高炉炉料结构及分析

233管理及其他M anagement and other高炉使用高比例球团的分析与研究宋雅贤（唐钢青龙炉料有限公司，河北 唐山 063000）摘 要：高炉是在生铁生产过程中的主体装备，其炉料结构的发展受到许多重视。

在钢铁企业的不断发展下，把“烧结－球团”列为了与“模铸－连铸”、“转炉－平炉”地位是一样的。

在２０世纪，连铸已代替模铸，转炉也淘汰了平炉，而现在烧结和球团之间的取代关系却一直在争议，特别是在国内，受到“低成本”意识的主导，各个企业所首选的材料则是低价料，因此改善高炉原料结构至关重要。

基于此，本文主要对高炉使用高比例球团进行分析研究，仅供参考。

关键词：高炉；高比例球团；分析；实践中图分类号：TF54 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2021）16-0233-2收稿日期：2021-08作者简介：宋雅贤，女，生于1984年，汉族，河北衡水人，本科，工程师，研究方向：高炉冶炼使用研究。

改善高炉原燃料结构，这样能够使得高炉达到稳定、顺行、低耗、长寿的效果，高炉全生命周期能够达到低碳减排的目的，对于高比例球团的使用是非常重要的。

高炉使用高比例球团矿技术是相对成熟的，高比例球团矿冶炼的高炉能够达到在生产方面的稳定顺行，并且在各项指标上能够比高比例烧结矿要优越，操作思路能够进行复制，操作经验能够得到有效推广。

1 国外高比例球团高炉生产的现状与烧结矿生产进行比较，球团生产一直都是在节能方面和排放方面更优的原料，球团矿被大家认为有以下优点：品位高、粒度均匀、强度好、冶金性能佳、适合远距离运输等。

按照资源与生产条件上的差异，不同的国家和地区球团在高炉中的比例也是存在着较大的差异，主要是在北美或是欧洲的一些地区，高炉使用高比例球团较多。

1.1 北美地区在长时间的发展，因为铁矿资源的禀赋，北美地区（美国、加拿大、墨西哥）的高炉基本上都是根据采用高比例球团进行生产的。

2017年，全部25座高炉的球团在传统铁料（烧结矿、球团矿、块矿，其中不包含废钢/直接还原铁和冷压块）中占的比重是93%，当中有13座高炉是采用100%球团矿，剩下高炉的球团比例是由51%到99%不等，高炉平均燃料的比达到504kg/t。

提高高炉炉料中球团矿配比、促进节能减排（资料来源：冶金管理，王维兴）一、优化炼铁炉料结构的原则高炉炼铁炉料是由烧结矿、球团矿和块矿组成，各高炉要根据不同的生产条件，决定各种炉料的配比，实现优化炼铁生产和低成本。

世界各国、各钢铁企业没有一个标准的炼铁炉料结构，都要根据各企业的具体情况制定适宜的炉料结构，同时还要根据外界情况的变化，进行及时调整。

2017 年中钢协会员单位高炉的炉料中平均有13%左右的球团矿，78%烧结矿，9%块矿。

在高炉生产时，各企业要根据其具体生产条件下，实现科学高炉炼铁操作（满足炼铁学基本原理），完成环境友好、低成本生产的目的。

实现低成本炼铁的方法包括：优化配矿、优化高炉操作、设备维护完好、生产效率高。

而实现高产低耗就要高炉入炉矿含铁品位高，有优质的炉料，包括高质量烧结矿要实现高碱度（1.8-2.2倍）。

但炼铁炉渣碱度要求在1.0-1.1 倍，炉料就需要配低碱度的球团矿（或块矿）。

高炉生产实现低燃料比，要求原燃料质量要好（入炉铁品位要高、冶金性能好、低MgO 和Al2O3、低渣量、焦炭质量好、含有害杂质少等），成分稳定，粒度均匀等。

要实现资源的合理利用，就要合理回收利用企业内含铁尘泥等等资源。

建议将含有害杂质高的烧结机头灰、高炉布袋灰，加石灰混合，造球，干燥，给转炉生产用，切断炼铁系统有害杂质的循环富集。

此外，球团工艺相比烧结工艺具有一定的优越性：1）产品冶金性能一般来说，烧结矿综合冶金性能优于球团矿，因此，高炉炼铁炉料中以高碱度烧结矿（在1.8-2.2 倍）为主。

但是，炼铁炉渣碱度要求在1.0 左右，必须搭配一部分酸性球团矿，这样结构炉料的冶金性能才最优，使高炉生产正常进行。

球团矿的缺点是膨胀率高，易粉化。

目前，北美和欧洲一些高炉使用100%自熔性球团矿，冶金性能完全能满足高炉炼铁的要求，也取得了较好的高炉生产指标。

2）生产运行费用球团工序能耗是烧结的2/3，环保治理费用低，球团矿铁品位比烧结矿高5-9 个百分点（原料品位、碱度相同条件下），炼铁生产效益高10 元/t。

关于高炉炉料结构几个问题的探讨高炉炉料结构是指高炉炼铁生产使用的含铁炉料构成中烧结矿、球团矿和天然矿的配比组合。

随着精料技术的发展，烧结矿和球团矿逐步淘汰了品位低、SiO2含量高、冶金性能差的天然块矿。

但长期实践表明，即便高炉使用单一的矿或球团矿生产，并不能获得最佳的指标和效益。

对烧结矿、球团矿以及天然富块矿的冶金性能等的测试研究后，了解到它们的各自的优缺点，从而人们就探索如何发挥和利用它们的优点组合成一定的断料结构模式，来使高炉生产获得好的指标和效益。

