畢傳光

(上海梅山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心，江蘇 南京 210039)

摘 要: 與傳統(tǒng)酸性球團(tuán)相比，鎂質(zhì)球團(tuán)冶金性能優(yōu)良。為此，梅鋼在4 070 m 3 大高爐進(jìn)行了鎂質(zhì)球團(tuán)應(yīng)用實(shí)踐，結(jié)果表明，高爐采用鎂質(zhì)球團(tuán)后，高爐風(fēng)量( BV) 、理論產(chǎn)量和焦比均有所提高，煤比降低; 高爐使用鎂質(zhì)球團(tuán)后平均燃料價格降低 38 982 元/d，平均鐵水利潤增加 9779 元/d，合計總收益為48 761 元/d。

關(guān)鍵詞: 鎂質(zhì)球團(tuán); 冶金性能; 高爐; 應(yīng)用實(shí)踐

1 前 言

梅鋼從2010 年開始在 4 070 m ³ 大高爐上使用球團(tuán)礦，對提高全鐵品位、降低渣比、改善高爐透氣性，作用較為明顯。但與燒結(jié)礦相比，球團(tuán)礦的軟化、熔化溫度較低，在高爐下身形成軟融帶的過程中，因?yàn)榍驁F(tuán)礦和燒結(jié)礦的軟融區(qū)間不重疊，交錯形成，結(jié)果高爐軟融帶相對于單獨(dú)使用燒結(jié)礦變得更寬，影響高爐的透氣性^{［1 ～3］} 。相關(guān)研究結(jié)果表明: 添加氧化鎂熔劑后，在合適的比例下，球團(tuán)礦的軟化、熔化溫度會得到一定程度的提高，改善了高爐的透氣性^{［4 ～7］}。另外，添加氧化鎂熔劑對降低球團(tuán)礦的還原膨脹率、低溫還原粉化率，提高球團(tuán)礦的還原度都有一定程度的改善^{［8 ～11］}。

此外，梅鋼為了提高燒結(jié)礦質(zhì)量，燒結(jié)礦中的氧化鎂含量燒結(jié)配比從2．3%左右降到1．7% ～1．8%，這部分氧化鎂以蛇紋石熔劑形式加到高爐中，添加量為 6 ～8 kg/t( Fe) ，顯然不利于高爐操作。如果將燒結(jié)礦中減下來的氧化鎂加入到球團(tuán)礦中，改善球團(tuán)礦的冶金性能，從而改變目前生產(chǎn)工藝中燒結(jié)礦氧化鎂轉(zhuǎn)移的不合理路線，對優(yōu)化梅鋼大高爐操作、降低高爐冶煉成本具有重要意義。為此，梅鋼在 4 070 m ³ 高爐進(jìn)行了鎂質(zhì)球團(tuán)應(yīng)用實(shí)踐。

2 鎂質(zhì)球團(tuán)性能

對工業(yè)試驗(yàn)用的酸性球團(tuán)和鎂質(zhì)球團(tuán)分別進(jìn)行化學(xué)成分分析，其結(jié)果如表1 所示。

由表可知，酸性球團(tuán)中 MgO 含量為 0． 36%，鎂質(zhì)球團(tuán)中 MgO 含量為1．50%，酸性球團(tuán)鐵品位較鎂質(zhì)球團(tuán)稍高，兩種球團(tuán)中 S、P 含量均較低。

工業(yè)應(yīng)用酸性球團(tuán)和鎂質(zhì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度由表2 所示。與酸性球團(tuán)相比，鎂質(zhì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度較低，但也能滿足大高爐對球團(tuán)抗壓強(qiáng)度的要求( 一般要求大于2 500 N/P) 。

對工業(yè)試驗(yàn)的酸性球團(tuán)與鎂質(zhì)球團(tuán)進(jìn)行冶金性能檢測，其結(jié)果如表3 所示。

由表3 可知，與酸性球團(tuán)相比，鎂質(zhì)球團(tuán)的還原度有所提高，還原膨脹降低，低溫還原粉化指數(shù)變化不大，RDI _+3．15mm 均在 97%以上。與酸性球團(tuán)相比，鎂質(zhì)球團(tuán)軟化開始溫度由 1 064 ℃提高到1 084 ℃，軟化結(jié)束溫度由 1 166 ℃提高到 1 199℃，滴落溫度由1 353 ℃提高到1 389 ℃。

