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徐 向 红、张青华、张国华、廖清平
（临沂钢铁投资集团特钢有限公司）
摘 要 炼铁生产是系统性工程，最终结果是各工艺环节严抓共管的体现。炼铁生产最重要的任务是保持炉况长期稳定顺行，但是前提条件是原、燃料质量的稳定和精准的配料。为使炉料质量符合炼铁生产的需求，必须对原、燃料的各种性能进行工业实验，找到其性能最佳、生产成本最经济的平衡点。
关键词 物料基础特性、物理性能、冶金性能、焦炭热强度、经济成本、隐性成本
1 前言
为确保生产系统各项技术指标、综合成本及产品质量的稳定，生产管理的重心在于如何做好铁前系统各分厂、车间，前后工序的“穿线”工作。既不能出现“断线”、又不能造成“团麻”，如何对原燃料的性能、储量、成本进行平衡，是需要每位管理者深思的问题。 2 铁矿粉基础特性对成品矿质量的影响
2.1 铁矿粉基础特性包括：矿粉同化性、液相流动性、铁酸钙生成特性、粘结相强度特性、连晶固结特性 1）同化性是铁矿粉重要特性之一，影响铁矿粉同化性的主要因素包括铁矿物类型结构孔隙率、化学成分和赋存状态等。同化性能的好坏对烧结生产具有很大的两面性，生产过程中如何控制液相生成的数量是烧结工艺工程师的重要任务，液相量过多有利于增加液相粘结相，提高烧结矿转鼓强度，但不利于台车料层的透气性和稳定废气总管负压和料面抽风量。液相量过少有利于改善烧结料层透气性，提高烧结矿产量，但不利于提高烧结矿的转鼓强度和高炉矿槽平均粒级，入炉后影响高炉料柱透气性和高炉接受风量的能力。 2）液相流动性，在生产过程中铁矿粉同化性，能够反应生成低熔点液相的能力，但并不能完全反应生成液相的流动特性和有效粘结周围矿粉的能力，在生产过程中除矿粉同化性能外还应注意铁矿粉的液相流动性。不同种类铁矿粉有着不同的特性，其生成的液相流动特性也存在较大的区别，平衡好铁矿粉的液相流动性对提高烧结矿产质量及降低高炉吨铁隐性成本也很重要。影响液相流动性的因素有烧结温度、烧结矿碱度、铁矿粉的同化性。适宜的液相流动性是确保烧结矿固结能力的基础。 3）铁酸钙生成特性，在实际烧结生产过程中随着烧结矿碱度的升高，铁矿粉的铁酸钙生成量呈增加的趋势，不同的铁矿粉增加的幅度不同。通过部分铁矿粉基础性能的工业实验数据不难看出碱度在1.8时各种矿粉的铁酸钙生成量普遍较低，当碱度升高2.0时铁矿粉的铁酸钙生成数量是碱度1.8时的1.2—1.5倍左右，碱度升高到2.2时铁矿粉的铁酸钙生成数量是碱度1.8时的1.8—2.7倍。在铁酸系列粘结相中，以铝硅铁酸钙SFCA为主的粘结相性能最好，尤其是以针状结构存在时，最有利于改善烧结矿转鼓强度和还原性，所以在其他性能允许的情况下，烧结配矿应以高碱度为主，碱度越高铁矿粉的铁酸钙生成能力越高，转鼓强度和还原性能最好。 4）粘结相强度特性，不同种类的铁矿粉自身特性不同，生成粘结相的强度也存在很大的差异。在烧结工艺参数和铁矿粉同化性、液相流动性等一定的条件下，尽可能以提高粘结相强度为目标进行配矿，有助于提高烧结矿固结强度。在不确定铁矿粉粘结相强度特性的条件下进行配矿，其转鼓强度透气性很难做到机前控制。对于粘结相强度特性的因素有烧结温度、烧结气氛、烧结矿碱度、矿粉自身基础性能。 