浅谈炉料质量对高炉冶炼的影响

浅谈高炉炉料质量对高炉冶炼影响

摘要系统分析了高炉生产中炉料质量的重要性及正确选择炉料的方法，不仅对高炉冶炼的产品有影响，也与高炉设备的维护密切相关。本文从炼铁对炉料质量的要求，炉料的物理性能、化学性能、冶金性能，炉料结构等方面分析炉料对高炉冶炼的影响。还举例说明选料不精，即炉料中包含的有害元素对高炉设备的损害。关键词焦炭，炉料结构，冶金性能

绪论

高炉质量的选择，不仅对高炉设备维护有决定性的作用，更是决定了高炉产品及生产中的经济优化。一项生产活动的进行，如果面临着多种方法或方案可供选择，那就有必要对这些方案进行技术经济分析和评价，使所选择之方案在技术上可行，能获得最大的经济效益。选择高炉炉料结构的主要问题是因地制宜。如何找到最适合高炉原料的炉料结构?一般来讲，某地区的铁矿原料可决定其炉科结构的特点，但并不意味着这一地区的原料只有一种炉料结构，并且这些原料条件会变化(如矿石的引进等)，从而出现高炉炉料结构的优化选择的课题。

一、高炉冶炼原料

高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。

1、焦炭

焦炭在高炉炼铁中的地位和作用。焦炭在高炉炼铁中是不可缺少的炉料，对高炉炼铁技术进步的影响率在30%以上，在高炉炼铁精料技术中占有重要的地位。焦炭对高炉炼铁的作用是：一是主要的热量来源，高炉炼铁炭素(包括焦炭和煤粉)燃烧所提供的热量，占高炉炼铁总热量来源的71%。随着喷煤比的提高，焦炭用量在逐步减少。但是，焦炭的用量总是要大于喷煤量。理论最低焦比为250kg/t, 焦炭在风口燃烧掉55%～65%。二是还原剂，焦炭还原作用是以C和CO形式来对铁矿石起还原作用。炉料到风口焦炭溶损反应为25%～35%。三是生铁的溶碳，在高炉炼铁过程中焦炭中的碳是逐步渗透到生铁中。一般铸造生铁含碳3.9%左右，炼钢生铁在4.3%左右。生铁渗碳消耗焦炭7%～10%。四是炉料的骨架作用，焦炭在高炉内是起骨架作用，支撑着炼铁原料(烧结矿，球团矿，天然块矿)，又起到煤气的透气窗作用。

焦炭的4种作用中，提供热源的主导作用不会改变，这就决定了理论焦比最低值。低于这个最低值，高炉炼铁就难以正常生产，或经济上就不合算了。在各种条件下高炉炼铁中碳的

还原作用和渗碳功能不会有较大的变化。在高喷煤比条件下，焦炭的骨架作用会显得更加突出，相应对焦炭的质量要求也会越来越高。否则，是难以实现高喷煤比，高炉炼铁不能正常生产。焦炭从料线到风口平均粒度减少20%～40%。劣质焦炭和热反应性差粉化率会很大。焦炭质量变化对高炉炼铁的影响见表

焦炭质量变化对高炉炼铁的影响是比较大的。通过洗煤可以降低煤炭中的灰分和硫分，采用干法熄焦可以降低焦炭的水分，提高主焦煤的配比和条取综合技术装备可以改善焦炭的M40和M10指标。从技术上讲上述措施均是可行的。但是要把技术与经济管理相结合，找出最佳操作点，同时还要考虑到资源供给的条件。所以各企业要根据客观条件，本企业技术装备现状，科学、合理地提出不同时期不同炉容的高炉对焦炭质量标准。

高炉大型化以后对焦炭质量提出了新的更高要求，并对焦炭热性能等提出了要求。高炉大型化以后，料柱增高后，料的压缩率提高了，透气性变差。特别是炉缸容积变大以后，炉缸的焦炭状态对高炉生产的影响更大了。不同容积的高炉又对焦炭质量要求见下表，炉容越大，要求越趋于严格。见表2

