关于炉料结构几个问题的探讨剖析

关于高炉炉料结构几个问题的探讨

高炉炉料结构是指高炉炼铁生产使用的含铁炉料构成中烧结矿、球团矿和天然矿的配比组合。随着精料技术的发展，烧结矿和球团矿逐步淘汰了品位低、SiO2含量高、冶金性能差的天然块矿。但长期实践表明，即便高炉使用单一的矿或球团矿生产，并不能获得最佳的指标和效益。对烧结矿、球团矿以及天然富块矿的冶金性能等的测试研究后，了解到它们的各自的优缺点，从而人们就探索如何发挥和利用它们的优点组合成一定的断料结构模式，来使高炉生产获得好的指标和效益。

一、目前国内外高炉炉料结构类型

高碱度烧结矿具有优良的冶金性能，约占炼铁炉料结构的70%。高碱度烧结矿的优点：

⑴有良好的还原性。铁矿石还原性每提高10%，炼铁焦比下降8%～9%；

⑵较好的冷强度和低的还原粉化率；

⑶较高的荷重软化温度；

⑷好的高温还原性和熔滴性⑸使用高碱度烧结矿，在一定程度上可以避免了高炉结瘤。

球团矿特点：

⑴球团矿粒度小而均匀，有利于高炉料柱透气性的改善和气流的均匀分布。

⑵球团矿冷太强度好，运输、存贮、装卸过程产生的粉末少；

⑶球团矿含铁品位高和堆密度大，有利于提高高炉料柱的有效重量，增加产量和降低焦比；

⑷球团矿还原性好，有利于改善煤气化学能的利用；

⑸高炉生产实践表明，用球团矿替代天然块矿，可大幅度提高产量、降低焦比，同时改善煤气的利用效率。

⑹FeO含量低，矿物主要是Fe2O3，还原性好；

⑺自然堆角小，在高炉内布料易滚向炉子中心；

⑻含硫很低；

⑼具有还原膨胀的缺点，在有K2O、Na2O等催化的作用下会出现异常膨胀；

⑽酸性氧化球团矿的软熔性能较差。

目前国内外高炉炉料结构大致分为以下几种类型：⑴以单一自熔性烧结矿为原料；⑵以自熔性烧结矿为主，配少量球团矿或块矿；⑶以高碱度烧结矿为主，配天然块矿；⑷以高碱度烧结矿为主，配酸性球团矿；⑸以高碱度烧结矿为主，配酸性炉料；⑹高、低碱度烧结矿搭配使用；⑺以球团矿为主，配高碱度烧结矿或超高碱度烧结矿；⑻以单一球团矿为原料；

⑼自熔性烧结矿配自熔性球团矿或低碱度烧结矿等多种炉料结构。

二、焦炭质量对高炉冶炼的影响

焦炭在高炉内的骨架作用是其它炉料所不能取代的。焦炭强度M40、M10直接影响焦炭的骨架作用，对高炉冶炼的影响是无可置疑的。M40增加1%，利用系数增加0.04，降低焦

比5.6kg/t；M10降低0.2%，增加产量0.05降低焦比7kg/t。从2004年以来武钢焦炭M40提高了1.4%，M10下降了0.3%。这两项合计可增加产量10%，降低焦比15kg/t以上。

焦炭热态强度对高炉冶炼的影响更使十分重要的。以往研究证明：焦炭从料线到风口平均粒度减少20%～40%。在块状带，粒度无明显变化；从软熔带位置开始，焦炭粒度变化很大，这是剧烈溶碳反应的结果。高炉炉料的主要阻力在软熔带以及以下的区域。热强度讲直接影响下部区域的透气性，对高炉顺行起着十分重要的作用。

三、高炉喷煤对煤的性能要求

高炉喷吹用煤应能满足高炉冶炼工艺要求并对提高喷吹量和置换比有利，以代替更多的焦炭。高炉喷煤对煤的性能要求为：

(1)煤的灰分越低越好，一般要求小于15％。

(2)硫的质量分数越低越好，一般要求小于1.0％。

(3)胶质层越薄越好，Y值应小于10mm，以免在喷吹过程中结焦堵塞喷枪和风口。

(4)煤的可磨性要好，HGI值应大于50。

(5)燃烧性和反应性要好。燃烧性和反应性好的煤允许大量喷吹，并允许适当放粗煤粉粒度，降低制粉能耗。

(6)发热值越高越好。喷入高炉的煤粉是以其放出的热量利形成的还原剂(CO、H2)来代替焦炭。煤的发热值越高置换的焦炭越多。

四、关于碱金属几个问题的探讨

高炉碱金属主要来源于矿石和焦炭，降低矿石软化温度，使软熔带上移引起球团异常膨胀而严重粉化和多数烧结矿中温还原粉化；加剧焦炭的气化反应,降低焦炭强度；促使炉墙结厚甚至结瘤破坏砖衬。