5）连晶固结特性，实际生产过程中烧结物料化学成分和因布料偏析产生的热源的偏析不可避免，在局部区域Ca0含量很少，不足以产生铁酸钙系液相，在高碱度低温烧结条件下，烧结矿中SiO2含量和烧结温度较低，在局部区域有可能产生不了硅酸盐系液相，即使碱度2.0或2.2烧结矿中液相量也很少，相当一部分固结靠磁铁矿和赤铁矿自身固结（类似于球团矿的固相固结），铁矿粉之间通过发展连晶来获得固结强度，铁矿粉自身产生连晶的能力也就成为影响烧结矿固结强度的重要因素之一。 笔者认为在生产过程中为做好铁前系统的生产平衡，对上述问题需要从矿粉基础特性、采购成本、运输成本、库存成本、常用矿粉种类、当地区域内矿粉种类、各类矿粉化学成分、碱性金属含量等多方面进行综合考量及性价比测算并模拟配料，必要时先做烧结杯工业实验，选出最有利于铁前系统生产成本和经济利益最大化的矿粉，并通过实验找出最为适宜的配矿比例。 2.2 在烧结矿生产过程中会有部分对矿物结构具有破坏力的矿物结晶 如：骸晶状Fe2O3、烧结矿中游离CaO“白点”、硅酸二钙C2S、大气孔薄壁结构矿物的生成数量等。为确保烧结矿各项性能指标符合高炉的冶炼条件，并为高炉操作提供最为有利的原料，在实际生产过程中必须把具有矿物破坏力矿物结晶的生成条件最大限度地进行解决。影响骸晶状Fe2O3生成量的因素有烧结矿中镁铝比、烧结矿碱度、FeO含量、液相黏度和流动性和烧结矿冷却速度。 1）钢研院和北科大实验数据显示镁铝比1.06—1.22的区间范围时骸晶状Fe2O3生成量最低、烧结矿碱度1.95—2.15区间范围时随碱度的提高，骸晶状Fe2O3生成量逐渐减少、FeO含量超过10%骸晶状Fe2O3生成量逐渐增加，当液相黏度较大流动性差时骸晶状Fe2O3生成量逐渐增加，冷却速度过快时骸晶状Fe2O3生成量逐渐增加，烧结机台车表面采用烟气循环保温措施有利于降低骸晶状Fe2O3生成量。 2）影响烧结矿中游离CaO“白点”形成的原因一是生石灰、白云石、石灰石的粒度过粗，在烧结过程中因分解不充分以及分解生成的Ca0来不及矿化而残存于烧结矿中。二是石灰的生烧率过高，在烧结过程中未能全部矿化残存于烧结矿中形成“白点”。游离Ca0在空气中受潮后生成消石灰而体积膨胀，使烧结矿粉化，游离CaO越多，烧结矿粉化越严重，游离钙不仅对烧结矿造成质量造成影响，对高炉炉渣碱度也会造成不同的影响，在生产过程中需要杜绝这种现象出现。 3）硅酸二钙C2S，在烧结矿物结晶形成过程中因CaO和SiO2亲和力大于其他矿物质的亲和力，烧结矿碱度低于2.0时很容易形成硅酸二钙C2S矿物结晶，尤其是碱度低于1.85以下时最为明显，在烧结矿中硅酸二钙C2S具有晶型转变的特性从而产生内应力，导致烧结矿粉碎，严重影响烧结矿转鼓强度。在生产过程中为提高烧结矿转鼓强度，降低硅酸二钙C2S对转鼓影响的措施：一是生产高碱度或超高碱度烧结矿，促使生成硅酸三钙3CaO·SiO2和铁酸一钙CF，防止生成硅酸二钙C2S。二是烧结过程中减少配碳量，严格控制烧结温度，减少固相反应中生成硅酸二钙C2S的机会。三是配加含Mg0的矿物，有利于提高烧结矿中氧化镁含量形成2Mg0·SiO2而取代C2S，2Mg0·Si02无晶型转变，烧结矿不发生粉化。其次是提高镁铝比降低骸晶状赤铁矿的生成量，提高RDI+3.15指数。