3 高爐應(yīng)用實(shí)踐

3． 1 使用鎂質(zhì)球團(tuán)后高爐指標(biāo)概述

上述研究結(jié)果表明，提高球團(tuán)中 MgO 含量可以有效改善球團(tuán)礦的冶金性能。為此，梅鋼4 070 m ³ 高爐于 2016 年 9 月 15 日至 9 月 24 日使用的酸性球團(tuán)( 基準(zhǔn) I 期) ; 9 月 25 日至 10 月4 日開始使用鎂質(zhì)球團(tuán)( 試驗(yàn) II 期) ; 10 月 5 日至 10 月 10 日使用酸性球團(tuán)( 基準(zhǔn) II 期) ; 10 月11 日至 11 月 14 日使用鎂質(zhì)球團(tuán)( 試驗(yàn) II 期) 。高爐生產(chǎn)指標(biāo)如表 4 所示，基準(zhǔn)期和試驗(yàn)期的高爐風(fēng)量、理論產(chǎn)量、焦比和煤比變化如圖 1 ～4 所示。

采用鎂質(zhì)球團(tuán)后，高爐風(fēng)量( BV) 顯著提高，基準(zhǔn) I 期風(fēng)量為 6 582． 3 Nm³ /min，試驗(yàn) I 期風(fēng)量提高到6 639．3 Nm³ /min，到基準(zhǔn) II 期風(fēng)量又降低至6 553．3 Nm³ /min，試驗(yàn)II 期風(fēng)量提高到6 639．6Nm³ /min。同時，每天產(chǎn)量提高，產(chǎn)量由基準(zhǔn) I 期9 169．5 t/d 提高到試驗(yàn)I 期9 349．4 t/d，到基準(zhǔn)II期降低9 019．8 t/d，到試驗(yàn) II 期又提高到9 258．3t/d。就焦比而言，剛開始采用鎂質(zhì)球團(tuán)后( 例如試驗(yàn) I 期10 d，試驗(yàn) II 前10 d) 焦比和煤比變化不明顯，連續(xù)使用鎂質(zhì)球團(tuán)后( 試驗(yàn) II 期 10 d 以后) ，焦比降低，煤比提高顯著。例如基準(zhǔn)期焦比為365 kg/t 左右，煤比為120 kg/t 左右，到試驗(yàn) II期后期，焦比降低到 340 kg/t 左右，煤比提高到145 kg/t 以上。

此外，采用鎂質(zhì)球團(tuán)后鐵水中的 Si 含量有所降低，鐵水 S 含量顯著降低，由基準(zhǔn)期的0. 026%左右降低到試驗(yàn) II 期后期的 0． 020% 左右。高爐透氣性指數(shù)變化不大，煤氣利用率稍微降低，爐渣中的 MgO 含量稍微升高，爐渣堿度變化不大。

3． 2 使用鎂質(zhì)球團(tuán)后高爐爐況分析

3． 2． 1 風(fēng)量增加

高爐使用鎂質(zhì)球團(tuán)后，風(fēng)量明顯增加。與基準(zhǔn)期對比，試驗(yàn) I 期增加 57 m³ /min，試驗(yàn) II 期增加 86． 3 m³ /min。從表 4 可見，兩次試驗(yàn)連續(xù)進(jìn)行，風(fēng)量升降趨勢與鎂質(zhì)球團(tuán)使用狀況明顯對應(yīng)。試驗(yàn)期間鎂質(zhì)球團(tuán)用量達(dá)到 8% ～ 12%，最高達(dá)到 15%，其性能對塊狀帶的透氣性( 還原膨脹和粉化) 、以及對軟融帶的位置和形狀都能夠產(chǎn)生一定的積極影響，促使高爐順行狀況改善，風(fēng)量逐步吹大。風(fēng)量增加，爐缸鼓風(fēng)動能增加，爐缸趨于活躍，是其它各項(xiàng)指標(biāo)得以改善的基礎(chǔ)。

3． 2． 2 產(chǎn)量增加，焦比降低，煤比上升

在高爐穩(wěn)定順行的條件下，風(fēng)量增加，產(chǎn)量上升。風(fēng)量增加后，料柱中心趨于活躍，兩道氣流分布更加合理，高爐壓差下降，為高爐提高煤比提供了條件。隨著煤比上升，操作上適當(dāng)疏松邊緣氣流，其爐況表現(xiàn)為: 透氣性指數(shù)維持在正常水平范圍，煤氣利用率在試驗(yàn)Ⅰ期略有下降，在試驗(yàn)Ⅱ期總體略有上升。因?yàn)檐浫趲恢孟陆?，高爐間接還原區(qū)增加，以及鎂質(zhì)球團(tuán)的還原度較高，使得高爐直接還原減少，爐料對爐缸的熱量消耗大為降低，綜合焦比明顯下降( 特別是試驗(yàn)Ⅱ期時間較長的第三階段) 。

