铁精矿在烧结和球团工艺的分类利用

铁精矿在烧结和球团工艺的分类利用

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 前  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

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。

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/吨，生铁成本上升5.3元/吨。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。

表1  2015年球团用铁精矿SiO₂、CaO含量和自然碱度情况

2015年国内部分厂家高炉用料数据见表2。

表2  2015年国内部分厂家及高炉用料数据

由表1、表2可见，2015年酒钢球团用铁精矿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。

表3 不同成份精矿生产球团对生铁成本的影响

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/（吨.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/吨.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。

表4 不同成份精矿生产球团对生铁成本的影响

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/吨；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/吨。

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。

表5 生球性能

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。

表6 成品球化学成分（%）及抗压强度

从表6来看，成品球抗压强度SiO₂含量为9.5%时平均为1723N/个，SiO₂含量为10%时平均为1811N/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。

表7 球团矿冶金性能

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1050℃、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 综合炉料冶金性能测试结果

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、10.3、9.1Pa；SiO2含量在9.0%时，熔滴特性值最大，为1032，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。

表9 不同抗压强度下高硅球团冶金性能

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。

10 球团SiO₂及质量变化情况

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　2009-8　化学工业出版社　第247页.

[2] 张一敏.球团矿生产技术.2005-8冶金工业出版社,第12页.

[3] 王悦祥. 烧结矿与球团矿生产　2006年7月　冶金工业出版社101页.

[4] 刘竹林.炼铁原料.2009-8　化学工业出版社　第247页.

[5] 张玉柱 胡长庆. 铁矿粉造块理论与实践　2012年　冶金工业出版社