摘要：以某钢铁集团不锈钢事业部炼铁厂的烧结矿、球团矿、PB矿及纽曼矿为原料，采用中温还原和低温还原粉化测定方法及改进的熔滴性能测定法，研究高块矿比(15％～25％，质量分数)炉料的还原性、低温还原粉化性及熔滴性能。
关键词：块矿；还原性；熔滴性；低温还原粉化性
近年来，随着铁矿石的价格不断攀升及炼铁技术的不断进步，提高价格较低的块矿比例成为提高企业竞争力的主要手段。由于块矿的冶金性能比烧结矿和球团矿差，如果大幅度提高块矿的比例(质量分数在20％以上)，就会出现炉料还原性变差、低温还原粉化率提高及熔滴性变差等现象，严重时会阻碍高炉的顺行，恶化冶炼指标。国内对块矿质量分数在20％以上的炉料冶金性能研究较少，因此，对块矿质量分数在20％以上的炉料冶金性能进行研究是进一步提高国内高块矿使用比例的必要措施。
1实验
1.1实验原料
实验原料来自该不锈钢炼铁厂，分别是烧结矿、球团矿以及国内大部分企业常用的块矿纽曼矿和PB矿，成分及烧损率见表l。
1.2实验方法
含铁炉料的热态冶金性能主要包括中温还原、低温还原粉化和熔融滴落性能等。铁矿石还原性能采用国标GB/T13241—1991铁矿石还原性的测定方法，低温还原粉化性能采用GB/T13242—1991铁矿石低温粉化试验静态还原后使用冷转鼓的方法。
目前国内外对熔滴实验尚未明确的标准，实验室常用的方法主要分为两类：一类是实验原料不经过预还原处理，实验过程中通入还原性气体(成分与还原实验气体成分相同)；另一类是将实验原料预还原(一般还原度为60％)，实验中仅通入N2。对于铁矿石熔融滴落性能的测定，本实验在第一类实验方法的基础上，结合炉料在高炉内不同温度区间下所受压力和还原气氛的差异，制定与高炉实际内部环境相近的实验温度制度和气体成分，具体见表2。
1.3实验方案
分别采用4种单矿和6种混合矿进行实验，PB块矿与纽曼块矿在混合矿中的质量分数分别为15％，20％，25％，测定其还原性能、熔滴性能。林李全等嗍研究发现，在高炉炉料中添加一定含量的球团矿可改善炉料的冶金性能及高炉的操作指标，因此增加1组球团矿质量分数为25％的对比性实验，共计11组，实验方案见表3。
2结果及分析
2.1实验结果
通过中温还原实验、低温还原粉化实验及熔滴实验结果如表4。
从表4可以看出，烧结矿的还原性相对较好，R1为80．99％，PB矿与纽曼矿的还原性较差，R1低于60％。这是因为PB矿与纽曼矿为生矿，一方面，块矿结构紧密，还原气体从矿石表面进入内部比较困难，所需的时间较长，因此还原性较差；另一方面，生矿中含有较多的结晶水和碳酸盐，受热分解后生成的CO2和H2O为氧化性气体，尤其是温度达到沸点时，结晶水迅速分解，产生大量的水蒸气(实验尾气出口处可见水蒸气冷凝形成的液态水)，降低了块矿周围气氛的还原性。
从表4还可以看出：块矿的滴落温度较低，PB矿为1375℃，纽曼矿为1498℃(烧结矿滴落温度为1520℃)；软化区间t40—tl0很宽，PB矿158℃，纽曼矿为159℃；块矿特征值S值较高，PB矿为1256kPa•℃，纽曼矿为850kPa•℃，烧结矿为287kPa•℃，表明作为生矿的块矿是1种容易熔融滴落且严重影响料柱透气性的高炉炉料，这也是限制块矿配比提高的主要原因。
2.2单种块矿的冶金性能
PB矿和纽曼矿的压差△P及收缩率△H与温度t的变化关系如图l。
