关于高炉含铁原料优化的若干技术问题.ppt
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1、2019/3/30,1,关于高炉含铁原料优化 的若干技术问题,高炉精料水平 高炉设备水平 高炉操作水平,高炉炼铁技术发展的三大基础,精料是高炉炼铁工艺发展的基础。特别是对于装备和操作水平得以很大改善的现代高炉而言,烧结优化配矿以及高炉优化含铁炉料结构的重要性和主导性已逐渐显现。,首先,我国高炉的含铁炉料中高碱度烧结矿的比例为70以上,冶炼每吨生铁需要1.1-1.4吨的烧结矿,且其生产成本占生铁总成本的50%以上。因此,确保入炉烧结矿的技术经济指标满足高炉高效率冶炼的需求,是现代高炉炼铁精料的重要内容。,另外,除了高碱度烧结矿之外,高炉炉料中还有球团矿、块矿等含铁原料。包含这些含铁原料之间的搭配
2、模式和配比的高炉含铁炉料结构,对高炉的各项技术经济指标有着重要的影响。,再者,近来随着钢铁工业的迅猛发展,铁矿石资源的日益紧缺,在多渠道进矿、多种类用矿的现状下,烧结和高炉用矿的资源适应性、以及在此基础上的优化烧结配矿和高炉含铁炉料结构,已成为钢铁企业急需解决的重大战略性技术课题。,通常而言的高炉炉料结构是指炉料的搭配模式,这是一个狭义炉料结构概念,若仅仅以此为研究对象,并非就能获得合理的高炉炉料结构。,存 在 的 问 题,影响含铁炉料搭配模式实际效果的因素很复杂,加上以往对此的认识又过于简单,因此在评价方面存在很大的盲目性。 没有把含铁炉料的自身质量、综合价值与含铁炉料的搭配模式结合起来考量
3、,导致不能获得真正意义上的高炉合理或优化的含铁炉料结构。,2019/3/30,9,高炉合理含铁炉料结构的目标,使高炉冶炼处于最佳技术状态; 使高炉冶炼获得最低综合成本。,2019/3/30,10,广义的高炉含铁炉料结构概念,各种含铁原料的搭配模式 各种含铁原料的自身质量 各种含铁原料的综合价值,以确保高炉过程的各项技术经济指标为依据,综合考量如下三个方面,2019/3/30,11,高炉含铁炉料结构,高炉含铁炉料结构优化问题中的约束条件,化学成分,冶金性能,铁料成本,入炉品位 炉渣成分 (二元碱度、Al2O3含量、MgO含量等),爆裂性 低温还原粉化性、还原膨胀性 还原性 软化、熔滴性 交互反应
4、性等,烧结矿成本 球团矿成本 块矿成本,2019/3/30,13,含铁原料搭配模式的技术要求,含铁原料搭配模式要以高炉的精料方针为依据; 提高含铁原料入炉品位和改善综合炉料的冶金性能,是需要重点考虑的问题; 应有助于选择适宜的高炉渣系; 符合含铁原料的资源条件和加工能力。,国内外炼铁原料搭配模式的发展,国内的发展,国外的发展,天然块矿,北 美,日本/西欧,天然块矿,自熔性烧结矿,高碱度烧结矿,球团矿,高碱度 烧结矿,高碱度烧结矿配酸性球团矿或块矿,高碱度烧结矿配酸性球团矿、块矿,独联体,天然块矿,天然块矿,自熔性 烧结矿,酸性球团矿配 超高碱度烧结矿,自熔性烧结矿 配自熔性球团矿,2019/3
5、/30,15,国内外若干典型的炉料搭配模式,含铁炉料搭配模式的多样性问题,含铁炉料搭配模式受一个企业各种实际情况的综合制约。因此,在整体上形成了含铁炉料的搭配模式的多样性。 尽管高炉在一定范围内能接受不同的含铁炉料搭配模式,但是这并不意味具有随意性。对一个条件已定的企业而言,优化的含铁炉料搭配模式又具有确定性。,2019/3/30,17,根据我国的具体条件,总体而言,以高碱度烧结矿为主,搭配酸性球团矿或块矿是高炉含铁炉料结构的基本模式。 但是各种含铁原料的使用比例的确定应综合考虑如下技术原则:,烧结矿二元碱度:1.8-2.6; 熟料率:70%以上; 高炉尽量不另外加熔剂; 高比例块矿使用时,应
6、尽可能筛净粉末; 综合含铁炉料在化学成分及冶金性能上符合要求。,2019/3/30,18,多用球团矿或进口块矿有助于高炉入炉品位的提高,但要结合高碱度烧结矿的适宜碱度范围、高炉最小渣量、矿石资源条件、吨铁成本等综合考量。 应该指出:目前在价格上,进口块矿比进口球团矿便宜200-400元/吨。在满足高炉需求的情况下,适当多用进口块矿有助于冶炼成本的降低。因此,探讨高炉的进口块矿使用技术,是炼铁工作者应予以关注的重要课题。,2019/3/30,19,随着高炉入炉品位的提高,高炉渣量不断下降; 同时,随着进口铁矿石使用量的大幅度增加,特别是基于成本考虑的近程矿的大量使用,高炉渣中Al2O3含量接近或
