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国内低燃料比高炉炼铁技术生产实践

来源:未知 佚名 2019-07-06 浏览
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  近两年来,有关低品位矿高炉炼铁新技术的争议及其实践,一直是国内炼铁界的热点话题,已经影响到中国烧结和高炉炼铁的正常生产。有必要通过理论辨析,以及生产主要指标的对比和经济分析,回归理性认识。

  坚持“精料”还是改用“经料”

  炉料质量是高炉炼铁的基础,这是国内外炼铁工作者公认的客观真理。即使当前钢铁行业处于困难时期,企业在千方百计降低成本,炉料质量仍然是高炉炼铁的基础。品位是含铁炉料质量的核心,以往的经验数据是1%的品位影响1.5%~2%的焦比和2.5%~3%的产量。这就是说,炉料的品位与焦比和产量的关系不是1比1的关系,焦比和产量的数值影响要高于品位的变化,降低品位占不了便宜,反而会吃亏,不利于降低成本。

  含铁炉料的品位不能平分,低品位矿和高品位矿其价值是不一样的。铁矿石的冶金价值不能按含铁品位等分,品位不同,其冶金价值呈现阶梯形,含铁品位在50%以下的酸性矿基本上没有冶金价值,含铁品位在45%以下的酸性矿冶金价值是负值,品位在40%以下的酸性矿负值就更大。当然,不能说含铁品位低于45%的矿料没有价值。例如钢渣和炼钢尘泥等,它们的品位不足20%,这些循环资源还是有价值的,因为它们不是酸性矿,含有较高的CaO和MgO,它们与低品位的酸性矿有质的区别。

  含铁炉料的质量,不仅要论品位,还要同时论脉石和有害元素的含量。酸性脉石SiO2和Al2O3是高炉渣量的源头,入炉矿的SiO2每提高1%,渣铁比将会增加50kg/t,100kg/t渣量将会影响焦比和产量各3%~3.5%。正因为如此,在评价铁矿石的冶金价值时,要加上碱性脉石(CaO+MgO)含量,减去酸性脉石(SiO2+Al2O3)含量,即要用铁矿石品位综合评价法的公式进行计算:TFe(综)=TFe×〔100+2R4(SiO2+Al2O3)-2(CaO+MgO)〕-1×100%。式中:R4为炉渣四元碱度,SiO2、Al2O3、CaO、MgO为铁矿石的化学成分。

  举一实例计算如下,某企业购进一种铁矿粉(印尼粗粉),其化学成分列于表2,高炉的四元碱度为1.10,将其化学成分代入计算式得出这种矿粉的实际综合品位。TFe(综)=48/0.93×〔100+2R4(SiO2+Al2O3)/0.93-2(CaO+MgO)/0.93〕-1×100%=51.61×〔100+29.428-2.172〕-1×100%=51.61/127.256×100%=40.56%。

  当时含铁品位为62.5%的大宗粉矿市场价为950元/吨,印尼粗粉价为590元/吨。

  通过计算得出,印尼粗粉的实际品位刚达到40%,其冶金价值为314元/吨,企业以590元/吨的价格购进实际上吃了大亏。这一计算说明,采购铁矿石降成本,不能仅凭单一品位和价格,应通过综合品位计算分析其冶金价值,从而实现真正的低成本炼铁。

  当前,走低品质矿炼铁之路,还是走坚持“精料”方针高效炼铁之路,是摆在各企业炼铁工作者面前两种不同的理念。

  关于低成本炼铁的不同思路、不同理念的争论和做法,已经集中到高炉选择什么样的炉料结构和“吃”什么样的料上,具体表现为:

  在炉料结构选择上是提高烧结矿入炉比例、降低烧结矿碱度,还是坚持以高碱度(R=1.9~2.3)烧结矿为主,提高酸性炉料(球团矿和块矿)的比例。这个问题的本质在于还要不要坚持合理炉料结构的原则,即发挥高碱度烧结矿优良冶金性能的优势和发挥酸性炉料高品位、低渣量的优势。以低成本、低燃料比为中心,只要有利于发挥合理炉料结构以上两种优势的,都是值得选择和肯定的;凡是违背合理炉料结构以上两种优势的,都是不宜选择和须要优化的。

  高炉是吃“精料”还是吃“经料”?关于这个问题,当前争论的本质不在吃“精料”还是“经料”,而在于如何正确贯彻新的高炉操作十字方针即“低耗、环保、优质、长寿、高效”。无论“精料”还是“经料”,只要有利于降低成本,节能环保和高效的配矿、用矿方案,都是可以的。但实际上高炉单纯“吃”“经料”是难以达到要求的。

  低品质矿、高MgO、高Al2O3烧结、大渣量、高燃料比的理念和做法是不科学、不合理的。由近3年中国大中高炉的生产实践可以看出:劣质矿和低品位矿往往难以保证高品质经济性生产。在目前条件下,钢铁企业须要在保证高效的同时实现低成本,做到“三优化一不降低”,即优化采购、优化配矿、优化用矿,降低采购成本,不降低入炉料的质量,只有这样才能实现高效益。

