CN108998606B - 一种球团矿和烧结矿冶金性能优化配置的高炉含铁炉料结构 - Google Patents

一种球团矿和烧结矿冶金性能优化配置的高炉含铁炉料结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球团矿和烧结矿冶金性能优化配置的高炉含铁炉料结构，其包含优化配置的球团矿和/或优化配置的烧结矿；优化配置的球团矿和烧结矿通过调控钙镁硅铁组成比例使两种炉料的软化温度差异降低至90℃以下，熔化温度的差异降低至100℃以下，实现高炉冶炼过程两种炉料软化、熔化较为同步，降低高炉软熔带的厚度，改善高炉床层的透气性，从而实现球团矿入炉比例提高到25～50％，达到提高高炉冶炼经济技术指标的目的。

Description

一种球团矿和烧结矿冶金性能优化配置的高炉含铁炉料结构
技术领域
本发明涉及一种高炉含铁炉料结构，特别涉及一种通过优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿搭配协同减小两者的软熔性能差异，提高球团料比例，获得高冶金性能新型高炉含铁炉料结构，属于钢铁冶金高炉炼铁炉料制备技术领域。
背景技术
我国钢铁生产流程以烧结球团-高炉-转炉长流程为主，烧结矿、球团矿作为高炉的主要原料，占含铁炉料结构的90％以上。国内外高炉炼铁的实践表明，由烧结矿和球团矿构成的精料对高炉炼铁科技进步的影响率在70％左右，高炉精料方针及炉料结构合理化对高炉冶炼技术进步和发展重大意义。
烧结矿、球团矿各有其特点，但从理论和高炉生产的角度来看，单一烧结矿或球团矿均不能完全满足现代高炉强化冶炼的需要。目前主要采用多种含铁原料进行搭配的炉料结构。半个世纪以来，随着我国高炉炼铁原料的改善，我国高炉的炉料结构发生了巨大的变化。从50年代的以天然块矿为主，配加少量的酸性或低碱度的烧结矿，发展到今天的以高碱度烧结矿为主，配加酸性球团矿及少量块矿，目前我国各重点企业均采用这种炉料结构。
高碱度烧结矿强度高、还原性好；而酸性球团矿形状均匀规则，粉末少、品位高、强度高、FeO含量低，有很好的还原性。从技术角度考虑，二者相互搭配的炉料结构具有较好的互补性，推进了炉料结构的进步。宝钢、鞍钢、济钢、太钢等多个大中型企业高炉都采用这种炉料结构，并取得了很大的经济效益。
但高碱度烧结矿配加酸性球团矿的炉料结构仅适合配加少量的球团矿，酸性球团矿用量比例一般低于25％。随着高品位富矿资源的减少，经选矿富集回收的铁精矿产量逐年增加，而细粒铁精矿更适合制备成球团矿，这使得我国不少钢铁企业，例如太钢、鞍钢、本钢等高炉炉料结构中球团矿的配比可以提高到25％～50％。当酸性球团矿比例提高到25％以上时，继续提高球团矿比例使得高炉操作的难度增大，主要原因是高碱度烧结矿与酸性球团矿软熔性能存在很大的差异，两种炉料熔融不同步，使得形成的软熔带厚度宽，导致冶炼过程高炉床层阻力增加，煤气通过软熔带的难度提高，高炉冶炼指标大幅下降。
当前生产的烧结矿为高碱度烧结矿，主要成分为含铁矿物、CaO、MgO、SiO2，而酸性球团矿主要成分为含铁矿物、SiO2。其成分的差异导致两种炉料的软熔性能差异大，高碱度烧结矿软化和熔化温度高、软熔区间宽，而酸性球团矿软化、熔化温度低，酸性球团矿在冶炼过程先于烧结矿形成液相，增宽了软熔带的厚度，尤其球团矿比例提高到25％以上，这种现象更为明显。
消除烧结矿和球团矿在软熔性能方面的差异，最直接的方法是制备成分相近的烧结矿和球团矿，但这会导致两种炉料还原性、机械强度等性能的降低，且球团生产工艺当前还不适合生产含铁矿物、CaO、MgO、SiO2四组元均较高的球团矿。因此，现有技术还未见很好的解决方法。
发明内容
针对现有高碱度烧结矿搭配酸性球团矿的高炉炉料结构存在软熔性能差异大、球团矿配比不能太高的问题，本发明的目的是在于提供一种球团矿和烧结矿冶金性能优化配置的新型高炉含铁炉料结构，通过优化球团矿和烧结矿的组成配置，使两者的软熔性能差异性减小，从而提高炉料中球团矿的比例，达到提高高炉冶炼经济技术指标的目的。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种高炉含铁炉料结构，其包含优化配置的球团矿和/或优化配置的烧结矿；所述优化配置的球团矿通过调控钙镁硅铁组成比例使其软化温度在1150℃以上，熔化温度大于1250℃；所述优化配置的烧结矿通过调控钙镁硅铁组成比例使其软化温度控制在1180～1280℃范围内，熔化温度小于1380℃。
本发明的技术方案通过调控球团矿和烧结矿中的钙镁硅铁组成比例(含铁矿物、CaO、MgO、SiO2四元组成)，在确保炉料制备难度不增加，且还原性、机械强度等不受影响的情况下，来降低两种炉料在软熔性能方面的差异，实现两种炉料冶金性能的优化配置，使得球团矿入炉比例提高到25～50％(优选为35～50％)，从而达到提高高炉冶炼经济技术指标的目的。本发明为了降低球团矿和烧结矿软熔温度差异，可以通过调控球团矿中的钙镁硅铁组成比例将球团矿还原软化温度提高到1150℃以上，熔化温度大于1250℃，以缩小球团矿与烧结矿之间的软熔温差；也可以通过调控钙镁硅铁组成比例使其软化温度降低至在1180～1280℃范围内，熔化温度小于1380℃，减少烧结矿与球团矿之间的温差；也可以同时调控球团矿和烧结矿中的钙镁硅铁组成比例，制备钙镁硅铁组成合理的球团矿和烧结矿，提高球团矿的软熔温度，适当降低烧结矿的软熔温度，从而缩小球团矿与烧结矿在软熔性能方面的差异，使两者的软熔温度差异达到最小，获得球团矿比例较高的含铁炉料。
优选的方案，所述优化配置的球团矿中MgO/SiO2质量比为0.3～0.5，CaO/Fe质量比η＝(0.05～0.08)×α，且CaO/SiO2质量比不高于0.5，其中，α为球团矿质量与高炉含铁炉料总质量之比。
