進口鐵塊礦的冶金性能與質量分析

世界各國爐料結構存在很大的差異，西歐和北美高爐爐料結構以球團礦為主，且燒結礦比例在減少，球團礦比例不斷增加；日本以燒結礦為主，球團礦比例校低，但塊礦的比例不斷上升；我國亦以燒結礦為主，塊礦比例也在增加。高爐多配快礦時要重視塊礦的品味、SiO2含量和小于6.3mm粒級的比例。我國塊礦基本上依賴進口，本文論述了進口鐵塊礦用于高爐煉鐵的價值，分析了主要進口鐵塊礦的化學成分、物理性能及冶金的性能。1國內外高爐爐料結構的狀況我國高爐煉鐵自上世紀八十年代初期，逐步形成高堿度燒結礦搭配酸性爐料(酸性球團和塊礦)的爐料結構形式，這種形式的爐料結構發揮了高堿度燒結礦優良冶金性能的優勢和酸性爐料高品位、低渣量的優勢，取得了良好的冶煉效果。因此，采用進口鐵塊礦與高堿度燒結礦搭配組成的爐料結構，塊礦的品位要高、SiO2含量要低。酸性爐料只有堅持高品位、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九十年代初，在高爐爐料結構中，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，由于塊礦的價格低于球團礦，不少企業為降低生鐵成本，采用少配球團礦，多配塊礦的方式，它已成為目前我國高爐爐料結構的一種趨勢。日本高爐的爐料結構中，球團礦的比例較低，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%。日本煉鐵界認為，高爐煉鐵增加塊礦的入爐比例，不僅能減少建球團礦廠的投資和占有面積，同時還能減少燒結、球團生產過程產生的環境污染和各種能源消耗。西歐和北美工業發達國家受環境保護因素的影響，在近二十幾年里，高爐的爐料結構發生了很大的變化，燒結礦的比例在減少，球團礦的比例在不斷增加，特別是北歐瑞典和芬蘭的鋼鐵企業，100%的采用球團礦冶煉。北美國家(美國、加拿大、墨西哥)都是以球團礦為主的國家，筆者2013年考察美國米塔爾和美鋼聯兩大鋼鐵公司高爐時，它們的爐料結構是80%球團礦+20%高堿度燒結礦。2014年平均爐料組成為92%球團礦+7%燒結礦+1%塊礦。值得煉鐵工作者關注的是，目前我國高爐的爐料結構，由于燒結粉的價格便宜，不少企業多用燒結礦和塊礦，減少球團礦的比例。筆者認為，爐料結構關系到高爐燃料比和生鐵成本，高爐多配燒結礦易使其堿度低于1.85而影響它的質量，多配塊礦要強調塊礦的品位、SiO2含量和小于6.3mm的粒級比例，配用塊礦應追求高品位、低SiO2含量。2進口鐵塊礦冶金性能和質量分析入爐塊礦的質量包括它的化學成分、物理性能和冶金性能三個方面。在這三個方面中，化學成分是基礎，物理性能是保證，冶金性能是關鍵。本文根據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、越南貴沙塊等進口鐵塊礦的相關數據，研究了進口鐵塊礦的質量。2.1進口鐵塊礦化學成分的分析分析塊礦的化學成分首先要看它們各自的含鐵品位和SiO2含量，從進口鐵塊礦的化學成分可見，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，企業采購時需要重視。Al2O3含量也是塊礦的一個重要元素，在進口鐵塊礦中，除了塞拉里昂、印度果阿和澳洲羅布河等塊礦外，絕大多數進口鐵塊礦Al2O3含量都比較低，配用Al2O3含量超過2%的塊礦時，應關注其對高爐渣MgO/Al2O3的影響。對于直接入爐的塊礦，S、P、K2O、Pb和Zn等有害元素的含量也是需要關注的，在進口鐵塊礦中，S、P含量除了伊朗堿性塊礦超標外，其余進口鐵塊礦的S、P含量均比較低。K2O、Pb和Zn等有害元素，根據以往對國外礦的認識，印度礦的成分比較復雜，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，企業采購這些礦時應引起注意。企業采購低品位、高SiO2和Al2O3含量的低品質礦時，要通過計算其綜合品位性價比進行確認，綜合品位的計算公式如式(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成分，LOI為燒損值，綜合品位性價比=表觀品位價/綜合品位價。2.2進口鐵塊礦物理性能的分析塊礦的物理性能主要包括強度指標、熱爆裂和粒度組成指標。進口鐵塊礦的物理性能數據少，且缺少檢測數據，僅根據部分進口鐵塊礦的物理性能進行一些分析。從已有的數據中可知，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度指標較差，它們的轉鼓指數低至不足80%，特別是抗磨指數過高，像CVRD和印度果阿塊礦的抗磨指數為20.3%和16%，這將嚴重影響高爐上部的透氣性及其使用價值。由熱爆裂指數數據可見，多數塊礦均比較低，但巴西和部分哈塊礦比較高，DI-3.15指數達到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，應對其熱爆裂指數進行測定，要控制DL-3.15＞5%的塊礦配用比例，以保持高爐的爐況穩定順行。粒度和粒度組成是塊礦的一項重要質量指標，數據顯示，多數塊礦<6.3mm的百分數均超過10%，有幾種塊礦甚至超過20%，作者根據多個企業反映，目前購進的塊礦粉末太多，因此對鐵礦石市場的價格應進行綜合評估，企業應根據鐵礦石的實際價值進行采購和配用，控制好企業的成本。2.3進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、還原性的優劣，還會影響軟熔帶的位置和高爐下部透氣性，從而影響高爐穩定和順行。鐵礦石的還原性取決于礦物組成和氣孔度。磁鐵礦由于含FeO高、結構致密，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指數均大于70%，一般都在80%-90%，但印度果阿塊礦的RDI指數很低，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，需要對其作進一步研究確認。鐵礦石的荷重軟化性能取決于其礦物組成和氣孔結構強度，往往開始軟化溫度(TBS)取決于其氣孔結構強度，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℃，軟化區間小于等于150℃，一般酸性爐料(酸性球團礦和塊礦)的軟化性能比較差，TBS大于900℃就是比較好的。進口鐵塊礦的數據顯示，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%)，還原強度低，導致TBS僅為744℃。企業采購塊礦應關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性能，熔融滴落帶的透氣性阻力占據整個高爐阻力損失的60%以上，高爐冶煉配加塊礦比例高的高爐應特別關注其熔滴性能的優劣。進口鐵塊礦數據顯示，不同塊礦的熔滴性能總特性值差別很大，塊礦熔滴性能優良的S值小于160kPa℃，不良的達到大于500kPa℃。試驗研究和生產實踐證明，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，凡是SiO2、Al2O3和TiO2含量高的，還原性差的，其熔滴性能都會比較差，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。進口鐵塊礦數據顯示，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500kPa℃以上，企業采購時需要關注這一因素對高爐冶煉的影響，必要時應通過對其熔滴性能的檢測再確認。3結論由進口鐵塊礦的化學成分、物理性能和冶金性能試驗數據的討論與分析，可以得出如下結論性建議。1)塊礦的質量由化學成分、物理性能和冶金性能組成，它們之間的關系是，化學成分是基礎，物理性能是保證，冶金性能是關鍵。2)塊礦的化學成分應選擇高品位、低S