  烧结炼铁应低MgO还是高MgO

  众所周知,烧结生产追求的是低碳、高料层、高强度、低FeO、高还原性的“三高两低”目标。MgO在烧结过程中的行为,依据已有的研究和生产实践表明,其易与Fe3O4结合生成镁磁铁矿(MgO·Fe3O4)从而阻碍Fe3O4氧化为Fe2O3,降低铁酸钙(CaO·Fe2O3)相的生成量,影响成品烧结矿的强度和还原性。众多研究和生产实践证明,MgO含量增加1%,成品矿的强度将下降3%,900℃还原性将降低5%。

  国内外研究发现,增加MgO含量会给烧结矿质量带来不利影响,但有些企业认为MgO有利于改善烧结矿的RDI指数。其实这不是MgO对烧结矿质量起的作用,而是提高MgO含量降低了烧结矿的还原性,貌似改善了RDI指数,因此不能由此得出高MgO有利于改善烧结矿RDI指数的结论。

  一些炼铁厂希望高炉炉渣要有比较高的MgO含量(MgO≥8%),原因在于高炉炉渣具有良好的流动性和热稳定性,是高炉顺行稳定的重要因素,一定量的MgO含量有利于炉渣流动性和热稳定性,因此总希望烧结矿的MgO含量高一些。但生产实践证明,降低MgO含量,可以减少渣量,降低燃料比,从而降低生产成本。烧结矿增加1%MgO,吨铁生产成本会提高82元/吨以上,因此降低烧结、炼铁MgO含量,是低成本、低燃料比炼铁的一大潜力。韩国浦项集团就把烧结矿的MgO降低到0.78%,炉渣的MgO也达到了3.23%的水平。

  为什么有炼铁工作者不愿接受低MgO烧结、炼铁的做法?已有的研究证明,当炉渣R2在1.0~1.2、CaO含量在35%~45%、SiO2含量在40%~50%、MgO含量在4%~12%范围内,高Al2O3为15%时,炉渣成分处于较稳定的黄长石区域,炉渣成分波动对熔化温度的影响幅度很小,黏度值很低(≤0.8pas);当温度处于1400℃~1500℃时,炉渣的熔化温度和黏度值低且处于稳定阶段。然而,保持高炉炉渣的流动性和稳定性,当高Al2O3=15%、二元碱度在1.0~1.25的范围内,并不需要8%以上的MgO含量,4%~6%的MgO含量的炉渣结构同样处于低熔化温度和低黏度的镁黄长石温度区。这就从炉渣理论上告诉我们,在正常条件下,没有必要提高烧结矿和炉渣的MgO含量。当炉渣高Al2O3≤15%时,提高炉渣的MgO含量对改善炉渣的性能几乎没有积极作用。

  烧结和炉渣的Al2O3含量如何掌控

  烧结原料不能没有Al2O3,因为一定的铝硅比是形成铁酸钙的必要条件(Al2O3/SiO2=0.1~0.4)。烧结原料适宜的Al2O3含量为1.2%~1.8%,2%是烧结矿Al2O3含量高限。当高Al2O3>2%后,它会在玻璃相中析出,降低渣相的破裂韧性,影响烧结矿的冷强度和RDI指数。

  Al2O3含量不仅影响烧结矿质量,对高炉炉渣的黏度和脱硫能力也有直接影响,因此炼铁工作者不希望矿中含有较高的高Al2O3。但是随着铁矿资源的开发,优质赤铁矿日益减少,含结晶水的褐铁矿和高Al2O3矿比例越来越大。因此,烧结和炼铁生产多配褐铁矿和高铝矿是必然的趋势。虽然Al2O3和MgO都是高熔点物质,高含量必然形成大渣量、高燃料比,但Al2O3不能与MgO相提并论,因为烧结和炉渣适当提高一些Al2O3含量是符合铁矿资源开发的变化趋势的,关键在于分析和讨论清楚并掌握一个合理值。

  国内某钢铁企业研究院最新研究发现,当MgO=7%,R2=1.18,Al2O3=13.59%~17.19%,炉渣温度≥1400℃后,不论是熔化温度还是黏度均处于比较稳定的等黏度(黏度≤1.0pas)的区域,这说明把Al2O3的值提高到17%是具有可行性的。

  在生产实践中,福建三安钢铁公司和武钢的高炉都曾经历高Al2O3冶炼的历史,2004年~2005年三安钢铁炉渣Al2O3高达16.67%~18.09%(当时其烧结矿的Al2O3为2.24%~2.5%),武钢的6座大高炉炉渣Al2O3也曾高达17.01%~17.58%,其中6号高炉2004年全年平均值更是达到17.58%,然而高炉生产均保持了顺行稳定。可见,从理论和生产实践角度来看,烧结矿的Al2O3含量≤2.5%,炉渣中Al2O3含量≤17%是可行的

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