3． 2． 3 爐缸活躍，熱量充沛

因?yàn)楣娘L(fēng)動能增加，直接還原減少，高爐爐缸熱量更加充沛，爐缸活躍程度得到明顯改善。表現(xiàn)為鐵水硅含量( 化學(xué)熱) 下降，但鐵水溫度( 物理熱) 能保持在 1 510 ℃左右; 高爐爐渣脫硫能力大大增強(qiáng)，盡管爐渣堿度基本未變，但試驗(yàn)期的硫含量卻呈明顯下降趨勢。

高爐使用鎂質(zhì)球團(tuán)以取代爐頂添加含鎂生礦( 蛇紋石) ，除了改善球團(tuán)礦的冶金性能以外，客觀上還有以下兩個優(yōu)點(diǎn): ①避免含鎂生礦成渣過程對高爐透氣性、順行的影響，以及對爐缸熱量的消耗( 蛇紋石的軟融溫度遠(yuǎn)高于燒結(jié)礦，能直達(dá)高爐下部吸收熱量，且因?yàn)榱鲃有詷O差有可能在高爐下部爐墻形成粘結(jié)) ; ②鎂質(zhì)球團(tuán)的冶金性能遠(yuǎn)優(yōu)于含鎂生礦，且用量大，其所含氧化鎂對爐渣流動性的影響較含鎂生礦更加快速均勻。從表 4 可見，試驗(yàn)期和基準(zhǔn)期爐渣氧化鎂含量基本穩(wěn)定。

4 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

如表5 所示，根據(jù)梅鋼4 070 m³ 高爐成本分析，經(jīng)計算梅鋼4 070 m³ 高爐使用鎂質(zhì)球團(tuán)后平均燃料成本降低 38 982 元/d，平均鐵水利潤增加 9 779 元/d，合計總收益為 48 761 元/d。因此，采用鎂質(zhì)球團(tuán)對梅鋼高爐煉鐵具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

與酸性球團(tuán)相比，鎂質(zhì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度稍低，但球團(tuán)還原度、還原膨脹及軟融性能均有所改善。梅鋼4 070 m³ 高爐采用鎂質(zhì)球團(tuán)后，高爐風(fēng)量( BV) 、理論產(chǎn)量和煤比均有所提高，焦比降低。高爐使用鎂質(zhì)球團(tuán)后平均燃料成本降低38 982元/d，平均鐵水利潤增加 9 779 元/d，合計總收益為 48 761 元/d。因此，采用鎂質(zhì)球團(tuán)對高爐煉鐵具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

［1］ 畢傳光，龍紅明，春鐵軍，等． MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)對氧化球團(tuán)性能的影響［J］，鋼鐵，2017，52( 7) : 22 －26．

［2］ 王海風(fēng)，裴元東，張春霞，等． 中國鋼鐵工業(yè)燒結(jié)/球團(tuán)工序綠色發(fā)展工程科技戰(zhàn)略及對策［J］． 鋼鐵，2016，51( 1) : 1 －7．

［3］ 王曉哲，張建良，劉征建，等． 低硅含鎂球團(tuán)礦還原行為研究［J］． 燒結(jié)球團(tuán)，2018，43( 1) : 44 －49．

［4］ Dwarapudi S，Sekhar C，Paul I，et al． Effect of fluxing agents on reduction degradation behaviour of hematite pellets［J］．Ironmaking and Steelmaking，2016，43( 3) : 180 －191．

［5］ Semberg P，Andersson C，Bjorkman B． Interaction between iron oxides and olivine in magnetite pellets during reduction to Femet at temperatures of 1000 － 1300 ℃ ［J］． Isij International，2013，53( 3) : 391 －398．

［6］ 于淑娟，于素榮，黃永君，等． 改善鞍鋼球團(tuán)礦冶金性能的研究［J］． 燒結(jié)球團(tuán)，2007，32( 3) : 13 －16．

［7］ 甘敏，范曉慧，陳許玲，等． 鈣和鎂添加劑在氧化球團(tuán)中的應(yīng)用［J］． 中南大學(xué)學(xué)報( 自然科學(xué)版) ，2010，41( 5) :1645 －1651．

［8］ 青格勒，王朝東，侯恩儉，等． 低硅含鎂球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度及冶金性能［J］． 鋼鐵研究學(xué)報，2014，26( 4) : 7 －12．

［9］ Pal J，Arunkumar C，Rajshekhar Y，et al． Development on iron ore pelletization using calcined lime and MgO combined flux replacing limestone and bentonite［J］． ISIJ International，2014，54( 10) : 2169 －2178．

［10］ 吳鋼生，邊美柱，沈峰滿． 堿性含鎂球團(tuán)礦的應(yīng)用及合理爐料結(jié)構(gòu)研究［J］． 鋼鐵，2006，41( 12) : 19 －21．

［11］ 段冬梅，何明杰，胡志剛，等． 球團(tuán)礦添加氧化鎂粉工業(yè)性試驗(yàn)［J］． 浙江冶金，2007( 1) :40 －43．