高爐煉鐵原料和燃料

及質(zhì)量檢驗煉鐵廠2012年1月27日高爐煉鐵原料和燃料及質(zhì)量檢驗1、煉鐵原料（1）高爐煉鐵對精料的要求精料就是全面改進原燃料的質(zhì)量，為降低焦比和提高冶煉強度打下物質(zhì)基礎(chǔ)。保證高爐能在大風(fēng)、高壓、高風(fēng)溫、高負荷的生產(chǎn)條件下仍能穩(wěn)定順行。周傳典同志說：“高爐必須采用精料，這是兩千多年來中外煉鐵人員反復(fù)認識的共同結(jié)論?！彼且粭l根本的準則。精料的具體內(nèi)容可概括為“高、熟、凈，勻、小、穩(wěn)”六個字，此外，應(yīng)重視高溫冶金性能及合理的爐料結(jié)構(gòu)?；蛘吒郀t精料方針的內(nèi)容歸結(jié)為：“高、熟、穩(wěn)、均、小、少、好”。

1）高爐精料方針的內(nèi)容：“高、熟、穩(wěn)、均、小、少、好”。①高A入爐含鐵品位要高（這是精料技術(shù)的核心）。入爐含鐵品位提高1%，煉鐵燃料比降低1.5%，產(chǎn)量提高2.5%，渣量減少30kg/t，允許多噴煤15kg/t。B原燃料轉(zhuǎn)鼓強度要高。大高爐對原燃料質(zhì)量的要求高于中小高爐，如寶鋼焦炭M40為大于88%，M10為小于6.5%，CRI小于26%，CSR大于66%。一般高爐M40要求為80%，M10為小于7%，CRI小于30%，CSR大于60%。C燒結(jié)礦堿度要高（1.8~2.0）。②熟熟料比（燒結(jié)礦+球團礦）要高。目前不再追求100%的熟料比，如寶鋼熟料比為81%，增加高品位塊礦，可有效提高入爐品位，有利于節(jié)能減排。但熟料比不宜低于80%，否則會使燃料比升高。③穩(wěn)原燃料供應(yīng)的數(shù)量、比例和質(zhì)量要穩(wěn)定。原燃料穩(wěn)定是高爐生產(chǎn)的靈魂。④均原燃料的粒度和成分要均勻。這是高爐提高料柱透氣性有效辦法。大、中、小粒度的爐料混裝會有填充作用，減少有效空間。一般要求礦石5~15mm的粒度要小于30%，焦炭在爐缸的空間在40%。⑤小原燃料的粒度要偏小，球團礦8~16mm，燒結(jié)礦5~50mm，焦炭30~75mm，塊礦5~15mm。中小高爐使用的原燃料粒度可偏小一些。⑥少入爐粉末要少（<5mm的要小于3%），爐料中含有害雜質(zhì)（S、P、K、Na、Zn、Pb、F等）要少。爐料中堿金屬含量<0.3%，Pb含量小于0.15%。⑦好礦石冶金性能好：軟熔溫度高（大于1350℃），軟熔區(qū)間窄（小于250℃），低溫還原粉化低，還原度高（大于60%）等。（2）爐料合理化結(jié)構(gòu)從理論上和高爐經(jīng)營管理的角度看，使用單一礦石并把熟料率提高到100%是合理的。然而目前還沒有一種理想的礦石能夠完全滿足現(xiàn)代力型高爐強化的需要。爐料結(jié)構(gòu)合理與否直接影響高爐冶煉酌經(jīng)濟技術(shù)指標。目前有四種高爐爐料結(jié)構(gòu)：1）100%酸性球團礦，但每噸生鐵需加250kg/t以上的石灰石。2）以酸性球團為主，配加超高堿度燒結(jié)礦。3）100%自熔性燒結(jié)礦。4）以高堿度燒結(jié)礦為主，配加天然礦或酸性球團礦。采用什么樣的爐料，應(yīng)依據(jù)國家的具體條件，即合理利用國家資源而定。合理爐料結(jié)構(gòu)應(yīng)從國家和本企業(yè)實際情況出發(fā)，充分滿足高爐強化冶煉的要求，能獲得較高的生產(chǎn)率，比較低的燃料消耗和好的經(jīng)濟效益。符合這些條件的爐料組成就是合理的爐料結(jié)構(gòu)。目前我國高爐使用的爐料結(jié)構(gòu)為：高堿度燒結(jié)礦+球團礦+塊礦。（3）天然塊礦1）含鐵礦物的分類及鐵礦石工業(yè)類型的劃分①含鐵礦物的分類及其主要性質(zhì)根據(jù)鐵礦石中鐵氧化物主要礦物形態(tài)人們把鐵礦石分為赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦等。

不同種類鐵礦石的特征2）對鐵礦石的評價對鐵礦石的評價是：①含F(xiàn)e品位。礦石品位基本上決定了礦石的價格，即冶煉的經(jīng)濟性。含F(xiàn)e量愈高的礦石，脈石含量愈低，則冶煉時所需熔劑量和形成的渣量也少，用于分離渣與鐵所耗能量相應(yīng)降低。含F(xiàn)e量高并可直接送入高爐冶煉的鐵礦石稱為富礦。含F(xiàn)e品位低需經(jīng)富選才能入爐的為貧礦。劃分富礦與貧礦沒有統(tǒng)一的標準，此界限將隨選礦及冶煉技術(shù)水平的提高而變化。一般將礦石中Fe質(zhì)量分數(shù)高于65﹪而S、P等雜質(zhì)少的礦石，供直接還原法和熔融還原法使用。

