原料和原理.

主讲人张淑会教授铁矿粉烧结培训讲义华北理工大学2015.12第1章高炉炼铁精料技术的内涵炼铁系统工序能耗占钢铁工业总能耗的70%，精料是高炉炼铁的基础。国内外炼铁生产实践表明，高炉炼铁技术水平如何，精料技术的影响占70%，其它因素占30%。随着高炉大型化、自动化以及要求最大限度地降低燃料比，高炉炉料的质量越来越受到重视，特别是大型钢铁企业，把提高生铁产量和质量着眼点放在“铁前”工作上，对入炉原料的质量提出了更高要求。高炉炼铁的精料技术水平可以用“高、熟、净、小、均、稳、少、好”共八个方面来描述。1.1概述“高”是指入炉矿石含铁品位要高，焦炭、烧结矿和球团矿的强度要高，烧结矿的碱度要高。1）入炉矿石品位高；2）高强度；3）高碱度烧结矿1.2.1入炉矿石品位高1.2“高”的含义入炉矿石品位提高1%，焦比下降1.5%，生铁产量增长2.5%，渣量减少30kg/t，允许多喷吹煤粉15kg/t。高碱度烧结矿一般品位在58%左右，通过多配加高品位的块矿和球团矿可以有效地提高炼铁入炉矿品位。焦炭：灰分≤12.5％，S≤0.65％，K2O+Na2O含量3.0kg/t；烧结矿：TFe≥58%（最好TFe≥60%），SiO2≤5.5%，FeO5%；球团矿：TFe≥65%，SiO2≤3.5%。1.2.2高强度喷煤比在160kg/t以上大高炉的炉料机械强度要求：•焦炭：M40≥80％以上，M10≤7％。•球团矿：抗压强度≥2500N/个球，耐磨指数≤3.5%，膨胀指数≤10%。生产实践表明：•烧结、球团矿转鼓指数每升高1%，高炉产量提高1.9%；•焦炭的M40提高1%，高炉利用系数提高4%，燃料比下降5.6kg/t。1.2.3高碱度烧结矿与溶剂性烧结矿相比，高碱度烧结矿具有强度好、含FeO低、还原性好、软化温度高和还原粉化率低等优点。高碱度，一般是指碱度在1.8～2.0。目前，国内外炼铁企业均在调整炉料结构，以取得最佳经济效益。而合理的炉料结构，要根据各厂具体情况而定，如酸性矿供应不足则受到限制。1.3“熟”的含义“熟”是指高炉入炉原料中熟料（指烧结矿和球团矿）比例要高。通常熟料的还原性优于生矿，实践表明，使用熟料的高炉可以大幅度提高各项技术经济指标。随着高炉炼铁生产技术的不断进步，一些企业已不再追求高熟料比，如宝钢高炉的熟料比在84%左右。炉料中天然块矿比例最好不要超过20%，过高对炼铁能耗会有一定负作用。1.4“净”的含义“净”是指入炉原料中小于5mm的粉末要筛除。据统计，入炉料的粉末降低1%，可使高炉利用系数提高0.4%～1.0%，入炉焦比下降0.5%。要求：炉料中5mm以下的炉料占全部炉料的比例不能超过5%。炉料中5～10mm的颗粒要少于总炉料的30%。1.5“匀”的含义“均”是指入炉原燃料的粒度应当均匀。对于不同粒度的炉料应当进行筛分，按粒度组成不同进行分级入炉，不但可以减少炉料的填充作用（提高炉料透气性），而且还会产生节省焦炭提高产量的作用。粒度范围：烧结矿：25~40mm，焦炭：20~40mm，一般认为焦炭粒度上限应为矿石平均粒度的3～5倍）；天然块矿：易还原的赤铁矿和褐铁矿为8~20mm；对于中小高炉的原燃料粒度还允许再小一点。1.6“小”的含义“小”是指入炉料的粒度要小、均匀，上限所规定的范围要窄，控制住炉料中的大块。最佳粒度：烧结矿为10～25mm，球团矿为10～14mm，大高炉块矿在10～20mm，小高炉块矿为6～12mm。根据生产经验，铁矿石块矿入炉粒度从10～40mm降到8～30mm时，高炉产量可增加9.6%，焦比下降3.1%。1.7“稳”的含义“稳”是指入炉料的化学成分和物理性能要稳定，波动范围要小。生产要求：烧结矿含铁品位波动≤±0.5%，碱度波动≤±0.05%；宝钢通过原料场混匀和自动化配料之后，烧结矿的标准偏差值为：品位波动±0.256%，SiO2波动为±0.087%，碱度波动为±0.029，这已是国际先进水平。