D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.03.016 第29卷第3期 北京科技大学学报 Vol.29 No.3 2007年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar,2007 现代高炉合理使用天然块矿的基础研究 吴胜利)许海法)汪国俊)李肇毅) 田筠清)陈辉) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)宝山钢铁股份有限公司炼铁厂，上海200941 摘要由于对天然块矿的治金性能认识不够全面和深入，影响了现代高炉使用块矿技术的发展，通过分析和实验，考察了 世界主要产地的块矿的各种治金性能·结果表明：天然块矿旷除自身软熔特性较差外，其他冶金性能均能满足现代高炉冶炼的 要求；在高炉高温区块矿会与烧结矿发生交互反应，能够明显改善块矿自身的软熔特性，且可利用这一交互反应性优化块矿 搭配模式， 关键词高炉；天然块矿；治金性能：高温交互反应 分类号TF053 我国高炉炼铁使用的含铁炉料是高碱度烧结矿 块矿，其经济技术指标同样十分优良[，这些生产 搭配酸性球团矿、天然块矿，酸性球团矿的来源主 实践表明，使用天然块矿并不一定会对高炉治炼产 要是国内和国外两个渠道。从目前国内球团矿的生 生不良影响，其中必然有深层的原因还有待探索和 产状况来看，还不能满足高炉生产的需求，因此有相 查明. 当数量的酸性球团矿来自国外，由于国内铁矿床的 为此，全面和深入地把握天然块矿的冶金性能， 含铁品位低，除海南铁矿能够出产含铁品位在56% 从理论上统一认识，以推动高炉合理使用天然块矿 左右的天然块矿之外，供应国内高炉使用的天然块 技术的发展，是非常必要和具有重要意义的研究课 矿主要来自巴西、澳大利亚等国， 题，本文从天然块矿自身特性的角度出发，分析其 从铁矿石的资源战略考虑，合理使用进口酸性 对高炉冶炼的影响，并结合综合炉料考察高温区块 球团矿、天然块矿是不容置疑的，但是，人们在多用 矿的行为)，探讨高炉合理使用高比例块矿的可 进口酸性球团矿还是多用进口天然块矿方面还存在 行性和技术方向 判断上的困惑 在价格上进口天然块矿相比进口酸性球团矿要 1 实验用高炉含铁原料 便宜：从环境保护角度来看，目前高炉使用的酸性球 目前可供我国高炉使用的天然块矿主要有巴西 团矿是天然矿粉经过造块工艺获得的加工产品，其 块矿、澳大利亚块矿以及平衡碱度的国产海南块矿 生产过程存在不同类型、不同程度的环境污染，而天 等，本实验共选用了六种天然块矿，其中三种澳矿 然块矿则不存在高温加工工序的环境污染，从这些 L一A、LB和LC,两种巴西矿LD和LE,以及海 方面考虑，显然是多用进口天然块矿为宜，但是，根 南块矿L下，为了比较和考察，同时选用了一种巴 据传统认识，在这两种酸性炉料冶金性能比较方面， 西酸性球团矿P一A和国内大型钢铁企业的两种高 天然块矿不如酸性球团矿优异，特别是天然块矿自 碱度烧结矿S1和S2,它们的化学成分列于表1， 身的软熔特性相对较差山.因此，人们担心高炉使 用天然块矿会对高炉顺行以及焦比等技术指标造成 2天然块矿的冶金性能分析 不利影响，这一顾虑影响了现代高炉使用块矿技术 2.1块矿的理化性质 的发展 比较进口的酸性含铁炉料的化学成分可知，无 近年来，宝钢、首钢等企业的高炉含铁炉料中天 论在含铁品位方面，还是在脉石含量方面，天然块矿 然块矿的使用比例已达15%~20%，高炉的各项技 与酸性球团矿相差不大，只是在S,P杂质含量上， 术指标依然优良，且经济效益可观].阿根廷 进口的天然块矿稍高于巴西球团矿，但因带入高炉 Siderar公司的2高炉在过去几年中也大量使用了 的总量并不高，因此可以认为基本没有负面影响， 收稿日期：2005-12-31修回日期：2006-07-05 与酸性氧化性球团矿相比，天然块矿属于所谓 作者简介：吴胜利(1955一)男，教授，博士 的“生矿”，人们担心它会影响高炉焦比等，根据炼
现代高炉合理使用天然块矿的基础研究 吴胜利1） 许海法1） 汪国俊2） 李肇毅2） 田筠清1） 陈 辉1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2） 宝山钢铁股份有限公司炼铁厂上海200941 摘 要 由于对天然块矿的冶金性能认识不够全面和深入影响了现代高炉使用块矿技术的发展．通过分析和实验考察了 世界主要产地的块矿的各种冶金性能．结果表明：天然块矿除自身软熔特性较差外其他冶金性能均能满足现代高炉冶炼的 要求；在高炉高温区块矿会与烧结矿发生交互反应能够明显改善块矿自身的软熔特性且可利用这一交互反应性优化块矿 搭配模式． 关键词 高炉；天然块矿；冶金性能；高温交互反应 分类号 TF053 收稿日期：20051231 修回日期：20060705 作者简介：吴胜利（1955—）男教授博士 我国高炉炼铁使用的含铁炉料是高碱度烧结矿 搭配酸性球团矿、天然块矿．