高爐煉鐵合理配礦研究

摘要：近兩年來大規(guī)模地興建和擴(kuò)建鋼鐵廠，增加了鐵礦與焦炭的需求，使得價格上漲。與此同時，鐵精礦品位下降，焦炭灰分上升。如何合理配礦，成為當(dāng)前必須認(rèn)真研究的課題。筆者首先論述了高爐的合理爐料結(jié)構(gòu)，探討了如何做到高爐煉鐵合理配礦。

關(guān)鍵詞：高爐煉鐵；爐料結(jié)構(gòu)；合理配礦

一、前言

作為國家的支柱產(chǎn)業(yè)，鋼鐵工業(yè)是一個評判國家工業(yè)化水平的重要指標(biāo)。鋼鐵企業(yè)要想在市場競爭中取得一席之地就必須降低生產(chǎn)成本，走低消耗、高品質(zhì)的發(fā)展道路，這就要求企業(yè)不僅要積極的采用先進(jìn)的技術(shù)還要注重高爐煉鐵的合理配礦，優(yōu)化配料。

二、關(guān)于高爐的合理爐料結(jié)構(gòu)

所謂合理的爐料結(jié)構(gòu)，是指在一定時期和一定的資源條件下，合理搭配燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和天然塊礦，使煉鐵獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。我國高爐結(jié)構(gòu)的演變經(jīng)歷了3個階段，20世紀(jì)50年代以前，基本上是天然塊礦。天然富礦日益匾乏，選礦技術(shù)發(fā)展，于是出現(xiàn)了人造富礦。50年代至70年代，自熔性燒結(jié)礦逐漸成為主要原料。鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展，從70年代開始進(jìn)口鐵礦粉，以補(bǔ)燒結(jié)原料的不足，同時受國外煉鐵技術(shù)的啟發(fā)，開始生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦，隨之而來，出現(xiàn)了高堿度燒結(jié)礦配酸性球團(tuán)礦，或高堿度燒結(jié)礦配球團(tuán)礦和天然塊礦。

全世界高爐的爐料結(jié)構(gòu)大致有3種類型，在亞洲，中國及日本的高爐基本采用高堿度燒結(jié)礦為主配合酸性球團(tuán)礦及天然塊礦；在北美洲則球團(tuán)礦成為高爐的主要爐料；歐洲德國博萊門鋼鐵公司及荷蘭霍戈文鋼鐵公司的高爐爐料中燒結(jié)礦、球團(tuán)礦各占一半。不同地區(qū)的高爐爐料結(jié)構(gòu)之所以有如此巨大的差別，基本是由鐵礦資源條件決定的。生產(chǎn)實(shí)踐證明，不論哪一種爐料結(jié)構(gòu)都能夠獲得優(yōu)異的冶煉效果。

三、高爐煉鐵合理配礦研究

高爐合理配礦的原則應(yīng)當(dāng)是：從國內(nèi)外能夠得到鐵礦資源；滿足燒結(jié)或球團(tuán)及高爐的工藝要求以及獲得最低的生鐵成本。我國的高爐生產(chǎn)能力、地理位置和國內(nèi)外鐵礦資源，決定了我國高爐的爐料仍然以燒結(jié)礦為主，球團(tuán)礦的比重應(yīng)當(dāng)逐步上升。

1.高爐爐料的合理配置

燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和天然富礦是高爐的基本爐料，合理的爐料搭配即充分有效的利用全球鐵礦資源，從而使得高爐冶煉技術(shù)得到優(yōu)化，最終達(dá)到節(jié)約資源，降低成本的效果。優(yōu)化高爐的爐料結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)高爐強(qiáng)化冶煉的根本保證。合理的爐料結(jié)構(gòu)可以提高爐料的還原性，使得高爐冶金性能的各項(xiàng)指標(biāo)如軟熔滴落、還原后粉化和膨脹性等得以改善。優(yōu)化高爐的爐料結(jié)構(gòu)是有效降低鋼鐵生產(chǎn)成本的有效途徑?，F(xiàn)階段，我國高爐的爐料結(jié)構(gòu)主要有三種結(jié)構(gòu)形式：高堿度燒結(jié)礦配加部分酸性球團(tuán)礦、高堿度燒結(jié)礦配加部分塊礦和酸性球團(tuán)礦、酸性球團(tuán)礦配加少部分高堿度燒結(jié)礦。除了依靠改進(jìn)天然富礦、燒結(jié)礦和球團(tuán)礦之間的成分配搭以達(dá)到優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)的目的外，作為爐料中重要組成部分的燒結(jié)礦、球團(tuán)礦，其自身的配料優(yōu)化也是改善高爐爐料結(jié)構(gòu)、提高高爐經(jīng)濟(jì)效益的有效方法和途徑。