一、目前国内外高炉炉料结构类型高碱度烧结矿具有优良的冶金性能，约占炼铁炉料结构的70%。

高碱度烧结矿的优点：⑴有良好的还原性。

铁矿石还原性每提高10%，炼铁焦比下降8%～9%；⑵较好的冷强度和低的还原粉化率；⑶较高的荷重软化温度；⑷好的高温还原性和熔滴性⑸使用高碱度烧结矿，在一定程度上可以避免了高炉结瘤。

球团矿特点：⑴球团矿粒度小而均匀，有利于高炉料柱透气性的改善和气流的均匀分布。

⑵球团矿冷太强度好，运输、存贮、装卸过程产生的粉末少；⑶球团矿含铁品位高和堆密度大，有利于提高高炉料柱的有效重量，增加产量和降低焦比；⑷球团矿还原性好，有利于改善煤气化学能的利用；⑸高炉生产实践表明，用球团矿替代天然块矿，可大幅度提高产量、降低焦比，同时改善煤气的利用效率。

⑹FeO含量低，矿物主要是Fe2O3，还原性好；⑺自然堆角小，在高炉内布料易滚向炉子中心；⑻含硫很低；⑼具有还原膨胀的缺点，在有K2O、Na2O等催化的作用下会出现异常膨胀；⑽酸性氧化球团矿的软熔性能较差。

目前国内外高炉炉料结构大致分为以下几种类型：⑴以单一自熔性烧结矿为原料；⑵以自熔性烧结矿为主，配少量球团矿或块矿；⑶以高碱度烧结矿为主，配天然块矿；⑷以高碱度烧结矿为主，配酸性球团矿；⑸以高碱度烧结矿为主，配酸性炉料；⑹高、低碱度烧结矿搭配使用；⑺以球团矿为主，配高碱度烧结矿或超高碱度烧结矿；⑻以单一球团矿为原料；⑼自熔性烧结矿配自熔性球团矿或低碱度烧结矿等多种炉料结构。

高炉:炼铁一般就是在高炉里连续进行的。

高炉又叫鼓风炉,这就是因为要把热空气吹入炉中使原料不断加热而得名的。

这些原料就是铁矿石、石灰石及焦炭。

因为碳比铁的性质活泼,所以它能从铁矿石中把氧夺走,而把金属铁留下。

高炉的主要组成部分:高炉炉壳:现代化高炉广泛使用焊接的钢板炉壳,只有极少数最小的土高炉才用钢箍加固的砖壳。

炉壳的作用就是固定冷却设备,保证高炉砌体牢固,密封炉体,有的还承受炉顶载荷。

炉壳除承受巨大的重力外,还要承受热应力与内部的煤气压力,有时要抵抗崩料、坐料甚至可能发生的煤气爆炸的突然冲击,因此要有足够的强度。

炉壳外形尺寸应与高炉内型、炉体各部厚度、冷却设备结构形式相适应。

炉喉:高炉本体的最上部分,呈圆筒形。

炉喉既就是炉料的加入口,也就是煤气的导出口。

它对炉料与煤气的上部分布起控制与调节作用。

炉喉直径应与炉缸直径、炉腰直径及大钟直径比例适当。

炉喉高度要允许装一批以上的料,以能起到控制炉料与煤气流分布为限。

炉身:高炉铁矿石间接还原的主要区域,呈圆锥台简称圆台形,由上向下逐渐扩大,用以使炉料在遇热发生体积膨胀后不致形成料拱,并减小炉料下降阻找力。

炉身角的大小对炉料下降与煤气流分布有很大影响。

炉腰:高炉直径最大的部位。

它使炉身与炉腹得以合理过渡。

由于在炉腰部位有炉渣形成,并且粘稠的初成渣会使炉料透气性恶化,为减小煤气流的阻力,在渣量大时可适当扩大炉腰直径,但仍要使它与其她部位尺寸保持合适的比例关系,比值以取上限为宜。

炉腰高度对高炉冶炼过程影响不很显著,一般只在很小范围内变动。

炉腹:高炉熔化与造渣的主要区段,呈倒锥台形。

为适应炉料熔化后体积收缩的特点,其直径自上而下逐渐缩小,形成一定的炉腹角。

炉腹的存在,使燃烧带处于合适位置,有利于气流均匀分布。

炉腹高度随高炉容积大小而定,但不能过高或过低,一般为3.0～3.6m。

炉腹角一般为79～82 ;过大,不利于煤气流分布;过小,则不利于炉料顺行。

炉缸:高炉燃料燃烧、渣铁反应与贮存及排放区域,呈圆筒形。

炉料结构[炉料结构]炉料结构(burden design)高炉炼铁时装进高炉的含铁炉料的构成。

是指自然富铁矿(块矿)、烧结矿和球团矿三类炉料在使用时的搭配组合，其他少量的含铁料如钢渣、废铁等不包含在炉料结构的概念之中。

高炉使用的自然富矿和球团矿按它们脉石的性质分为酸性矿、半自熔性矿(CaO／SiO2在0．5左右)和自熔性矿(CaO／SiO2在1．0～1．2)；而烧结矿则分为酸性烧结矿、自熔性烧结矿(CaO／SiO2在1．15～1．35)和高碱度烧结矿(CaO／SiO2在1．6以上)等3种。