而礦石中Fe的質(zhì)量分數(shù)高于50﹪而低于65﹪的可供高爐使用。我國富礦貯量已很少，絕大部分是Fe的質(zhì)量分數(shù)為30﹪左右的貧礦，要經(jīng)過選礦后才能使用。②脈石的成分及分布。鐵礦石中的脈石包括：SiO2、Al2O3、CaO及MgO等氧化物。在高爐條件下，這些氧化物不能或很難被還原，最終以爐渣的形式與金屬鐵分離。渣中堿性氧化物（CaO+MgO）等與酸性氧化物SiO2等的質(zhì)量分數(shù)應(yīng)大體相等，因為只有如此，渣的熔點才較低，粘度也較小，易于在爐內(nèi)處理而不致有礙于正常操作。為此，實際操作中應(yīng)根據(jù)鐵礦石帶入的脈石的成分和數(shù)量，配加適當?shù)摹爸蹌?，簡稱熔劑，以便得到性能較理想的爐渣。此外，造渣物的另一個重要來源—焦炭及煤粉灰分，它們幾乎是100﹪的酸性氧化物，必須從其他爐料中攝取堿性成分，然而大多數(shù)鐵礦石的脈石也是酸性氧化物，故通常要消耗相當數(shù)量的石灰石（CaCO3）或白云石（CaCO3·MgCO3）等堿性物作為熔劑。若礦石的脈石成分中堿性物較多，甚至以堿性物為主，必然會節(jié)省為中和燃料灰分中的酸性造渣物所需外加的熔劑量，這是極為有利的。

有些礦石中Al2O3的質(zhì)量分數(shù)很高，也是不利的，因為Al2O3將大大地提高爐渣的熔點。礦石中（CaO+MgO）質(zhì)量分數(shù)適當?shù)牡V石，可允許礦石中Fe的質(zhì)量分數(shù)低些，冶煉仍然是經(jīng)濟的。用扣除（CaO+MgO）后的折算Fe的質(zhì)量分數(shù)對不同的礦石進行評價和對比是合理的。③有害元素的含量。礦石中除去不能還原而造渣的氧化物外，常含有其他化合物，它們可以被還原為元素形態(tài)，其中有的可與Fe形成合金，有的則不能，有些則是有害的。常見的有害元素是：S、P較少見的有堿金屬K、Na等，以及Cu、Pb、Zn、F及As等。

S、P、As和Cu易還原為元素并進入生鐵，對鐵及其后的鋼及鋼材的性能有害。堿金屬及Zn、Pb和F等雖不能進入生鐵，但易于破壞爐襯，或易于揮發(fā)并在爐內(nèi)循環(huán)累積造成結(jié)瘤事故，或污染環(huán)境有害人身健康。事先用選礦法除去這些有害雜質(zhì)，或困難很大，或代價太高，迫使高爐爐料中不得不限制這些礦石用量的百分比，從而極大地降低了這些礦石的使用價值。各種有害雜質(zhì)的界限含量：硫（S）：允許含量≤0.1%。硫使鋼產(chǎn)生“熱脆”，1t生鐵的原燃料總含硫量一般在5kg/t以下。磷（P）：允許含量≤0.2%。對于一般煉鋼生鐵，磷使鋼產(chǎn)生“冷脆”。煉鐵、燒結(jié)均不能去磷。

鋅（Zn）：允許含量≤0.1%（≤0.15kg/t）。鋅在900℃揮發(fā)，沉積在爐墻，使爐墻膨脹，破壞爐殼；與爐塵混合易形成爐瘤。鋅還原后不溶于鐵水。鋅在燒結(jié)過程中能除去50~60%。含量大于3%時不允許其直接入爐。鉛（Pb）：允許含量≤0.1%（≤0.15kg/t）。鉛易還原，不溶于鐵水，但沉積破壞爐底。銅（Cu）：允許含量≤0.2%。少量銅增加耐蝕性，量多使鋼材“熱脆”，不易軋制和焊接。砷（As）：允許含量≤0.07%（生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼、線材要求≤0.04%）。砷使鋼冷脆和焊接性變壞，生鐵中含砷應(yīng)小于1%，優(yōu)質(zhì)生鐵要求不含砷。砷在高爐中100%還原進入生鐵。錫（Sn）：允許含量≤0.08%。錫使鋼具有脆性，在高爐中易使爐壁結(jié)瘤。鈦（Ti）：允許含量≤13%。鈦能改善鋼的耐磨性和耐蝕性，但使爐渣性質(zhì)變壞，在治煉時有90%進入爐渣。含量不超過1%時，對爐渣及冶煉過程影響不大，超過4~5%時，使爐渣性質(zhì)變壞，易結(jié)爐瘤。氟（F）：允許含量≤2.5%。燒結(jié)過程可脫除部分氟。堿金屬（K2O+Na2O）：允許含量≤0.3%（≤3.0kg/t）。堿金屬含量高會使爐身部位結(jié)瘤、風(fēng)口燒壞、焦炭粉化、經(jīng)常懸料、焦比增高、產(chǎn)量降低。④有益元素。有些與Fe伴生的元素可被還原并進入生鐵，并能改善鋼鐵材料的性能，這些有益元素有Cr、Ni、V等。還有的礦石中的伴生元素有極高的單獨分離提取的價值，如Ti及稀土元素等。某些情況下，這些元素的品位已達到可單獨分離利用的程度，雖然其絕對含量相對于Fe仍是少量的，但其價值已遠超過鐵礦石本身，則這類礦石應(yīng)作為寶貴的綜合利用的資源。⑤礦石的還原性。礦石在爐內(nèi)被煤氣還原的難易程度稱為“還原性”，冶煉易還原的礦石，可降低碳素消耗量。礦石的還原性與其結(jié)構(gòu)，特別是開口的微氣孔率及氣孔的分布狀態(tài)有關(guān)。一般赤鐵礦不如磁鐵礦致密，還原性好。褐鐵礦及菱鐵礦在爐內(nèi)受熱后，其所含碳酸鹽及結(jié)晶水或分解或揮發(fā)，留下孔洞，形成疏松多孔的結(jié)構(gòu)便于煤氣的滲透，故此類礦石的還原性好。⑥礦石的高溫性能。礦石是在爐內(nèi)逐漸受熱、升溫的過程中被還原的。礦石在受熱及被還原的過程中及還原后都不應(yīng)因強度下降而破碎，以免礦粉堵塞煤氣流通孔道而造成冶煉過程的障礙。為了在熔化造渣之前，礦石更多地被煤氣所還原，礦石的軟化熔融溫度不可過低，軟化與熔融的溫度區(qū)間不可過寬。這樣一方面可保證爐內(nèi)有良好的透氣性，另一方面可使礦石在軟熔前達到較高的還原度，以減少高溫直接還原度，降低能源消耗。塊礦的軟熔性能與酸性球團相近，但軟熔溫度均低于燒結(jié)礦。天然礦石熱爆裂性能。天然礦中含有帶結(jié)晶水和碳酸鹽的礦物，在高爐上部加熱時，氣體逸出而使礦石爆裂，影響高爐上部的透氣性。⑦礦石入爐前的加工處理。入爐原料成分穩(wěn)定，即其成分的波動幅度值很小，對改善高爐冶煉指標有很大的作用。為此，應(yīng)在原料入廠后對其進行中和、混勻處理，即用所謂“平鋪切取”法。將入廠原料水平分層堆存到一定數(shù)量，一般應(yīng)達數(shù)千噸，然后再縱向取用。⑧礦石粒度組成。一般礦石粒度的下限為8mm，大可至20~30mm。小于5mm的稱為粉末，它嚴重阻礙爐內(nèi)煤氣的正常流動，必須篩除。

