦后,它成為高爐使用的主要含鐵爐料,由於它不僅解決了石灰石進高爐使焦比升高的題目,而且其性能比普通燒結礦和自然富塊礦好,使高爐的冶鍊指標得到改善。所以發展到將冶金性能不好的富礦粉碎到8mm以下再進行燒結。同時自熔性燒結礦還使高爐配料簡化到只有燒結礦和焦炭,為高爐上料自動化創造了很好的條件。後來在生產中又發現自熔性燒結礦的強度差,還原性也不很好,限制了高爐強化和生產指標的進一步改善。這樣從60年代後期開始生產鹼度為1.7~2.2的高鹼度燒結礦,克服了自熔性燒結礦的缺點。尤其是進進70年代后,用低溫燒結法生產出以針狀鐵酸鈣為黏結相的低FeO高還原性的高鹼度燒結礦進一步改善了燒結礦的性能,為高爐冶鍊提供了很好的含鐵爐料。但是這種燒結礦不能在高爐冶鍊中單獨使用,由於完全使用高鹼度燒結礦冶鍊時,形成的終渣的鹼度超過了冶鍊答應的範圍,高爐冶鍊提供不了高鹼度燒結礦熔化性溫度所要求的高溫。所以這種高鹼度燒結礦必須與酸性含鐵爐料配合使用形成公道的爐料結構。球團礦是處理極細精礦粉的另一種人造富礦,它是靠赤鐵礦再結晶和晶體長大固結的,可以使用很純的精礦粉,所以含鐵品位高而且強度很高。長期生產的是酸性(氧化)球團礦,單獨使用它冶鍊也需要往高爐內加很多熔劑而影響了高爐冶鍊指標。近10餘年來球團礦生產技術有了很大進步,能夠生產性能良好的半自熔性球團礦和自熔性球團礦,成為北美和北歐高爐冶鍊的主要含鐵爐料。但是大部分球團廠仍生產含MgO酸性球團礦和半自熔性球團礦作為高鹼度燒結礦的配合料。

組織原則和類型  

組織公道爐料結構應依據的原則有三:(1)高爐不加或少加石灰石,造出適宜鹼度的高爐渣;(2)使爐料具有良好的高溫冶金性能,在爐內形成公道、穩定的軟熔帶,以利於高爐強化和進步冶鍊效果;(3)礦種不宜過多,以2~3種為宜,由於複雜的爐料結構將給企業治理和高爐生產帶來困難。公道的爐料結構依具體情況有所不同,大致可回納為6種,其中高鹼度燒結礦配以適量的酸性爐料已成為舉世公認的公道爐料結構並得到了廣泛應用,特別是對於沒有固定鐵礦石基地,具有多種外來礦源的工廠,這種爐料結構形式更具廣泛的實用性和應變性。

高鹼度燒結礦配加酸性球團礦這種形式的爐料結構已為很多國家廣泛採用。高鹼度燒結礦與酸性球團礦的最佳進爐配比取決於礦源和高爐冶鍊的綜合經濟效益。一般以高鹼度燒結礦為主,酸性球團礦為輔。中國鞍山鋼鐵公司、本溪鋼廠、杭州鋼鐵廠等都有這種爐料結構。如杭州鋼鐵廠3號高爐(255m3),採用50%~55%高鹼度燒結礦(TFe44.5%,CaO/SiO2=2.3),配加45%~50%酸性球團礦(TFe56%,CaO/SiO2=0.3),取得了增鐵節焦的明顯效果。美國鋼鐵聯合公司紹姆森鋼廠的高爐爐料結構是:55%高鹼度燒結礦(TFe54.34%,CaO/SiO2=2.03,MgO2.13%),配加30%酸性球團礦(TFe63%,SiO25.5%)和15%塊礦。高爐不加石灰石,渣量為246kg/t。日本一些高爐也採用這類爐料結構。

高鹼度燒結礦與酸性燒結礦配合這是取酸性燒結礦強度好的優點而組合的一種爐料結構形式,前蘇聯下塔吉爾鋼鐵廠採用鹼度2.2和0.9兩種高、低鹼度燒結礦相配合的爐料結構,比單用鹼度1.15的自熔性燒結礦效果好。高爐增產2.8%,焦比降低1.5%。中國酒泉鋼鐵廠等也成功地採用了這種爐料結構進行生產。

高鹼度燒結礦配加自然富鐵礦在有自然富鐵礦資源或來源的地區,適宜採用這種爐料結構模式。它工藝流程簡化,只需組織高鹼度燒結礦的生產和自然富鐵礦的整粒(見鐵礦石整粒)和混勻(見礦石中和混勻)處理。日本由於大量進口自然富鐵礦,其礦粉用於生產高鹼度燒結礦,常配加15%~20%塊礦進爐。中國寶山鋼鐵(團體)公司,上鋼一廠,梅山冶金公司等廠因進口澳大利亞等國的自然富鐵礦,也採用這種爐料結構。

高鹼度燒結礦配加硅石這種結構主要用於生產鑄造生鐵和高爐硅鐵合金。在使用高品位低SiO2鐵精礦生產高鹼度燒結礦的條件下,為了增加鐵中易還原的硅源和調節爐渣鹼度,生產中配加一定量的硅石(含SiO290%以上)。本溪鋼鐵公司一煉鐵廠,梅山冶金公司高爐冶鍊鑄造生鐵時都採用過這種爐料結構。

酸性球團礦為主配加高鹼度燒結礦這在美國使用過細鐵燧岩精礦大量生產酸性球團礦的特定條件下,是一種很流行的爐料結構形式。如伯恩斯港廠3000m3級高爐曾使用100%酸性球團礦冶鍊,在無噴吹燃料條件下,獲得利用係數1.7t/(m3•d),焦比575kg/t的效果。後來採用60%酸性球團礦配加40%高鹼度燒結礦((CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3)=2.0~3.0)的爐料結構,使高爐利用係數達到2.0t/(m3•d)左右,綜合焦比降低到456kg/t(進爐焦比405kg/t)。印第安納廠7號高爐(4200m3)採用75%酸性球團礦和25%高鹼度燒結礦的爐料結構,獲得了利用係數1.815t/(m3•d),綜合焦比513kg/t(進爐焦比491kg/t)的良好指標。中國一些中、小型高爐也採用這種以酸性球團礦為主的爐料結構。

酸性球團礦和自熔性球團礦配合以前北美的一些高爐單純使用酸性球團礦冶鍊,除帶來石灰石大量進爐,焦比升高等弊端外,還因其在高爐內產生還原膨脹粉化,導致爐況不順。近年來隨著半自熔性球團礦和自熔性球團礦的生產,酸性球團礦已部分或全部被取代。加拿大多發斯柯廠(Dofasco)2號高爐(906m3),使用CaO/SiO2=0.8~1.0,含MgO1.5%~1.7%的這種自熔性球團礦,增產2.6%,焦比降低12%,澳大利亞懷阿拉廠2號高爐(1543m3)使用80%的CaO/SiO2=1.19、含MgO1.93%的自熔性球團礦冶鍊,同使用80%酸性球團礦冶鍊相比較,利用係數進步12.4%,綜合焦比降低5.2%,煤氣利用率進步3.4%。日本加古川廠通過加進MgO進步球團礦氣孔率並使球團鹼度CaO/SiO2從1.25進步到1.5。這種球團礦膨脹率低於14%,冶金性能近於熔劑性燒結礦。因此採用酸性球團礦同含MgO的自熔性或熔劑性球團礦相配合是一種正在發展、很有前途的新型爐料結構。

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