我国高炉炼铁原燃料技术评述

　　近年来，我国高炉炼铁生产技术进入快速发展阶段，全国重点企业高炉炼铁技术经济指标不断创出历史最好水平，一些高炉炼铁技术经济指标接近或达到国际先进水平，详见表1、表2。我国炼铁原燃料技术进步有力地促进了我国炼铁技术进步。

表1  全国重点企业炼铁技术经济指标

表2  2002年部分高炉技术经济指标

　　高炉炼铁是以精料为基础的。国内外高炉炼铁的实践表明，精料对高炉炼铁科技进步的影响率在70%左右。炼铁界将高炉精料技术概括为“：高、熟、净、小、均、稳、少、好”八个字。其每个字的具体内容如下：

一、“高”是指入炉矿品位要高，烧结矿和球团矿的强度要高，烧结矿的碱度要高。

主要应抓好以下环节：

一是入炉矿品位高。

　　高炉入炉矿品位高是精料技术的核心，也是精料技术工作的主要方向。高品位的效果是：入炉矿品位提高1%，焦比下降2%，产量提高3%，吨铁渣量减少30kg，允许多喷15kg/t煤粉。

　　目前，国际上最先进水平高炉入炉矿品位是64%，相应吨铁渣量在150kg左右。2003年上半年，我国重点企业之中有13家企业入炉矿品位在60%以上，最高的是沙钢，品位为61.49%，有34个企业入炉矿品位在59%以上。2002年，我国有35座高炉使用高品位矿以后，吨铁渣量在300kg以下。表1和表2分别反映出我国入炉矿品位、高炉利用系数、燃料比、入炉焦比相关情况。表3列出国际上有关国家和高品位熟料情况。

表3  国际高品位熟料情况

提高入炉矿品位的方法如下：

（1）购买高品位的矿石。进口矿的品位高，使用量大（预计2003年将占用量的50%），这有力地提高了我国高炉入炉矿品位。

（2）一些“吃百家矿”的炼铁企业，购买品位低的矿粉后，再经润磨机研磨之后进行选矿处理，有效地提高了入炉矿品位，降低了焦比，取得了良好的经济效益。

（3）烧结采取降硅提铁生产技术，有效地提高了烧结矿品位。低SiO2高碱度烧结矿不仅具有良好的还原性能和冷强度，还有好的高温冶金性能。表4列出部份企业烧结矿情况。

表4  2002年部分企业烧结矿成分

（4）球团矿减少皂土用量的方法是，将矿粉再磨细（增添润磨设备，提高精矿细度，希望矿品位≥68%，-200目含量≥85%）和改善颗粒形状，以及皂土纳化和用有机粘结剂。减少皂土用量就可以提高球团矿的品位。表5列出了部分企业球团矿成分情况。

表5  2002年部分企业球团矿成分

降低球团矿SiO2含量，对于提高品位、改善球团矿性能也有良好的作用，详见表6。

表6  降低球团矿SiO2的性能影响

　　几年前，北京科技大学孔令坛教授曾对不同品位铁矿石的冶金价值做过评价。炼铁界认为，一般代于50%品位的入炉铁矿石（或矿粉）无冶金价值。表7、表8表明铁矿石冶金价值。

表7  非自熔性铁矿石冶金价值

(注：其价值为5年前的数据。)

表8  自熔性铁矿石冶金价值

(注：价值为5年前的数据)。

　　个别企业领导在表扬采购铁矿石品位低而价低的采购员，认为这是为企业降低了生产成本。但应当关注的是，低品位矿石在高炉炼铁过程中所造成的产量下降、焦比升高、高炉顺行变差、喷煤比减少等方面的影响，远远大于购买低品位矿石所节省的钱。当然，各企业均应制定出合理的、最佳经济品位的采购矿石要求。而这个要求要随着矿石的焦炭、生铁价格而变化，要不断进行调整。

二是高强度
　　入炉料的强度是用转鼓指数来表示的，常用符号为ISO。我国YB/T421-92标准规定，高碱度烧结矿ISO的一级品≥66.0%，优质烧结矿ISO≥70%。我国冶金焦炭技术指标（GB1996-80）的机械强度是：M₄₀Ⅰ组＞80%，Ⅱ组76%，Ⅲ组＞72%，Ⅳ组＞65%；M₁₀Ⅰ组＜8.0%，Ⅱ组＜9.0%，Ⅲ组＜10%，Ⅳ组＜11%。我国要求于团矿转鼓指数ISO＞78%，抗磨强度A＜5%，抗压强度＞2000N/球，允许的偏差值为△ISO≤2.0%，△＜1%。

