進(jìn)口鐵塊礦的冶金性能與質(zhì)量分析

進(jìn)口鐵塊礦的冶金性能與質(zhì)量分析

世界各國爐料結(jié)構(gòu)存在很大的差異，西歐和北美高爐爐料結(jié)構(gòu)以球團(tuán)礦為主，且燒結(jié)礦比例在減少，球團(tuán)礦比例不斷增加；日本以燒結(jié)礦為主，球團(tuán)礦比例校低，但塊礦的比例不斷上升；我國亦以燒結(jié)礦為主，塊礦比例也在增加。高爐多配快礦時(shí)要重視塊礦的品味、SiO2含量和小于6.3mm粒級(jí)的比例。我國塊礦基本上依賴進(jìn)口，本文論述了進(jìn)口鐵塊礦用于高爐煉鐵的價(jià)值，分析了主要進(jìn)口鐵塊礦的化學(xué)成分、物理性能及冶金的性能。1國內(nèi)外高爐爐料結(jié)構(gòu)的狀況我國高爐煉鐵自上世紀(jì)八十年代初期，逐步形成高堿度燒結(jié)礦搭配酸性爐料(酸性球團(tuán)和塊礦)的爐料結(jié)構(gòu)形式，這種形式的爐料結(jié)構(gòu)發(fā)揮了高堿度燒結(jié)礦優(yōu)良冶金性能的優(yōu)勢(shì)和酸性爐料高品位、低渣量的優(yōu)勢(shì)，取得了良好的冶煉效果。因此，采用進(jìn)口鐵塊礦與高堿度燒結(jié)礦搭配組成的爐料結(jié)構(gòu)，塊礦的品位要高、SiO2含量要低。酸性爐料只有堅(jiān)持高品位、低SiO2含量，才能取得低渣量、低燃料比的冶煉效果。我國高爐煉鐵自上世紀(jì)九十年代初，在高爐爐料結(jié)構(gòu)中，塊礦的比例逐年增加，例如首鋼高爐1990年配用塊礦的比例為0.8%，1995年為2.9%，2000年即增長到15.15%，寶鋼高爐自2000年起，塊礦的配用比例一直保持在15%-20%的水平，近幾年來，由于塊礦的價(jià)格低于球團(tuán)礦，不少企業(yè)為降低生鐵成本，采用少配球團(tuán)礦，多配塊礦的方式，它已成為目前我國高爐爐料結(jié)構(gòu)的一種趨勢(shì)。日本高爐的爐料結(jié)構(gòu)中，球團(tuán)礦的比例較低，塊礦的比例不斷上升，入爐塊礦的比例已由1979年的10.4%上升到2003年21.3%，川崎制鐵千葉廠5153m3的6#高爐，入爐礦比例已上升到42.7%。日本煉鐵界認(rèn)為，高爐煉鐵增加塊礦的入爐比例，不僅能減少建球團(tuán)礦廠的投資和占有面積，同時(shí)還能減少燒結(jié)、球團(tuán)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的環(huán)境污染和各種能源消耗。西歐和北美工業(yè)發(fā)達(dá)國家受環(huán)境保護(hù)因素的影響，在近二十幾年里，高爐的爐料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，燒結(jié)礦的比例在減少，球團(tuán)礦的比例在不斷增加，特別是北歐瑞典和芬蘭的鋼鐵企業(yè)，100%的采用球團(tuán)礦冶煉。北美國家(美國、加拿大、墨西哥)都是以球團(tuán)礦為主的國家，筆者2013年考察美國米塔爾和美鋼聯(lián)兩大鋼鐵公司高爐時(shí)，它們的爐料結(jié)構(gòu)是80%球團(tuán)礦+20%高堿度燒結(jié)礦。2014年平均爐料組成為92%球團(tuán)礦+7%燒結(jié)礦+1%塊礦。值得煉鐵工作者關(guān)注的是，目前我國高爐的爐料結(jié)構(gòu)，由于燒結(jié)粉的價(jià)格便宜，不少企業(yè)多用燒結(jié)礦和塊礦，減少球團(tuán)礦的比例。筆者認(rèn)為，爐料結(jié)構(gòu)關(guān)系到高爐燃料比和生鐵成本，高爐多配燒結(jié)礦易使其堿度低于1.85而影響它的質(zhì)量，多配塊礦要強(qiáng)調(diào)塊礦的品位、SiO2含量和小于6.3mm的粒級(jí)比例，配用塊礦應(yīng)追求高品位、低SiO2含量。2進(jìn)口鐵塊礦冶金性能和質(zhì)量分析入爐塊礦的質(zhì)量包括它的化學(xué)成分、物理性能和冶金性能三個(gè)方面。在這三個(gè)方面中，化學(xué)成分是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。