酸性球团矿的来源主 要是国内和国外两个渠道．从目前国内球团矿的生 产状况来看还不能满足高炉生产的需求因此有相 当数量的酸性球团矿来自国外．由于国内铁矿床的 含铁品位低除海南铁矿能够出产含铁品位在56％ 左右的天然块矿之外供应国内高炉使用的天然块 矿主要来自巴西、澳大利亚等国． 从铁矿石的资源战略考虑合理使用进口酸性 球团矿、天然块矿是不容置疑的．但是人们在多用 进口酸性球团矿还是多用进口天然块矿方面还存在 判断上的困惑． 在价格上进口天然块矿相比进口酸性球团矿要 便宜；从环境保护角度来看目前高炉使用的酸性球 团矿是天然矿粉经过造块工艺获得的加工产品其 生产过程存在不同类型、不同程度的环境污染而天 然块矿则不存在高温加工工序的环境污染．从这些 方面考虑显然是多用进口天然块矿为宜．但是根 据传统认识在这两种酸性炉料冶金性能比较方面 天然块矿不如酸性球团矿优异特别是天然块矿自 身的软熔特性相对较差［1］．因此人们担心高炉使 用天然块矿会对高炉顺行以及焦比等技术指标造成 不利影响．这一顾虑影响了现代高炉使用块矿技术 的发展． 近年来宝钢、首钢等企业的高炉含铁炉料中天 然块矿的使用比例已达15％～20％高炉的各项技 术指标依然优良且经济效益可观［2—4］．阿根廷 Siderar 公司的2＃高炉在过去几年中也大量使用了 块矿其经济技术指标同样十分优良［5］．这些生产 实践表明使用天然块矿并不一定会对高炉冶炼产 生不良影响其中必然有深层的原因还有待探索和 查明． 为此全面和深入地把握天然块矿的冶金性能 从理论上统一认识以推动高炉合理使用天然块矿 技术的发展是非常必要和具有重要意义的研究课 题．本文从天然块矿自身特性的角度出发分析其 对高炉冶炼的影响并结合综合炉料考察高温区块 矿的行为［6—7］探讨高炉合理使用高比例块矿的可 行性和技术方向． 1 实验用高炉含铁原料 目前可供我国高炉使用的天然块矿主要有巴西 块矿、澳大利亚块矿以及平衡碱度的国产海南块矿 等．本实验共选用了六种天然块矿其中三种澳矿 L—A、L—B 和 L—C两种巴西矿 L—D 和 L—E以及海 南块矿 L—F．为了比较和考察同时选用了一种巴 西酸性球团矿 P—A 和国内大型钢铁企业的两种高 碱度烧结矿 S1和 S2．它们的化学成分列于表1． 2 天然块矿的冶金性能分析 2∙1 块矿的理化性质 比较进口的酸性含铁炉料的化学成分可知无 论在含铁品位方面还是在脉石含量方面天然块矿 与酸性球团矿相差不大只是在 SP 杂质含量上 进口的天然块矿稍高于巴西球团矿但因带入高炉 的总量并不高因此可以认为基本没有负面影响． 与酸性氧化性球团矿相比天然块矿属于所谓 的 “生矿”人们担心它会影响高炉焦比等．根据炼 第29卷 第3期 2007年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．3 Mar．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．03．016
第3期 吴胜利等：现代高炉合理使用天然块矿的基础研究 .321 表1实验用含铁原料的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of ferrous materials for experiment % 块矿类别 品名 TFe Ca0 SiO2 A1203 Mgo TiOz P205 s MnO FeO L一A 65.34 0.11 2.17 1.34 0.15 0.03 0.151 0.011 0.47 0.14 澳洲块矿 L-B 64.22 0.06 2.30 0.57 0.12 0.02 0.192 0.032 0.14 1.37 L-C 64.07 0.01 2.18 1.10 0.05 0.03 0.110 0.025 0.17 0.43 L-D 68.30 0.02 1.24 0.64 0.04 0.03 0.050 0.005 0.11 0.88 巴西块矿 L-E 65.31 0.04 1.72 2.00 0.12 0.12 0.140 0.013 0.12 0.97 海南块矿 L-F 57.01 0.18 16.30 0.45 0.25 0.09 0.042 0.103 0.06 0.88 巴西球团 P-A 66.00 0.80 2.98 0.66 0.92 0.06 0.0600.005 0.13 0.25 s1 58.85 8.27 4.58 1.58 1.63 0.10 0.10 0.010 0.40 7.67 绕结矿 s2 58.37 8.72 4.57 1.62 1.61 0.09 0.10 0.0100.30 7.60 铁理论可知[8]，“生矿”所固有的碳酸盐，在高炉内 10 分解会消耗热量，冲淡还原性气氛：在高温下分解产 8.19 8 5.53 689 生C02,不仅使焦炭因熔损反应而被消耗，而且也会 6 .9 4.47 破坏焦炭的强度，从而引起焦比的上升和下部焦炭 料柱透气性的恶化，但是，应当指出：现代高炉所使 2 用的天然块矿均属于低碳酸盐性质的高品位块矿， L-A 日 L-C L-D L-E L-F 例如表1所列的常用块矿的碳酸盐分解产生C02 量均在0.5%以下水平，不会对高炉冶炼带来明显 图1天然块矿的热爆裂指数DI(一6.3mm)测定结果 的负面影响.