　　生产实践表明：烧结、球团转鼓指数每升高1%，高炉产量提高1.9%；焦炭M₄₀提高1%，高炉利用系数提高4%，燃料比下降5.6kg/t；M₁₀减少0.2%，高炉利用系数提高5%，燃料比下降7kg/t。

　　提高烧结矿强度的办法是：矿粉的粒度要控制在8mm以下，焦炭粉和熔剂的粒度要＜3mm，大于上述要求粒度的原料应进行重新破碎，同时焦粉＜0.25mm的细粒越少越好。混合料对磁铁矿和亦铁矿适宜的水分在7%至9%，而波动的范围一般小于0.5%。混合料最佳水分一般为混合料最大透气性时水分量的90%。一次混合时水量要加总量的99%，以保障物料的潮湿和制粒，在二次混合中只添加1%的水分作调整。二次混合的主要任务是强化粒度。一次混合与二次混合的时间比约为2：1，总的混合时间约在9分钟左右为佳。混合时间长会对造球性能好，进而改善烧结机的透气性，但会增加设备投资。均匀混合的制粒是提高烧结矿强度的关键，一些单位甚至加长了圆筒混合机的长度。以细精矿为主的烧结方法，可适当增加石灰用量，将混合料预热到烧结废气的露点以上，要严格控制烧结机的烧结终点等技术。也可将细粒的精矿预先制粒，然后再与其粗粒级组分进行混合。在制粒过程中可加少量皂土。煤气结机的点火温度、料层厚度、机速、抽风等情况均会对烧结质量产生影响。

　　提高球团矿强度的办法是：提高细精矿粉的-200网目的比例，要大于85%。进口巴西精矿粒度较粗。如卡拉加斯矿，用于生产球团就需要进一步磨细。提高球团矿质量的关键是精矿粉造球的质量，对添加水分和皂土量要根据不同矿物性能选择最佳值。生产实践表明，采用大型链篦机——回转窑生产的球团矿质量要比竖炉工艺好。

　　提高焦炭质量的首要措施是适当选择炼焦煤及其配比。随着煤炭供应的市场化，煤的价格攀升，使焦化厂选择优质炼焦煤，合理调整配煤比，炼制优质冶金焦炭增加了难度。提高焦炭强度的技术措施有：采用干法熄焦，既可回收能源又有利于环保，同时焦炭M₄₀提高3%-8%，M₁₀降低0.3%-0.8%，粒度均匀，反应性降低。将炼焦煤在焦炉外捣固，其堆积密度提高950-1150kg/m³，可使焦炭M₄₀提高1%-6%，M₁₀降低2%-4%，CSR提高1%-5%。将炼焦装炉煤的一部分进行压块成型，与其余散装煤料混合装炉炼焦，与捣固炼焦相同，其煤料的堆积密度可达800kg/m³，也可提高焦炭质量。将煤的水分控制在6%左右，可使煤的堆积密度提高4%-7%，也可相应提高焦炭强度。

　　大高炉对原燃料质量的要求要高于中小高炉。不少企业新上大高炉对原燃料质量要求没有提高，造成投产后生产运行不理想，应当引起重视。一些企业在这方面有过深刻的教训。

三是高碱度烧结矿。

　　高碱度烧结矿与熔剂性烧结矿相比，具有强度好、含FeO低、还原性好、软化温度高、还原粉化率低等优点。所谓高碱度，一般是指碱度在1.8-2.0。目前，国内外炼铁企业均在调整炉料结构，以取得最佳经济效益。所谓合理的炉料结构，则要根据各厂具体情况而定。采用60%左右的高碱度烧结矿，配上20%-25%块矿的方法，已在国内外企业中应用。表9为2002年部分企业高炉碱度烧结矿与炼铁指标情况。

表9  部分企业高碱度烧结矿与炼铁技术指标

　　我国炼铁企业入炉块矿的比例在逐年增加，而日本也在增加。其主要原因是块矿的价格要比烧结和球团低，而且减少了烧结和球团生产过程中对环境的污染。随着高炉炼铁科技进步的加快，高炉生产也接受了一定比例的高品位块矿，而对入炉焦比和炼铁成本影响不大。表10为2002年国内外炼铁炉料结构情况。

表10  部分企业高炉炉料结构情况

　　值得注意的是，自1997年以来，日本高炉使用球团矿的比例在逐年减少，由14%降到5.6%。根据长沙冶金设计院唐先觉先生的评述，主要原因是进口球团矿比烧结矿贵30%，球团矿的高温还原粉化率要比烧结矿严重，这会对高炉生产带来负面影响。