粒度均勻，粒度分布范圍窄，料柱孔隙度高，則料柱透氣性好。而粒度小被氣體還原時反應(yīng)速度快，在礦石軟熔前可達到較高的還原度，有利于降低單位產(chǎn)品的燃料消耗量。粒度的大小必須適當兼顧。實踐證明，礦石的粒度宜小而均勻。濟南鐵廠進行過不同粒度天然礦的冶煉試驗全部使用粒度20~35mm的中塊代替35~50mm的大塊時，降低焦比51kg/t，而全部使用粒度8~20mm的小塊代替中塊時，降低焦比130kg/t?，F(xiàn)代高爐使用的鐵礦石，都必須嚴格進行整粒，大中高爐的適宜粒度為8~25mm，小高爐的適宜粒度為5~20mm，其小于5mm的粉末含量都應(yīng)小于5%。（4）熔劑1）熔劑由于高爐造渣的需要，入爐料中常需配加一定數(shù)量的助熔劑，簡稱熔劑。最常用的熔劑有：①堿性熔劑：石灰石（CaCO3）、白云石[Ca(Mg)CO3]等；②酸性熔劑：硅石（SiO2）、蛇紋石（3MgO·2SiO2·2H2O）等。石灰石的主要成分為碳酸鈣（CaCO3），碳酸鈣的CaO含量為56%，而石灰石的實際含量為50%左右。石灰石中除含有少量的MgCO3外，還含有少量SiO2和Al2O3等。扣除中和SiO2所需的CaO后，石灰石中有效的CaO含量一般為45~48%。直接裝入高爐的石灰石粒度上限，以其在達到900℃溫度區(qū)能全部分解為準，大于300m3的高爐，石灰石的粒度范圍應(yīng)為20~50mm；小于300m3的高爐，其石灰石粒度范圍為10~30mm。入爐前應(yīng)篩賒粉末及泥土雜質(zhì)。為了調(diào)整高爐渣的MgO含量，改善爐渣的流動性，提高脫硫能力，有時在爐料中加入含鎂熔劑。一般常用的含鎂熔劑為白云石，其理論成分為CaCO354.2%，MgCO345.8%。我國少數(shù)企業(yè)以菱鎂石（MgCO3）或蛇紋石（3MgO·2SiO2·2H2O）做含鎂熔劑，后者可同時作為酸性熔劑。2）高爐冶煉對熔劑的要求①有效成分含量要高。如對石灰石及白云石來說，即要求其有效熔劑性高。熔劑含有的堿性氧化物扣除其本身酸性物造渣需要的堿性氧化物后所余之堿性氧化物質(zhì)量分數(shù)即為有效熔劑性：式中 CaO、MgO、SiO2分別為熔劑中各相應(yīng)組分的質(zhì)量分數(shù)，%；R為造渣所需求的爐渣堿度

②熔劑中含S、P等有害雜質(zhì)的量盡可能低。在主要使用天然富礦的高爐上，熔劑往往作為入爐原料的一種，單獨加入爐內(nèi)，且配用量也較多。這些碳酸鹽在爐內(nèi)受熱分解，要消耗大量的熱，而且這些熱是爐內(nèi)燃燒昂貴的焦炭提供的。大多數(shù)大中型高爐使用高堿度燒結(jié)礦作為主要含鐵原料，（平均占含鐵原料的90﹪左右），已無須或只需加入少量的熔劑入爐。在特殊情況下，如洗刷爐墻上的粘結(jié)物或爐缸堆積以及爐況不順行時，要加入特殊熔劑如螢石（CaF2）和均熱爐渣（FeO）等。其目的是造成低熔點、低粘度的爐渣，但這些特殊熔劑只能作為短時期使用的爐料。濟南鐵廠進行過不同粒度天然礦的冶煉試驗全部使用粒度20~35mm的中塊代替35~50mm的大塊時，降低焦比51kg/t，而全部使用粒度8~20mm的小塊代替中塊時，降低焦比130kg/t。當有K2O、Na2O等低熔點物質(zhì)存在時，在900~1000℃的還原溫度下，生成黏度低，表面張力小的液相，不能阻止鐵晶須的生成與發(fā)展，使球團礦還原時產(chǎn)生異常膨脹。焦炭由煤在高溫下（900~1000℃）干餾而成。GB/T13240—91《鐵礦球團相對自由膨脹指數(shù)的測定方法》。鉛（Pb）：允許含量≤0.因此，希望焦炭反應(yīng)性低些。Mt—還原t時間后試樣質(zhì)量，g；>25~40mm（中塊焦）在惰性氣體中將還原球團冷卻至100℃以下。事先用選礦法除去這些有害雜質(zhì)，或困難很大，或代價太高，迫使高爐爐料中不得不限制這些礦石用量的百分比，從而極大地降低了這些礦石的使用價值。選取粒度為10~12.當冶煉含堿性氧化物脈石為主的礦石時，則熔劑應(yīng)為酸性物，如常用的硅石（SiO2）等。要求硅石的SiO2含量大于90%，粒度上限不超過30mm，不含小于10mm粉末。（5）錳礦鑄造及煉鋼生鐵都要求含有一定數(shù)量的Mn，為此，入爐料中應(yīng)配加相應(yīng)數(shù)量的錳礦。而當高爐冶煉含Mn高的鐵合金時，如Fe—Mn或Si—Mn合金等，則錳礦即成為主要原料。當高爐爐缸堆積時，錳礦也可作為洗爐劑。