从图1可以看出，温度由室温升高到800℃时，PB矿和纽曼矿的压差较低且无明显变化，这是因为块矿颗粒的孔隙变化较小，故压差较小且稳定；当温度达到800℃左右时(PB矿为800℃，纽曼矿为840℃)，压差出现第一次峰值(图1(a)，(b)中的峰1)，这是因为块矿中的结晶水和碳酸盐开始大量分解，产生大量的气体，料柱透气性变差；随着温度的升高，压差随之降低，这是因为分解物的数量减少，分解产生气体的速度降低；当温度继续升高到1300℃左右时，压差开始升高，这是因为块矿开始软熔，颗粒之间间隙缩小；当温度升高到1380℃以上时(PB矿为l360℃，纽曼矿为1372℃)，压差迅速升高到最大，出现第二次峰值(图1(a)，(b)中峰2)，这是因为开始矿石熔化，孔隙最小；然后矿石开始滴落。
2.3混合矿的还原性
当PB矿和纽曼矿与烧结矿配比的质量分数由15％提高到25％时，从混合矿还原性变化情况可以看出，随着块矿配比的增加，混合矿的还原性随之降低，且PB混合矿还原性降低速度较快。一方面块矿比较致密，还原性气体CO由矿石表面进入内部比较困难，还原的速度较慢；另一方面混合中的块矿在900℃进行还原时，所含的结晶水和碳酸盐迅速分解直至沸腾，降低了混合矿周围的还原性气氛，并且随着块矿配比增加，分解产生的气体量也会增加，所以还原性降低。从成分方面分析，PB矿的烧损比纽曼矿高，分解产生的气体量也较多，所以对PB混合矿还原性影响更大。因此，高炉冶炼时，应尽量使用烧损较低、结晶水含量较少的块矿，或将烧损较多与较少的块矿搭配使用，以改善炉料的还原性能。
2.4混合矿的熔滴性
当PB矿和纽曼矿与烧结矿配比的质量分数由15％提高到25％时，从混合矿熔滴性变化情况可以看出，随着块矿配比的增加，混合矿的滴落温度td逐渐降低，这是因为：一方面块矿本身滴落湿度较低，其与烧结矿混合后，块矿会先发生熔化然后滴落，导致td降低；另一方面，块矿与烧结矿在高温下反应生成低熔点的化合物，降低了混合矿的熔化温度，也降低了td。
3结论
1)PB和纽曼块矿配比的质量分数由15％增加到25％，炉料的冶金性能迅速变差，还原度R1降低5％，低温还原粉化率升高2％，熔融区间滴落温度td与压差陡升温度ts差升高60℃左右，透气性指数的特征值S值升高100kPa•℃。
2)混合矿中PB和纽曼块矿块矿配比增加，混合矿透气性变差。一方面随着块矿配比的增加，混合矿的熔融区间td--ts增大，熔融状态时的压差升高，因此透气性指数的特征值s变大，料柱透气性变差；另一方面，压差块矿所含结晶水和碳酸盐分解产生大量的H20和CO2，以及块矿爆裂产生大量的粉末，降低了混合矿的孔隙率，导致料柱透气性变差。
参考文献：
[1]林李全，赵志华．2500m3高炉使用自产球团矿的工业试验[J]．安徽工业大学学报：自然科学版，2011，18(1)：83—86．
[2]吴胜利，韩宏亮，陶卫忠，等．高炉提高天然块矿使用比例的研究[J]．钢铁，2012，44(11)：12—16．
[3]吴胜利，韩宏亮，许海法，等．高炉内烧结矿与块矿高温交互反应机理研究[J]．过程工程学报，2010，10(增刊)：37—41．
论文作者:陈永生
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/14
标签：纽曼论文; 高炉论文; 炉料论文; 性能论文; 原性论文; 温度论文; 透气性论文; 《基层建设》2018年第30期论文;