因此，人们在这一方面存在的“生矿” Fig.1 Cracking index (-6.3mm)of natural lump ores 顾虑可以得到化解， 2.3块矿的低温还原强度 从天然块矿带入高炉的粉末情况来看，一般比 通常可以采用低温还原粉化性能来表征天然块 酸性球团矿要高一些，这主要是因为天然块矿的湿 矿的低温还原强度，低温还原粉化性能是指含铁原 度较大，其表面或多或少会黏附一些小颗粒的矿粉， 料在加入高炉后升温过程中，由于被煤气还原产生 为了避免入炉粉末过多影响高炉上部透气性，一般 铁氧化物晶格变化，在相应力的作用下而发生破碎 可以通过加强块矿入炉前的筛分工作予以解决 的特征，对于天然块矿，一般使用低温还原强度指 2.2块矿的热爆裂性 数RDI+6.3表示其抗低温还原粉化的能力，为了确 块矿的热爆裂性是指块矿在加入高炉后的升温 保高炉上部的透气性，显然这一指标值越高越好. 过程中由于热应力的作用而发生爆裂的特征，这种 根据GB/T13242-91标准测定了六种常用天 天然块矿的热爆裂性，也是人们顾忌“生矿”的另外 然块矿的RDI+6.3指标，图2给出了测定结果， 一个原因，因为块矿热爆裂产生的粉末，有可能引 100 起煤气流通道堵塞、炉墙结厚等炉况不良的现象， 814 80 779 可以根据IS08371标准测定块矿的热爆裂指 60 数，以此来评价上述危害的程度.图1给出了六种 21R 40 块矿的热爆裂指数DI(一6.3mm)的测定结果. 从实验结果可知，巴西块矿的热爆裂指数较澳 44 洲块矿高一些，而国产海南块矿则没有表现出热爆 一A L-B L-C L-D L-E L-F 裂行为，但是，即使是巴西块矿，其热爆裂指数 DI(-6.3mm)也在9%以下，远比烧结矿低温还原 图2天然块矿的RDI+6.3mm测定结果 Fig-2 RDI+6.3mm of natural lump ores 粉化、球团矿还原膨胀而产生的粉末量少，故不会影 响高炉的顺行，因此，天然块矿的热爆裂特征不应 由图2可知，六种常用天然块矿的RDI+6.3指 成为现代高炉拒绝使用块矿的原因， 标在74%以上，而高炉大量使用的烧结矿的相应指 标仅为40%左右，说明天然块矿的低温还原强度较
表1 实验用含铁原料的化学成分（质量分数） Table1 Chemical composition of ferrous materials for experiment ％ 块矿类别 品名 TFe CaO SiO2 Al2O3 MgO TiO2 P2O5 S MnO FeO L—A 65∙34 0∙11 2∙17 1∙34 0∙15 0∙03 0∙151 0∙011 0∙47 0∙14 澳洲块矿 L—B 64∙22 0∙06 2∙30 0∙57 0∙12 0∙02 0∙192 0∙032 0∙14 1∙37 L—C 64∙07 0∙01 2∙18 1∙10 0∙05 0∙03 0∙110 0∙025 0∙17 0∙43 巴西块矿 L—D 68∙30 0∙02 1∙24 0∙64 0∙04 0∙03 0∙050 0∙005 0∙11 0∙88 L—E 65∙31 0∙04 1∙72 2∙00 0∙12 0∙12 0∙140 0∙013 0∙12 0∙97 海南块矿 L—F 57∙01 0∙18 16∙30 0∙45 0∙25 0∙09 0∙042 0∙103 0∙06 0∙88 巴西球团 P—A 66∙00 0∙80 2∙98 0∙66 0∙92 0∙06 0∙060 0∙005 0∙13 0∙25 烧结矿 S1 58∙85 8∙27 4∙58 1∙58 1∙63 0∙10 0∙10 0∙010 0∙40 7∙67 S2 58∙37 8∙72 4∙57 1∙62 1∙61 0∙09 0∙10 0∙010 0∙30 7∙60 铁理论可知［8］“生矿”所固有的碳酸盐在高炉内 分解会消耗热量冲淡还原性气氛；在高温下分解产 生 CO2不仅使焦炭因熔损反应而被消耗而且也会 破坏焦炭的强度从而引起焦比的上升和下部焦炭 料柱透气性的恶化．但是应当指出：现代高炉所使 用的天然块矿均属于低碳酸盐性质的高品位块矿 例如表1所列的常用块矿的碳酸盐分解产生 CO2 量均在0∙5％以下水平不会对高炉冶炼带来明显 的负面影响．因此人们在这一方面存在的“生矿” 顾虑可以得到化解． 从天然块矿带入高炉的粉末情况来看一般比 酸性球团矿要高一些．这主要是因为天然块矿的湿 度较大其表面或多或少会黏附一些小颗粒的矿粉． 为了避免入炉粉末过多影响高炉上部透气性一般 可以通过加强块矿入炉前的筛分工作予以解决． 2∙2 块矿的热爆裂性 块矿的热爆裂性是指块矿在加入高炉后的升温 过程中由于热应力的作用而发生爆裂的特征．