优选的方案，所述优化配置的烧结矿中MgO/SiO2质量比ε＝(0.35～0.55)×(1-α)，且CaO/SiO2质量比为1.8～2.2，其中，α为球团矿质量与高炉含铁炉料总质量之比。
优选的方案，所述高炉含铁炉料包括球团矿和烧结矿，还包括一些常规的块矿等其他炉料，高炉含铁炉料中MgO和CaO的总含量比例满足高炉炉渣中(MgO+CaO)/SiO2质量比为1.2～1.4。
优选的方案，高炉含铁炉料结构包含优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿。同时采用优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿可以大幅度缩小球团矿和烧结矿两者之间的软熔温度差异。
优选的方案，优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿两者的软化温度差异低于90℃(优选为低于50℃)，熔化温度的差异低于100℃(优选为低于70℃)。较优选的方案，优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿两者的软化温度差异低于50℃，熔化温度的差异低于70℃。
本发明的高炉含铁炉料软化温度和熔化温度测定方法采用国家标准GB/T34211-2017《铁矿石荷重还原软熔滴落性能测定方法》进行测定，软化温度为炉料升温过程收缩率达到40％时对应的温度，熔化温度为压差陡升拐点温度(以压差达到500Pa时对应的温度)。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)现有技术中高碱度烧结矿搭配酸性球团矿的传统炉料结构，两者的软化温度相差大于120℃(甚至大于180℃)，熔化温度相差大于140℃(甚至大于200℃)，而本发明技术方案提出的新型高炉含铁炉料结构，球团矿和烧结矿的软化温度差异低于90℃(优选为低于50℃)，熔化温度的差异低于100℃(优选为低于70℃)，其差异性大幅缩小，从而可以大幅度提高球团矿在高炉含铁炉料的添加比例，解决了现有技术中球团矿入炉比例增加导致的高炉软弱带增宽、冶炼指标下降的问题。
(2)本发明的技术方案通过烧结矿、球团矿中钙镁硅铁四组元的优化，烧结矿和球团矿的生产过程、产品性能都能达到整体最优的状态或指标，除软熔性能差异缩小外，尤其球团矿的还原膨胀指标和还原度、烧结矿的转鼓强度得到进一步改善或提高。
(3)本发明的技术可以将球团矿入炉比例从常规的不超过25％，提高到25％～50％，高炉炼铁不受影响。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求保护的范围。
现有炉料结构：采用高碱度烧结矿配加酸性球团矿的结构，烧结矿占比80％，球团矿20％，化学成分见表1，烧结矿中CaO/SiO2为1.85、MgO/SiO2为0.46，球团矿中没有添加含钙镁的熔剂，球团矿CaO/SiO2为0.04、MgO/SiO2为0.04；高炉渣中(MgO+CaO)/SiO2质量比为1.4。烧结矿软化温度为1295℃，球团矿为1140℃，两种相差155℃；烧结矿熔化温度为1402℃，球团矿为1245℃，两种相差157℃。
表1高碱度烧结矿和酸性球团矿的成分
炉料类型 入炉比例 TFe CaO MgO SiO<sub>2</sub>
高碱度烧结矿 80 57.1 8.9 2.2 4.8
酸性球团矿 20 65.3 0.2 0.2 4.7
表2高碱度烧结矿和酸性球团矿的冶金性能
实施例1
烧结矿占比65％，球团矿占比35％。本发明设计的炉料结构，其烧结矿和球团矿的化学成分见表3。球团矿中MgO/SiO2质量比达到0.3，CaO/Fe质量比η为与球团矿入炉比例α的关系为η＝0.05×0.35，CaO/SiO2质量比0.2；烧结矿MgO/SiO2质量比ε与球团矿入炉比例α关系ε＝0.55×(1-0.35)，CaO/SiO2质量比为2.0；高炉渣中(MgO+CaO)/SiO2质量比为1.38。
采用该新型含铁炉料结构，两种炉料的软熔性能见表4。球团矿还原软化温度提高到1187℃，熔化温度提高到1266℃；烧结矿还原软化温度为1275℃，熔化温度为1361℃。球团矿与烧结矿的软化温度差值缩小至88℃，熔化温度差值缩小至95℃。
表3烧结矿和球团矿的成分(球团矿比例35％)
炉料类型 入炉比例 TFe CaO MgO SiO<sub>2</sub>
烧结矿 65 56.9 10.0 1.8 5.0
球团矿 35 64.5 1.1 1.4 4.7
表4烧结矿和球团矿的冶金性能(球团矿比例35％)
炉料种类 软化温度/℃ 熔化温度/℃
烧结矿 1275 1361
球团矿 1187 1266
实施例2
烧结矿占比50％，球团矿占比50％。本发明设计的炉料结构，其烧结矿和球团矿的化学成分见表5。球团矿中MgO/SiO2质量比达到0.5，CaO/Fe质量比η为与球团矿入炉比例α的关系为η＝0.08×0.5，CaO/SiO2质量比0.5；烧结矿MgO/SiO2质量比ε与球团矿入炉比例α关系ε＝0.35×(1-0.5)，CaO/SiO2质量比为2.2；高炉渣中(MgO+CaO)/SiO2质量比为1.34。
采用该新型含铁炉料结构，两种炉料的软熔性能见表6。球团矿还原软化温度提高到1204℃，熔化温度提高到1289℃；烧结矿还原软化温度为1254℃，熔化温度为1352℃。球团矿与烧结矿的软化温度差值缩小至50℃，熔化温度差值缩小至63℃。
表5烧结矿和球团矿的成分(球团矿比例50％)
炉料类型 入炉比例 TFe CaO MgO SiO<sub>2</sub>
烧结矿 50 56.7 11.5 0.9 5.2
球团矿 50 62.8 2.5 2.4 5.0
表6烧结矿和球团矿的冶金性能(球团矿比例50％)
炉料种类 软化温度/℃ 熔化温度/℃
烧结矿 1254 1352
球团矿 1204 1289

