论影响烧结矿冶金性能的因素及分析

发布日期：2024-05-29 作者：许滿兴1 张天启2 浏览次数：640

核心提示：摘要：本文首先用高炉内块状带、软化帶和熔融滴落带三帶的透气阻力与炉料冶金性能的关系，介绍了烧结矿冶金性能内容和价值，论述了配碳和烧结温度、碱度和矿物组成、烧结矿主要组分及有害元素四大因素对烧结矿冶金性能的影响，文章最后提出了几点结论性意见。关键词：冶金性能配碳与烧结温度碱度和矿物组成

论影响烧结矿冶金性能的因素及分析

许滿兴¹ 张天启²

（1北京科技大学）（2安徽铜陵旋力钢铁公司）

摘要：本文首先用高炉内块状带、软化帶和熔融滴落带三帶的透气阻力与炉料冶金性能的关系，介绍了烧结矿冶金性能内容和价值，论述了配碳和烧结温度、碱度和矿物组成、烧结矿主要组分及有害元素四大因素对烧结矿冶金性能的影响，文章最后提出了几点结论性意见。

关键词：冶金性能配碳与烧结温度碱度和矿物组成

1 烧结矿的冶金性能与高炉内的透气性^［1］

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高炉内各带透气阻力示图

由于目前烧结矿佔高炉炉料的比例占70%—80%，烧结矿的冶金性能对高炉冶炼过程的透气性变化起着决定性作用，因此研究和分析影响烧结矿的冶金性能具有重要的作用和价值。由高炉内各帶透气阻力示图可见，块状帶占高炉内总透气阻力的15%，软化帶占25%，熔融滴落帶占60%。

2 烧结矿冶金性能的内容及价值^［1］

1). 900 ℃还原性与价值:

铁矿石的还原性用RI表示,10%的还原性会影响高炉炼铁产量和燃料比各8% ～9%。冶金行业标准规定高碱度烧结矿的RI值应≥85%

2)低温还原粉化性能：

烧结矿的低温还原粉化性能用RDI符号表示,RDI+3.15%表示低温还原粉化指数, ,RDI-3.15%表示低温还原粉化率, RDI+6.3%表示低温还原强度。RDI指标的好坏主要影响高炉上部的透气性，烧结矿的RDI-3.15降低10%将会影响高炉产量3%以上,燃料比上升1.5%,冶金行业标准规定RDI+3.15应≥72%。

3）荷重还原软化性能：该性能主要影响高炉中部的透气性，它用⊿TB=TBE –TBS,烧结矿的TBS应≥1100℃, ⊿TB≤≤150℃,意大利的数据由于⊿TB提高透气性⊿P下降8.7%，高炉产量会提高16%。

4).烧结矿的熔滴性能：

它是影响高炉下部的透气性，它是烧结矿冶金性能中最重要的性能，它用符号:℃〕表示，日本和美国学者提出单一高碱度烧结矿的S值应≤98KPa℃综合炉料的S值应≤40KPa℃。

3 影响烧结矿冶金性能的因素及分析

3.1 配碳和矿物组成对烧结矿冶金性能的影响^［2］

烧结料中配碳量决定烧结温度、烧结速度及气氛，对烧结矿的性质及矿物组成有很大的影响。鞍钢铁精矿的烧结研究表明：当烧结矿碱度固定在 1.5, 烧结料含碳量由 3.0%升高到 4.5%时，对烧结矿中铁氧化物总含量影响不大，而对黏结相的形态及矿物的结晶程度影响很大。当烧结料中含碳低时，磁铁矿的结晶程度差，主要黏结相是玻璃质，多孔洞，还原性比较好，而强度差；随着烧结料含碳量的增加，磁铁矿的结晶程度改善，并生成大粒结晶，这时液相黏结物以钙铁橄榄石代替了玻璃质，孔洞少，因此烧结矿强度变好。当配碳过多时容易生成过量液相，形成大孔薄壁或气孔度低的烧结矿，此时烧结矿产量低，还原性差，强度也不好。表1 为某钢铁公司配碳量对烧结矿矿物组成及冶金性能的影响。