这种 天然块矿的热爆裂性也是人们顾忌“生矿”的另外 一个原因．因为块矿热爆裂产生的粉末有可能引 起煤气流通道堵塞、炉墙结厚等炉况不良的现象． 可以根据 ISO8371标准测定块矿的热爆裂指 数以此来评价上述危害的程度．图1给出了六种 块矿的热爆裂指数 DI（—6∙3mm）的测定结果． 从实验结果可知巴西块矿的热爆裂指数较澳 洲块矿高一些而国产海南块矿则没有表现出热爆 裂行为．但是即使是巴西块矿其热爆裂指数 DI（—6∙3mm）也在9％以下远比烧结矿低温还原 粉化、球团矿还原膨胀而产生的粉末量少故不会影 响高炉的顺行．因此天然块矿的热爆裂特征不应 成为现代高炉拒绝使用块矿的原因． 图1 天然块矿的热爆裂指数 DI（－6∙3mm）测定结果 Fig．1 Cracking index （－6∙3mm） of natural lump ores 2∙3 块矿的低温还原强度 通常可以采用低温还原粉化性能来表征天然块 矿的低温还原强度．低温还原粉化性能是指含铁原 料在加入高炉后升温过程中由于被煤气还原产生 铁氧化物晶格变化在相应力的作用下而发生破碎 的特征．对于天然块矿一般使用低温还原强度指 数 RDI＋6∙3表示其抗低温还原粉化的能力．为了确 保高炉上部的透气性显然这一指标值越高越好． 根据 GB／T13242—91标准测定了六种常用天 然块矿的 RDI＋6∙3指标图2给出了测定结果． 图2 天然块矿的 RDI＋6∙3mm测定结果 Fig．2 RDI＋6∙3mm of natural lump ores 由图2可知六种常用天然块矿的 RDI＋6∙3指 标在74％以上而高炉大量使用的烧结矿的相应指 标仅为40％左右说明天然块矿的低温还原强度较 第3期 吴胜利等： 现代高炉合理使用天然块矿的基础研究 ·321·
.322 北京科技大学学报 第29卷 好，不会对高炉上部的透气性带来明显的负面影响 影响 另外，酸性球团矿在高炉内特别是在900℃左右时 图4给出六种天然块矿、一种酸性球团矿和两 会发生还原膨张现象，从而发生破碎引起强度的下 种高碱度烧结矿的软化特性比较.由图可知，高碱 降町].因此天然块矿和球团矿这两种酸性炉料在还 度烧结矿的软化性能最优，酸性球团矿的软化性能 原强度方面各有缺点 较差，但比天然块矿要好，天然块矿具有相对低的 2.4块矿的还原性 软化温度和相对宽的软化区间，这与传统认识一致， 含铁炉料的还原性的高低将影响高炉冶炼的进 正是由于天然块矿在软化特征方面的这一特性，导 程，从而影响高炉的产量、质量及消耗，因此，重视 致人们在“高炉能否正常使用天然块矿”方面存有很 含铁炉料的还原性是十分必要的，图3是按照含铁 大疑虑 炉料还原性标准检验方法(GB13251一91)实验得到 然而，单一块矿的软化特性并不能完全反映天 的测定结果 然块矿在高炉内的软化行为，这是因为天然块矿并 非是单独进入高炉冶炼的，而是与烧结矿等组成综 85.58 8135 83.49 合炉料，故在块矿的周围存在大量的烧结矿；由于天 80 71 75.35 7239 然块矿与烧结矿在碱度、化学成分等方面的差别，在 70 63.5 高温下势必会发生交互反应，从而对综合炉料的软 60 :,: 化、熔融滴落等高温性能产生影响 1300 L-A L-B L-C L-D L-E L-F P-A SI S2 1250 1200 图3含铁原料的还原度指数(RI) Fig.3 Reduction index of ferrous materials 100 1050 由图3可知，六种常用天然块矿的还原性并不 1000 低，除了巴西块矿LD外，其他几种块矿的还原度 950 L-A L-B L-C L-D L-E L-F P-A SI S2 指数(RI)普遍高于同为酸性炉料的球团矿P一A.特 别是两种澳洲块矿L一A和LB,由于其结构疏松， 图4各种含铁炉料软化特征 还原性与高碱度烧结矿$1和$2在同一水平.因此 Fig.4 Softening property of ferrous materials 在还原性方面，天然块矿与酸性球团矿相比更具有 作为验证性实验，按照相同的实验方法，对五种 优势 天然块矿、一种进口球团矿分别与烧结矿(S1)组成 2.5单一块矿的软化特性及在高炉内的软化行为 相同碱度的混合炉料进行软化特征实验。表2给出 高炉解剖研究结果表明，高炉软熔带的形状与 了单一含铁炉料和对应的混合炉料的软化特征值 位置对于高炉的强化冶炼及降低能耗有着决定性的 混合炉料的二元碱度为1.5.试样在高温下体积收 作用).影响高炉软熔带的因素除了高炉煤气流 缩率为10%时定义为软化开始温度，收缩率为30% 分布之外，炉料的软化、熔融性能起着关键性的 时定义为软化终了温度 表2各种含铁炉料的软化特征 Table 2 Softening property of ferrous materials 单一炉料 混合炉料 品名 软化开始温度/℃软化终了温度/℃ 软化区间/℃ 软化开始温度/心软化终了温度/℃ 软化区间/℃ L-A 975 1175 200 1100 1219 119 LB 1042 1246 204 1113 1215 102 LD 1015 1247 232 1095 1227 132 L-E 1063 1262 199 1108 1234 126 LF 1017 1114 1075 1292 117 P-A 1033 1171 138 1118 1222 104 s1 1165 1252 85 -