二、“熟”是指熟料，即将铁精矿粉制成具有高温强度，又符合高炉冶炼要求冶金性能的块状料。

　　通常熟料包括烧结矿和球团矿。国内外高炉炼铁生产实践表明使用熟料炼铁可大幅度提高高炉炼铁各项技术经济指标。其主要原因是熟料可提高铁矿在高炉内的间接还原比例，提高炉料透气性，降低燃料消耗，提高产量。

　　据统计，美国高炉熟料比在85%左右，日本为78.7%，前苏联为95.7%。2002年，我国重点企业高炉炼铁熟料比为91.53%。炼铁界曾经追求高熟料比。但是，随着高米炼铁科学的不断进步，高熟料比已不是高炉炼铁的重要技术经济指标。由于配加20%以内的高品位块矿有较大的经济效益所以现在炼铁企业已不再追求高的熟料比了。

三、“净”是指入炉的原燃料中小于5mm粒度的粉末要筛除，筛除后的烧结矿、球团矿、焦炭、块矿即可称为净的炉料。
　　高炉炼铁技术要求于5mm以下的炉料占全部炉料的比例要不超过3%-5%。净炉料入炉能大大提高高炉炉料的透气性，为提高高炉冶炼强度、高炉顺行高产和增加喷煤比创造出有利条件。为减少炉料之间的填充作用（小块夹在几个大块之间的空间内而影响炉料透气性），要求5-10mm粒度的炉料所占的比例要小于30%。

　　据统计，入炉料粉末降低1%，高炉利用系数提高0.4%-1.0%，焦比下降0.5%。

四、“匀”是指高炉入炉料粒度要均匀。

表11为国内外高炉炼铁企业对入炉粒粒度要求的范围（单位mm）

　　炉料中粒度尺寸大小的比例与大小粒级所占的百分比，对炉料在炉内的透气性起着决定性作用。实验表明，混合料中大粒度级和更小粒度级的增加，都会使混合料的空隙度变小，使煤气通过料层的阻力增加而影响高炉的顺行。优化的粒级组成是粗细粒度级的粒度差别越小越好。焦炭的粒度在上限为好，因大块焦炭在焦炭层的透气性好，在软熔带中则透气性良好，焦炭到达炉缸时粒度也不致过小，过小会引起炉缸堆积。所以说，焦炭应比矿石的平均粒度大3-5倍为最佳。

　　日本钢管公司的高炉使用66%烧结矿，与基准期使用73%未过筛的烧结矿相比，每天生铁产量由2971吨升到3377吨，焦比自478kg/t降至466kg/t。美国伯利恒钢铁公司将烧结矿分成大块（12.7-38.1mm）与小块（6.4-12.7mm）两级在高炉中试验。使用大块与基准期相比，生铁增产16%，焦比下降3%；使用小块与基准期相比，生铁增产10%，焦比下降6%。

表12  为部分企业高炉烧结炉入炉粒度组织

表13  为主要产钢国家对原料粒度的要求

五、“小”是指入炉原燃料的粒度要小、均匀，上限所规定的范围要窄。要控制住原燃料中的大块。

　　高炉炼铁实践表明，最佳强度的粒度是：烧结为25-40mm，焦炭为20-40mm，对容易还原的赤铁矿和褐铁矿入炉料粒度控制在8-20mm为易。铁矿石块矿入炉粒度由10-40mm降为8-30mm时，高炉产量可增加9.6%，焦比下降3.1%。

六、“稳”是指入炉原燃料化学成分和物理性能要稳定，波动范围要小。

　　实现原料成分稳定的有效手段是建立中的混匀料场。混匀的原则是“平铺直取”，即每种矿石（即每层）厚为200-500mm，待矿堆达到一定高度后，再沿垂直断面截到矿石。堆料时的布料方式有：鳞状布料、三菱布料和条形布料。混料堆目前多数堆成等腰三角形的断面，很少像一次料场那样选用梯形断面。宝钢选用鳞状堆料方式。人字形布料方式简单，但粒度偏析较大，用于堆存细颗粒物料为佳。菱形布料，粒度偏析较人字形小，但对设备要求严格，要求设备能够纵向、横向、上下运动。表14列出有关企业混匀料场情况。

表14  部分企业混匀料堆情况

表15  2002年部分企业料场参数

　　我国高炉炼铁要求烧结矿含铁品位波动要≤±0.5%，碱度波动≤±0.05%。宝钢经过自动化配料后，生产出来的烧结矿标准偏差值为：TFe为±0.256%，SiO2为±0.087%,RO为±0.029，已属世界先进水平。表16为入炉矿成分波动对高炉炼铁指标的影响。

