妥建德，付光军
（酒钢集团宏兴股份公司钢铁研究院，甘肃 嘉峪关 ７３５１００）
摘 要：根据烧结、球团两种工艺对碱度（ＣａＯ ／ ＳｉＯ２ ）的不同需求，将铁精矿按ＳｉＯ２、ＣａＯ 含量进行分类，用高ＳｉＯ２精矿制取球团，研究其质量指标和冶金性能，并进行高、低ＳｉＯ２ 精矿在烧结工艺和球团工艺使用的经济性测算，提出了酒钢现有条件下球团工艺和烧结工艺的精矿分类利用标准。
关 键 词：铁精矿； 烧结球团； 分类利用
１ 引言
烧结、球团是钢铁行业应用最广泛的高炉原料造块方法，两种工艺的最大区别是：烧结生产为满足强度要求， 需配加ＣａＯ 达到较高的碱度（ ＣａＯ／ＳｉＯ２），因此铁精矿中ＳｉＯ２ 越高，配入的ＣａＯ 就更多，造成烧结矿品位下降。对于球团矿生产来说，铁精矿中ＳｉＯ２升高后，不会造成球团矿品位的进一步降低，并且球团的ＳｉＯ２ 含量增加， 在一定范围内有利于球团内部形成较多的渣键，可以抑制球团膨胀和抵制晶须的成长［１］ 。
目前国内外对于炼铁、烧结、球团技术的研究，都立足于提高各自的技术质量指标，缺少以炼铁为核心的烧结、球团工艺的经济性研究。实际上，部分用于球团生产的低ＳｉＯ２ 铁精矿，如果改用于烧结生产效果可能更好。在此基础上提出了铁精矿优化使用，提高烧结矿、球团矿的经济性能，为降低生铁成本开创新的思路。
酒钢高炉使用的高碱度烧结矿ＳｉＯ２ 含量较高（７．８％～８．５％），球团矿的ＳｉＯ２ 含量在７％左右。为平衡炉渣碱度，需要配加较高比例的球团矿或块矿。但球团矿比例增加后又造成生铁成本上升，并影响高炉顺行和护炉；同时酒钢周边为数不多的铁块矿资源大多为高硅低铁，高有害元素（钾、钠、锌、硫、磷等），限制了高炉使用比例，为此高炉配加一定比例的硅石来平衡炉渣碱度。因此，按照ＳｉＯ２、ＣａＯ 含量对铁精矿进行分类，进行高ＳｉＯ２ 铁精矿生产球团的质量指标及冶金性能试验研究，以及高、低ＳｉＯ２精矿在烧结工艺和球团工艺使用的经济性测算，探索分类利用标准及可行性与经济性，对降低生铁成本有积极的意义。
２ 铁精矿ＳｉＯ２ 含量对烧结工艺和球团工艺的不同影响
⑴精矿用于烧结生产过程中，需要配加ＣａＯ 来达到碱度要求。精矿中ＳｉＯ２ 含量越高，需配加的ＣａＯ 就越多，造成烧结矿品位下降；同时烧结矿带入高炉的ＣａＯ 增加，为平衡炉渣碱度需要，又需要增加ＳｉＯ２的入炉量，导致高炉入炉品位下降，生铁成本上升。
⑵同样的精矿用于球团矿生产，则不需要额外配加ＣａＯ，精矿中ＳｉＯ２ 含量的上升不会导致球团矿品位的进一步下降。
球团生产所用精矿一般以磁铁精矿为主。由于磁铁精矿粉在氧化气氛中焙烧时能发生氧化、放热和晶型转变，而赤铁矿没有这种变化，因此磁铁矿生球焙烧时所需的温度和热耗都较低，更易于焙烧固结，球团矿的质量也较好［３］ 。酒钢球团生产所用的精矿以磁铁精矿为主，ＳｉＯ２ 在３％ ～ １６％之间，变化幅度高达１３％。根据烧结球团两种工艺的特点和不同需求，将精矿进行分类利用，对于降低炼铁成本具有积极的意义。但由于国内外生产球团所用精矿ＳｉＯ２绝大多数在６．５％ 左右，使用高ＳｉＯ２含量（８％～１０％）的精矿生产球团，其冶金性能是否满足高炉需要，还有待进一步试验验证。
３ 酒钢球团用铁精矿ＳｉＯ２、ＣａＯ 含量
我国精矿的特点是品位低，杂质高，ＳｉＯ２绝大多数在６．５％ 以上，而国外铁精矿ＳｉＯ２ 一般在４％ 以下［２］。