好不会对高炉上部的透气性带来明显的负面影响． 另外酸性球团矿在高炉内特别是在900℃左右时 会发生还原膨胀现象从而发生破碎引起强度的下 降［9］．因此天然块矿和球团矿这两种酸性炉料在还 原强度方面各有缺点． 2∙4 块矿的还原性 含铁炉料的还原性的高低将影响高炉冶炼的进 程从而影响高炉的产量、质量及消耗．因此重视 含铁炉料的还原性是十分必要的．图3是按照含铁 炉料还原性标准检验方法（GB13251—91）实验得到 的测定结果． 图3 含铁原料的还原度指数（RI） Fig．3 Reduction index of ferrous materials 由图3可知六种常用天然块矿的还原性并不 低除了巴西块矿 L—D 外其他几种块矿的还原度 指数（RI）普遍高于同为酸性炉料的球团矿 P—A．特 别是两种澳洲块矿 L—A 和 L—B由于其结构疏松 还原性与高碱度烧结矿 S1和 S2在同一水平．因此 在还原性方面天然块矿与酸性球团矿相比更具有 优势． 2∙5 单一块矿的软化特性及在高炉内的软化行为 高炉解剖研究结果表明高炉软熔带的形状与 位置对于高炉的强化冶炼及降低能耗有着决定性的 作用［10］．影响高炉软熔带的因素除了高炉煤气流 分布之外炉料的软化、熔融性能起着关键性的 影响． 图4给出六种天然块矿、一种酸性球团矿和两 种高碱度烧结矿的软化特性比较．由图可知高碱 度烧结矿的软化性能最优酸性球团矿的软化性能 较差但比天然块矿要好．天然块矿具有相对低的 软化温度和相对宽的软化区间这与传统认识一致． 正是由于天然块矿在软化特征方面的这一特性导 致人们在“高炉能否正常使用天然块矿”方面存有很 大疑虑． 然而单一块矿的软化特性并不能完全反映天 然块矿在高炉内的软化行为．这是因为天然块矿并 非是单独进入高炉冶炼的而是与烧结矿等组成综 合炉料故在块矿的周围存在大量的烧结矿；由于天 然块矿与烧结矿在碱度、化学成分等方面的差别在 高温下势必会发生交互反应从而对综合炉料的软 化、熔融滴落等高温性能产生影响． 图4 各种含铁炉料软化特征 Fig．4 Softening property of ferrous materials 作为验证性实验按照相同的实验方法对五种 天然块矿、一种进口球团矿分别与烧结矿（S1）组成 相同碱度的混合炉料进行软化特征实验．表2给出 了单一含铁炉料和对应的混合炉料的软化特征值． 混合炉料的二元碱度为1∙5．试样在高温下体积收 缩率为10％时定义为软化开始温度收缩率为30％ 时定义为软化终了温度． 表2 各种含铁炉料的软化特征 Table2 Softening property of ferrous materials 品名 单一炉料 混合炉料 软化开始温度／℃ 软化终了温度／℃ 软化区间／℃ 软化开始温度／℃ 软化终了温度／℃ 软化区间／℃ L—A 975 1175 200 1100 1219 119 L—B 1042 1246 204 1113 1215 102 L—D 1015 1247 232 1095 1227 132 L—E 1063 1262 199 1108 1234 126 L—F 1017 1114 97 1075 1292 117 P—A 1033 1171 138 1118 1222 104 S1 1165 1252 85 — — — ·322· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第3期 吴胜利等：现代高炉合理使用天然块矿的基础研究 .323 从表2可知，与相应单一块矿的软化特征相比， 不利影响 混合炉料的软化开始温度明显升高，软化区间大幅 实验中发现：虽然混合炉料的软化特征值居于 度变窄，实验结果表明，混合炉料的软化性能受块 块矿和烧结矿之间，但不是两种单一炉料的软化特 矿的软化性能差的影响不大，另外，虽然单一块矿 征值按它们的混合比例进行简单平均，因而可以推 的软化性能不如酸性球团矿，但与同一种烧结矿组 断：混合炉料软化特征的改变，不是块矿和烧结矿物 成混合炉料后，它们在软化性能上的差距已很小. 