萊鋼含鐵爐料熔滴性能試驗研究

安進(jìn)博

（萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司，山東 萊蕪271104）

1 前言

高爐順行與否，與鐵礦石的高溫冶金性能息息相關(guān)，優(yōu)良的鐵礦石高溫冶金性能有利于高爐的順行以及節(jié)燃增產(chǎn)。因此，鐵礦石的高溫冶金性能是鋼鐵企業(yè)對鐵礦石質(zhì)量優(yōu)劣的重要評測指標(biāo)，熔滴性能試驗是最為重要的檢測方法。熔滴試驗過程涵蓋了冶金試驗中礦石熱爆裂性、還原性、粉化性、荷重軟化性能、熔化滴落性能、料阻變化等基本冶金特性［1］。因此，該試驗對于高爐含鐵爐料冶金性能的把握具有重要的意義。盡管如此，該試驗國內(nèi)并未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，試驗過數(shù)據(jù)記錄及參數(shù)衡量國內(nèi)外也不盡相同［2-6］，且由于成本耗材高等原因，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)并未將該試驗作為常規(guī)檢測。

本研究利用萊鋼現(xiàn)有熔滴設(shè)備及試驗方法［7］，對萊鋼常用鐵礦石進(jìn)行熔滴性能試驗，分別進(jìn)行了球團礦、塊礦、燒結(jié)礦各單種礦以及混合礦的熔滴性能試驗檢測，對各單種礦以及混合礦之間熔滴性能的差異進(jìn)行了分析。

表1 萊鋼常用礦種成分 %

表2 萊鋼常用球團礦及塊礦熔滴性能

2 各單種礦熔滴性能

采用萊鋼現(xiàn)有熔滴設(shè)備，依據(jù)萊鋼企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)LQB 101—2017對常用鐵礦進(jìn)行熔滴試驗，其中各單礦種化學(xué)成分見表1。

2.1 球團礦及塊礦熔滴性能

對萊鋼常用球團礦及塊礦進(jìn)行熔滴試驗，試驗結(jié)果見表2。熔滴試驗過程溫度-位移收縮率曲線以及溫度-壓差曲線分別見圖1、圖2。

高爐冶煉需要鐵礦石有良好的抗變形能力，以便縮短高爐料柱的“液態(tài)料柱區(qū)”，從而提高料柱的透氣性，同時有利于間接還原，降低直接還原，節(jié)約焦炭。從球團礦溫度-位移收縮曲線來看（見圖1a），LK、KJ以及LN球團礦的低溫?zé)崤蛎浂认嗖畈淮螅鳼Q球團礦熱膨脹度最低。各球團礦的初始軟化溫度T10相差不大，而進(jìn)入高溫段（＞1 000℃）時抗變形能力有所不同，抗變形能力LK＞KJ＞YQ＞LN。從球團礦溫度-壓差曲線來看（見圖2a），KJ、LN及YQ球團礦最大壓差都達(dá)到最大量程，而LK最小，且LK壓差變化最緩，這有利于高爐冶煉操作。結(jié)合表2中熔滴特性指數(shù)S*，KJ、LN及YQ球團礦相差不大，而LK最小。因此，從熔滴性能來看，LK球團礦熔滴性能最優(yōu)。高爐采購及配加時，應(yīng)適當(dāng)增加LK球團礦的使用。

從塊礦溫度-位移收縮曲線來看（見圖1b），PB以及NM塊的低溫?zé)崤蛎浂认嗖畈淮?，而LBH塊熱膨脹度最低。PB與NM塊初始軟化溫度T10及整個軟化曲線相差不大，而LBH初始軟化溫度最低，高溫抗變形能力也最差。從塊礦溫度-壓差曲線來看（見圖2b），LBH與PB塊最大壓差都接近最大量程，而NM塊最大壓差最小，且NM塊壓差變化最緩，這有利于高爐冶煉操作。結(jié)合抗變形能力、最大壓差以及熔滴特性指數(shù)S*，NM塊熔滴性能最優(yōu)。因此，高爐采購及配塊礦時，重點增加NM塊的使用。

2.2 燒結(jié)礦熔滴性能

萊鋼現(xiàn)有老區(qū)105燒結(jié)、二區(qū)265燒結(jié)以及型鋼400燒結(jié)，其燒結(jié)機大小分別為105 m2、265 m2以及400 m2。分別取不同配料情況下的燒結(jié)礦進(jìn)行熔滴性能試驗，并對試驗指標(biāo)進(jìn)行匯總分析，得出各指標(biāo)大小及整體波動情況見圖3。