2. 高爐燒結(jié)礦的配料

（1）燒結(jié)礦配料中溶劑的堿度要大于1.8，若其堿度低于1.8則會阻礙鐵酸鈣系形成固結(jié)相，從而影響到燒結(jié)礦的質(zhì)量。

（2）燒結(jié)礦需要較高的鐵品位，TFe大于/等于60%，SiO2小于4.5%。這樣可以幫助高爐煉鐵實(shí)現(xiàn)高噴煤、低渣比和低焦比的目的，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（3）燒結(jié)礦應(yīng)保持較低的 FeO含量小于5%，若FeO 含量過高則會降低燒結(jié)礦的還原性，降低高爐冶煉過程中的煤氣的利用率，使得焦炭的能耗增加。由于我國在冶煉燒結(jié)礦時其燃料的粒度不夠細(xì)致、成分比重過多，且磁鐵精礦也被大量的用于冶煉之中，因而在我國現(xiàn)階段不少鋼鐵企業(yè)在生成燒結(jié)礦時以高 FeO 含量來增強(qiáng)燒結(jié)礦的強(qiáng)度，這種燒結(jié)礦不僅還原性差，而且其抗磨性和抗壓性都會很差，致使燒結(jié)礦的質(zhì)量不穩(wěn)定。合理的燒結(jié)礦混勻礦配料中要注重對礦粉種類的選擇，應(yīng)當(dāng)盡量選用巴西的鐵礦鐵礦粉，其不僅鐵品位高而且擁有較高的燒結(jié)性能。雖然與澳大利亞相比，巴西礦石的運(yùn)費(fèi)較高，但巴西粉與澳粉相比其結(jié)構(gòu)要致密很多，而在燒結(jié)混合料中，致密型礦石與燒結(jié)礦的還原性呈正比例的關(guān)系，巴西礦粉是我國提高燒結(jié)礦品位的首選鐵礦。同時，燒結(jié)原料中應(yīng)當(dāng)采用國產(chǎn)精礦搭配進(jìn)口礦粉，達(dá)到平衡 Al2O3和控制高爐爐渣中 Al2O3和 SiO2水平的作用。但由于國內(nèi)精礦的鐵品位平均在62%左右，鋼鐵企業(yè)應(yīng)特別注重選礦廠選礦的品位。依據(jù)我國現(xiàn)有的高爐工藝水平，燒結(jié)礦的理想水平應(yīng)當(dāng)滿足含SiO2大于等于4%；爐渣重量在300千克左右，所含 Al2O3小于16%。

3.球團(tuán)礦的配料

（1）選用的鐵精礦應(yīng)具有低SiO2含量和高鐵品位，其中SiO2小于3.5%，TFe大于/等于65%。這樣配比的球團(tuán)礦有利于減少高爐冶煉的爐渣量。