7、超过了所谓“临界值”。 从各种含铁炉料带入Al2O3的控制来看,烧结矿可控(通过配矿调整);进口球团矿和块矿只能通过选择品种解决。,2019/3/30,20,烧结矿中存在少量的Al2O3,对SFCA的形成有利。 球团矿和块矿中的Al2O3基本没有任何正面作用,所以是越低越好。 对于大量使用进口粉矿、块矿、球团矿的企业而言,与Al2O3含量密切有关的近、远程矿的选择搭配问题,是一个值得研究的课题。,2019/3/30,21,各种含铁原料自身质量优化的原则,尽可能提高各种入炉矿石含铁品位; 酸性球团矿和块矿降低SiO2含量的必要性更大。需要高铁份、低SiO2含量烧结矿的配合; 含铁原料中的MgO需
8、要优化配置; 应深化对烧结过程自身精料的认识; 确保综合炉料有良好的冶金性能。,2019/3/30,22,2019/3/30,23,喷煤量 250Kg/t、富氧 2.5左右时 高炉内的未燃煤粉量可高达30,对策,危害,未燃煤粉 对高炉下部透气、透液性的不良影响,视为 “概念渣量” 炉渣未燃煤粉,其影响等效于 高炉炉渣,保持高炉大喷煤量前后的“ 概念渣量” 基本不变,降低高炉渣量是 实施大量喷煤的关键,2019/3/30,25,渣中SiO2是复合阴离子网络形成者,减少SiO2有利于改善高炉炉渣性能; 减少SiO2的降渣量效果可以达双倍。,降渣量的首要目标是减少SiO2,高炉渣中的SiO2能否减少
9、,高炉中SiO2的主要来源,燃 料,含铁原料,辅助原料,焦炭,煤粉,含SiO2 56,含SiO2 28,SiO2含量 国内块矿 15 国外块矿 4 烧结矿 410 球团矿 36,SiO2含量 石灰石 13 白云石 12 石灰 3 蛇纹石 37 钢渣 10,降低含铁原料带入的SiO2是主攻方向,占总来源的22,占总来源的76,占总来源的2,2019/3/30,29,降低高炉渣量,减少入炉原燃料带入的脉石量,降低燃料 灰分含量,取消熔剂 直接入炉,优化含铁 炉料结构,降低含铁原料SiO2含量,受资源 条件影响,基本 已做到,可实施性大 的新技术,2019/3/30,31,2019/3/30,32,
10、高铁份、低SiO2含量烧结矿 对高炉综合炉料性能改善的贡献,烧结矿二元碱度一定时,高铁份、低SiO2含量烧结矿带入高炉的CaO总量减少; 为满足高炉造渣要求而需要平衡的SiO2数量相应减少,酸性炉料的SiO2含量有了下降的空间,从而球团矿和块矿在炉内的高温冶金性能得以大为改善。,高炉中不同烧结矿的剩余CaO比较,当烧结矿比例为80时,此种情况下,CaO减量可达10kg/t, SiO2可有9kg/t的减少幅度,相当于酸性炉料的SiO2 约有3的下降余地。,2019/3/30,34,含铁原料中MgO的优化配置问题,在高炉炼铁工艺过程中,无论是烧结工序还是高炉工序,无论是物流还是成分,均涉及到MgO
11、 ,因此受到炼铁工作者的关注。 传统的炼铁学对MgO的作用给予了正面评价。但是,随着高炉炼铁技术的进步以及企业对经济效益的追求,关于高炉炼铁系统中MgO的合理控制问题摆在了我们面前。,2019/3/30,35,烧结过程中MgO的正面作用,减轻烧结矿粉化现象 烧结矿粉化的主要原因是由于2CaOSiO2(正硅酸钙)的相变作用所引起的。烧结矿中C2S存在时,在冷却过程中-C2S向-C2S变化将有10%的体积膨胀,从而使烧结矿粉化。当烧结矿中MgO含量增加到一定数量时,由于产生了钙镁橄榄石、镁橄榄石、镁蔷薇辉石等,烧结矿中的C2S绝对含量下降。另外,MgO固溶与-C2S中,有稳定-C2S的作用,C2S
12、的相变受到抑制。上述两方面的因素共同作用,能够减轻烧结矿的粉化。,2019/3/30,36,改善烧结矿低温还原粉化性能 根据矿物结晶学原理,Mg2+与Fe2+的离子半径接近(前者0.78A,后者0.83A)。晶格系数差不多(分别为2.10和2.12)。因此,Mg2+容易进入磁铁矿晶格中,占据空位和取代Fe2+的位置,使得磁铁矿氧化度提高,从而形成含镁磁铁矿。在此情况下,磁铁矿趋于稳定,不易在冷却过程中再氧化成再生的赤铁矿,从而可以减轻烧结矿的低温还原粉化。,2019/3/30,37,改善烧结矿高温软化性能 随着MgO的增加,烧结矿开始软化温度和软化终了温度均有所升高(MgO平均每增加1%,软化