四是提高烧结矿的碱度。生产实践证明当烧结矿碱度提高到2.0以上时，剩余的CaO有助于形成3CaO·SiO2和铁酸钙CF，用以代替C2S，有利于提高结矿转鼓强度。 4）矿物中的大孔薄壁结构、各种裂纹都是破坏烧结矿质量的有形结构，影响烧结矿转鼓强度降低，转运中减粒形成粉末。其影响因素是含结晶水较高的褐铁矿矿物配比偏高，混合料同化性过好，液相量占比较高等。在生产过程中为提高烧结矿转鼓强度和矿槽烧结矿粒级组成，应减少大气孔薄壁结构矿物的生产量，提高厚壁海绵状矿物的生产量，从而为高炉大风量操作提供炉料条件。 2.3 烧结矿化学成分、物理性能、冶金性能和矿物破坏力对高炉操作的影响 在正常生产过程中，很少有企业对铁矿粉的基础特性和各类型矿物结晶对烧结矿转鼓强度破坏性做工业实验。现场工作经验较为丰富的工作人员，多是通过烧结矿的化学成分对成矿机理的影响进行预判烧结矿的质量。对于高炉系统工作人员或操作工长而言，由于专业技术的限制，更是只能通过化学成分对烧结矿的质量进行判断。 对于烧结矿的化学成分控制标准，因各企业自身情况不同，其控制范围存在较大的差别。近年来随着国家产业政策的变化及供给侧的结构调整，钢铁企业相继淘汰了很多1280m³以下的中小型高炉，同时也新建了一批2500m³以上的大型高炉。随着高炉大型化的发展趋势，对炉料质量的要求也极为严格，为确保大型高炉长期稳定顺行，对入炉料的质量必须要有质的提升。 经过部分企业技术部、科技院校多年的烧结工业实验数据总结，烧结矿碱度一般控制1.95—2.15为最佳范围。低于1.95不仅容易生成对转鼓强度具有破坏力的矿物结晶硅酸二钙C2S，还会对RDI+3.15造成较大的影响，据烧结杯工业实验数据表明碱度波动0.1，RDI+3.15波动6.2%。当碱度大于2.30时容易生成3CaO·Fe2O3，这种矿物结晶的转鼓强度和还原性较铁酸一钙CF和铝硅铁酸SFCA明显较差，其次是碱度过高也会导致石灰成本的增加。MgO/Al2O3的控制范围控制在1.06—1.22为最佳，低于1.06时RDI+3.15下降幅度较为明显，具有矿物破坏力的骸晶状赤铁矿的含量也会急需上升。同时烧结矿的还原度和微孔孔隙度的下降趋势也较为明显。高于1.22时RDI+3.15呈现较为明显的下降趋势，具有矿物破坏力的骸晶状赤铁矿的含量也会逐渐上升，烧结矿的还原度和微孔孔隙度的下降趋势同样明显。Al2O3、TiO2含量对玻璃质和转鼓强度的强度较为明显，在实际生产过程中应控制Al2O3低于2.0的水平，TiO2越低越好。K2O、NaO、Zn碱金属的含量越低越好。FeO含量的平均控制在8.5—9.5的水平范围，低于8.5虽有利于上部块状带间接还原，但对不利于平均粒级，超过9.5矿物表面开始出现微小裂纹，不利于转鼓强度，再者不利于高炉块状带的间接还原，致使下部直接还原量增加，吨铁燃料比呈上升趋势。 对物理性能而言一是转鼓强度一般要求78%以上，对平均粒级和5—10mm粒级占比，各企业高炉接受风量能力、料柱透气性的敏感程度和反应状况不一，主要是受焦炭热强度、平均粒级和炉缸工作状态的影响较为明显，相同的是多数企业对烧结物理性能的标准高于国家标准。 