高炉精料与科学配矿.pdf

收稿日期2004 - 04 - 30 联系人范晓慧410083 湖南 长沙中南大学烧结球团研究所 国家自然科学基金和上海宝钢集团公司联合资助50374080 综 合 述 评 高炉精料与科学配矿 范晓慧 袁礼顺 曹 亮 中南大学烧结球团研究所 摘 要 原料是钢铁工业发展的基础。高炉的技术进步,必须建立在高炉精料的基础上。为此,本 文提出高炉精料的内涵,研究了烧结科学配用矿的方法。 关键词 高炉精料 科学配矿 1 前 言 21世纪钢铁工业将继续发展和进步,钢铁 材料仍是最主要的结构材料和用量最大的功能 材料。我国钢铁工业的时代命题不再是原来计 划经济体制下的“品种、质量为中心”单一命 题,而是市场竞争力和可持续发展的综合命 题。因此,我国钢铁工业的调整和发展,必须 综合考虑市场需求、技术进步、投资效益、环 境友好等因素。以高炉大型化及长寿化、高喷 煤比、低渣量、高效益为目标的技术将进一步 发展和提高,而高炉的这些技术的发展,必须 建立在高炉精料的基础上。因此, 21世纪高炉 精料方针的内涵将进一步提升,科学用矿是内 涵的具体体现。 2 高炉精料的要求 211 提高熟料比 在缺乏熟酸性炉料的条件下,配入适当比 例的高品位块矿,对降低炼铁原料的成本有一 定的好处。但块矿毕竟是生料,其还原性和软 熔性等均比不上酸性球团矿,过量的搭配块矿 会影响冶炼效果。而且,这种高品位的块矿也 越来越少。目前,我国不少钢铁企业所用的一 些块矿,铁品位很低, SiO2含量很高,这种矿 虽然价格便宜,但从炼铁的总体效益来看是不 好的。所以,应尽可能提高熟料比,限制块矿 配入的比例。 212 优质的炉料 凡是熟料就是好炉料的观点是错误的,因 为质量差的烧结矿、球团矿会影响高炉的顺利 操作,恶化高炉的经济指标。因此烧结矿、球 团矿必须优质,优质应体现在以下两个方面 1 高品位 入炉品位升高、冶炼渣量减少,有利于提 高高炉利用系数,降低焦比,从而降低生铁成 本。根据高炉生产实践,入炉品位每升高1 , 焦比可降低2 ,产量可提高3 ,渣量可减少 20 kg/ t ,综合体现在生铁成本下降10元/ t。 以烧结矿为例,若将全国烧结矿平均品位由 56 ～57 提高到58 ～59 ,年创直接经济 效益在25亿元以上。此外, 2000年我国重点 企业平均入炉铁品位 为54188 宝 钢 为 60135 ,地方骨干企业为56112 三明钢 厂为59154 ,比国际先进水平低5个百分 点。 我国烧结矿占入炉矿的80 左右,因此提 高烧结矿品位是提高入炉品位的重要措施。 2000年全国炼铁工作年会上,已将高铁低硅烧 结矿的生产列入“十五”发展指南。 球团矿因其强度好、粒度均匀、铁品位 高、还原性好等特点,越来越受到现代高炉炼 铁的青睐。其在炉料结构中的用量比例越来越 高。但是目前我国只有个别球团厂的铁品位达 到65 ,大部分都在62 ～63 左右,有的球 团厂还低于60 。与国外一些球团矿相比,我 国球团矿铁品位一般要低3～4个百分点,有 1 第29卷 第4期 2004年7月 烧结球团 Sintering and Pelletizing 的球团矿SiO2含量高达到7 ～8 。所以, 进一步提高球团矿铁品位是加快球团生产的首 要任务。 2 高强度和良好的冶金性能 优质炉料的另一表现就是具有高强度和良 好的冶金性能,它们的好坏直接影响到高炉的 料层透气性和炉内煤气分布的均匀性,特别是 现代大型高炉,对烧结矿和球团矿的要求更为 严格。而这些对于高铁低硅烧结矿而言更重 要,因此要生产高碱度、低FeO的烧结矿。因 为高碱度有利于铁酸钙系粘结相的形成,而烧 结矿FeO含量低,其还原性较好,从而可降低 高炉焦比。根据生产经验,烧结矿中FeO含量 每提高1 ,高炉焦比增加115 ,生铁产量降 低115 。 