青島特鋼高爐使用PB塊和紐曼塊對比分析

吳藝鵬，潘積國，劉玉猛，閆洪義，林芝森

（青島特殊鋼鐵有限公司，山東 青島266200）

近年鐵礦石價格一直處于高位，青島特鋼高爐長期使用PB塊礦，礦種單一，且價格偏高。為拓寬高爐能夠使用的塊礦種類，青島特鋼試驗使用紐曼塊礦。通過對PB 塊礦、紐曼塊礦兩種礦石進行化學成分、冶金性能及使用效果對比分析，以確定紐曼塊礦是否適合青島特鋼現有生產條件下高爐生產，并對高爐使用紐曼塊礦提供理論支撐。

1 試驗方法

1.1 鐵礦石熱裂指數的測定

鐵礦石塊礦熱裂指數測定方法參照ISO 8371—2007標準進行測定。取鐵礦石塊礦樣品1 000±1 g，樣品粒度為20.0～25.0 mm，將馬弗爐加熱到700 ℃時后保溫10 min，將塊礦樣品放入馬弗爐中的反應器中，同時馬弗爐溫度保持700 ℃、時間30 min，取出塊礦樣品，自然冷卻至室溫，分別用6.3、3.15和0.5 mm的方孔標準篩過篩稱重，測定鐵礦石塊礦的熱爆裂性能指數。試驗結果分別以DI-6.3、DI+3.15、DI-0.5來表示。熱裂指數計算公式為：

式中：m1為熱處理后的試樣質量，g；m2為篩分后，粒度＜6.30 mm礦石的質量，g。

1.2 鐵礦石塊礦900 ℃還原度的測定

采用GB/T 13241—91《鐵礦石的還原性測定方法》來測定，取鐵礦石塊礦樣品500±1 g，粒度為10.0～12.5 mm，塊礦樣品在N2環境的還原管中加熱至900 ℃，然后通入20%CO+20%CO2+60%N2混合氣體恒溫還原180 min，試驗結果以Rt表示鐵礦石塊礦的還原性。還原度計算公式為：

式中：Rt為還原t時間的還原度，%；m0為試樣質量，g；m1為還原開始前試樣質量，g；mt為還原tmin后試樣質量，g；W1為還原前試樣中FeO含量，%；W2為試驗前試樣中全鐵含量，%。

1.3 鐵礦石塊礦荷重軟化熔滴性的測定

鐵礦石塊礦荷重軟化熔滴性的測定參考北京科技大學的試驗方法，試驗在熔滴爐中進行。取鐵礦石塊礦樣品500±1 g，粒度為6.3～10.0 mm。在石墨坩堝底部裝入粒度為10.00～15.00 mm的焦炭10 mm 厚，在焦炭上裝入厚度為80 mm 的塊礦樣品，在塊礦樣品上再裝入10 mm 厚的焦炭，最后加入石墨蓋。試驗采取三段升溫制度，即以10 ℃/min升溫速度的0～900 ℃階段，以3 ℃/min升溫速度的900～1 020 ℃階段，以5 ℃/min升溫速度的1 020～1 600 ℃階段。表1為熔滴試驗標準參數及含義。

表1 熔滴試驗標準參數及其含義

2 試驗結果與分析

2.1 化學成分對比

對兩種塊礦進行成分分析，結果如表2所示。

表2 兩種塊礦化學成分 %

從表2中的數據可以看出，兩種塊礦的含鐵品位均高于60%，其中PB 塊為62.67%，紐曼塊礦為63.21%，紐曼塊礦鐵品味略高于PB塊礦。PB塊礦的Al2O3、SiO2含量高于紐曼塊礦，PB塊礦的CaO含量低于紐曼塊礦。兩種塊礦的有害元素含量基本相同。

2.2 鐵礦石塊礦熱爆裂程度

塊礦的熱裂指數是評價鐵礦石塊礦冶金性能的主要指標。塊礦的熱裂指數能夠反應塊礦在高爐爐身上部區域受熱后的破碎情況。熱裂指數越低，其在塊狀帶產生的粉末越少，塊狀帶的透氣性越好，越利于高爐順行穩定。兩種進口鐵礦石的熱裂指數試驗數據見表3。PB 塊礦和紐曼塊礦的熱裂指數DI平均值分別為15.3%、16.8%。

表3 兩種塊礦的熱裂指數測定結果

從熱裂指數考察，兩種塊礦的冶金性能相當。

2.3 鐵礦石塊礦還原度

鐵礦石的還原度反映。相同還原條件下，塊礦的還原度指數越好，其被還原的速度就越快，越有利于于高爐的間接還原，能夠提高煤氣利用率，降低焦比，提高煤比，提高產量降低成本。試驗得出，PB 塊的還原度為81.35%，紐曼塊礦的還原度為72.16%。PB 塊礦的還原性優于紐曼塊礦，但紐曼塊礦的還原性指標也達到72.16%，能夠滿足1 800 m3級別高爐的冶煉要求，并不會對爐身上部塊狀帶的透氣性帶來負面影響。

2.4 鐵礦石的荷重軟熔性能

本次試驗研究以塊礦樣品軟化收縮40%的溫度作為熔融開始溫度，即軟化終了溫度可以作為熔融開始溫度，則熔融區間可以表示為△Td=Td-T40。表4所示為兩種塊礦的軟熔性能測定數據。

表4 兩種塊礦的荷重軟熔性能

由試驗結果可以看出，兩種塊礦樣品的軟化開始溫度均低于1 000 ℃，其中PB 塊礦為885 ℃，紐曼塊礦928 ℃。PB 塊礦的軟化開始溫度低于紐曼塊礦，但紐曼塊礦的軟化區間大于PB 塊礦。兩種塊礦樣品的滴落溫度均高于1 400 ℃，其中，PB 塊礦為1 157 ℃，紐曼塊礦為1 289 ℃，紐曼塊礦的滴落溫度高于PB 塊礦，并且紐曼塊礦的滴落區間遠遠小于PB塊礦。兩種塊礦樣品的最大壓差差異較大，其中，PB塊礦為5 640 Pa，紐曼塊礦為3 230 Pa。

3 塊礦使用后高爐經濟技術參數對比分析

青島特鋼1#、2#高爐自2020 年3 月份開始使用紐曼塊礦代替PB 塊礦，為更進一步考察紐曼塊礦對高爐冶煉的影響，對高爐使用紐曼塊礦前后2個月的高爐經濟技術指標進行對比分析，見表5、6。

表5 高爐經濟技術指標對比

表6 高爐操作參數指標對比

通過對高爐使用紐曼塊礦前后高爐經濟技術指標對比發現，高爐使用紐曼塊礦對高爐經濟技術指標未造成不利影響。

4 結 語

通過對PB 塊礦及紐曼塊礦的化學成分、冶金性能及使用效果對比分析，可知：1）PB 塊礦、紐曼塊礦化學成分相差不大，紐曼塊礦鐵品味略高于PB塊礦。PB塊礦的Al2O3、SiO2含量高于紐曼塊礦，PB 塊礦的CaO 含量低于紐曼塊礦。2）對PB 塊礦、紐曼塊礦的冶金性能分析，PB塊礦的熱爆裂性、還原性略優于紐曼塊礦。紐曼塊礦的荷重軟熔性略優于PB塊礦。3）分析高爐經濟技術指標可知紐曼塊礦對高爐穩定順行未有不利影響，高爐可以使用紐曼塊礦代替PB塊礦。