（6）燒結(jié)礦燒結(jié)礦就是我國煉鐵高爐的主要原料，提高燒結(jié)礦質(zhì)量自然成為高爐精料的主攻方向。燒結(jié)生產(chǎn)歷經(jīng)20世紀50年代酸性或低堿度燒結(jié)礦、60年代自熔性燒結(jié)礦到80年代高堿度燒結(jié)礦工藝三個階段，結(jié)合低碳厚料層燒結(jié)、球團燒結(jié)和小球燒結(jié)技術(shù)的推廣應(yīng)用，燒結(jié)礦質(zhì)量明顯提高，集中表現(xiàn)在堿度提高的同時，燒結(jié)礦品位和強度提高，粒度組成和高溫冶金性能改善。1）高爐冶煉對燒結(jié)礦質(zhì)量有哪些要求?高爐冶煉對燒結(jié)礦質(zhì)量有以下幾點要求：

①強度好、粒度均勻、粉末少。使用強度好的燒結(jié)礦，可以大大改善高爐冶煉的技術(shù)經(jīng)濟指標。因為強度好的燒結(jié)礦粉末少，可以改善高爐料柱的透氣性，有利爐況順行和煤氣流的合理分布，從而導(dǎo)致焦比的降低和產(chǎn)量的提高。②還原性好。使用還原性好的燒結(jié)礦有助于降低焦比。一般認為FeO含量高表明燒結(jié)礦中難還原的FeO·SiO2或較難還原的鈣鐵橄欖石增加，燒結(jié)礦熔融程度較高。在燒結(jié)中應(yīng)當保證燒結(jié)強度的前提下，確定適宜而穩(wěn)定的FeO指標。③高品位、合適堿度、低含硫量。一般燒結(jié)礦含鐵提高1﹪，可降低焦比2﹪，增加產(chǎn)量3﹪。但燒結(jié)礦的品位取決于原料條件和精礦品位。燒結(jié)礦堿度應(yīng)在保證強度的條件下，使高爐不加或少加石灰石，使用合適堿度的燒結(jié)礦可以改善高爐內(nèi)還原過程和造渣過程，降低焦比。燒結(jié)礦按堿度可分為非熔劑性（即普通）燒結(jié)礦、自熔性燒結(jié)礦和熔劑性燒結(jié)礦三種。其衡量標準是爐渣的堿度。燒結(jié)礦的含硫量愈低愈好。最高不能超過0.1﹪。④穩(wěn)定性好。燒結(jié)礦的化學(xué)成分和物理性質(zhì)均應(yīng)穩(wěn)定，以保證高爐爐況的穩(wěn)定。

2）高堿度燒結(jié)礦的冶金性能①具有良好的還原性。礦石的還原性影響著高爐冶煉的指標。根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計：礦石的還原性每改善10﹪，焦比可降低8﹪~9﹪。我國部分廠家燒結(jié)礦還原度與堿度的關(guān)系示于圖。從圖可以看出，隨著燒結(jié)礦堿度的提高，燒結(jié)礦還原性變化的普遍規(guī)律為：第一階段還原性改善較明顯，曲線上升較快，第二階段上升緩慢，一般有一最佳峰值；第三階段還原性重又變差，曲線下降。這種變化規(guī)律是由燒結(jié)礦的粘結(jié)相以及礦物組成所決定的。當燒結(jié)礦堿度低時，一般FeO較高，粘結(jié)相以鐵橄欖石為主，含鐵硅酸鹽礦物難還原，因而燒結(jié)礦還原性差。隨著堿度的提高，燒結(jié)礦中易還原的鐵酸鈣數(shù)量增加，渣相減少，還原性得到改善。當堿度提高到一定數(shù)值時，鐵酸鈣成為主相，特別是以針狀析出時，還原性最佳。如果燒結(jié)礦堿度進一步提高，還原性較差的鐵酸二鈣的數(shù)量增加，而且硅酸三鈣等渣相也明顯增加，導(dǎo)致還原性重又下降。綜上所述，從還原性角度出發(fā)，各廠家應(yīng)通過試驗將燒結(jié)礦堿度提高到峰值附近為最適宜。②具有較好的冷強度和較低的還原粉化率。在我國各廠家使用本地資源生產(chǎn)自熔性燒結(jié)礦過程中遇到的問題之一是強度差，在冷卻過程中自動碎裂。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是硅酸二鈣在降溫過程中發(fā)生多晶轉(zhuǎn)變，當β—2CaO·SiO2轉(zhuǎn)變到γ—2CaO·SiO2時體積膨脹10﹪，隨之產(chǎn)生的很大內(nèi)部應(yīng)力使燒結(jié)礦裂為粉粒。在高氟精礦粉燒結(jié)過程中，由于氟使液相粘度和表面張力大幅度降低，易為燒結(jié)過程中的氣流通過而形成眾多的通路，在燒結(jié)礦冷卻時給燒結(jié)礦留下疏松多孔薄壁結(jié)構(gòu)，嚴重影響強度。在攀鋼含釩鈦精礦粉燒結(jié)時，因其低硅高鈦的特點，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的低熔點液相少，粘結(jié)相中出現(xiàn)數(shù)量較多的高熔點物相—鈣鈦礦（CaO·TiO2熔點1970℃）它的析出既不起固結(jié)作用，而且性脆，抗壓強度低，加之燒結(jié)礦中物相種類眾多，使燒結(jié)礦有較大的內(nèi)應(yīng)力，以上諸因素使自熔性燒結(jié)礦的強度較差。試驗研究表明，解決強度問題的辦法之一是生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦，使粘結(jié)相和礦物組成轉(zhuǎn)變成以鐵酸鈣為主，在宏觀結(jié)構(gòu)上使多孔薄壁轉(zhuǎn)變?yōu)榇罂缀癖冢诮M織結(jié)構(gòu)上形成牢固的熔蝕結(jié)構(gòu)。同時由于鐵酸鈣數(shù)量增加，使影響強度的其他礦物數(shù)量減少，例如減少包鋼燒結(jié)礦中的槍晶石，攀鋼燒結(jié)礦中的鈣鈦礦等也有利于強度的提高。低溫還原粉化率在我國一般均較低，但是使用澳大利亞赤鐵礦礦粉較多時，以及釩鈦磁鐵礦燒結(jié)中再生赤鐵礦多時，低溫還原粉化率會偏高，在燒結(jié)礦堿度提高以后，低溫粉化率一般隨之下降。③具有較高的荷重軟化溫度。一般來說，當燒結(jié)礦堿度在2.0以下時，隨著堿度的提高，軟化開始和終了溫度都是上升的，而其軟化溫度區(qū)間則有變窄趨勢。燒結(jié)礦的荷重軟化性能很大程度上取決于其還原性，礦物組成和孔隙結(jié)構(gòu)。還原性好的，高熔點礦物多的，孔隙結(jié)構(gòu)強的，其軟化溫度就高。正如前述，隨著堿度的提高，上述諸因素的改進均對荷重軟化溫度的提高起著有利的影響。④具有良好的高溫還原性和熔滴特性。成田貴一等對燒結(jié)礦的高溫還原性及熔滴性能的研究表明，燒結(jié)礦堿度的提高改善了燒結(jié)礦1100℃和1200℃的高溫還原性（見表），而熔滴溫度也隨堿度的提高而上升熔滴溫度區(qū)間則變窄。不同堿度燒結(jié)礦的高溫還原及熔滴特性

