高爐精料(the best quality of row materials for blast furnace)是指原料入爐之前經加工準備和處理而成為在物理、化學和冶金性能上儘可能滿足高爐強化冶煉要求的爐料。
基本介紹
- 中文名：高爐精料
- 外文名：the best quality of row materials for blast furnace
- 定義：滿足高爐強化冶煉要求的爐料
- 使用價值：獲得優良的技術經濟效果
- 學科：冶金工程
- 分類：天然富礦、燒結礦和球團礦
使用價值,工藝要求,品位高,
使用價值
高爐煉鐵使用精料，可以獲得優良的技術經濟效果。事實證明在原料準備方面所付出的一切代價，都可以從高爐煉鐵的經濟效益中得到補償。精料的重點在鐵礦石及鐵礦粉造塊方面，但也不能忽視高爐燃料，特別是近幾年來．高爐噴煤水平日益提高，高爐內焦炭負荷不斷加重，對於冶金焦品質的要求應當更加嚴格。當然，熔劑的品質也是不容忽視的。
工藝要求
高爐精料有天然富礦、燒結礦和球團礦3類。有些國家要求：整粒控制粒度上限，篩除粉末和具有好的冶金性能，冶煉產生的渣量少於300kg/t。中國雖在不同的歷史時期提出過不同的重點內容，但可歸納為四個方面：高、熟、淨、勻。即含鐵原料品位高，採用熟料(人造富礦)，爐料淨以及入爐原燃料粒度和成分勻。
品位高
含鐵原料的品位每提高1%，焦比可以降低約2%，高爐的生產率增加約3%。雖然對於不同的冶煉條件，並不是嚴格的1%、2%和3%的關係，但是它反映了總的趨勢。含鐵原料的品位與它的冶金價值之間的關係，絕非簡單的直線關係，含鐵品位愈高，它的冶金價值會更高。前蘇聯著名的冶金學家巴甫洛夫(М.А.Павлов)提出的評價鐵礦石冶金價值數學式為：
p1=(F/f)(P-Cp2-Cp3-g)
式中p1為原料的價值;F為原料的含鐵品位;f為生鐵中含鐵;p為生鐵的車間成本;C為焦比;c為單位生鐵消耗的熔劑;p2為焦炭的價格;p3為熔劑的價格;g為每噸生鐵的車間生產費用。用此式對三種不同品位的鐵礦石進行冶金價值評估的結果列入表1。可以看出，當鐵礦石的品位由65.18%降至55.25%，即其鐵含量約下降10%，其冶煉價值便下降了43%;如果品位再降低10%，就毫無冶煉價值了。
此外，焦炭愈貴，工人的工資愈高，提高鐵礦石含鐵品位的經濟效益愈大。在高爐生產實際中，入爐含鐵原料的種類不同，其鹼度各異，故為了比較其含鐵品位，必須扣除鹼性氧化物CaO，MgO的影響。高爐工作者更習慣以噸鐵的渣量來衡量鐵礦石的品位，當前先進高爐的噸鐵渣量在200～300kg之間，中國的高爐渣量大多數在400～500kg，足見中國入爐鐵礦石的品位與世界先進水平之差距。對於提高入爐鐵礦石的含鐵品位，已有了新的認識。過去認為噸鐵渣量不宜太低，否則帶進爐缸的熱量不足，當爐溫波動時，爐渣成分和性質變化幅度太大，高爐不易操作，而且渣量過小生鐵含硫要求無法保證。在近30年的實踐中，噸鐵渣量不斷下降，高爐的技術經濟指標不斷上升，北歐瑞典和芬蘭的高爐渣量長期保持在150～170kg/t，高爐操作正常，生鐵質量很好。關鍵在於使入爐鐵礦的化學成分和物理性質保持穩定，提高對於高爐過程的監測和控制水平。
採用熟料
通常將人造富礦(燒結礦或球團礦)稱為熟料。它比稱為生料的天然富礦的冶煉性能優越，其含鐵品位、脈石數量、鹼度和有害雜質硫等都可以人為控制。特別是70年代日本等國解剖了幾座生產中的大型高爐，對於高爐煉鐵過程中爐料在高爐內性狀的變化有了進一步的認識，如發現了不同形狀的軟熔帶，從而對於爐料提出了更高、更具體的要求，例如不僅要求入爐含鐵原料具有良好的還原性和強度，而且要有較為理想的軟熔、滴落性能。只有人造富礦，才能滿足高爐工藝的這些要求，所以從60年代以來一直把“熟料率”作為評價鋼鐵企業的一項指標。高爐工作者對於“熟料率”的認識也有一個過程、六、七十年代在一些國家或地區，人們認為“熟料率”愈高愈好，如果能夠實現100%的熟料率，則爐料結構將大為簡單化，甚至可以簡單化為只用礦、焦兩種。但是生產實踐表明，高爐的冶煉效果並非熟料率愈高愈好，因為過分高的熟料率限制了燒結礦的鹼度，而高鹼度燒結礦具有更好的冶金性質，於是在80年代開展了合理爐料結構的討論。縱觀當前世界上指標先進的高爐，雖然不是熟料率為100%的最好，但是燒結礦或球團礦在爐料中的比例均在70%以上。(見爐料結構)