理混合的结果，而是它们在高温下发生了交互反应 例如：从单一炉料的软化区间来看，块矿LB要比 的结果 球团矿P一A宽得多，但组成混合炉料后，两者的软 为了进一步证实推断的正确性，在1200℃下测 化区间已处于相同水平，这也说明在高炉内配加块 定了不同块矿与烧结矿$1以不同配比混合时混合 矿的综合炉料与配加酸性球团的综合炉料在软化行 炉料的体积收缩率，图5给出了这一实验结果 为方面很接近，合理使用块矿不会对高炉冶炼造成 32r (a) 32 (b) 30 28 2422 0 18 16 0 20 406080 100 0 20406080100 块矿L-A配比% 块矿L-B配比/% 克 (e) 32r (d) 0062420 8 420路 16 20 40 6080100 0 20406080100 块矿LC配比% 块矿L-D配比/% 图5块矿以不同配比与烧结矿组成混合炉料的体积收缩率曲线 Fig.5 Curves of the reduction in volume of ferrous burdens with different lump ratios 由图5可知，不同种类的块矿表现出非常一致 改变块矿自身软化性能差的能力越大，即与烧结矿矿 的规律，即：块矿以不同比例与烧结矿搭配后混合炉 的高温交互反应性越强. 料的体积收缩率，与同一温度下单纯按照混合比例 2.6块矿对综合炉料熔滴性能的影响 计算的体积收缩率相比，在数值上总是表现为“正偏 高炉内含铁炉料软化后，随着温度的继续升高 差”，呈现向上凸起的曲线，这进一步证实了高温下 和还原的继续进行，炉料会熔融直至滴落，块矿与 酸性块矿与高碱度烧结矿之间交互反应的存在， 烧结矿之间的交互反应势必也会影响到综合炉料的 由此可见，在高炉内因与烧结矿的高温交互反 熔融滴落行为·为验证这一现象，参照图5块矿与 应改变了单一块矿软化性能差的特征，这一研究结 烧结矿高温反应的结果，结合某钢铁厂资源条件，选 果可以消除人们对高炉使用块矿在软化特性方面由 择了澳洲块矿LB分别与巴西块矿LD或块矿L 来己久的顾虑 卫组合，再搭配烧结矿和球团矿，组成三组不同搭 另外，从图5中还可以看出，不同种类块矿与烧 配模式的综合炉料，并对其进行了熔滴性能实验研 结矿组成的混合炉料的高温体积收缩率曲线的凸起 究.实验方案及结果列于表3（表中块矿L下作为 情形有别；凸起量越大，表明因与烧结矿的交互反应 调剂碱度而使用)
从表2可知与相应单一块矿的软化特征相比 混合炉料的软化开始温度明显升高软化区间大幅 度变窄．实验结果表明混合炉料的软化性能受块 矿的软化性能差的影响不大．另外虽然单一块矿 的软化性能不如酸性球团矿但与同一种烧结矿组 成混合炉料后它们在软化性能上的差距已很小． 例如：从单一炉料的软化区间来看块矿 L—B 要比 球团矿 P—A 宽得多但组成混合炉料后两者的软 化区间已处于相同水平．这也说明在高炉内配加块 矿的综合炉料与配加酸性球团的综合炉料在软化行 为方面很接近合理使用块矿不会对高炉冶炼造成 不利影响． 实验中发现：虽然混合炉料的软化特征值居于 块矿和烧结矿之间但不是两种单一炉料的软化特 征值按它们的混合比例进行简单平均．因而可以推 断：混合炉料软化特征的改变不是块矿和烧结矿物 理混合的结果而是它们在高温下发生了交互反应 的结果． 为了进一步证实推断的正确性在1200℃下测 定了不同块矿与烧结矿 S1以不同配比混合时混合 炉料的体积收缩率图5给出了这一实验结果． 图5 块矿以不同配比与烧结矿组成混合炉料的体积收缩率曲线 Fig．5 Curves of the reduction in volume of ferrous burdens with different lump ratios 由图5可知不同种类的块矿表现出非常一致 的规律即：块矿以不同比例与烧结矿搭配后混合炉 料的体积收缩率与同一温度下单纯按照混合比例 计算的体积收缩率相比在数值上总是表现为“正偏 差”呈现向上凸起的曲线．这进一步证实了高温下 酸性块矿与高碱度烧结矿之间交互反应的存在． 由此可见在高炉内因与烧结矿的高温交互反 应改变了单一块矿软化性能差的特征．这一研究结 果可以消除人们对高炉使用块矿在软化特性方面由 来已久的顾虑． 另外从图5中还可以看出不同种类块矿与烧 结矿组成的混合炉料的高温体积收缩率曲线的凸起 情形有别；凸起量越大表明因与烧结矿的交互反应 改变块矿自身软化性能差的能力越大即与烧结矿 的高温交互反应性越强． 2∙6 块矿对综合炉料熔滴性能的影响 高炉内含铁炉料软化后随着温度的继续升高 和还原的继续进行炉料会熔融直至滴落．块矿与 烧结矿之间的交互反应势必也会影响到综合炉料的 熔融滴落行为．为验证这一现象参照图5块矿与 烧结矿高温反应的结果结合某钢铁厂资源条件选 择了澳洲块矿 L—B 分别与巴西块矿 L—D 或块矿 L —E 组合再搭配烧结矿和球团矿组成三组不同搭 配模式的综合炉料并对其进行了熔滴性能实验研 究．实验方案及结果列于表3（表中块矿 L—F 作为 调剂碱度而使用）． 第3期 吴胜利等： 现代高炉合理使用天然块矿的基础研究 ·323·