酒钢自产的精矿，铁品位在５３％左右，ＳｉＯ２平均高达８％，属于典型的低品高ＳｉＯ２ 精矿。在酒钢生产条件下测算，精矿在品位不变的情况下，精矿的ＳｉＯ２、ＣａＯ 变化后，石灰石配比每上升１％，烧结矿品位下降０．４４％，烧结矿成本下降１．６ 元／ ｔ，生铁成本上升５．３ 元／ ｔ。同样的精矿用于球团，不需要配加ＣａＯ 平衡碱度，因此不会带来熔剂变化的不利影响。
２０１５ 酒钢年球团竖炉所用铁精矿ＳｉＯ２、ＣａＯ 含量和自然碱度情况见表１。２０１５ 年国内部分厂家高炉用料数据见表２。
由表１、表２ 可见，２０１５ 年洒钢球团用铁精矿ＣａＯ 含量超过１．５％部分占总量的１８．８８％；自然碱度≥０． ２ 部分平均自然碱度为０． ２８， 占总量的２５．６７％。
国内生产的酸性氧化性球团的自然碱度一般都控制在０．１５ 左右。
结合上述数据，初步确定酒钢球团所用精矿的ＣａＯ 含量不应超过１．５％，自然碱度应控制在０．２以内。
４ 铁精矿用于球团、烧结的经济性对比
４．１ 铁精矿用于球团的经济性
以自产精矿为基准，根据２０１５ 年所用１３ 家低硅精矿、１０ 种高硅精矿的平均ＳｉＯ２、ＣａＯ 含量，及同期价格成本进行球团矿的经济性测算，结果见表３。
由表３ 可以看出，低硅精矿平均ＳｉＯ２ 含量６．２５％，ＣａＯ 含量１．５％。以此为原料生产球团矿进入高炉后，在高碱度烧结矿配比超过一定数量时，需要增加硅石平衡炉渣碱度，造成入炉品位下降，焦比上升，造成生铁成本上升３．５７ 元／ （ｔ·球团矿）。
高硅精矿平均ＳｉＯ２ 含量１０． ０６％，ＣａＯ 含量０．９％，以此为原料生产球团矿入炉后，在高碱度烧结矿配比等同条件下，可减少甚至取消硅石配入，相应入炉品位上升，焦比下降，可降低生铁成本７．１１元／ （ｔ·球团矿）。
４．２ 铁精矿用于烧结的经济性
以自产精矿为基准，根据２０１５ 年所用１３ 家低硅精矿、１０ 种高硅精矿的平均ＳｉＯ２、ＣａＯ 含量，测算生产１．８ 倍碱度的烧结矿在高炉使用的生铁成本变化，结果见表４。
由表４ 可见，将ＳｉＯ２低于７．８％、ＣａＯ 含量超过１．３％，自然碱度０．１７ 以上的铁精矿用于烧结，较自产精矿平均降低生铁成本２９ 元／ ｔ；ＳｉＯ２ 高于７．８％、自然碱度低于０．１７ 的高硅铁精矿用于烧结生产，生铁成本较使用自产精矿平均增加４３．６ 元／ ｔ。
４．３ 小结
综合来看，在酒钢目前条件下，将低硅精矿（ＳｉＯ２平均６．３％、ＣａＯ 平均１．５％，自然碱度０．２４）的铁精矿用于烧结生产，高硅铁精矿（ＳｉＯ２ 平均１０％、自然碱度平均０．９）用于球团矿生产，其经济性相对最优。
５ 高ＳｉＯ２球团质量及冶金性能研究
５．１ 生球性能
在实验室制取ＳｉＯ２含量分别为９．５％和１０．０％的两组球团，每组５ 个样，生球性能平均数据见表５。
由表５ 可见，两组生球质量落下强度均大于２次／ 个，爆裂温度均在５００ ℃以上。
５．２ 成品球团化学成分
成品球化学成分及抗压强度见表６。
从表６ 来看，成品球抗压强度ＳｉＯ２含量为９．５％时平均为１ ７２３ Ｎ／ 个，ＳｉＯ２ 含量为１０％时平均为１ ８１１ Ｎ／ 个，整体差异不明显，基本满足高炉要求。
５．３ 成品球冶金性能
成品球冶金性能见表７。
从表７ 可见：