13、温度升高约4-7)。这主要是由于熔点较高的含Mg矿物含量增加所致。另外,由于MgO存在,在还原过程中和FexO形成固溶体,使其熔点升高,并使渣相进入高温区时熔化温度提高。,2019/3/30,38,烧结过程中MgO的负面作用,烧结矿含铁品位降低及烧结产能下降 随着烧结矿中MgO含量的增加,降低了烧结矿的含铁品位。同时,由于MgO是高熔点物质(2642),其化合物的熔化温度也很高,为了维持必要的粘结相,烧结固体燃料消耗将会升高,烧结的有效产量减少,烧结矿成本升高。,2019/3/30,39,降低烧结矿的常温强度 在高碱度范围内,随着MgO含量的增加,烧结矿的常温强度有下降的趋势,而且细粒度的烧结
14、矿有增加的趋势。 分析其机理可知主要有两个方面的原因。 其一,因为MgO及其在烧结矿中的化合物均具有相对难熔性,造成粘结相的数量减少、粘度上升、表面张力下降,导致被粘结相包裹的粒子减少,烧结矿强度因此而下降。,2019/3/30,40,其二,MgO的反应能力比CaO弱,含镁矿物不易扩散,易出现游离的MgO或镁铁黄长石集中的现象,致使烧结矿的矿物组成和结构不均匀,从而影响到烧结矿的固结强度。,2019/3/30,41,烧结矿还原性降低 随着MgO的增加,还原性好的赤铁矿和铁酸钙减少,而还原性差的磁铁矿增加所致。同时,MgO固溶于磁铁矿中形成含镁磁铁矿,以及磁铁矿与铁酸钙的熔融交织结构,均使这两种
15、矿物更趋稳定,这也是烧结矿还原性变差的一个原因。,2019/3/30,42,二十世纪五十年代,盛行生产自熔性烧结矿,并开始把白云石加到烧结料中,生产含MgO的烧结矿。六十年代,开始生产高碱度烧结矿。七十年代,含MgO的烧结矿在我国逐渐发展起来。八十年代,含MgO烧结矿的生产已经相当普遍。,2019/3/30,43,但是,对于烧结技术高度发展的今天,高碱度烧结矿、低SiO2烧结矿、低温烧结工艺等,已改变过去那种含MgO的烧结矿的优势。例如:高碱度烧结矿中存在大量铁酸钙,已具有抑制-C2S相变的能力,MgO抑制-C2S相变的作用则相对减弱;又如:高铁份、低SiO2烧结矿已具备优良的高温软熔性能,M
16、gO改善烧结矿高温软化性能的作用已不再明显。,2019/3/30,44,另外,含MgO的烧结矿的劣势,在当今烧结工艺和技术下影响有增大趋势。例如:随着烧结矿SiO2含量的降低,粘结相数量大大减少,MgO对烧结矿常温强度的负面影响增大;又如:低SiO2烧结矿的主要粘结相为铁酸钙,MgO的存在降低了铁酸钙的含量,因而不仅影响烧结矿的固结强度,还直接影响烧结矿的还原性。,2019/3/30,45,综上所述,随着烧结工艺及技术的进步,生产条件已发生很大变化,在MgO对烧结矿产、质量以及成本的影响方面,已表现出弊大于利的倾向。,2019/3/30,46,高炉为了保证炉渣良好的流动性和脱硫能力,需要渣中含
17、有一定量的MgO。但是高炉渣中适宜的MgO含量是值得深入探讨的研究课题。 高炉需要的部分MgO,可以加到球团矿中。这一措施同时还具有改善球团矿冶金性能的作用,从而确保综合炉料有良好的冶金性能。 高炉直接加部分镁质熔剂,也是可以探讨的技术问题。,2019/3/30,47,深化对烧结过程自身精料的认识问题,为了进一步改善烧结矿的技术经济指标,以优化高炉的含铁炉料结构,需要进一步深化对烧结过程自身精料的研究工作。 长期以来,烧结过程对其含铁原料铁矿粉的认识,一般仅停留在化学成份、粒度分布、矿物组成等常温特性方面。,2019/3/30,48,无论是铁矿石供应商还是烧结用户,均以上述常温性能作为烧结用铁
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- 关于 高炉 原料 优化 若干 技术 问题
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