（根據(jù)日本成田貴一試驗數(shù)據(jù)）北京科技大學(xué)燒結(jié)球團研究室對杭鋼不同堿度燒結(jié)礦的熔滴性能測定所得特性曲線也顯示了相同的規(guī)律：隨著堿度的提高，在同一溫度的條件下，其壓差是下降的，即堿度較高的燒結(jié)礦具有較好的料層透氣性。燒結(jié)礦的熔滴溫度及其區(qū)間也隨堿度提高而得到改善。由于高堿度燒結(jié)礦具有上述諸多的優(yōu)點，無論從理論研究結(jié)果，還是從生產(chǎn)實踐經(jīng)驗都肯定高爐采用高堿度燒結(jié)礦作為爐料是合適的。（7）球團礦目前球團礦有酸性氧化性球團、白云石熔劑球團和自熔性球團三種，但目前高爐生產(chǎn)普遍應(yīng)用的是酸性氧化性球團礦。焙燒球團礦的設(shè)備有豎爐、帶式焙燒機、鏈算機一回轉(zhuǎn)窯等三種類型。1）球團礦為較多微孔的球狀物，與燒結(jié)礦比較有以下特點：①品位高?？梢杂闷肺缓芨叩募毦V來生產(chǎn)，其酸性球團的品位可達68.0%，SiO2含量僅1.15%。②氣孔度低，最低可達19.7%，且全部為微氣孔。假密度大，可達3.8g/cm3，堆積密度大，可達2.27t/m3。③礦物主要為赤鐵礦，F(xiàn)eO含量很低（1%左右）。主要依靠固相固結(jié)—即鐵晶橋固結(jié)，硅酸鹽渣相量少，只有堿度較高的石灰熔劑球團礦才有較多的鐵酸鹽。④冷強度好，運輸性能好，ISO轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（+6.3mm）可高達95%。粒度均勻，8~16mm粒級可達90%以上。⑤自然堆角小，僅24~27°，而燒結(jié)礦自然堆角為31~35℃。⑥還原性能好。由于球團礦的氣孔率較高，因而其還原性優(yōu)于其他種類的礦石。但是我國的球團礦含SiO2偏高，致使其高溫還原性較差。個別品種的球團礦在還原時出現(xiàn)異常膨脹或還原遲滯現(xiàn)象。⑦高溫冶金性能較差。表現(xiàn)為軟化溫度低，熔滴特性中的壓差陡升溫度低和最高壓差△pmax數(shù)值大，盡管可用配加適量的蛇紋石或白云石來改善，但與燒結(jié)礦相比高溫冶金性能仍差。2）球團礦的還原膨脹性能球團礦在還原過程中體積膨脹，結(jié)構(gòu)疏松并產(chǎn)生裂紋，其抗壓強度大幅度下降。球團礦的技術(shù)要求為還原膨脹率小于20%。引起球團礦還原膨脹的原因很多，如Fe2O3還原成Fe3O4，再還原成FexO所引起的晶形和晶格常數(shù)的變化；FexO還原成金屬鐵時鐵晶須的生成；球團礦中鐵礦物的結(jié)晶形狀與連接鍵的形式，渣相的性質(zhì)及數(shù)量；K2O、Na2O、Zn、V等雜質(zhì)或有色金屬的含量；還有還原時氣體逸出的壓力及碳素沉積等。有關(guān)研究成果指出，正常膨脹（一般<20%）主要發(fā)生在Fe2O3還原成Fe3O4階段。而異常膨脹則往往歸因于FexO還原成金屬鐵時鐵晶須的形成和長大。當純赤鐵礦或含有難熔物質(zhì)的球團礦還原時，不能有效地阻止鐵晶須的生成與發(fā)展，使球團礦的還原膨脹率大于30%，甚至高達100%以上。當球團礦中含有易熔物質(zhì)時，黏結(jié)相的形成對鐵晶須的發(fā)展起物理阻滯作用，不致產(chǎn)生異常膨脹，有時甚至因熔結(jié)而收縮。當有K2O、Na2O等低熔點物質(zhì)存在時，在900~1000℃的還原溫度下，生成黏度低，表面張力小的液相，不能阻止鐵晶須的生成與發(fā)展，使球團礦還原時產(chǎn)生異常膨脹。抑制球團礦還原膨脹的措施有：進行含鐵原料的合理搭配，適當添加CaO、MgO熔劑或無煙煤粉及提高焙燒溫度等。2、高爐燃料1）我國高爐使用的燃料主要有焦炭和煤粉。①焦炭焦炭由煤在高溫下（900~1000℃）干餾而成。它的化學(xué)成分完全能滿足高爐煉鐵的要求，機械強度要好。焦炭是目前高爐的主要燃料，但由于煉焦過程中必須配入足夠數(shù)量的結(jié)焦性能良好的焦煤才能獲得優(yōu)質(zhì)焦炭。②噴吹用燃料為了降低焦比，目前世界各國普遍采用從高爐風(fēng)口噴入部分燃料以代替部分焦炭。噴吹用燃料有煤粉、重油和天然氣。我國主要是噴吹煤粉。2）焦炭在高爐生產(chǎn)中的作用①提供高爐冶煉所需要的大部分熱量焦炭在風(fēng)口前被鼓風(fēng)中的氧燃燒，放出熱量，這是高爐冶煉所需要熱量的主要來源（高爐冶煉所消耗熱量的70~80%來自燃料燃燒）。②提供高爐冶煉所需的還原劑高爐冶煉主要是生鐵中的鐵和其他合金元素的還原及滲碳過程，而焦炭中所含的固定碳（C）以及焦炭燃燒產(chǎn)生的一氧化碳（CO）都是鐵及其他氧化物進行還原的還原劑。③焦炭是高爐料柱的骨架由于焦炭在高爐料柱中約占1/3~1/2的體積，而且焦炭在高爐冶煉條件下既不熔融也不軟化，它在高爐中能起支持料柱、維持爐內(nèi)透氣性的骨架作用。特別是在高爐下部，礦和熔劑已全部軟化造渣并熔化為液體，只有焦炭仍以固體狀態(tài)存在，這就保證了高爐下部料柱的透氣性，使從風(fēng)口鼓入的風(fēng)能向高爐中心滲透，并使爐缸煤氣能有一個良好的初始分布。④生鐵形成過程中滲碳的碳源每噸煉鋼鐵滲碳消耗的焦炭在50kg左右。3）焦炭的工業(yè)分析和元素分析按水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳測定焦炭的組成稱為工業(yè)分析；按焦炭所含碳、氫、氮、氧、硫等元素測定的組成稱為元素分析。它們的內(nèi)容是：①水分用符號M表示（過去常用符號W表示）影響焦炭水分的因素主要是熄焦方式，傳統(tǒng)的濕法熄焦時，為充分熄焦水分含量約為4~6%，高時可達10%以上；干法熄焦時，一般為0.5%，但在南方由于運輸和貯存過程中焦炭吸收大氣中的水分，焦炭水分也可達1~1.5%。焦炭水分應(yīng)保持穩(wěn)定，水分波動會引起稱量不準而造成爐溫波動。②灰分用符號A表示焦炭灰分主要是酸性氧化物SiO2、Al2O3，生產(chǎn)中要用CaO來造渣，造成高爐煉鐵渣量增大，焦比升高。我國高爐用焦炭的灰分含量一般在11~15%。③揮發(fā)分用符號V表示常用它來判斷焦炭是否成熟，揮發(fā)分過高表示有生焦，強度差；過低則表示焦炭過火，過火焦炭裂紋多易碎。一般成熟焦炭的揮發(fā)分在0.5~1.0%，在配煤中氣煤量配得多時，也可達1.0~2.0%。④固定碳用符號表示固定碳是煤經(jīng)高溫干餾后殘留的固態(tài)可燃性物質(zhì)。一般通過下式算得：4）高爐冶煉對焦炭質(zhì)量的要求根據(jù)焦炭在高爐冶煉過程中的作用，對于焦炭質(zhì)量有以下要求：①化學(xué)成分對焦炭化學(xué)成分的要求主要有：A固定碳要高、灰分要低。固定碳和灰分是焦炭的主要組成部分，兩者互為消長關(guān)系。固定碳含量高，單位焦炭提供的熱量和還原劑就多，灰分含量也相應(yīng)降低。焦炭灰分高，不但固定碳含量相應(yīng)降低，還帶來一系列不良影響：a灰分成分約80%是SiO2和Al2O3，灰分增加，高爐渣量隨之增加?；曳种蠸iO2約占45%。高爐燃料灰分每增加1%，需補入SiO2增量1.1倍的CaO，高爐渣量增加數(shù)為燃料比的1%，約合5kg/t。b灰分在煉焦過程中不能熔融，對焦炭中各種組織的黏結(jié)不利，使裂紋增多，強度降低。c灰分與焦質(zhì)的膨脹性不同，在高爐內(nèi)加熱后，灰分顆粒周圍產(chǎn)生裂紋，使焦炭碎裂、粉化。d灰分中的堿金屬和Fe2O3等都對焦炭氣化反應(yīng)起催化作用，使焦炭反應(yīng)性指數(shù)增高，影響反應(yīng)后強度。由此可見，灰分不但與固定碳含量有直接關(guān)系，更對焦炭所有質(zhì)量指標都帶來不利影響。B焦炭含硫要低。高爐燃料（包括焦炭和煤粉）帶入硫量約占高爐硫負荷的80%，高爐硫負荷增加會造成高爐脫硫渣量增加，使燃料比升高。同時焦炭硫高也影響焦炭質(zhì)量。C揮發(fā)分以低為好。揮發(fā)分是焦炭成熟程度的標志。揮發(fā)分含量低，說明結(jié)焦后期熱分解與熱縮聚程度高，氣孔壁材質(zhì)致密，有利于焦炭顯微硬度、耐磨強度和反應(yīng)后強度的提高。D焦炭水分波動引起入爐干焦量變化，即焦炭真實負荷的波動。因此，水分穩(wěn)定比水分值本身更為重要。但水分過高，焦粉黏附在焦塊上，不易篩除而帶入高爐，也是不利的。因此，希望水分穩(wěn)定在較低水平上。E磷和堿金屬含量越低越好。②冷態(tài)機械強度及熱態(tài)強度焦炭強度與高爐生產(chǎn)狀態(tài)和操作指標密切相關(guān)，包括抗碎強度M40和抗磨強度M10兩項指標。同一焦炭試樣的M40和M10指標之間，并不一定存在良好的相關(guān)關(guān)系；冷態(tài)強度和高溫性能指標（CRI和CSR）之間的關(guān)系也是如此。但冷態(tài)強度可以在一定程度上反映焦炭中細裂紋的多少，與風(fēng)口焦炭的粒度組成、平均粒度有較強的相關(guān)關(guān)系；從整體上反映焦炭在高爐內(nèi)保持粒度的能力。因此，要求焦炭的抗碎強度M40高一些為好；抗磨強度M10低一些為好。焦炭高溫性能包括反應(yīng)性CRI和反應(yīng)后強度CSR。反應(yīng)性是衡量焦炭在高溫狀態(tài)下抵抗CO2氣化能力的化學(xué)穩(wěn)定性指標。焦炭的反應(yīng)性高，在高爐內(nèi)被CO2溶損的比例高，導(dǎo)致焦比升高；并使焦炭氣孔增大，氣孔壁變薄，強度下降過程加劇。因此，希望焦炭反應(yīng)性低些。反應(yīng)后強度是衡量焦炭經(jīng)受CO2和堿金屬侵蝕狀態(tài)下，保持高溫強度的能力。顯然，希望焦炭高溫強度高些。③粒度