1.8“少”的含义“少”是指铁矿石和焦炭、煤粉中有害杂质要少，这也是冶炼优质生铁和纯净钢冶炼的必要条件。高炉炼铁对铁矿石中有害杂质的极限含量：S≤0.3%；对碱性转炉用生铁：P＜0.2%~1.2%，对酸性转炉用生铁：P＜0.3%，对普通铸造生铁：P＜0.05%~0.15%，对高磷铸造生铁：P＜0.15%~0.6%；Zn≤0.1%~0.2%，Pb≤0.1%，Cu≤0.2%，As≤0.07%，Ti(TiO2)＜15%~16%；K、Na、F也是有害元素。焦炭的水分≤5.0％，灰分≤12.0％，S≤0.60％，K2O+Na2O含量3.0kg/t。1.9“好”的含义“好”是指焦炭和铁矿石的冶金性能要好：铁矿石的冶金性能包括：还原性、低温还原粉化性、荷重还原软化性、熔滴性、块矿的热爆裂性、球团矿的还原膨胀性能等。焦炭的冶金性能主要是反应性（CRI）和反应后强度（CSR），焦炭反应性提高1%，则CO的利用率下降0.5%左右，高炉燃料比升高0.6kg/t左右。一般要求，热反应性CRI30％，热强度CSR60％。•还原性•低温还原粉化性能•荷重软化性能•熔滴性能烧结矿、球团矿、块矿的还原性要高，低温还原粉化率要低，荷重软化温度要高，软熔温度要高，软熔温度区间要窄；滴熔温度要高，滴熔温度区间要窄。RI＞60%的矿石属于还原性能好的铁矿石，生产实践表明：还原性改善10%，焦比可降低8%～9%。国家清洁生产标准要求，RDI+3.1585%，生产实践表明：RDI+3.15每降低5%（喷洒CaCl2溶液），高炉产量会下降1.5%，焦比升高2%。铁矿石在弱还原性气氛，一定荷重条件下收缩率在10%～40%时的温度。一般认为两者差值140℃较好，主要影响因素是生成矿物的熔点、FeO含量、炉渣的组成和数量。希望铁矿石的在还原过程中熔滴温度（Ts、Td）要高、区间要窄（ΔT140℃)、流动性能好（ΔPmax，S要小）。熔融的矿石很容易穿透焦炭层进入炉缸，即不粘附在焦炭上，也不造成渣铁不分离，使高炉煤气通畅，便于操作。•块矿的热爆裂性•球团矿还原膨胀性能是指块矿在高炉内受热发生爆裂的程度，其测定方法是将一定粒度的矿石，从常温升到500℃、恒温40min，以其产生的5mm矿石所占比例来表示，一般要求小于20%。球团矿在高炉内还原过程中其体积膨胀。球团矿的膨胀会对高炉顺行产生不利影响。由于球团矿的膨胀会使炉料的间隙变小，造成炉料下降不顺畅，煤气流上升受阻，导致高炉冶炼不正常。另一方面，由于球团矿膨胀，造成抗压强度降低，易产生粉末，也使炉料空隙被堵塞，所以有些企业是限制高配比球团矿入炉。日本外购球团矿的技术要求为：还原膨胀率＜20%，还原后抗压强度＞250N/个球。德国、巴西、俄罗斯要求球团矿还原膨胀率≤20%，中国一般要求≤15%。国产酸性球团矿一般还原膨胀率较低。第2章烧结矿的质量指标及影响因素改善烧结矿和球团矿的质量是“精料”的主要内容。对烧结矿和球团矿的质量要求和检验项目:化学成分、粒度组成和常温机械强度;高温冶金性能，如低温还原粉化率、中温还原性、高温软化熔滴性等。检测目的：一方面为高炉操作提供较全面的原料性能参数，以便采取相应对策；另一方面，给烧结、球团生产反馈信息，不断改进工艺和操作，促进技术水平提高，生产更好地满足高炉需要的优质原料。概论2.1烧结产品的质量指标与检验普通烧结矿技术指标项目名称化学成分（质量分数）物理性能冶金性能碱度品级TFe/%CaO/SiO2FeO/%S/%转鼓指数(+6.3mm)/%筛分指数(-5mm)/%落下强度(-0.5mm)/%低温还原粉化率(RDI+3.15)/%还原性(RI)/%允许波动范围不大于1.50~2.00一级±0.50±0.0811.000.060≥68.00≤7.00≤7.00≥72.00≥78.00二级±1.00±0.1012.000.080≥65.00≤9.00≤8.00≥70.00≥75.001.00~1.50一级±0.50±0.0512.000.040≥64.00≤9.00≤