长期的生产实践表明，还没有哪一种含铁炉料在单一使用时，能够完全满足高炉强化冶炼的要求。

生产厂要根据自己的矿石供给情况和各种矿石的特性，确定它们的公道配比，以使高炉获得良好的技术经济指标和经济效益。

这种公道搭配称为公道炉料结构。

发展简史20世纪50年代前，自然富块矿是高炉冶炼的主要原料。

由于自然矿的脉石大部分是酸性的，冶炼时要往高炉内加很多熔剂(石灰石和白云石)，再加上自然矿的冶金性能差，高炉冶炼指标差，最突出的是渣量大、产量低、焦比高。

进进50年代，烧结矿生产迅速发展，由原来仅是处理矿山粉末和钢铁厂含铁粉尘的手段，发展成富矿粉和粗粒度磁精矿粉造块的主要方法。

特别是将本应加进高炉的石灰石粉碎成<3mm的细粉配进烧结料中生产出自熔性烧结矿后，它成为高炉使用的主要含铁炉料，由于它不仅解决了石灰石进高炉使焦比升高的题目，而且其性能比普通烧结矿和自然富块矿好，使高炉的冶炼指标得到改善。

所以发展到将冶金性能不好的富矿粉碎到8mm以下再进行烧结。

同时自熔性烧结矿还使高炉配料简化到只有烧结矿和焦炭，为高炉上料自动化创造了很好的条件。

后来在生产中又发现自熔性烧结矿的强度差，还原性也不很好，限制了高炉强化和生产指标的进一步改善。

这样从60年代后期开始生产碱度为1．7～2．2的高碱度烧结矿，克服了自熔性烧结矿的缺点。

尤其是进进70年代后，用低温烧结法生产出以针状铁酸钙为黏结相的低FeO高还原性的高碱度烧结矿进一步改善了烧结矿的性能，为高炉冶炼提供了很好的含铁炉料。

高炉操作制度及其匹配应用高炉操作人员技术培训教案（二）一装料制度的发展在无钟炉顶高炉还没有发展出之前，高炉只能选择用料钟布料，由于料钟布料条件所限制，其炉料是沿料钟边沿下落的。

因此，料钟布料也能够使炉料在炉喉圆周方向分布比较均匀，从而使料面形成可能是理想的“漏斗形”料面。

随着高炉炉容的不断大型化，炉喉直径越来越大，料钟直径也需要扩大，这不仅增加了料钟和安装的制造难度，也出现了炉料不能布到高炉中心的现象。

随高炉冶炼的要求，还开发出三钟甚至四钟式炉顶装料系统，宝钢1号高炉第一代是双钟四阀式炉顶装料系统。

前苏联第一座5000立方米级别高炉为四钟串联式炉顶装料系统。

为解决大型高炉炉料不能布到高炉中心这一问题，工程技术人员实施过多种办法：在有料钟的基础上开发了炉喉导料板，用炉喉导料板把部分炉料推向高炉中心；专门设置向高炉中心加焦炭的导管；研究并且试用了各种装料制度。

卢森堡的PW公司1972年开发了无钟炉顶系统，用旋转布料溜槽代替大料钟布料用。

无料钟炉顶是一项革命性的发明，为高炉操作带来了新的方式，已在全世界所有高炉上安装。

用于大、小高炉的无料钟上料系统能将炉料布到料面上任何一点，无论使用什么炉料（球团矿、烧结矿、矿石、焦炭、直接还原铁、型焦、粉料），无料钟炉顶都能准确地布出任何要求的料型。

二装料制度的性质装料制度是对炉料装入高炉内的方式和方法的规定。

至目前，高炉的装料设备为料钟式炉顶系统和无料钟炉顶系统两类设备。

其装料制度包括炉料入炉的装入顺序、批重大小和料线高低。

1 装入顺序焦炭和矿石入炉的先后次序称为装料制度的装入顺序。

１先矿石后焦炭的装入顺序称为正装，先焦后矿的装入顺序称为倒装。

一般规律是正装边缘矿石多，可加重边缘；倒装边缘焦炭多，起疏松边缘的作用。

按加重边缘的作用，由重至轻排列顺序见下表。

钟式炉顶的装料顺序一般高炉均采用综合装入炉料，以便调整煤气流达到合理分布。

表中A 、B分别代表不同的装入顺序， m、n则分别代表批数，加重边缘的程度取决于m/（m+n）比值，比值增大则加重边缘，反之则起疏松边缘。