Claims (4)

1.一种高炉含铁炉料结构，其特征在于：包含优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿；所述优化配置的球团矿通过调控钙镁硅铁组成比例使其软化温度在1150℃以上，熔化温度大于1250℃；所述优化配置的烧结矿通过调控钙镁硅铁组成比例使其软化温度控制在1180～1280℃范围内，熔化温度小于1380℃；
所述优化配置的球团矿中MgO/SiO2质量比为0.3～0.5，CaO/Fe质量比η＝(0.05～0.08)×α，且CaO/SiO2质量比不高于0.5，其中，α为球团矿质量与高炉含铁炉料总质量之比；
所述优化配置的烧结矿中MgO/SiO2质量比ε＝(0.35～0.55)×(1-α)，且CaO/SiO2质量比为1.8～2.2，其中，α为球团矿质量与高炉含铁炉料总质量之比。
2.根据权利要求1所述的一种高炉含铁炉料结构，其特征在于：所述高炉含铁炉料中MgO和CaO的总含量满足高炉炉渣中(MgO+CaO)/SiO2质量比为1.2～1.4。
3.根据权利要求1所述的一种高炉含铁炉料结构，其特征在于：优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿两者的软化温度差异低于90℃，熔化温度的差异低于100℃。
4.根据权利要求3所述的一种高炉含铁炉料结构，其特征在于：优化配置的球团矿和优化配置的烧结矿两者的软化温度差异低于50℃，熔化温度的差异低于70℃。
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