球团ＳｉＯ２含量在９．５％～１０％之间，其软化开始温度、软化区间、最大压差基本一致，分别为１ ０５０℃、６３ ℃、１３．８ ℃，均处于较好水平；还原度指数：ＳｉＯ２含量９．５％的球团较１０％的略高，但差别不大。熔融区间、ＳｉＯ２含量９．５％的球团熔融区间、膨胀指数较１０％的球团高，但都满足高炉需求；膨胀指数：ＳｉＯ２含量９．５％的球团膨胀指数平均９．３２％，ＳｉＯ２ 含量１０％的球团膨胀指数平均５．２６％，远低于国内普遍规定的球团矿的膨胀率不大于２０％的要求［３］ ，满足高炉需要。
６ 不同ＳｉＯ２ 含量的球团矿综合炉料冶金性能试验
利用不同ＳｉＯ２ 含量的球团矿与碱度１．８０ 倍的烧结矿组成的综合炉料方案如下：
方案１：３６％球团矿（ＳｉＯ２ ９．０％）＋６４％烧结矿。
方案２：３５％球团矿（ＳｉＯ２ ９．５％）＋６５％烧结矿。
方案３：３４％球团矿（ＳｉＯ２ １０％） ＋６６％烧结矿。
冶金性能测试结果见表８。
表８ 试验结果表明：
ＳｉＯ２含量在９％～１０％的三组球团矿：
软化开始温度、软化区间整体差异不大；熔融开始温度相差不大，但随着ＳｉＯ２ 含量升高，熔融区间变宽，分别为３４ ℃、１２９ ℃、１４０ ℃；最高压差随着ＳｉＯ２含量升高，分别为１１．８ Ｐａ、１０．３ Ｐａ、９．１ Ｐａ；ＳｉＯ２含量在９．０％时，熔滴特性值最大，为１ ０３２，ＳｉＯ２ 含量为９．５％和１０％时，均为９６０。
总体来看，冶金性能均满足高炉生产需求。
７ 不同抗压强度下球团冶金性能试验
制取抗压强度不同的高硅球团矿（ＳｉＯ２ 含量１０％），其冶金性能试验结果见表９。
试验结果表明，ＳｉＯ２含量１０％、不同抗压强度的球团矿冶金性能变化不大。
８ 高硅球团矿（ ＳｉＯ２ 含量９％～ １０％）在高炉使用情况
２０１６ 年１－５ 月份，酒钢进行了高ＳｉＯ２球团矿的生产及高炉配用的工业试验，高ＳｉＯ２质量情况见表１０。２０１６ 年１ －５ 月份，酒钢球团矿ＳｉＯ２ 含量由６．６６％逐步提高９％以上，其中４ 月份月平均最高达到９．４２％，单日平均ＳｉＯ２含量最高达１０．０８％。在此期间，球团生产正常，高炉炉况顺行、各项指标稳定，生产成本降低。由此说明高炉部分配加ＳｉＯ２ 含量９％～１０％的球团矿是完全可行的。
９ 结语
试验及生产实践均表明，使用高硅精矿（ＳｉＯ２含量９％～１０％）生产球团，技术上可行，理化指标、冶金性能均满足高炉需要。
在酒钢目前条件下，按精矿的ＳｉＯ２、ＣａＯ 含量进行分类，将ＳｉＯ２ ＜６．５％、含量＞１．５％，自然碱度＞０．２的铁精矿用于烧结，ＳｉＯ２ ＞８．５％、自然碱度＜０．１５ 的铁精矿生产球团，有利于降低生铁成本。
参 考 文 献：
［１］ 刘竹林．炼铁原料［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９（８）：２４７．
［２］ 张一敏．球团矿生产技术［Ｍ］． 北京：冶金工业出版社，２００５（８）：１２．
［３］ 王悦祥． 烧结矿与球团矿生产［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００６（７）：１０１．
［４］ 刘竹林．炼铁原料［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００９（８）：２４７．
［５］ 张玉柱，胡长庆． 铁矿粉造块理论与实践［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２０１２．