焦炭粒度要求均勻。焦炭出廠粒度組成為25~80mm。為此，需要提高40~80mm中間塊度部分比例，使平均粒度保持在40~50mm水平。具體要求應(yīng)根據(jù)高爐容積、操作水平和指標水平，并以焦炭本身強度為基礎(chǔ)來考慮。5）高爐冶煉對噴吹煤粉的質(zhì)量要求，見“高爐煉鐵工藝”部分。3、焦炭的機械強度和熱強度及其測定方法我國以國標形式頒布了適用于4000m3級以下高爐冶煉用冶金焦炭技術(shù)指標，如表所示。冶金焦炭標準GB1996—94種類>40mm（大塊焦）>25mm（大中塊焦）>25~40mm（中塊焦）灰分/%Ⅰ不大于12.00Ⅱ12.01~13.50Ⅲ13.51~15.00硫分（質(zhì)量分數(shù)）/%Ⅰ不大于0.6Ⅱ0.61~0.8Ⅲ0.8~1.0機械強度M25Ⅰ大于92.0需供需雙方協(xié)議Ⅱ92.0~88.1Ⅲ88.0~83.0M10Ⅰ不大于7Ⅱ不大于8.5Ⅲ不大于10.5揮發(fā)份/%不大于1.9水分/%4.0±1.05.0±2.0不大于12焦末含量(不大于)/%4.05.012.0（1）冷態(tài)機械強度（GB2006—80）為了模擬焦炭在高爐中的機械破損，我國統(tǒng)一規(guī)定采用轉(zhuǎn)鼓法（米庫姆轉(zhuǎn)鼓）測定冷態(tài)機械強度。焦炭在轉(zhuǎn)動的鼓中，不斷地被提料板提起，然后落在鋼板上。在此過程中焦炭與鼓壁和焦炭之間相互產(chǎn)生撞擊、摩擦的作用，使焦炭沿裂紋破裂以及表面被磨損用以測定焦炭的抗碎強度和耐磨強度。鼓體是密閉的鋼板制圓筒，內(nèi)徑（1000±5）mm，鼓內(nèi)長（1000±5）mm，鼓壁厚度不小于5mm，沿鼓長方向有4根100mm×50mm×10mm的角鋼，相隔90°焊于鼓內(nèi)壁上。試驗開始時，鼓內(nèi)裝入粒度大于60mm的試樣50kg，以25r/min的速度旋轉(zhuǎn)4min。停轉(zhuǎn)后將鼓內(nèi)全部試樣用直徑25mm（40mm）及10mm的圓孔篩處理。將焦炭分成大于25mm（40mm）、25~10mm（40~10mm）和小于10mm三級，大于25mm（40mm）一級需進行手穿孔。篩分時，每次入篩量不得超過15kg。將篩分后的各級焦炭稱重，大于25mm（40mm）的焦炭質(zhì)量占試樣總質(zhì)量（50kg）百分數(shù)（記為M25）為抗碎強度的指標，而小于10mm的碎焦質(zhì)量百分數(shù)（記為M10）為耐磨強度指標。2）熱態(tài)條件下的物理化學(xué)性能—反應(yīng)性和反應(yīng)后強度（GB4000—83）焦炭的反應(yīng)性和反應(yīng)后強度是同一組試驗中完成的。