爐料淨
具有兩種含意，其一是指入爐原料必須經過篩分整粒，去除粉料。通常將篩設在礦槽下面，使入爐原料含粉(<5mm)率達到3%，以保證高爐料柱透氣性。這項技術措施對於高爐爐況順行十分重要。如果粉料不篩除，它會充填塊狀爐料之間的空隙，降低料柱的空隙度，嚴重影響其透氣性，從而影響煤氣流的合理分布，甚至造成懸料(見懸料與坐料)、崩料以至高爐結瘤等。此外爐料含粉率高，還會使爐塵吹出量增加，從而增加了爐料消耗。其二是爐料所含有害雜質鉛、鋅、砷等，特別是硫應儘可能少。高爐過程雖然能夠脫硫，但必以提高爐渣鹼度為代價。燒結礦和球團礦的生產過程也是一個高效率的脫硫過程，所以使用熟料多的高爐，硫主要來自燃料。高爐對磷無能為力，必須嚴格控制原料含磷，才能使生產出的生鐵含磷達到指定的要求。
粒度和化學成分要勻
首先是入爐原料的粒度必須均勻。根據幾何學計算，用直徑相同的球體堆成的散料層，其空隙度只取決於球體排列方式，與球體的直徑無關，最大值可達47.2%，最小值為26.3%。高爐內的料柱為散料構成，雖然爐料不是球體，但依上述原理，如果粒度均勻一致，將能獲得較大的空隙度，從而可以改善料柱的透氣性。因此，對於入爐原料採取分級入爐。一般分為兩級，分批裝入高爐。為保證入爐料粒度均勻，除篩除<5mm的粉末外，還限制燒結礦的粒度上限一般為40mm，球團礦的粒度在9～13mm範圍內，最大不超過16mm。勻的另一個含意是指爐料的化學成分應當穩定不能波動太大，否則將影響高爐的熱制度和造渣制度。例如要求燒結礦含鐵波動幅度小於±0.5%，鹼度波動小於0.03。入爐料的化學成分波動大，勢必迫使高爐作業留有較大的熱儲備，從而導致焦比上升，產量下降。
對燃料的要求
焦炭是高爐煉鐵的主要燃料，它在高爐內的作用有：(1)燃燒發熱，為高爐冶煉提供足夠的溫度，使鐵、渣熔化，各種化學反應得以進行;(2)提供還原劑碳和CO，與氧化鐵反應，將鐵還原出來;(3)維持高爐內料柱的透氣性，特別在高爐下部，使煤氣流能夠順利通過，並分布合理。要求焦炭灰分低，含硫低，反應性低和有足夠的強度。
灰分低
按焦炭的工業分析，灰分和固定碳約占焦炭成分的98%，灰分中以酸性造渣物SiO2、Al2O3為主，灰分愈高，焦炭的有用組分固定碳愈低，渣量愈大，從而使焦比上升，高爐的產量下降。焦炭含灰分的量取決於煉焦配煤中的灰分，配煤中含灰分每升高1%，可使焦炭灰分提高約1.3%。中國的煉焦配煤灰分較高，所以一般冶金焦的灰分均不低於11.5%，北美洲的焦炭含灰分最低，常在6%左右。
含硫低
生鐵中的硫大部分來自焦炭，焦炭含硫大體與煉焦用煤含硫相等，所以為降低焦炭含硫，必須降低煉焦煤含硫。中國的焦炭(除南方的焦炭外)大部分含硫不高，在0.6%左右。
足夠的強度
焦炭的強度是保證高爐料柱透氣性的重要因素。焦炭的強度取決於配煤，也與煉焦工藝有關。通常以轉鼓試驗測定焦炭強度。用於現代大型高爐的焦炭，其轉鼓指標M40應在80%以上，M10在7%以下。近年來，由於煉焦煤資源日趨減少，焦炭價格上漲、以及環境保護等原因，高爐富氧噴煤發展迅速，從而使焦比大幅度降低，爐料中焦炭負荷成倍提高。為了保持高爐內料柱的透氣性，對於焦炭強度的要求更高。
反應性低
指在高溫下焦炭與CO2的反應能力。反應性強的焦炭在高爐內容易被煤氣中的CO2侵蝕，使其強度降低，影響高爐下部料柱的透氣性，同時使直接還原度增加，導致焦比升高。焦炭的反應性與配煤的品種有關，也受煉焦工藝的影響。
對熔劑的要求
石灰石和白雲石是高爐常用的熔劑。它們的作用在於提供爐料所需的鹼性物質CaO和MgO，與鐵礦中的酸性脈石SiO2、焦炭灰分中的SiO2和Al2O3造成一定鹼度的爐渣。因此要求它們含有儘可能多的CaO和MgO;含酸性物質SiO2和Al2O3愈低愈好，二者之和大於3%，便不宜作為高爐煉鐵的熔劑了。當高爐直接用石灰石或白雲石作為熔劑時，除對其化學成分有上述要求外，它們的粒度不宜太大，一般應小於40mm，否則它們在高爐內隨爐料下降，要到達中、下部高溫區才分解完畢，這時分解放出的CO2將與焦炭反應，增加了對焦炭的溶蝕，不僅降低焦炭強度，吸收大量高溫熱量還使焦比升高。
隨著燒結礦的發展，石灰石基本上不再直接裝入高爐，而是將其粉碎，配入燒結料之中，這時對熔劑的化學成分的要求與上述相同。近10年來在歐洲為改善酸性球團礦的冶金性質(高溫還原性)，把作為熔劑的MgO加到球團礦中。