冶金性能包括还原性（还原性越好，高炉煤气利用率越高，其燃料比越低，反之越高）、低温还原粉化性（还原粉化指数越高表示反应后的转鼓强度越高，影响因素在上述内容中已经介绍）、软化开始温度（软化温度的高低和综合碱度及氧化镁等高熔点物质含量有关，软化开始温度的位置意味着软熔带开始的位置）、软化终了温度（软化温度的高低和氧化镁等高熔点物质含量有关）、软化温度区间（是指从开始软化到软化终了的温度区间，温度区间宽度意味着软熔带在炉内的厚度，在炉内料柱的压差占比中软熔带的占比最高约60%，软化区间越宽表示软熔带厚度越厚料柱压差越高，上部块状带的间接还原区间越小，间接还原越差煤气利用率越差，反之亦然，高炉操作过程中为降低料柱压差应降低软化区间的范围）、熔滴区间（熔滴区间的宽度意味着渣相的温度区间的大小和炉渣性能的好坏，影响因素主要是炉渣碱度和镁铝比）、滴落速率（是指渣铁在炉内的滴落性能，也是电脑料尺斜率和小时料速好坏直接的体现）。在生高炉操作过程中除影响原燃料粒级组成的RDI+3.15以外，铁矿石的软化性和熔滴性能也是制约高炉接受风量能力的因素。 2.4 焦炭热强度对高炉能否保持长期稳定顺行起着决定性作用 一是对炉芯焦透气性、透液性和渣铁排放的影响，二是对炉缸回旋区面积及炉缸温度场分布是否均匀，炉缸工作状态是否活跃的影响，三是中心气流和边缘气流分布的影响，四是对料柱骨架的作用和软熔带“焦窗”最大煤气流通透能力即高炉接受风量能力的影响。炼铁谚语“大风治百病”意思是只要有足够的风速和动能，确保炉缸的活跃状态就能治疗冶炼过程中出现的各种症状。这也是各企业大型高炉对焦炭热强度及热反应性极为重视的原因所在。 2.5 系统生产成本平衡注意事项 当前钢铁企业面临的市场寒冬，整个行业严峻形势，各钢厂持续亏损，经营困难。为确保钢企的生存和发展，在炼铁生产过程中不能单独核算铁前系统表观成本，还应关注生产过程中影响炼铁的隐性成本，这也是一个不可忽视的因素。其次是为平衡铁前系统整体的生产成本，要以最终的炼铁成本作为主体，不能单独核算在原料处理、烧结生产系统和公辅系统成本，杜绝单体成本核算出现因小失大的现象，而是要做到既要抓住“西瓜”，也不能丢了“芝麻”。 3 总结
（1）铁矿粉基础特性不仅对烧结配料和烧结机操作参数的控制有着较大的影响，还对烧结成品矿质量及高炉炉况稳定顺行有着不可忽视的影响。 （2）烧结矿五大破坏矿物结晶的生成量不仅影响烧结矿的物理性能、冶金性能，还对铁前系统综合成本尤其是高炉“隐性成本”有着较大影响。 （3）为确保高炉生产过程中的稳定顺行，在日常生产过程中除化学成分之外，对烧结矿的物理性能和冶金性能必须引起足够的重视，避免出现因烧结系统降低吨矿生产成本引起物理性能和冶金性能的下降，导致高炉吨铁成本大幅度攀升。 （4）为确保炉况稳定顺行，除烧结矿质量外，焦炭的热强度和平均粒级指标必须符合同级高炉的冶炼要求，防止因焦炭热强度波动造成炉缸透气性、透液性及炉缸焦芯温度下降，造成炉缸堆积。 4 参考文献
[1] 马丁·戈德斯、[沙永志] .《现代高炉炼铁》
[2] [刘云彩]. 《现代高炉操作》
[3] 王喆，张建良，左海滨.《MgO／Al2O3比对烧结矿矿物组成及冶金性能》
[4] 冯二莲，李飞，刘继强.《现代烧结生产使用技术》
[5] GB50427-2015 高炉炼铁设计规范
[6] YB-T421-2014 铁烧结矿行业标准
(责任编辑：zgltw)