試樣是取大于25mm冶金焦20kg，棄去泡焦和爐頭焦，制成直徑21~25mm的焦球700g，分成3份，每份不少于220g。試驗時，將經(jīng)過烘干備好的焦樣（200±0.5g）裝入反應(yīng)器，一起放入電爐恒溫區(qū)。當料層中心溫度達到400℃時，通入0.8L/min的N2保護；當料層中心溫度達到1100℃時，切斷N2改通CO2，流量為5L/min；反應(yīng)2h后停止加熱，切斷CO2改通N2，流量為2L/min，并將反應(yīng)器從爐內(nèi)取出，在室溫下冷卻至100℃以下，停止通N2，打開反應(yīng)器，取出焦樣稱重，以損失的焦炭質(zhì)量占反應(yīng)前焦樣總質(zhì)量的百分數(shù)為焦炭反應(yīng)性指標（記為CRI）。將反應(yīng)后焦樣全部裝入Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)（鼓體為普通鋼管制成，內(nèi)徑130mm，長700mm），以轉(zhuǎn)20r/min的轉(zhuǎn)速共轉(zhuǎn)30min，總轉(zhuǎn)數(shù)600轉(zhuǎn)。然后取出焦樣篩分、稱重，以轉(zhuǎn)鼓后大于10mm粒級焦炭占反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量百分數(shù)為焦炭反應(yīng)后強度指標（記為CSR）。4、原料的理化性能與冶金性能檢測（1）原料的理化性能1）常規(guī)化學(xué)成分礦石常規(guī)化學(xué)成分包括：TFe、FeO、SiO2、CaO、MgO、Al2O3、S、P等。通常用化學(xué)分析法進行分析或光譜儀進行分析。2）燒結(jié)礦的粒度組成和篩分指數(shù)目前我國對高爐爐料的粒度組成檢測尚未標準化，推薦采用方孔篩：5×5，6.3×6.3，10×10，16×16，25×25，40×40，80×80（mm），7個級別，其中5×5，6.3×6.3，10×10，16×16，25×25，40×40（mm）6個級別為必用篩，使用搖動篩分級，粒度組成按各粒級的出量用百分數(shù)（%）表示。篩分指數(shù)的測定方法是：取100kg試樣，等分為5份，每份20kg，用篩孔為5×5的搖篩，往復(fù)搖動10次，以小于5mm出量計算篩分指數(shù)。式中 C—篩分指數(shù)，%；A—大于5mm粒級的量，kg。3）物理性能煉鐵原料物理性能主要有：真密度、視密度、堆積密度、微氣孔率、開口氣孔率、全氣孔率、氣孔表面積與自然堆角等。4）燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（GB3209—87）GB3209—87標準采用轉(zhuǎn)鼓為φ1000×500mm，內(nèi)側(cè)有兩塊成180°的提升板，板高50mm，裝料15kg，轉(zhuǎn)速25r/min，轉(zhuǎn)200轉(zhuǎn)，鼓后采用機械搖動篩，篩孔為6.3×6.3mm，往復(fù)30次，以>6.3mm的粒級表示轉(zhuǎn)鼓強度。轉(zhuǎn)鼓強度T=M1/M0×100%，抗磨強度式中 M0—入鼓式樣重量，kg；M1—轉(zhuǎn)鼓后+6.3mm粒級部分質(zhì)量，kg；M2—轉(zhuǎn)鼓后(-6.3~+0.5mm)粒級部分質(zhì)量，kg。（2）冶金性能檢驗1）冶金性能檢測為了滿足高爐冶煉要求，對入爐鐵礦石的冶金性能需做多種檢測，如常溫強度性能檢測有轉(zhuǎn)鼓指數(shù)、抗磨指數(shù)、落下指數(shù)、抗壓強度、貯存強度等；高溫冶金性能有天然塊礦的熱爆裂性能、低溫還原粉化率、中溫（900℃左右）還原度、高溫（1250℃左右）還原度、在還原度40%（或60%）時的還原速率、還原膨脹率、還原后的抗壓強度、還原軟熔性能（軟化開始、軟化終了、熔融滴落開始及熔化終了溫度、軟化區(qū)間及熔化區(qū)間溫度、軟熔時的礦層差壓等）。①燒結(jié)礦還原度（RI）燒結(jié)礦還原性是模擬爐料自高爐上部進入高溫區(qū)的條件，用還原氣體從燒結(jié)礦中排除與鐵結(jié)合氧的難易程度的一種度量。它是評價燒結(jié)礦冶金性能的主要質(zhì)量標準。GB13241—91國家標準方法規(guī)定：試驗條件：反應(yīng)罐—雙壁75mm；試樣：粒度10.0~12.5mm，500g；還原氣體：CO/N2=30/70，H2、CO2、H2O<0.2%，O2<0.1%；還原溫度：900±10℃；氣體流量：15NL/min；還原時間：180min。還原度計算：式中 Rt—還原t時間的還原度；M0—試驗質(zhì)量，g；M1—還原開始前試樣質(zhì)量，g；Mt—還原t時間后試樣質(zhì)量，g；W1—試驗前試樣中FeO含量，%；W2—試驗前試樣的全鐵含量，%；0.11—使FeO氧化到Fe2O3時必須的相應(yīng)氧量的換算系數(shù)；0.43—TFe全部氧化成Fe2O3時需氧量的換算系數(shù)。本標準規(guī)定，以180min的還原度指數(shù)作為考核指標，用RI表示。