表16  入炉矿成分波动对高炉炼铁指标的影响

七、“少”是指铁矿石中含有害杂质要少。

　　冶炼优质生铁的基础是原料中杂质含量要少，这也是冶炼纯净钢和优质生铁的必要条件。高炉炼铁对铁矿石中含有害杂质含量的极限是：S≤0.3%；P的要求是：对碱性转炉用生铁＜0.20%-1.20%，对酸性转炉用生铁＜0.3%，对普通铸造生铁＜0.05%-0.15%，对高磷铸造生铁＜0.15至0.6%；Zn≤0.1至0.2%，Pb≤0.1%，Cu≤0.2%，As≤0.07%，Ti(TiO2）＜15%-16%，K、Na、F也应列为有害元素。

八、“好”是指铁矿石的冶金性能要好。

　　铁矿石的冶金性能包括还原性、低温还原粉化性、软化性和熔滴性等。

　　一是铁矿石的还原性用还原度RI表示。铁矿石的还原性取决于矿物性质、矿石种类、矿石所具有气孔度及气孔特性等。矿物特性是Fe₂O₃易还原，Fe₃O₄难还原，2FeO·SiO₂更难还原，所以说褐铁矿还原性最好，其次是赤铁矿，而磁铁矿难还原。RI＞60%的矿石为还原性好的铁矿石。矿石还原性要改善10%，其波动范围在±1%至1.5%。低FeO含量的烧结矿强度也高。2002年，宝钢烧结矿FeO为7.48%，SiO₂为4.54%，碱度为1.82，转鼓JIS为75.29%，铁品位是58.92%，属于还原性好的烧结矿。

　　二是低温还原粉化性用RDI表示。高炉原料（包括烧结矿、球团、块矿）在高炉上部的低温区还原时会严重破裂、粉化，使料柱的空隙度降低，煤气透气性恶化。试验表明，RDI每升高5%，高炉产量下降1.5%，CO利用率会下降。RDI的高低与矿粉的种类有关。富矿粉生产出来的烧结矿RDI就高，含有TiO₂高的精矿粉生产的烧结矿RDI也高，而用磁精矿粉就低。降低RDI的办法是设法降低造成烧结矿RDI升高的菱形赤铁矿的数量，可适当增加FeO含量和添加卤化物（FaF₂、CaCl₂）等。武钢、柳钢等企业在烧结矿成品表面喷洒3%的CaCl₂溶液，使RDI降低了10.8%至15%，使高炉产量提高约5%。

　　三是荷重还原软化性能是指矿石在荷重还原条件下，开始收缩率在3%-4%时的温度。为有利于高炉煤气顺利通过软熔带，要求铁矿石软化温度要高一些，软熔温度区间要窄。

　　影响矿石软熔性的主要因素是渣相的数量和它的熔点，矿石中FeO含量和其生成矿物的熔点，还原过程中产生的含铁矿物及金属铁熔点也对矿石的熔化和滴落产生重大影响。2FeO·SiO₂的熔化温度低（1205℃），而2FeO·SiO₂-SiO₂共熔混合物熔点仅1178℃，2FeO·SiO₂-FeO熔点为1177℃。所以，要减少烧结矿中的FeO含量。将炉渣中MgO含量控制在4%-10%，提高碱度有利于提高脉石熔点，这也就提高了矿石的软熔性。表17为块矿的冶金性能。

表17  块矿的冶金性能

（注：北科大测定）。

　　四是滴熔性是指铁矿石在高炉开始还原熔化的温度。为使高炉生产顺行，要求铁矿石滴熔温度高，区间窄，这可使高炉内煤气压差低一些。表18为武钢测定的几种铁矿石性能。

表18  几种铁矿石性质

九、高炉炼铁对喷吹煤粉的质量要求

（1）含灰分低（一般应低于焦炭的灰分），含固定碳高，发热值高。

（2）煤的可磨性好，希望粒度小于0.074mm要在80%以上。这样既可保证煤粉在风口前得到充分燃烧，又便于输送。

（3）燃烧性和反应性好。

（4）含硫低。

（5）爆炸性弱。对于烟煤，由于含挥发成分高，在制粉和输送时应采取氮气保护措施（控制含氧量）、控制煤粉温度、防止静电火花产生等。

（6）煤的胶质层厚度低，这样可减少风口结焦和堵喷枪。表19为部分喷吹用煤的性能。

表19  部分喷吹用煤的性能

十、今后应重点推广的关键技术

　　高铁低硅高还原度烧结技术
　　厚料层烧结、小球烧结、低温烧结和燃料分加技术。以精矿技术料层厚为500-600mm，以矿粉为主时料层厚为600-700mm。
　　含铁原料混匀技术。
　　新型烧结偏析布料技术。
　　配加廉价褐铁矿烧结矿技术，配比在40%以上。
　　热风烧结技术。
　　球团精矿再润磨技术。
　　膨润改性技术（钠化）。
　　烧结和球团生产过程自动控制技术等。