表1 配碳量对烧结矿矿物组成及冶金性能的影响

对一般铁矿粉烧结，烧结矿 FeO 含量随配碳量的增加而有规律地增大。因此烧结矿 FeO 含量通常被用来评定烧结矿冶金性能。表2为烧结矿 FeO 含量与冶金性能的关系，从表可以清晰地看出，随着 FeO 含量的增加，烧结矿成品率、转鼓指数和烧结利用系数均明显增加，但烧结矿的还原度明显变差。此外烧结矿FeO 含带高，意味矜烧紬着烧结固体燃料消耗高。

表2 烧结矿 FeO 含量对烧结矿冶金性能的影响

表3 烧结温度对其冶金性能的影响

样品	配碳量%	烧结温度/℃	转鼓/%	还原粉化率/%	900℃还原率%	FeO/%
1	2.8	1225	54.23	29.80	35.11	5.26
2	3.3	1265	69.17	21.18	33.62	6.39
3	3.3（保温）	1290	72.85	18.95	34.75	6.85
4	4.0	1315	73.52	24.92	32.87	8.24
5	4.2	1340	75.58	25.67	31.06	10.40
6	5.0	1360	72.37	29.91	29.85	11.08

3.2 碱度和矿物组成对烧结矿冶金性能的影响

表4 碱度对对烧结矿RI和RDI的影响

烧结矿种	CaO/SiO2	900℃还原性RI（%）	500℃低温还原粉化（%）RDI－
首钢烧结矿	1.09	71.5	16.5
	1.34	75.0	13.5
	1.68	82.5	9.6
	2.00	89.5	8.5
太钢烧结矿	1.31	81.0	43.0
	1.78	86.5	39.2
	1.96	96.0	37.9
	2.15	89.5	24.3

表5 碱度对烧结矿的软化性能的影响

软化性能矿种	CaO/SiO2	TBS（℃）	TBE（℃）	△TB（℃）
莱钢烧结矿	1.35	1082	245	163
	1.80	1073	1214	141
	2.10	1100	1236	136
邯钢烧结矿	1.67	1226	1303	77
	1.80	1222	1286	64
	2.00	1205	1252	47
	2.15	1215	1257	42

表6 几种不同碱度烧结矿的化学成分

NO	成份矿种	TFe	FeO	CaO	SiO2	Al2O3	MgO	CaO/SiO2	备注
1	宝钢烧结矿	57.83	6.91	9.21	5.85	1.57	1.53	1.57
2	邯钢烧结矿	53.5	7.91	11.40	7.08	1.53	3.90	1.61
3	水冶球烧矿	56.51	9.75	13.32	5.73	-	1.86	2.15
4	酒钢球烧矿	54.40	15.99	4.15	11.53	2.81	3.14	0.36	低R
5	石钢烧结矿	59.26	14.42	4.23	7.05	1.89	3.70	0.60	低R
6	攀钢烧结矿	46.63	9.83	8.86	5.80	4.79	3.91	1.53
7	萍钢烧结矿	42.31	9.20	16.85	10.96	-	4.26	1.537

表7 几种不同碱度烧结矿的熔滴性能

NO	熔滴性能矿种	Ts （℃)	Td （℃）	ΔT（℃）	△Pmax (×9.8pa)	S值 (Kpa·℃)	备注
1	宝钢烧结矿	1443	1465	22	230	38.8
2	邯钢烧结矿	1454	1477	23	520	105.94
3	水冶球烧结	1345	1442	97	200	142.59
4	酒钢球烧矿	1299	1409	110	193	154.15	低R
5	石钢烧结矿	1323	1423	100	138	86.24	低R
6	攀钢烧结矿	1175	1470	295	770	2081.52
7	萍钢烧结矿	1330	1565	235	930	2141.79