本文根據(jù)CVRD、MBR、哈塊DSO、哈塊礦、BHPMAC、BHP紐曼、庫利安諾賓、西安吉拉斯、羅布河Mesaj、羅布河、PB塊、娃哈拉塊、南非伊斯科、Kumba塊、印度MMTC、印度果阿塊礦、蒙古ZS塊礦、智利塊礦、印尼BR塊礦、伊朗塊、墨西哥塊、塞拉利昂塊、越南貴沙塊等進(jìn)口鐵塊礦的相關(guān)數(shù)據(jù)，研究了進(jìn)口鐵塊礦的質(zhì)量。2.1進(jìn)口鐵塊礦化學(xué)成分的分析分析塊礦的化學(xué)成分首先要看它們各自的含鐵品位和SiO2含量，從進(jìn)口鐵塊礦的化學(xué)成分可見，品位和SiO2含量基本可分為三類，A類的含鐵品位在64%-68%，SiO2含量在1%-3%的范圍；B類的含鐵品位在60%-64%，SiO2含量在3%-4%；C類的含鐵品位低于60%，SiO2含量＞4%像羅布河、娃哈拉、伊朗、墨西哥和智利等的塊礦均屬于C類礦，高爐煉鐵盡可能少用或者不用。CaO和MgO屬于有價(jià)元素，塊礦的CaO和MgO含量均比較低，僅有蒙古、智利和伊朗低品位礦含有一定量的CaO和MgO，企業(yè)采購時(shí)需要重視。Al2O3含量也是塊礦的一個(gè)重要元素，在進(jìn)口鐵塊礦中，除了塞拉里昂、印度果阿和澳洲羅布河等塊礦外，絕大多數(shù)進(jìn)口鐵塊礦Al2O3含量都比較低，配用Al2O3含量超過2%的塊礦時(shí)，應(yīng)關(guān)注其對(duì)高爐渣MgO/Al2O3的影響。對(duì)于直接入爐的塊礦，S、P、K2O、Pb和Zn等有害元素的含量也是需要關(guān)注的，在進(jìn)口鐵塊礦中，S、P含量除了伊朗堿性塊礦超標(biāo)外，其余進(jìn)口鐵塊礦的S、P含量均比較低。K2O、Pb和Zn等有害元素，根據(jù)以往對(duì)國外礦的認(rèn)識(shí)，印度礦的成分比較復(fù)雜，在南亞國家的鐵礦中，有害元素含量比較高，南非鐵礦的堿金屬(K2O+Na2O)含量比較高，企業(yè)采購這些礦時(shí)應(yīng)引起注意。企業(yè)采購低品位、高SiO2和Al2O3含量的低品質(zhì)礦時(shí)，要通過計(jì)算其綜合品位性價(jià)比進(jìn)行確認(rèn)，綜合品位的計(jì)算公式如式(1)。TFe<綜合>=TFe/(1-LOI)×[100+2R2(SiO2+Al2O3)/(1-LOI)-2(CaO+MgO)/(1-LOI)+2(S+P)/(1-LOI)+5×(K2O+Na2O+Pb+Zn+Cu+As+CL)/(1-LOI)]-1X100%(1)式(1)中：R2為爐渣二元堿度，其余均為鐵礦粉的化學(xué)成分，LOI為燒損值，綜合品位性價(jià)比=表觀品位價(jià)/綜合品位價(jià)。2.2進(jìn)口鐵塊礦物理性能的分析塊礦的物理性能主要包括強(qiáng)度指標(biāo)、熱爆裂和粒度組成指標(biāo)。進(jìn)口鐵塊礦的物理性能數(shù)據(jù)少，且缺少檢測(cè)數(shù)據(jù)，僅根據(jù)部分進(jìn)口鐵塊礦的物理性能進(jìn)行一些分析。從已有的數(shù)據(jù)中可知，巴西CVRD塊礦、部分哈塊礦、澳洲的羅布河塊礦和印度的果阿塊礦的強(qiáng)度指標(biāo)較差，它們的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低至不足80%，特別是抗磨指數(shù)過高，像CVRD和印度果阿塊礦的抗磨指數(shù)為20.3%和16%，這將嚴(yán)重影響高爐上部的透氣性及其使用價(jià)值。由熱爆裂指數(shù)數(shù)據(jù)可見，多數(shù)塊礦均比較低，但巴西和部分哈塊礦比較高，DI-3.15指數(shù)達(dá)到4%-10%的程度，它將一定程度影響高爐上部塊狀帶的透氣性。高爐煉鐵大比例配用塊礦，應(yīng)對(duì)其熱爆裂指數(shù)進(jìn)行測(cè)定，要控制DL-3.15＞5%的塊礦配用比例，以保持高爐的爐況穩(wěn)定順行。粒度和粒度組成是塊礦的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)，數(shù)據(jù)顯示，多數(shù)塊礦<6.3mm的百分?jǐn)?shù)均超過10%，有幾種塊礦甚至超過20%，作者根據(jù)多個(gè)企業(yè)反映，目前購進(jìn)的塊礦粉末太多，因此對(duì)鐵礦石市場的價(jià)格應(yīng)進(jìn)行綜合評(píng)估，企業(yè)應(yīng)根據(jù)鐵礦石的實(shí)際價(jià)值進(jìn)行采購和配用，控制好企業(yè)的成本。