②燒結(jié)礦低溫還原粉化指數(shù)鐵礦石進入高爐爐身上部大約在500~600℃的低溫區(qū)時，由于熱沖擊及鐵礦石中（Fe2O3還原Fe2O3→Fe3O4→FeO）發(fā)生晶形轉(zhuǎn)變等因素，導(dǎo)致塊狀含鐵物料的粉化，這將直接影響高爐爐料順行和爐內(nèi)氣流分布。低溫還原粉化性的測定，就是模擬高爐上部條件進行的。我國鐵礦石低溫還原粉化試驗靜態(tài)還原后使用冷轉(zhuǎn)鼓的方法?；驹硎前岩欢６确秶脑嚇?，在固定床中500℃溫度下，用CO、CO2、N2組成的還原氣體進行靜態(tài)還原。恒溫還原60min后，試樣經(jīng)冷卻，裝入轉(zhuǎn)鼓（φ130×200mm），轉(zhuǎn)300轉(zhuǎn)后取出，用6.3、3.15、0.5mm的方孔篩分級，分別計算各粒級出量，用RDI表示鐵礦石的粉化性。試驗條件。還原試驗：反應(yīng)罐：雙壁75mm；試樣：粒度10.0~12.5mm，500g；還原氣體：CO:CO2:N2=20:20:60；H2<0.2%或2.0±0.5%；H2O<0.25%；O2<0.1%；還原溫度：500±10℃；氣體流量：15NL/min；還原時間：60min。轉(zhuǎn)鼓試驗：轉(zhuǎn)鼓：φ130×200mm；轉(zhuǎn)速：30r/min；時間：10min。試驗結(jié)果表示。還原粉化性RDI用質(zhì)量百分數(shù)表示：還原粉化指數(shù)RDI+6.3=MD1/MD0×100%；還原粉化指數(shù)RDI+3.15=(MD1+MD2)/MD0×100%磨損指數(shù)式中 MD0—還原后轉(zhuǎn)鼓前的試樣重量，g；MD1—轉(zhuǎn)鼓后+6.3mm的出量，g；MD2—轉(zhuǎn)鼓后+3.15~-6.3mm的出量，g；MD3—轉(zhuǎn)鼓后+0.5~-3.15mm的出量，g；MD0—轉(zhuǎn)鼓后-0.5mm的出量，g；本標準規(guī)定，試驗后結(jié)果評定以RDI+3.15的結(jié)果為考核指標，RDI+6.3、RDI-0.5只作參考指標。

③軟化性測定鐵礦石不是純物質(zhì)的晶體，因此沒有一定的熔點，它具有一定范圍的軟熔區(qū)間。在高爐煉鐵生產(chǎn)中既要求鐵礦的熔化溫度高，因為這樣可以保持較多的氣—固相間的穩(wěn)定操作，更要求軟熔溫度區(qū)間窄，因為這可以保持較窄的軟熔帶，有利于煤氣運動。由于礦石軟熔溫度不固定，試驗中常測定開始軟化和終了溫度。通常將礦石在荷重還原條件下收縮率3%~4%時的溫度定為為軟化溫度，收縮率為30%~40%時的溫度定為軟化終了溫度。我國軟化性能測定尚無統(tǒng)一標準。一般采用升溫法，荷重在（0.5~1.0）×105Pa之間，在CO30%，N270%的氣流中還原150~240min（或還原到80%）。④熔滴性能測定礦石軟化結(jié)束后，爐料在高爐內(nèi)繼續(xù)往下運動而被進一步加熱和還原，礦石開始熔融，在熔渣和金屬達到自由流動并積聚成滴前，軟熔層中透氣性