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收藏词条   编辑词条 高炉精料

创建时间:2008-08-02

原料入炉之前经加工准备和处理而成为在物理、化学和冶金性能上尽可能满足高炉强化冶炼要求的炉料。高炉炼铁使用精料,可以获得优良的技术经济效果。事实证明在原料准备方面所付出的一切代价,都可以从高炉炼铁的经济效益中得到补偿。精料的重点在铁矿石及铁矿粉造块方面,但也不能忽视高炉燃料,特别是近几年来.高炉喷煤水平日益提高,高炉内焦炭负荷不断加重,对于冶金焦品质的要求应当更加严格。当然,熔剂的品质也是不容忽视的。

工艺要求          

高炉精料有天然富矿、烧结矿和球团矿3类。有些国家要求:整粒控制粒度上限,筛除粉末和具有好的冶金性能,冶炼产生的渣量少于300kg/t。中国虽在不同的历史时期提出过不同的霞点内容,但可归纳为四个方面:高、熟、净、匀。即含铁原料品位高,采用熟料(人造富矿),炉料净以及入炉原燃料粒度和成分匀。

品位高    含铁原料的品位每提高1%,焦比可以降低约2%,高炉的生产率增加约3%。虽然对于不同的冶炼条件,并不是严格的1%、2%和3%的关系,但是它反映了总的趋势。含铁原料的品位与它的冶金价值之间的关系,绝非简单的直线关系,含铁品位愈高,它的冶金价值会更高。前苏联著名的冶金学家巴甫洛夫(M.A.ПaBJOB)提出的评价铁矿石冶金价值数学式为

p1=(F/f)(P-Cp2-Cp3-g)

式中p1 为原料的价值;F为原料的含铁品位;f为生铁中含铁;p为生铁的车间成本;C为焦比;c为单位生铁消耗的熔剂;p2 为焦炭的价格;p3 为熔剂的价格;g为每吨生铁的车间生产费用。用此式对三种不同品位的铁矿石进行冶金价值评估的结果列入表1。可以看出,当铁矿石的品位由65.18%降至55.25%,即其铁含量约下降10%,其冶炼价值便下降了43%;如果品位再降低10%,就毫无冶炼价值了。此外,焦炭愈贵,工人的工资愈高,提高铁矿石含铁品位的经济效益愈大。在高炉生产实际中,入炉含铁原料的种类不同,其碱度各异,故为了比较其含铁品位,必须扣除碱性氧化物CaO,MgO的影响。高炉工作者更习惯以吨铁的渣量来衡量铁矿石的品位,当前先进高炉的吨铁渣量在200~300kg之间,中国的高炉渣量大多数在400~500kg,足见中国入炉铁矿石的品位与世界先进水平之差距。对于提高入炉铁矿石的含铁品位,已有了新的认识。过去认为吨铁渣量不宜太低,否则带进炉缸的热量不足,当炉温波动时,炉渣成分和性质变化幅度太大,高炉不易操作,而且渣量过小生铁含硫要求无法保证。在近30年的实践中,吨铁渣量不断下降,高炉的技术经济指标不断上升,北欧瑞典和芬兰的高炉渣量长期保持在150~170kg/t,高炉操作正常,生铁质量很好。关键在于使入炉铁矿的化学成分和物理性质保持稳定,提高对于高炉过程的监测和控制水平。

                     表1不同品位铁矿石的冶金价值

  矿石品位/
    (Fe%)
    脉石含量/
    %
    熔剂消耗/
    kg·t-1
    渣量/
    kg·t-1
    焦比/
    kg·t-1
    相对价值/
    %
    65.18
    55.25
    45.57
    5.84
    20.03
    33.85
    237
    665
    1313
    347
    992
    1929
    543
    761
    1079
    100
    57
    —1.4

 