2.3進(jìn)口鐵塊礦冶金性能的分析鐵礦石的冶金性能包括900℃還原性(RI)，500℃低溫還原粉化性能(RDI)，荷重軟化性能(TBS、△TB)和熔滴性能(TS、△T、△Pmax和S值)。900℃還原性是冶金性能中最基本的性能，它不僅影響高爐上部煤氣利用率、還原性的優(yōu)劣，還會(huì)影響軟熔帶的位置和高爐下部透氣性，從而影響高爐穩(wěn)定和順行。鐵礦石的還原性取決于礦物組成和氣孔度。磁鐵礦由于含F(xiàn)eO高、結(jié)構(gòu)致密，還原性較差，如伊朗和墨西哥、外蒙古和智利塊礦的還原性很差，印度塊礦的還原性也偏差；赤鐵礦(Fe2O3)本應(yīng)還原性良好，但一般赤鐵礦氣孔度低，故還原性也偏差，如巴西和南非塊礦的還原度都不高；褐鐵礦由于其礦物組成為Fe2O3，易還原，再加上褐鐵礦的組織疏松，孔隙度高，故常見褐鐵礦的還原度比較優(yōu)良，褐鐵礦的900℃還原性一般均大于80%。塊礦的低溫還原粉化性能(RDI)一般都比較好，RDI+3.15指數(shù)均大于70%，一般都在80%-90%，但印度果阿塊礦的RDI指數(shù)很低，不足30%，它的還原性也不良，什么原因造成果阿塊礦這一性能差，需要對(duì)其作進(jìn)一步研究確認(rèn)。鐵礦石的荷重軟化性能取決于其礦物組成和氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，往往開始軟化溫度(TBS)取決于其氣孔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，軟化終了溫度(TBE)取決于其礦物組成。高爐煉鐵要求爐料開始軟化溫度大于等于1000℃，軟化區(qū)間小于等于150℃，一般酸性爐料(酸性球團(tuán)礦和塊礦)的軟化性能比較差，TBS大于900℃就是比較好的。進(jìn)口鐵塊礦的數(shù)據(jù)顯示，蒙古堿性塊礦、南非塊礦和部分哈塊礦的TBS大于1000℃，多數(shù)塊礦的TBS均小于等于1000℃，越南貴沙塊礦因高水化(LOI=11.30%)，還原強(qiáng)度低，導(dǎo)致TBS僅為744℃。企業(yè)采購塊礦應(yīng)關(guān)注它的荷重軟化性能，以保持高爐中部有良好的透氣性。熔滴性能是鐵礦石冶金性能中最重要的一項(xiàng)性能，熔融滴落帶的透氣性阻力占據(jù)整個(gè)高爐阻力損失的60%以上，高爐冶煉配加塊礦比例高的高爐應(yīng)特別關(guān)注其熔滴性能的優(yōu)劣。進(jìn)口鐵塊礦數(shù)據(jù)顯示，不同塊礦的熔滴性能總特性值差別很大，塊礦熔滴性能優(yōu)良的S值小于160kPa℃，不良的達(dá)到大于500kPa℃。試驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證明，熔滴性能總特性值，與塊礦的品位和SiO2含量、與Al2O3、TiO2的含量和其還原性密切相關(guān)，凡是SiO2、Al2O3和TiO2含量高的，還原性差的，其熔滴性能都會(huì)比較差，高Fe品位、低SiO2、低Al2O3和TiO2含量、還原性好的塊礦，它們的熔滴性能都比較好。進(jìn)口鐵塊礦數(shù)據(jù)顯示，蒙古塊礦、伊朗塊礦、墨西哥塊礦、印度果阿塊礦和部分哈塊礦的熔滴性能比較差，它們的S值高達(dá)500kPa℃以上，企業(yè)采購時(shí)需要關(guān)注這一因素對(duì)高爐冶煉的影響，必要時(shí)應(yīng)通過對(duì)其熔滴性能的檢測(cè)再確認(rèn)。3結(jié)論由進(jìn)口鐵塊礦的化學(xué)成分、物理性能和冶金性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)的討論與分析，可以得出如下結(jié)論性建議。1)塊礦的質(zhì)量由化學(xué)成分、物理性能和冶金性能組成，它們之間的關(guān)系是，化學(xué)成分是基礎(chǔ)，物理性能是保證，冶金性能是關(guān)鍵。2)塊礦的化學(xué)成分應(yīng)選擇高品位、低S