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合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型
发布日期:2015-06-25    作者:永利皇宫登录网址     来源:原创    
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  为了适应原料市场的变化,降低生产成本,加强市场竞争力。通过对入炉烧结矿冶金性能的分析,并结合炉料成本,建立当前条件下经济炉料结构模型,为实际生产提供了理论依据。
 

合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型

张 晨

(永利皇宫登录网址  勉县 724200

  为了适应原料市场的变化,降低生产成本,加强市场竞争力。通过对入炉烧结矿冶金性能的分析,并结合炉料成本,建立当前条件下经济炉料结构模型,为实际生产提供了理论依据。

关键词:生产成本  竞争力  烧结矿  炉料结构 

Reasonable Basicity Of Sinter And

Economic Burden Structure Model

Zhang Chen

(Han zhong Iron & Steel co., Ltd. of Shaanxi Steel, Group of Mian 72420 )

AbstractIn order to adapt to changes in raw material market, Reduce production cost, Strengthen the market competitiveness. Through the analysis of sinter metallurgical properties, combined with the feedstock cost, Established economic burden structure model under current conditions, and provides a theoretical basis for the practical production.

Key wordproduction costcompetitivenesssinterburden structure

1 前言

炼铁以原料为基础,必须实行精料方针,这是炼铁工作者长期以来的实践总结。精料不仅是原料指标、冶金性能的要求,而且还包括含铁原料的合理搭配,即炉料结构优化。炉料结构是否经济合理,直接影响生产效益。经济炉料结构是在一定客观条件(原料供应、装备、技术水平与管理水平等)的限制下,选择的一种能获得最佳经济效益的炉料结构。要寻求经济的炉料结构,首先要找到理想的炉料。烧结矿作为主要入炉原料,必须具备高品位、高强度、化学成分稳定、冶金性能稳定、粒度大小及组成稳定、粉末少、有害杂质少的特征。针对原料特点及炉料结构的要求,通过实验选择最佳的烧结碱度,以保证获得应有的良好性能。同时控制球团矿的配加比例,虽然球团矿在粒度均匀、冷态强度、含铁量及松散密度方面都比烧结矿优越,但球团矿的高温还原粉化率要严重得多。这也是影响高炉大量使用球团矿的一个重要原因。此外,球团矿都加钠基膨润土,钠、钾对高炉都有负面影响。

2 烧结矿性能

高碱度烧结矿各项性能指标在各种烧结矿中都是最好的,这主要是因为它以强度和冶金性能都优良的矿物为主所组成。因此在合理的炉料结构中,首先选用高碱度烧结矿为理想炉料结构的主体。汉钢公司有2265㎡烧结机,采用带式鼓风烧结和负压环冷工艺,生产的高碱度烧结矿供给两座高炉使用。

2.1 化学成分

TFe,FeO,CaO,SiO2,MgO,Al2O3,MnO,TiO2,S,P等,要求有效成份高,脉石成份低,有害杂质(PS等)少。

2.2 稳定性

    我国优质烧结矿要求TFe54%,允许波动±0.4%FeO<10%,允许波动±0.5%;碱度RCaO/SiO2)≥1.6,允许波动±0.05S<0.04%SiO25.0%Al2O32.0%MgO1.6%

                            合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型  

对生产数据的统计分析可以看出汉钢公司炼铁厂实际入炉烧结矿品位变化较大,波动大于5%(图1);一周的矿样中烧结矿碱度波动大于0.1(图2),这对炉渣碱度控制影响很大。

2.3 优化粒度组成的关键

    筛除<5mm的粉末,一般小于5mm的粉矿<3%510mm粒度<30%,上限控制在50mm以内。控制好烧结矿入炉粒度能够大大改善料柱的透气性,为提高冶炼强度和增加喷煤量提供条件。

3 碱度对冶金性能的影响

3.1 碱度与烧结矿强度的关系

烧结矿强度是烧结矿质量的重要指标之一,是影响高炉上部顺行的限制性环节。且不同容积高炉对烧结矿强度的要求不同,高炉容积越大,对强度要求越高。碱度不同烧结矿的矿物组成不同,其强度和质量也不同。

合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型

3 转鼓强度随碱度变化关系

对汉钢烧结矿数据统计分析,剔除因设备故障等外部因素造成的偏差数据,在生产条件和其它化学成分基本相同的条件下,随着烧结矿碱度的提高其转鼓强度也显著提高。两者变化关系{1.82.3}内,强度随着碱度提高增大(图3)。主要因为高碱度烧结矿中配有较多的CaO,使得烧结过程透气性大大改善,氧化气氛增强,使得液相量相应增多,生成较多铁酸钙粘结相,冷却时铁酸钙迅速以针状,板状结晶。因此为保持烧结矿具有足够的强度,必须坚持高碱度烧结矿入炉。结合实际生产情况,最佳碱度范围应为1.952.2之间。

3.2 碱度与还原性关系

矿石还原性是模拟炉料从高炉上部进入高温区的条件,用还原气体从铁矿石中排除与铁结合氧的难易程度的一种度量,高还原性炉料是高炉冶炼的理想精料。

合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型

4900℃)还原性随碱度变化曲线

      碱度对烧结矿还原性的影响:烧结矿高温(900℃)还原性随碱度的升高而提高(图4,这是因为液相中易还原、强度高的铁酸钙随碱度的升高在增加的原因。碱度过大时过量CaO生成还原性较差的铁酸二钙,还原性有所下降。因此碱度在1.952.1之间有最大值。