高炉碱金属主要有K、Na。由于Zn在高炉中的行为与K、Na相似，因此我们可以将Zn 也划入碱金属范围。

1 K、Na在高炉中的循环和富集

碱金属矿物主要以硅铝酸盐和硅酸盐形态存在。前者如长石类K2O·Al2O3·6SiO2、霞石类K2O·Al2O3·2SiO2和白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2等，后者如钾钙硅石2K2O·CaO·3SiO2和钠闪石Na2Fe2+Fe3+(Si4O11)OH等。这些碱金属矿物熔点很低，在800~1100℃之间熔化。在高温区，一部分进入炉渣，一部分被C还原成金属K、Na。由于碱金属K、Na沸点只有799℃和882℃，还原后立即随煤气上升，在不同的温度条件下与其他物质反应转化为氰化物、氟化物、硅酸盐和碳酸盐，但以碳酸盐为主。

2K+2CO2=K2CO3+CO

K2CO3在900℃以上熔化。但随炉料下降到大于1050℃，K、Na重新被还原。因而高炉上部的中低温区K、Na以金属盒碳酸盐形式进行循环和富集。

K、Na的氰化物在1400℃以上的高温区生成。

3C+N2+ K2O·Al2O3·2SiO2=2KCN(g)+Al2O3+2SiO2+CO

气态氰化物上升到800℃区域液化，到600℃转变为固体粉末。它们再随炉料下降被还原生成氰化物。钾钠的氰化物在600~1600范围内进行循环和富集。

2 K、 Na在高炉中的危害

⑴破坏炉料强度

K、Na降低炉料的强度，特别是对焦炭的高温强度影响较大

①焦炭吸收K, Na后，形成塞入式化合物KC6、KC8,、KC12、KC24等，一方面使焦炭变得疏松;另一方面使焦炭反应性增大，导致碳熔损反应增大。结果造成焦炭高温强度急剧下降。

②K, Na及其低沸点化合物沉积于炉料表面和孔隙，特别是进入Fe2O3晶格内，将使球团矿异常膨胀，高碱度烧结矿粉化。

⑵使软熔带位置升高，厚度增加，初渣形成早，对造渣不利

①Fex O·Si O2·K2O可形成熔点为700℃左右的玻璃渣相；

②低熔点渣相糊住海绵铁表面，使渗碳、滴落困难，使软熔带的下沿温度提高；

⑶K、Na促进碳素沉积反应2CO=CO2+C的进行(催化作用)并使得高炉上部的还原速度加快 (K、Na催化还原FeO)；

⑷使炉衬破裂，炉墙结厚甚至结瘤

①K, Na蒸汽渗入砖缝，氧化沉积，伴随碳素沉积引起膨胀；

②与砖衬形成低熔点物质Fex O·Si O2·K2O，引起渣化；

③当炉况不顺、发生悬料时，煤气横向扩散，结果低熔点物质Fex O·Si O2·K2O粘附焦末、矿末后，生成瘤根，久之造成结厚甚至结瘤。

⑸使整个料柱的透气性降低，高炉顺行急剧恶化；

①使炉料强度变坏，上部透气性降低；

②使初渣形成早，软熔带位置高且厚，煤气阻损大大增加；

③含K、Na炉渣的表面张力小，易泡沫化产生“液泛”，使中、下部透气性降低；

④焦炭高温强度下降后，高炉下部透气性变差。

3 高炉内锌的还原及危害

Zn常以ZnS状态存在，以硫酸盐或硅酸盐形式存在的锌矿物，入炉后很快分解成ZnO，在≥1000℃区域还原成Zn并立即气化进入煤气，上升过程中有一部分随煤气逸出炉外，但易在管道中凝集，大部分又被氧化成ZnO并被炉料吸收再度下降还原，形成循环。

⑴Zn蒸汽沉积在炉子上部砖衬缝隙中或墙面上，当其氧化后体积膨胀会损坏炉衬或造成结瘤。

⑵对冷却壁冷却方式的高炉，使炉内黏结物频繁脱落，风口破损严重。

⑶对冷却板结构的高炉，使黏结物粘附牢固，频繁悬料。

⑷锌蒸汽顺着冷却设备周围缝隙下到风口区，在强冷却区又冷凝成液体，大量进入到