3.3 烧结矿各组分对其冶金性品能的影响

3.3..1 品位和SiO₂对烧结矿冶金性能的影响：

表8 我国几种烧结矿的化学成分（％）

烧结矿		TFe	FeO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	R2
石钢	1#	59.30	10.40	4.52	1.53	5.02	1.89	1.11
石钢	2#	59.10	7.92	4.47	1.57	8.54	1.94	1.91
济钢	1#	59.80	5.25	4.20	1.71	7.69	2.17	1.83
济钢	2#	59.50	11.80	4.10	1.56	8.12	2.13	1.93
八钢	1#	58.78	11.64	4.64	－	8.00	3.76	1.72
	2#	58.00	11.03	4.54	－	9.05	3.67	1.99
	3#	57.40	10.54	4.64	－	10.28	3.82	2.02
酒钢	1#	52.68	9.67	10.80	1.71	5.15	2.13	0.48
酒钢	2#	51.75	7.24	7.52	1.49	13.87	1.89	1.84

表9 我国几种烧结矿的冶金性能

烧结矿	900℃	500℃还原粉化(%)			软化性能(℃)			熔融滴落性能
烧结矿	RI(%)	RDI+6.3	RDI+3.15	RDI_0.5	T10	T40	ΔT	Ts	Td	ΔT	ΔPm·9.8pa	S值(Kpa℃)
石钢	73.1	16.3	49.2	13.5	1091	1134	43	1267	1333	66	102	33.63
石钢	82.4	14.3	55.9	9.6	1092	1247	155	1435	1450	15	130	11.76
济钢	75.1	44.0	70.4	8.6	1085	1227	142	1448	1464	16	188	21.64
济钢	74.6	42.3	68.2	8.2	1043	1226	183	1486	1519	33	246	63.39
八钢	－	－		－	1185	1347	162	1382	1488	106	292	251.39
	－	－		－	1215	1389	174	1435	1505	70	310	178.36
	－	－		－	1183	1347	164	1370	1518	148	338	417.72
酒钢	61.0	63.96	80.15	7.9	1085	1140	55	1180	1300	120	900	999.60
酒钢	85.9	39.5	73.13	7.4	1170	1280	110	1320	1520	200	1180	2214.80

表10 首钢等企业烧结矿品位、SiO₂含量与高炉炼铁技术经济指标的关系

企业名称	年份	烧结矿质量				高炉主要操作指标
企业名称	年份	TFe	SiO2	FeO	CaO/SiO2	利用系数	燃料比
首钢	1961	43.72	10.45	23.00	1.40	1.228	813
	1978	53.29	10.25	21.0	1.35	1.998	559.4
	1990	57.20		12.79	1.55	2.412	535.0
	2000	56.98	6.06	9.70	1.61	2.153	496.7
	2010	56.19	5.39	8.68	2.05	2.28	478.0
包钢	1967	46.78	11.98	27.0	0.91	0.788	793.2
	1977	45.75	7.91	27.23	1.84	0.463	878.0
	1997	53.24	6.06	10.49	1.87	1.519	556.9
	2000	56.97	5.64	11.17	1.35	1.719	547.6
	2010	57.16	4.6 3	8.79	1.98	2.147	538.0
酒钢	1975	43.08	13.4	21.0	1.20	0.472	986
	1986	49.35	10.61	11.65	1.24	1.234	610
	1990	49.67	10.30	13.29	1.25
	2000	48.39	8.10	10.98	1.78	2.04	601
	2010	49.378	7.87	9.95	1.93	2.20	550

3.3..2 MgO质量分数对烧结矿冶金性能的影响

表11 MgO含量对烧结指标的影响

CaO/SiO2	MgO（％）	利用系数t/m2h	成品率（％）	燃耗 kg/t	转鼓（％）	SFCA （％）	RI （％）
1.80	2.00	1.448	71.34	70.98	63.33	26.24	77.12
1.80	1.50	1.555	73.90	69.00	66.67	-	80.10
1.80	1.00	1.473	72.69	68.79	68.67	28.29	80.75
1.90	2.00	1.474	74.02	68.13	65.20	30.08	79.12
1.90	1.50	1.585	72.78	68.70	67.33	31.15	81.56
1.90	1.0 0	1.608	75.71	66.04	68.40	32.94	85.51