烧结矿中SiO2 的含量直接关系其含铁品位,高炉和烧结工作者对它也有一个认识的过程。过去认为烧结矿含SiO2 不能低于6%,否则由于黏结相不足,烧结矿的强度不能保证。近十年来随着烧结矿碱度提高和烧结工艺技术的进步,出现了低温烧结新工艺,以针状铁酸钙取代硅酸盐作为烧结矿的黏结相,从而允许烧结矿SiO2 含量降低。生产实践证明,烧结矿中SiO2 在5%以下,仍然能够保持良好的强度。

近年来,中国选矿部门提出了铁精矿“经济品位”的概念,认为铁精矿的含铁品位以62%~63%最经济。从而限制了入炉铁矿品位的提高,从而使高炉炼铁的技术经济指标得不到提高。所谓“经济品位”,应当综合采矿、选矿、人造富矿和炼铁的综合效益,而不应当单从选矿一个流程而论。20世纪80年代首都钢铁公司迁安铁矿、本溪钢铁公司南芬铁矿采用先进选矿工艺,使精矿粉含铁提高到68%左右。从而大幅度提高了高炉冶炼指标。事实说明,实现高炉精料以提高入炉矿的含铁品位是最重要的。

采用熟料

通常将人造富矿(烧结矿或球团矿)称为熟料。它比称为生料的天然富矿的冶炼性能优越,其含铁品位、脉石数量、碱度和有害杂质硫等都可以人为控制。特别是70年代日本等国解剖了几座生产中的大型高炉,对于高炉炼铁过程中炉料在高炉内性状的变化有了进一步的认识,如发现了不同形状的软熔带,从而对于炉料提出了更高、更具体的要求,例如不仅要求入炉含铁原料具有良好的还原性和强度,而且要有较为理想的软熔、滴落性能。只有人造富矿,才能满足高炉工艺的这些要求,所以从60年代以来一直把“熟料率”作为评价钢铁企业的一项指标。高炉工作者对于“熟料率”的认识也有一个过程、六、七十年代在一些国家或地区,人们认为“熟料率”愈高愈好,如果能够实现100%的熟料率,则炉料结构将大为简单化,甚至可以简单化为只用矿、焦两种。但是生产实践表明,高炉的冶炼效果并非熟料率愈高愈好,因为过分高的熟料率限制了烧结矿的碱度,而高碱度烧结矿具有更好的冶金性质,于是在80年代开展了合理炉料结构的讨论。纵观当前世界上指标先进的高炉,虽然不是熟料率为100%的最好,但是烧结矿或球团矿在炉料中的比例均在70%以上。(见炉料结构)

炉料净具有两种含意,其一是指入炉原料必须经过筛分整粒,去除粉料。通常将筛设在矿槽下面,使入炉原料含粉(<5mm)率达到3%,以保证高炉料柱透气性。这项技术措施对于高炉炉况顺行十分重要。如果粉料不筛除,它会充填块状炉料之间的空隙,降低料柱的空隙度,严重影响其透气性,从而影响煤气流的合理分布,甚至造成悬料(见悬料与坐料)、崩料以至高炉结瘤等。此外炉料含粉率高,还会使炉尘吹出量增加,从而增加了炉料消耗。其二是炉料所含有害杂质铅、锌、砷等,特别是硫应尽可能少。高炉过程虽然能够脱硫,但必以提高炉渣碱度为代价。烧结矿和球团矿的生产过程也是一个高效率的脱硫过程,所以使用熟料多的高炉,硫主要来自燃料。高炉对磷无能为力,必须严格控制原料含磷,才能使生产出的生铁含磷达到指定的要求。