8.00≥74.00≥74.00二级±1.00±0.1013.000.060≥61.00≤11.00≤9.00≥72.00≥72.00项目名称化学成分（质量分数）物理性能冶金性能允许波动范围TFe/%CaO/SiO2FeO/%S/%转鼓指数(+6.3mm)/%筛分指数(-5mm)/%落下强度(-0.5mm)/%低温还原粉化率(RDI+3.15)/%还原性(RI)/%±0.40±0.05±0.50—指标≥57.00≥1.70≤9.00≤0.030≥72.00≤6.00≤7.00≥72.00≥78.00优质烧结矿技术指标•实践证明：•入炉料含铁品位每提高1%，焦比可降低2%，出铁量可增加3%；铁品位波动范围从1.0%降到0.5%，高炉焦比可降低1.7%，产量可增加1.8%左右；•碱度波动范围从0.10%降到0.05%，高炉焦比可降低0.8%，产量可增加1.1%；烧结矿的FeO波动1%，影响高炉焦比1%~1.5%、产量1%~1.5%，同时FeO影响烧结矿的还原性和软熔性能。2.1.1化学成分及其稳定性化学成分：TFe，FeO，CaO，SiO2，MgO，Al2O3，MnO，TiO2，S，P等，要求烧结矿的有效成份高，脉石含量低，有害杂质（P、S等）少。根据《我国优质铁烧结矿的技术指标》（YB/T421-2005），TFe≥57%，允许波动±0.4%；FeO9%，允许波动±0.5%；碱度（CaO/SiO2）≥1.7，允许波动±0.05；S0.04%。提高烧结矿品位的措施：一：优化选矿技术，提高矿粉品位，但由于受矿粉品质及生产成本的影响，矿粉品位提高幅度不大，二：配加部分国外高品位矿粉来改善烧结矿品位。2.1.2粒度组成与筛分指数检测方法：取100kg试样，等分为5份，用筛孔为5mm×5mm的摇筛，往复摇动10次，以5mm出量计算筛分指数：C=（100-A）/100×100%，C—筛分指数A—大于5mm粒级的量。•“均”是指入炉原燃料的粒度应当均匀高炉内的还原是以焦炭燃烧后的炉气还原烧结矿。炉料的粒度及组成直接影响炉气通过阻力的大小，粒度越均匀，阻力越小。粒度太大，炉料的还原总时间长；粒度太小，炉料在高炉冶炼过程中被吹出炉外。对应精料要求的“匀、小、净”，具体内容如下：炉料中大小粒度尺寸的比例对炉料在炉内的透气性起着决定性的作用。烧结矿中大粒级和更小的粒级的增加，都会使炉料的空隙度变小，使煤气通过阻力增加。粒级的差别越小的粒度组成越好。•“小”是指入炉料的粒度要小、均匀，上限所规定的范围要窄，并控制住炉料中的大块。•“净”是指入炉原料中小于5mm的粉末要筛除。筛除后的烧结矿、球团矿和焦炭，可称为“净”炉料。据统计，入炉料的粉末降低1%，可使高炉利用系数提高0.4%～1.0%，入炉焦比下降0.5%。要求炉料中5mm以下的炉料占全部炉料的比例不能超过5%，炉料中5～10mm的颗粒要少于总炉料的30%。•炉料的粒度的理想值为10~15mm，实际生产中要求烧结矿粒度在5~35mm之间，一般小于5mm的比例控制在3%~5%之间，5~10mm的比例不大于30%，控制粒度上限不超过50mm。2.1.3机械强度烧结矿的机械强度包括：落下强度、转鼓强度。烧结矿的ISO指数每升高1.0%，高炉产量提高1.95%。•落下强度主要评价烧结的抗冲击能力检测方法：落下指数没有统一的检验方法，多根据烧结矿在转运过程中的转运次数来定。一般落下3次。•转鼓强度是烧结矿冷强度的一项重要指标。转鼓指数有ISO标准、JIS标准，我国采用的转鼓基本和ISO转鼓相同。•检测方法：转鼓尺寸为Φ1000mm×500mm的（实验室条件下，一般用1/2转鼓，试样为7.5kg），试样为大于10mm的成品烧结矿15kg，以25r/min的转速转动8min，取大于6.3mm的百分比作为转鼓指数，取小于0.5mm的百分比作为耐磨指数。10100%mTmm0—入鼓试样重量，kg；m1—转鼓后＋6.3mm粒级部分重量，kg；%1000210