表12 MgO含量对烧结矿冶金性能的影响

酒钢烧结矿			900℃ 还原性（%）	RDI-3.15 （%）	软化性能（℃）熔滴性能（℃）
MgO(%)	FeO(%)	R	900℃ 还原性（%）	RDI-3.15 （%）	TBS	△TB	TS	Td	△T
2.98	11.2	1.32	90.5	8.0	1155	120	1240	1515	275
3.87	11.0	1.31	84.0	6.3	1175	110	1200	1465	265
4.08	10.2	1.21	79.0	3.8	1185	130	1300	1520	220
6.32	9.9	1.37	79.0	4.3	1190	130	1330	1535	205

表13 MgO对烧结矿冶金性能的影响

MgO(%)	标准常强度	标准耐磨强度	900℃还原性（％）	荷重软化区间(△TB)（℃）
1.5	58.9	5.3	91.7	100
1.9	59.1	4.4	82.4	110
2.1	58.1	6.5	87.5	115
2.3	56.2	6.0	77.5	150
3.0	56.6	5.3	85.5	120

3.3.3 Al₂O₃的作用和对烧结矿冶金性能的影响

1）Al₂O₃的作用：SFCA的化学式5CaO.2SiO₂.9(Al.Fe)₂O_3, 因此烧结矿的组分不能沒有Al₂O_3, 它既不能太低又不能太高, 太低了影响烧结矿SFCA的形成, 太高了会影响烧结矿的冷強度和低温还原粉化性能,1.5%～2.0%是正常值。

2）高 Al₂O₃对烧结矿质量的影响：（冷强度，RDI）

表14 Al₂O₃对烧结矿RDI的影响

Al2O3(%)	CaO/SiO2	MgO（％）	500℃低温还原粉化指标（％）
Al2O3(%)	CaO/SiO2	MgO（％）	RDI+6.3	RDI+3.15	RDI-0.5
1.80	1.84	1.83	44.26	65.13	9.09
1.90	1.75	1.86	28.50	64.35	9.38
2.00	1.76	1.77	35.64	62.84	7.33
=2.10	1.69	2.01	23.59	57.31	10.93

4 几点结论性意见：

1）烧结矿的低温还原粉化性能（RDI）影响高炉上部块状帶的透气性，它约占高炉△P总的15%；烧结矿的荷重还原软化性能（△T= T_BE- TBS）影响高炉中部软化帶的透气性, 它占高炉△P总的25%;烧结矿的熔滴性能［℃〕］影响高炉下部熔融滴落帶的透气性, 它约占高炉△P_{总的60%以上。}

2）烧结矿的冶金性能应包括RI、RDI、荷重还原软化性能和熔滴性能四个部分内容，RI是烧结矿冶金性能的基本性能，熔滴性能是烧结矿冶金性能最优良要的性能。

3）配碳和矿物组成是影响烧结矿冶金性能的重要因素，高配碳必然是高温型烧结，高温烧结影响烧结料层的透气性和矿物组成。超厚料层烧结应坚持低配碳、低FeO和高还原性的方向。

4）碱度是决定烧结矿冶金性能的基础。烧结生产应坚持1.9～2.3的最佳碱度。

5）品位和SiO2、MgO和Al2O3的质量分数是影响烧结矿冶金性能的重要因素。烧结生产应坚持高品位，低SiO2、低)MgO和Al2O3质量分数分别为5%±0.3%，＜1.6%和＜2.1%的数值。

参考文献

［1］许满兴烧结矿冶金性能对其质量和高炉主要操作指标的影响《烧结球团》2014.NO:3(1-5)

［2］许满兴烧结矿的矿物组成对其质量的影响及分析《低成本低燃料比炼铁新技术文集》北科大内部资料2017.(101-109)

［3］许满兴烧结矿高质量的内涵与优化配矿的约束条件《2020全国智能、低成本炼铁技术研讨会文集》2020年12月钢铁之家河北冶金科技有限公司（9-15）

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