粒度和化学成分要匀     

首先是入炉原料的粒度必须均匀。根据几何学计算,用直径相同的球体堆成的散料层,其空隙度只取决于球体排列方式,与球体的直径无关,最大值可达47.2%,最小值为26.3%。高炉内的料柱为散料构成,虽然炉料不是球体,但依上述原理,如果粒度均匀一致,将能获得较大的空隙度,从而可以改善料柱的透气性。因此,对于入炉原料采取分级入炉。一般分为两级,分批装入高炉。为保证入炉料粒度均匀,除筛除<5mm的粉末外,还限制烧结矿的粒度上限一般为40mm,球团矿的粒度在9~13mm范围内,最大不超过16mm。匀的另一个含意是指炉料的化学成分应当稳定不能波动太大,否则将影响高炉的热制度和造渣制度。例如要求烧结矿含铁波动幅度小于±0.5%,碱度波动小于     0.03。入炉料的化学成分波动大,势必迫使高炉作业留有较大的热储备,从而导致焦比上升,产量下降。

对燃料的要求       

焦炭是高炉炼铁的主要燃料,它在高炉内的作用有:(1)燃烧发热,为高炉冶炼提供足够的温度,使铁、渣熔化,各种化学反应得以进行;(2)提供还原剂碳和CO,与氧化铁反应,将铁还原出来;(3)维持高炉内料柱的透气性,特别在高炉下部,使煤气流能够顺利通过,并分布合理。要求焦炭灰分低,含硫低,反应性低和有足够的强度。

灰分低    

按焦炭的工业分析,灰分和固定碳约占焦炭成分的98%,灰分中以酸性造渣物SiO2 、Al2O3为主,灰分愈高,焦炭的有用组分固定碳愈低,渣量愈大,从而使焦比上升,高炉的产量下降。焦炭含灰分的量取决于炼焦配煤中的灰分,配煤中含灰分每升高1%,可使焦炭灰分提高约1.3%。中国的炼焦配煤灰分较高,所以一般冶金焦的灰分均不低于11.5%,北美洲的焦炭含灰分最低,常在6%左右。

含硫低   

生铁中的硫大部分来自焦炭,焦炭含硫大体与炼焦用煤含硫相等,所以为降低焦炭含硫,必须降低炼焦煤含硫。中国的焦炭(除南方的焦炭外)大部分含硫不高,在0.6%左右。

足够的强度   

焦炭的强度是保证高炉料柱透气性的重要因素。焦炭的强度取决于配煤,也与炼焦工艺有关。通常以转鼓试验测定焦炭强度。用于现代大型高炉的焦炭,其转鼓指标M40应在80%以上,M10在7%以下。近年来,由于炼焦煤资源日趋减少,焦炭价格上涨、以及环境保护等原因,高炉富氧喷煤发展迅速,从而使焦比大幅度降低,炉料中焦炭负荷成倍提高。为了保持高炉内料柱的透气性,对于焦炭强度的要求更高。

反应性低       

指在高温下焦炭与CO2 的反应能力。反应性强的焦炭在高炉内容易被煤气中的CO2 侵蚀,使其强度降低,影响高炉下部料柱的透气性,同时使直接还原度增加,导致焦比升高。焦炭的反应性与配煤的品种有关,也受炼焦工艺的影响。

对熔剂的要求      

石灰石和白云石是高炉常用的熔剂。它们的作用在于提供炉料所需的碱性物质CaO和MgO,与铁矿中的酸性脉石SiO2 、焦炭灰分中的SiO2 和Al2O3造成一定碱度的炉渣。因此要求它们含有尽可能多的CaO和MgO;含酸性物质SiO2和Al2O3愈低愈好,二者之和大于3%。便不宜作为高炉炼铁的熔剂了。当高炉直接用石灰石或白云石作为熔剂时,除对其化学成分有上述要求外,它们的粒度不宜太大,一般应小于40mm,否则它们在高炉内随炉料下降,要到达中、下部高温区才分解完毕,这时分解放出的CO2 将与焦炭反应,增加了对焦炭的溶蚀,不仅降低焦炭强度,吸收大量高温热量还使焦比升高。

随着烧结矿的发展,石灰石基本上不再直接装入高炉,而是将其粉碎,配入烧结料之中,这时对熔剂的化学成分的要求与上述相同。近10年来在欧洲为改善酸性球团矿的冶金性质(高温还原性),把作为熔剂的MgO加到球团矿中。

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