3.3 碱度对烧结矿的低温还原粉化率的影响

入炉料的低温还原粉化率与生产烧结矿所用的矿粉种类有关。国内多年研究表明,一般情况下,碱度1.82.0的高强度烧结矿具有强度好、还原性能好、低温还原粉化率低的特点。①低温还原粉化率随烧结矿的碱度变化而变化,一般有一个高峰值,这个高峰值与矿石性质有关,可通过试验求得。低温还原粉化是由于赤铁矿在低温(300700℃)下还原成磁铁矿时,发生晶格变化,体积约增大2025%的应力释放所致。此外碱度升高时,还原性好的铁酸钙数量增加,还原反应迅速激烈,导致膨胀应力集中,加剧烧结矿的低温粉化率。②大多数高碱度(R1. 85)烧结矿的低温还原粉化率都较低。

3.4 碱度对烧结矿软熔性能的影响

炉料在下降过程中,随还原度和温度的增高,矿石层开始软化,在完全熔化和滴落之前,体积不断收缩,空隙率不断减小,逐渐变成透气阻力非常大的软熔层。气流通过软熔层的阻力与矿石的软熔特性(软化区间、软熔层宽度)和软熔带形状有很大关系。软熔带形状取决于操作,而软化区间和软熔层宽度取决于矿石本身特性。可以看出碱度越高烧结矿的软熔性能好,开始软化的温度高,软熔温度区间窄,软熔层薄,阻力损失小。(见表1

    合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型

  综合以上各种性能的分析,可以得出结论:在当前汉钢条件下,烧结矿碱度取1.95左右时,其各方面冶金性能优良,建议生产时应保证在该范围内,为高炉的稳定顺行提高良好的物质基础。

4 经济炉料结构模型

汉钢高炉冶炼遵循精料方针,高炉使用的碱性矿全部为自产烧结矿,酸性矿主要是自产球团和外购球。在当前市场形势下,使用高品位矿石冶炼,反而造成生铁成本升高,采购低品位矿石是一种降成本的有效手段。但入炉品位下降,造成冶炼吨铁矿耗增加,焦比、燃料比上升,渣量升高。对炼铁而言,低品位的烧结矿带来的原料成本降低能否弥补焦比、燃料比上升所产生的燃料成本需要系统的分析考虑。通过科学的方法来寻求合理的经济铁矿石品位,实现低成本冶炼是十分必要的。

合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型

从图56可以看出,控制冶炼强度在1.051.15t/m3.d区间,原料性能为前提,品位与焦比、燃料比成反比,即要有最低的焦比、燃料比就需要保证高的入炉品位。当采用低品位矿石生产时,烧结品位下降,为保持入炉品位必须提高球团矿配加比例,烧结碱度就要相应增大。或者降低烧结矿碱度,减少酸性球团矿配比来寻求价格差,反而造成入炉原料质量下降,恶化炉况,焦比、燃料比升高。从分析可以看出,最经济炉料结构并不对应最低燃料比下的炉料结构。

合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型

以炉料冶金性能为前提条件,质量、工艺要求等为约束条件,配料成本最低为目标,找出既满足成分要求成本又最低的最优化配比数据(图7)。以高碱度烧结矿+球团矿的炉料结构为例(成分见表2),计算中用到的参数有:规定的炉渣碱度;烧结碱度1.95;铁在生铁中分配率η;煤比M;燃料带入的铁r(Fe);一级焦A%a/t;二级焦b/t;无烟煤c/t;烧结矿d/t;球团矿e/t;冶炼1吨铁的铁量T(计算常数);矿石带入的有效CaOB(计算常数)。烧结矿品位作为计算变量,原燃料成本为函数,计算函数值最小时变量的取值和矿石配比,以此作为经济炉料的优化结构。

合理的烧结矿碱度与经济炉料结构模型

则原燃料总成本为两者之和,通过优化配料将成本问题转化成数学极值问题。在球团矿成分发生变化或者加入块矿后能够及时、准确的找出相应的烧结矿品位和配比,优化烧结配料,降低铁前成本,做到经济冶炼的目的。

5 结论

    1)高碱度烧结矿配搭酸性球团矿是理想的炉料结构,但烧结矿的碱度不是越高越好,各厂应通过试验研究来确定高碱度烧结矿的碱度。

    2)在汉钢目前的烧结原料条件下,随烧结碱度上升,其转鼓强度、还原度呈上升趋势,低温还原粉化率也相对改善。建议烧结矿碱度在1.95左右,其冶金性能均可满足炼铁生产要求。

3)块矿直接入炉是降低成本的有效手段,还避免了建设此部分粉矿烧结厂或精矿球团厂所需的投资、占地,也避免了环境污染以及所增加的各种能耗等。

4)各企业根据自已的原料供应、技术装备条件、冶炼条件寻找经济炉料结构。从分析可以看出,最经济炉料结构并不对应最低燃料比下的炉料结构。以烧结矿冶金性能为前提条件,质量、工艺要求等为约束条件,配料成本最低为目标,找出既满足成分要求成本又最低的最优化配比数据。

参考文献:

1 蒋大军、何木光等,超高碱度对烧结矿性能与工艺参数的影响[J],钢铁,200944

2 梁忠柳,烧结矿化学成分对冶金性能的影响,梅山科技[J]200302

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