,324 北京科技大学学报 第29卷 从表3可知，炉料结构组别A0和A1采用大抵 碱度的烧结矿S2与较低碱度的烧结矿S1相比，由 相同的含铁炉料搭配形式，所不同的是炉料结构A1 于其与酸性块矿的碱度差别更大，因而与酸性块矿 使用更高碱度的烧结矿$2，减少了烧结矿的用量而 的交互反应推动力也更大，在更大程度上化解了酸 增加了块矿的用量，从两组综合炉料的熔滴性能来 性块矿自身软熔性能差的问题，从而表现出相对优 看，虽然A1方案的最高压差有所增加，但是由于 异的综合炉料熔滴性能，这一实验结果从另一侧面 A1方案的熔融滴落温度区间变窄，致使总特性值S 证实了高炉内块矿与高碱度烧结矿之间的高温交互 反而有了明显的降低，分析其原因可以认为：较高 反应的存在， 表3高炉炉料结构熔滴实验方案及结果 Table 3 Scheme and results of the meltingdripping experiment of burden structure 组 综合炉料 △Px/S值/ 别烧结矿配比/%球团配比/%块矿1配比/%块矿？配比/%块矿3配比/%∑块/%Pa(kPaC) AO S1 分 P-A 5 L-B 10 LE 8.9 LF 1.1 场 1558227.53 Al S2 73 P-A 5 L-B 12 L-E 7.8 L-F 2.2 22 1901151.00 A2 S1 75 P-A 5 L-B 10 L-D 8.6 L-F 1.4 20 12355.21 再看A2与A0方案的比较，两方案不同的是将 温交互反应，其结果能够明显改善块矿自身的软熔 与烧结矿交互反应能力较弱的巴西块矿LE换成 特性，从而可以获得优良的综合炉料熔滴性能 另一种与烧结矿交互反应能力较强的巴西块矿L一 (5)不同种类块矿的高温反应性有差异，把握 D.综合炉料的熔滴实验结果表明，A2方案的熔滴 各种块矿的高温交互反应性，有利于优化高炉炉料 性能明显好于A0方案，说明高炉中配加高温反应 结构，改善综合炉料的熔滴性能， 能力强的块矿有利于改善综合炉料的熔滴性能， 由此可见，在高炉内块矿与烧结矿的高温交互 参考文献 反应可以改善综合炉料的熔融滴落性能，块矿使用 [I]Gupta K N.Characteristics of burden and their importance to 比例在20%左右时，因块矿与烧结矿之间存在的高 blast furnace performance and operation//International Sympo- sium on Blast Furnace Ironmaking-Jamshedpur.1985:21 温交互反应，完全能够消除人们对块矿自身软熔性 [2]陶卫忠，汪国俊.高炉炉料结构的优化和探索.炼铁，2005 能差的顾虑.同时，在块矿种类的选择上，应将其交 (Sppl1):47 互反应性作为重要的技术指标，从而优化高炉含铁 [3]单泊华，王颖生，马泽军，等，首钢高炉增加生矿比例的实验研 炉料结构，改善综合炉料的熔滴性能 究∥2004年全国炼铁生产技术暨炼铁年会.无锡，2004 [4]王维兴.中国高炉炼铁技术进展.钢铁，2005,40(10)：8 3结论 [5]Burrai O.Giandomenico F,Lingiardi O.et al.Extensive use of lump ore at Siderar's blast furnace//ICSTI Proc.Toronto. (1)在含铁品位和脉石含量方面，进口块矿与 1998:161 进口酸性球团矿相比差别很小.虽然S和P含量相 [6]吴胜利，孙金铎，杜建新，等.高炉高温区内烧结矿与块矿交互 对稍高，但因其带入高炉的总量并不多，所以对高炉 反应性的新概念，冶金研究，2005,4：42 负面影响很小， [7]Ritz V J.Kortmann H A.K Koch.Reduction,softening and melting properties of pellets.sinters,lumpy ore and mixed blast (2)进口块矿虽然属于“生矿”，但其一般都是 furnace burden//2nd International Congress on the Science and 低碳酸盐性质的高品位块矿，因而对高炉冶炼的影 Technology of Ironmaking and 57th Ironmaking Conference. 响很小，但是，其表面黏附小颗粒矿粉的问题应通 Toronto,1998:1635 过筛分工作予以解决， [8]王筱留，钢铁冶金学（炼铁部分）·北京：冶金工业出版社， (3)与酸性球团矿相比，天然块矿具有更好的 2000 [9]周传典，高炉炼铁生产技术手册，北京：冶金工业出版社， 还原性；在还原强度方面，块矿的还原粉化现象和酸 2002 性球团矿的还原膨胀，都对自身强度有一定的负面 [10]刘原健二郎.高炉解体研究.刘晓侦译.北京：冶金工业出版 影响，但对高炉顺行的影响很小， 社，1980 (4)在高炉内块矿与高碱度烧结矿之间存在高 (下转第350页)
