鐵精礦在燒結和球團工藝的分類利用

妥建德  付光軍

（酒鋼集團宏興股份公司鋼鐵研究院  甘肅  嘉峪關  735100）

摘  要：根據燒結、球團兩種工藝對堿度（CaO /SiO2）的不同需求，將鐵精礦按SiO2、CaO含量進行分類，用高SiO₂精礦制取球團，研究其質量指標和冶金性能，并進行高、低SiO₂精礦在燒結工藝和球團工藝使用的經濟性測算，提出了酒鋼現有條件下球團工藝和燒結工藝的精礦分類利用標準。

關鍵詞：鐵精礦;燒結球團;分類利用

1 前  言

燒結、球團是鋼鐵行業應用最廣泛的高爐原料造塊方法，兩種工藝的最大區別是：燒結生產為滿足強度要求，需配加CaO達到較高的堿度（CaO/ SiO₂），因此鐵精礦中SiO₂越高，配入的CaO就更多，造成燒結礦品位下降。對于球團礦生產來說，鐵精礦中SiO₂升高后，不會造成球團礦品位的進一步降低，并且球團的SiO₂含量增加, 在一定范圍內有利于球團內部形成較多的渣鍵，可以抑制球團膨脹和抵制晶須的成長[1]。

目前國內外對于煉鐵、燒結、球團技術的研究，都立足于提高各自的技術質量指標，缺少以煉鐵為核心的燒結、球團工藝的經濟性研究。實際上，部分用于球團生產的低SiO₂鐵精礦，如果改用于燒結生產效果可能更好。在此基礎上提出了鐵精礦優化使用，提高燒結礦、球團礦的經濟性能，為降低生鐵成本開創新的思路。

酒鋼高爐使用的高堿度燒結礦SiO₂含量較高（7.8~8.5%），球團礦的SiO₂含量在7%左右。為平衡爐渣堿度，需要配加較高比例的球團礦或塊礦。但球團礦比例增加后又造成生鐵成本上升，并影響高爐順行和護爐；同時酒鋼周邊為數不多的鐵塊礦資源大多為高硅低鐵，高有害元素（鉀、鈉、鋅、硫、磷等），限制了高爐使用比例，為此高爐配加一定比例的硅石來平衡爐渣堿度。因此，按照SiO₂、CaO含量對鐵精礦進行分類，進行高SiO₂鐵精礦生產球團的質量指標及冶金性能試驗研究，以及高、低SiO₂精礦在燒結工藝和球團工藝使用的經濟性測算，探索分類利用標準及可行性與經濟性，對降低生鐵成本有積極的意義。

2 鐵精礦SiO₂含量對燒結工藝和球團工藝的不同影響

精礦用于燒結生產過程中，需要配加CaO來達到堿度要求。精礦中SiO₂含量越高，需配加的CaO就越多，造成燒結礦品位下降；同時燒結礦帶入高爐的CaO增加，為平衡爐渣堿度需要，又需要增加SiO₂的入爐量，導致高爐入爐品位下降，生鐵成本上升。

同樣的精礦用于球團礦生產，則不需要額外配加CaO，精礦中SiO₂含量的上升不會導致球團礦品位的進一步下降。

球團生產所用精礦一般以磁鐵精礦為主。由于磁鐵精礦粉在氧化氣氛中焙燒時能發生氧化、放熱和晶型轉變，而赤鐵礦沒有這種變化，因此磁鐵礦生球焙燒時所需的溫度和熱耗都較低，更易于焙燒固結，球團礦的質量也較好[3]。酒鋼球團生產所用的精礦以磁鐵精礦為主，SiO₂在3~16%之間，變化幅度高達13%。根據燒結球團兩種工藝的特點和不同需求，將精礦進行分類利用，對于降低煉鐵成本具有積極的意義。但由于國內外生產球團所用精礦SiO₂ 絕大多數在 6.5% 左右，使用高SiO₂含量（8-10%）的精礦生產球團，其冶金性能是否滿足高爐需要，還有待進一步試驗驗證。