（2）球團(tuán)礦中添加適量的鎂，這樣不僅可以增強(qiáng)高爐爐渣的流動性而且還可以解除高爐冶煉過程中的低溫還原粉化和膨脹狀況。當(dāng)前我國球團(tuán)礦在產(chǎn)量和質(zhì)量上都有待提升，高爐冶煉所用的球團(tuán)礦以進(jìn)口為主，如若可以利用國內(nèi)生產(chǎn)的鐵精礦冶煉球團(tuán)礦則可以極有效的優(yōu)化我國的高爐爐料結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。球團(tuán)礦的配料應(yīng)當(dāng)以國產(chǎn)高品位的精礦粉為首選，激勵選礦工廠引用先進(jìn)的選礦方法以改善精礦品位，在礦山完成球團(tuán)礦的生產(chǎn)。如此一來不僅可以提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益還可以最大限度的節(jié)約生產(chǎn)資源，減少環(huán)境污染。目前我國球團(tuán)礦配料依舊主要進(jìn)口于巴西，其南部為片狀結(jié)構(gòu)的鏡鐵礦，w（TFe）為98.0%；其北部為赤鐵礦，w（TFe）為66.80%。據(jù)大量實(shí)踐證明，國產(chǎn)磁精礦搭配巴西進(jìn)口精礦在較高焙燒溫度的條件卜進(jìn)行球團(tuán)礦的生產(chǎn)可以有效的提高球團(tuán)礦的含鐵品位。

四、高爐合理配礦的計算實(shí)例

以某大型鋼鐵公司所屬鐵礦山為例，該礦山年產(chǎn)礦石4500萬t，用單一磁選工藝，年產(chǎn)磁選鐵精礦1600萬t，平均品位w（Fe）=66.52%，，w（SiO2）=6.44%，成本為302元/t。采用編制的采礦、選礦、燒結(jié)（球團(tuán)）、煉鐵系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析軟件，用下列4個方案進(jìn)行了測算。

方案1：全部采用單一磁選，600萬t磁選精礦w（Fe）=66.52%，w（SiO2） =6.44%，生產(chǎn)球團(tuán)礦，1000萬t磁選精礦生產(chǎn)燒結(jié)礦。煉鐵爐料中球團(tuán)與燒結(jié)的比例為4：6。

方案2：全部采用磁、浮選工藝，磁、浮選精礦（w（TFe）=69.20%，w（SiO2）=3.44%）其中640萬t生產(chǎn)球團(tuán)礦，其余生產(chǎn)燒結(jié)礦。

方案3：用240萬t巴西精礦粉（w（TFe）=66. 58%，w（SiO2）=0.85%），取代A礦山年產(chǎn)之磁、浮選精礦，配加自產(chǎn)磁選精礦445.71萬t，生產(chǎn)球團(tuán)礦。其余的900.83萬t磁選精礦生產(chǎn)燒結(jié)礦。

方案4：用360萬t澳大利亞燒結(jié)粉（w（TFe）=63.64%，w（Si02）=4.5%），取代360萬t磁選精礦，配545萬t磁選精礦生產(chǎn)燒結(jié)礦，其余為658.11萬t磁、浮流程選的鐵精礦生產(chǎn)球團(tuán)礦。

球團(tuán)、燒結(jié)、煉鐵的各項(xiàng)工藝參數(shù)均選用該公司平均先進(jìn)指標(biāo)，未作工藝參數(shù)的優(yōu)化處理。對4個方案的計算結(jié)果列于表1。

表14種配料方案計算結(jié)果

從表8可見，方案2的效果最好，表明礦石品位愈高，經(jīng)濟(jì)效益愈好，但未必能夠?qū)崿F(xiàn)。因?yàn)闊Y(jié)礦含Si02只有3. 66%，雖然堿度（Ca0/Si02）高達(dá)1. 8，強(qiáng)度恐難保證。第3，4方案的經(jīng)濟(jì)效益也優(yōu)于第1方案。應(yīng)當(dāng)聲明的是，以上4個方案，僅能作為例子，隨著精礦的價格變化，生產(chǎn)技術(shù)的革新，經(jīng)濟(jì)效益會發(fā)生變化。因此，對于某一個具體的鋼鐵公司應(yīng)當(dāng)經(jīng)常對高爐配礦進(jìn)行計算。

五、結(jié)語

要實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵的合理配礦，必然要以高質(zhì)量的爐料為基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)鐵礦的產(chǎn)生，降低生產(chǎn)成本，提高冶煉指標(biāo)，除了優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化爐料配料以外，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)高爐設(shè)備大型化和電子化。就某一個鋼鐵公司而論 ，要根據(jù)它所在的地理位置和資源條件，經(jīng)過科學(xué)的計算，確定該公司煉鐵的合理配礦。

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