由上表可知，随着高炉炉容的大型化，对M40的要求愈来愈高，而对M10的要求愈来愈低；同理，对CSR的要求愈来愈高，而对CRI的要求愈来愈低；而对灰分和硫分要求倒是越来越小，总体，对焦炭的冷热态强度提出更高要求。

高炉大型化对焦炭质量提出了更高要求。要使所炼焦炭质量能够适应高炉大型化发展，

则可通过洗煤降低灰分和硫分；采用干法熄焦降低焦炭水分，提高主焦煤配比和采取综合技术装备可以改善焦炭的M10、M40 以及CSR 、CSI等指标。但在技术装备一定的情况下，扩大焦、肥配比是大部分钢铁企业提高焦炭强度的有效途径和常用方法。据统计，目前我国鞍本钢、首钢等大中型钢铁企业高炉大型化取得突破性进展，其焦肥比炼焦配比与传统配比相比，至少提高了5-10个百分点。以此推算，2006-2007年大型高炉炼铁所需焦炭增耗焦、肥煤约450万吨/年。同时，近年来，我国钢铁企业自配焦炉产能占国内新建焦炉产能的比重逐年上升，2005年、2006年、2007年分别占到57.8%、42.2%和81.4%。据统计，2006年～2008年全国新建、拟建的焦炭产能中钢铁企业自配焦炉产能达到4100万吨，占所有新增产能的68%。这两方面因素共同影响，必将对稀缺的焦、肥煤资源形成旺盛需求，并将进一步加剧钢铁配套焦化厂与独立焦化企业竞购焦、肥煤的激烈程度。

2、铁矿石

矿石含铁量决定铁矿石贫富程度的最主要指标，也是决定矿石能否直接冶炼的重要指标。含铁量的最低界限是根据冶炼的社会经济效益和技术条件而定，且对每一种矿石都是不同的。工业上使用的矿石其含铁范围大约为23％～70％。炼铁用的块矿要求含铁品位在55％以上，含硫、磷低。高炉冶炼时入炉矿石含铁品位每提高1％，焦比约下降2％，生铁产量约提高3％；含铁品位过低，则渣量过大，焦炭消耗过高，经济上极不合理。

见表3：

3、炉料的化学性能

炉料的质量直接影响的还有高炉的使用寿命，炉料含有过多的有害元素，也直接影响了高炉的顺行及寿命。

（1)硫。硫能使钢坯在轧制或锻造时发生断裂，此现象称为热脆。生铁中的硫除主要来自焦炭外，还来自矿石。国际先进高炉要求入炉矿石的含硫量小于0.05％，中国规定，含硫量小于0.06％的矿石为一级品，0.06％～0.2％的为二级品，大于0.3％者称为高硫矿石，这种矿石入炉前应通过选矿及造块加以处理。硫在矿石中常以FeS2的形态存在，也有以磁黄铁矿(FekSk+1、黄铜矿(FeCuS2)、石膏(CaSO4•2H2O)及重晶石(BaSO4)等形态存在的。在高炉炼铁过程中，炉料中的硫一部分呈气体挥发，大部分进入炉渣，约有3％～5％进入生铁。

(2)磷。矿石中主要含磷矿物为磷灰石Ca3(PO4)2，也有少量磷以蓝铁矿存在。磷使钢冷脆，但能增加铁水的流动性，故在铸造厚度小、形状较复杂、强度不需要很大的铸件时，希望使用含磷较高的铁水。以往在托马斯生铁中，磷还是炼钢过程中的主要热源。磷在高炉冶炼过程中几乎全部进入生铁。要得到含磷低的生铁，必须限制加入高炉的矿石和其他原、燃料的含磷量。根据矿石含磷量的不同将它分为几个等级，每一等级与不同的炼钢方法相对应见表4。

表4 矿石按含磷量划分等级（1）

第1级P

第2级P为O.03％～O.18％属碱性平炉用铁矿石

第3级P为O.18％～O.2％属碱性平炉用铁矿石

第4级P为O.2％～O.8％属碱性侧吹转炉用铁矿石

第5级P为O.8％～1.2％属碱性托马斯生铁用铁矿石

第6级P>1.2％进行处理后方能使用