3 酒鋼球團用鐵精礦SiO₂、CaO含量

我國精礦的特點是品位低，雜質高，SiO₂ 絕大多數在 6.5% 以上，而國外鐵精礦 SiO₂ 一般在 4% 以下[2]。

酒鋼自產的精礦，鐵品位在53%左右，SiO₂平均高達8%，屬于典型的低品高SiO₂精礦。在酒鋼生產條件下測算，精礦在品位不變的情況下，精礦的SiO₂、CaO變化后，石灰石配比每上升1%，燒結礦品位下降0.44%，燒結礦成本下降1.6元/噸，生鐵成本上升5.3元/噸。同樣的精礦用于球團，不需要配加CaO平衡堿度，因此不會帶來熔劑變化的不利影響。

2015酒鋼年球團豎爐所用鐵精礦SiO₂、CaO含量和自然堿度情況見表1。

表1  2015年球團用鐵精礦SiO₂、CaO含量和自然堿度情況

2015年國內部分廠家高爐用料數據見表2。

表2  2015年國內部分廠家及高爐用料數據

由表1、表2可見，2015年酒鋼球團用鐵精礦CaO含量超過1.5%部分占總量的18.88%；自然堿度≥0.2部分平均自然堿度為0.28，占總量的25.67%，。

國內生產的酸性氧化性球團的自然堿度一般都控制在0.15左右。

結合上述數據，初步確定酒鋼球團所用精礦的CaO含量不應超過1.5%，自然堿度應控制在0.2以內。

4 鐵精礦用于球團、燒結的經濟性對比

4.1鐵精礦用于球團的經濟性

以自產精礦為基準，根據2015年所用13家低硅精礦、10種高硅精礦的平均SiO₂、CaO含量，及同期價格成本進行球團礦的經濟性測算，結果見表3。

表3 不同成份精礦生產球團對生鐵成本的影響

由表3可以看出，低硅精礦平均SiO₂含量6.25%，CaO含量1.5%。以此為原料生產球團礦進入高爐后，在高堿度燒結礦配比超過一定數量時，需要增加硅石平衡爐渣堿度，造成入爐品位下降，焦比上升，造成生鐵成本上升3.57元/（噸.球團礦）。

高硅精礦平均SiO₂含量10.06%，CaO含量0.9%，以此為原料生產球團礦入爐后，在高堿度燒結礦配比等同條件下，可減少甚至取消硅石配入，相應入爐品位上升，焦比下降，可降低生鐵成本7.11元/噸.球團礦。

4.2鐵精礦用于燒結的經濟性

以自產精礦為基準，根據2015年所用13家低硅精礦、10種高硅精礦的平均SiO₂、CaO含量，測算生產1.8倍堿度的燒結礦在高爐使用的生鐵成本變化，結果見表4。

表4 不同成份精礦生產球團對生鐵成本的影響

由表4可見，將SiO₂低于7.8%、 CaO含量超過1.3%，自然堿度0.17以上的鐵精礦用于燒結，較自產精礦平均降低生鐵成本29元/噸；SiO₂高于7.8%、自然堿度低于0.17的高硅鐵精礦用于燒結生產，生鐵成本較使用自產精礦平均增加43.6元/噸。

綜合來看，在酒鋼目前條件下，將低硅精礦（SiO₂平均6.3%、 CaO平均1.5%，自然堿度0.24）的鐵精礦用于燒結生產，高硅鐵精礦（SiO₂平均10%、自然堿度平均0.9）用于球團礦生產，其經濟性相對最優。