圖1 試驗過程溫度-位移收縮率曲線

圖2 試驗過程溫度-壓差曲線

圖3 燒結(jié)礦熔滴性能箱線圖

從圖3a中可以看出，不同大小燒結(jié)機生產(chǎn)的燒結(jié)礦，其初始軟化溫度有所不同，初始軟化溫度整體上400燒結(jié)＞265燒結(jié)＞105燒結(jié)，這也說明了400燒結(jié)機的燒結(jié)礦具有更好的抗變形能力。

從圖3b可以看出，105燒結(jié)礦的軟熔區(qū)間波動最大，相對來說也比265燒結(jié)以及400燒結(jié)更高，而265燒結(jié)以及400燒結(jié)生產(chǎn)的燒結(jié)礦軟熔區(qū)間穩(wěn)定性更好，而且400燒結(jié)生產(chǎn)的燒結(jié)礦軟熔區(qū)間相對來說更窄。

從圖3c及圖3d可以看出，400燒結(jié)生產(chǎn)的燒結(jié)礦熔滴特性指數(shù)以及最大壓差相對來說更低。因此，綜合各項指標(biāo)來看，萊鋼型鋼公司400燒結(jié)生產(chǎn)的燒結(jié)礦質(zhì)量更優(yōu)，這應(yīng)該與燒結(jié)配料以及燒結(jié)機大小不一等綜合因素有關(guān)。

3 混合爐料熔滴性能分析

為了研究單種礦與混合爐料熔滴性能的關(guān)系，給高爐合理配料提供科學(xué)依據(jù)，分別選取了生產(chǎn)現(xiàn)場燒結(jié)礦、KJ球團礦以及PB塊礦進(jìn)行了單種爐料以及混合爐料的熔滴性能試驗。混合爐料固定二元堿度為1.5，配料方案分別為：配料1，70%燒結(jié)礦＋29%KJ球團礦＋1%PB塊礦；配料2，65%燒結(jié)礦＋20%KJ球團礦＋15%PB塊礦；配料3，55%燒結(jié)礦＋1.5%KJ球團礦＋43.5%PB塊礦。試驗過程中的溫度-收縮率曲線見圖4，溫度-壓差曲線見圖5，各單礦種及混合料的熔滴性能指標(biāo)見圖6。

從圖4溫度-位移收縮曲線來看，燒結(jié)礦與球團及塊礦相比，具有最好的抗變形能力，這有利于鐵礦在高爐中的間接還原，降低直接還原，降低焦比。塊礦抗變形能力最差，球團礦次之，這也是為什么現(xiàn)代高爐主張使用熟料進(jìn)行冶煉的原因。圖中混合礦中的曲線均位于單礦之間，因而混合料中的抗變形能力表現(xiàn)為互補性。

從圖5及圖6b可以看出，單種礦的壓差最大，其中球團礦的壓差最高，PB塊次之，燒結(jié)礦最低。而混合料最大壓差則顯著降低，且變化更緩，熔滴特性指數(shù)更低，因而更有利于高爐冶煉操作。由于是定堿度爐料結(jié)構(gòu)，可以排除堿度對于壓差的影響，所以，高爐存在合理的爐料結(jié)構(gòu)，使得其具有更優(yōu)的熔滴性能，這也是高爐冶煉工作者注重爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的重要原因。很明顯，單種礦進(jìn)行混合時，混合爐料的熔滴指標(biāo)體現(xiàn)了各單種爐料的互補性。因而，在現(xiàn)今不同品質(zhì)鐵礦石價格差別較大時，加強對混合爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，可以保證高爐爐況的穩(wěn)定順行，有利于高爐降本增效。

圖4 單礦種及混合料溫度-位移收縮率曲線

圖5 單礦種及混合料溫度-壓差曲線

圖6 各單礦種及混合料的熔滴性能

4 結(jié)論

4.1 在萊鋼常用球團礦中，LK球團礦的熔滴性能最優(yōu)，高爐采購及配加時，應(yīng)適當(dāng)增加LK球團礦的使用量。

4.2 在萊鋼常用塊礦中，NM塊的熔滴性能最優(yōu)，高爐采購及配加塊礦時，重點增加NM塊的使用。

4.3 萊鋼不同大小燒結(jié)機生產(chǎn)的燒結(jié)礦熔滴性能變化規(guī)律明顯，更大燒結(jié)機生產(chǎn)的燒結(jié)礦抗變形能力更好，軟熔區(qū)間更窄，最大壓差與熔滴特性指數(shù)也相對更低，因而熔滴性能更優(yōu)。

4.4 通過定堿度爐料熔滴性能試驗可知，混合爐料的熔滴性能指標(biāo)體現(xiàn)了各單種爐料的互補性，混合料的最大壓差顯著降低，且變化更緩，熔滴特性指數(shù)更低，因而更有利于高爐冶煉操作。因此，需要進(jìn)一步加強混合爐料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化研究，保證高爐爐況的穩(wěn)定順行，降低高爐冶煉成本。