从表3可知炉料结构组别 A0和 A1采用大抵 相同的含铁炉料搭配形式所不同的是炉料结构 A1 使用更高碱度的烧结矿 S2减少了烧结矿的用量而 增加了块矿的用量．从两组综合炉料的熔滴性能来 看虽然 A1方案的最高压差有所增加但是由于 A1方案的熔融滴落温度区间变窄致使总特性值 S 反而有了明显的降低．分析其原因可以认为：较高 碱度的烧结矿 S2与较低碱度的烧结矿 S1相比由 于其与酸性块矿的碱度差别更大因而与酸性块矿 的交互反应推动力也更大在更大程度上化解了酸 性块矿自身软熔性能差的问题从而表现出相对优 异的综合炉料熔滴性能．这一实验结果从另一侧面 证实了高炉内块矿与高碱度烧结矿之间的高温交互 反应的存在． 表3 高炉炉料结构熔滴实验方案及结果 Table3 Scheme and results of the melting-dripping experiment of burden structure 组 别 综合炉料 烧结矿 配比／％ 球团 配比／％ 块矿1 配比／％ 块矿2 配比／％ 块矿3 配比／％ ∑ 块矿／％ ΔPmax／ Pa S 值／ （kPa·℃） A0 S1 75 P—A 5 L—B 10 L—E 8∙9 L—F 1∙1 20 1558 227∙53 A1 S2 73 P—A 5 L—B 12 L—E 7∙8 L—F 2∙2 22 1901 151∙00 A2 S1 75 P—A 5 L—B 10 L—D 8∙6 L—F 1∙4 20 1235 5∙21 再看 A2与 A0方案的比较两方案不同的是将 与烧结矿交互反应能力较弱的巴西块矿 L—E 换成 另一种与烧结矿交互反应能力较强的巴西块矿 L— D．综合炉料的熔滴实验结果表明A2方案的熔滴 性能明显好于 A0方案说明高炉中配加高温反应 能力强的块矿有利于改善综合炉料的熔滴性能． 由此可见在高炉内块矿与烧结矿的高温交互 反应可以改善综合炉料的熔融滴落性能块矿使用 比例在20％左右时因块矿与烧结矿之间存在的高 温交互反应完全能够消除人们对块矿自身软熔性 能差的顾虑．同时在块矿种类的选择上应将其交 互反应性作为重要的技术指标从而优化高炉含铁 炉料结构改善综合炉料的熔滴性能． 3 结论 （1） 在含铁品位和脉石含量方面进口块矿与 进口酸性球团矿相比差别很小．虽然 S 和 P 含量相 对稍高但因其带入高炉的总量并不多所以对高炉 负面影响很小． （2） 进口块矿虽然属于“生矿”但其一般都是 低碳酸盐性质的高品位块矿因而对高炉冶炼的影 响很小．但是其表面黏附小颗粒矿粉的问题应通 过筛分工作予以解决． （3） 与酸性球团矿相比天然块矿具有更好的 还原性；在还原强度方面块矿的还原粉化现象和酸 性球团矿的还原膨胀都对自身强度有一定的负面 影响但对高炉顺行的影响很小． （4） 在高炉内块矿与高碱度烧结矿之间存在高 温交互反应其结果能够明显改善块矿自身的软熔 特性从而可以获得优良的综合炉料熔滴性能． （5） 不同种类块矿的高温反应性有差异．把握 各种块矿的高温交互反应性有利于优化高炉炉料 结构改善综合炉料的熔滴性能． 参 考 文 献 ［1］ Gupta K N．Characteristics of burden and their importance to blast furnace performance and operation ∥ International Symposium on Blast Furnace Ironmaking．Jamshedpur1985：21 ［2］ 陶卫忠汪国俊．高炉炉料结构的优化和探索．炼铁2005 （Suppl1）：47 ［3］ 单洎华王颖生马泽军等．首钢高炉增加生矿比例的实验研 究∥2004年全国炼铁生产技术暨炼铁年会．无锡2004 ［4］ 王维兴．中国高炉炼铁技术进展．钢铁200540（10）：8 ［5］ Burrai OGiandomenico FLingiardi Oet al．Extensive use of lump ore at Siderar’s blast furnace ∥ ICSTI Proc．Toronto 1998：161 ［6］ 吴胜利孙金铎杜建新等．高炉高温区内烧结矿与块矿交互 反应性的新概念．冶金研究20054：42 ［7］ Ritz V JKortmann H AK Koch．Reductionsoftening and melting properties of pelletssinterslumpy ore and mixed blast furnace burden∥2nd International Congress on the Science and Technology of Ironmaking and 57th Ironmaking Conference． Toronto1998：1635 ［8］ 王筱留．钢铁冶金学（炼铁部分）．北京：冶金工业出版社 2000 ［9］ 周传典．高炉炼铁生产技术手册．北京：冶金工业出版社 2002 ［10］ 刘原健二郎．高炉解体研究．刘晓侦译．北京：冶金工业出版 社1980 （下转第350页） ·324· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