5 高SiO₂球團質量及冶金性能研究

5.1生球性能

在實驗室制取SiO₂含量分別為9.5%和10.0%的兩組球團，每組5個樣，生球性能平均數據見表5。

表5 生球性能

由表5可見，兩組生球質量落下強度均大于2次/個，爆裂溫度均在500℃以上。

5.2成品球團化學成分

成品球化學成分及抗壓強度見表6。

表6 成品球化學成分（%）及抗壓強度

從表6來看，成品球抗壓強度SiO₂含量為9.5%時平均為1723N/個，SiO₂含量為10%時平均為1811N/個，整體差異不明顯，基本滿足高爐要求。

5.3成品球冶金性能

成品球冶金性能見表7。

表7 球團礦冶金性能

從表7可見：

球團SiO₂含量在9.5-10%之間，其軟化開始溫度、軟化區間、最大壓差基本一致，分別為1050℃、63℃、13.8，均處于較好水平；還原度指數：SiO₂含量9.5%的球團較10%的略高，但差別不大。熔融區間、SiO₂含量9.5%的球團熔融區間、膨脹指數較10%的球團高，但都滿足高爐需求；膨脹指數：SiO₂含量9.5%的球團膨脹指數平均9.32%，SiO₂含量10%的球團膨脹指數平均5.26%，遠低于國內普遍規定的球團礦的膨脹率不大于２０％的要求[3]，滿足高爐需要。

6 不同SiO₂含量的球團礦綜合爐料冶金性能試驗

利用不同SiO₂含量的球團礦與堿度1.80倍的燒結礦組成的綜合爐料方案如下：

方案1：36%球團礦（SiO₂ 9.0%）+64%燒結礦

方案2：35%球團礦（SiO₂ 9.5%）+65%燒結礦

方案3：34%球團礦（SiO₂ 10%） +66%燒結礦

冶金性能測試結果見表8。

表8 綜合爐料冶金性能測試結果

表8試驗結果表明：

SiO₂含量在9-10%的三組球團礦：

軟化開始溫度、軟化區間整體差異不大；熔融開始溫度相差不大，但隨著SiO₂含量升高，熔融區間變寬，分別為34℃、129℃、140℃；最高壓差隨著SiO₂含量升高，分別為11.8、10.3、9.1Pa；SiO2含量在9.0%時，熔滴特性值最大，為1032，SiO₂含量為9.5%和10%時，均為960。

總體來看，冶金性能均滿足高爐生產需求。

7 不同抗壓強度下球團冶金性能試驗

制取抗壓強度不同的高硅球團礦（SiO₂含量10%），其冶金性能試驗結果見表9。

表9 不同抗壓強度下高硅球團冶金性能

試驗結果表明，SiO₂含量10%、不同抗壓強度的球團礦冶金性能變化不大。

8 高硅球團礦（SiO₂含量9~10%）在高爐使用情況

2016年1 -5月份，酒鋼進行了高SiO₂球團礦的生產及高爐配用的工業試驗，高SiO₂質量情況見表10。

10 球團SiO₂及質量變化情況

2016年1 -5月份，酒鋼球團礦SiO₂含量由6.66%逐步提高9%以上，其中4月份月平均最高達到9.42%，單日平均SiO₂含量最高達10.08%。在此期間，球團生產正常，高爐爐況順行、各項指標穩定，生產成本降低。由此說明高爐部分配加SiO₂含量9~10%的球團礦是完全可行的。

9 結語

試驗及生產實踐均表明，使用高硅精礦(SiO₂含量9-10%)生產球團，技術上可行，理化指標、冶金性能均滿足高爐需要。

在酒鋼目前條件下，按精礦的SiO₂、CaO 含量進行分類，將SiO₂＜6.5%、含量＞1.5%，自然堿度＞0.2的鐵精礦用于燒結，SiO₂＞8.5%、自然堿度＜0.15的鐵精礦生產球團，有利于降低生鐵成本。

參考文獻

[1] 劉竹林.煉鐵原料　2009-8　化學工業出版社　第247頁.

[2] 張一敏.球團礦生產技術.2005-8冶金工業出版社,第12頁.

[3] 王悅祥. 燒結礦與球團礦生產　2006年7月　冶金工業出版社101頁.

[4] 劉竹林.煉鐵原料.2009-8　化學工業出版社　第247頁.

[5] 張玉柱 胡長慶. 鐵礦粉造塊理論與實踐　2012年　冶金工業出版社