因此,优质烧结矿的具体要求是 TFe≥ 58 最好TFe≥60 , SiO2 ≤515 , CaO/ SiO≥118 , FeO 5 ;优质球团矿的具体要求 是 TFe≥65 , SiO2≤315 ,抗压强度 ≥ 2500N/个,耐磨指数 315 ,膨胀指数 ≤ 10 。 3 高炉精料的实现 目前,高炉精料中原料的改善,主要表现 在进口矿量增加、入炉品位提高和高炉炉料结 构合理化等方面。这些改善虽然促进了高炉的 技术进步,但也给优质炉料的生产带来了新的 问题。 一方面,进口矿使用量的增加,在给钢铁 厂带来较大的经济效益的同时,也给企业经营 带来风险。如果不能实现科学配矿,则不但不 能充分发挥进口矿的效益,反而会增加钢铁企 业总成本。因此,必须进行配矿结构的整体优 化。 另一方面,我国烧结矿占入炉矿的80 左 右,因此提高入炉品位主要是提高烧结矿的品 位。但是随着烧结矿铁品位的提高, SiO2含量 的下降,烧结矿中粘结相量减少,将造成烧结 矿强度降低、成品率下降,这不仅会影响炉料 的质量,甚至有的还影响了正常生产。所以必 须研究高铁低硅烧结机理和高铁低硅烧结技 术,揭示在高铁低硅条件下如何增加粘结相 量,如何在有限粘结相量条件下提高烧结矿强 度。 再者,高碱度烧结矿搭配酸性球团矿以及 高碱度烧结矿搭配酸性球团矿和块矿的形式已 是我国高炉公认的合理炉料结构,但是随着炉 料品位的提高,高炉渣量的降低,含铁炉料中 Al2O3和MgO的含量如何控制、来源如何配置 才能使高炉冶炼处于最佳技术状态,也是值得 探讨的课题。因此,在钢铁生产所用铁矿石的 来源、结构都发生较大变化,对经济合理炉料 结构有了新的理解和认识的今天,围绕钢铁工 业市场竞争力和可持续发展的时代命题,以实 现钢铁生产的低成本、高效益为目标,开展炼 铁原料整体优化理论和新技术的研究,具有重 要的意义。 4 科学配矿 目前,随着世界铁矿石资源的不断变化, 钢铁企业对铁矿石的种类和配比需要不断作出 调整。科学配矿有着更为重要的意义[1 ,2]。宝 钢高炉的技术经济指标跨入世界先进行列的根 本原因在于配矿结构的优化。 411 烧结配矿的现状 20世 纪80年 代 末,日 本 的Takazo Kawaguchi等人在大量烧结试验的基础上,建 立了铁矿石烧结综合模拟模型。该模型利用铁 矿石的物理化学性质、烧结设备特性及操作条 件的信息作为输入数据,预报烧结矿质量、能 耗、生产率和其他操作性能[3]。90年代巴西 CVRD公司为了以高质量的产品和服务来满足 用户的需要,对各种矿石的微观结构及其对烧 结过程的影响进行了大量的研究,并应用人工 神经网络模拟了铁矿石微观结构与烧结性能和 烧结矿质量之间的关系,来评价铁矿石的烧结 性能[4]。 20世纪90年代末,上海宝钢冯建生等人 总结宝钢10余年来的配矿经验,应用神经网 2 烧结球团 第29卷 第4期 络技术,建立了配矿专家系统。该系统能准确 预测烧结矿质量,并能根据对质量的要求给出 科学的配矿方案[5]。21世纪初,北京科技大学 吴胜利等提出烧结过程的各项技术经济指标更 大程度上依赖于铁矿石的同化性能、液相流动 性、粘结相强度性能和铁酸钙生成性能等高温 物理化学性质,为科学配矿奠定了理论基 础[6]。 从上述分析可以看出,国内外在配矿研究 方面主要有以下不足 1 只考虑烧结技术指标要求或者单纯考 虑采购成本,未能将科学配矿与烧结和炼铁的 整体技术经济指标相结合。不把烧结技术指标 和整个炼铁成本综合考虑,就很难实现配矿结 构的优化和钢铁企业总成本的降低;而且,不 同的配矿结构必然有与之相适应的烧结过程工 艺参数,如果不考虑配矿的配套使用技术 烧结过程工艺参数的优化,就很难实现真正意 义上的科学配矿。 2 未能将专家经验与内在规律相结合。 铁矿石在实际生产过程中所表现出的行为和性 能是极其复杂的,不同的矿种具有不同的烧结 性能。即使在混匀矿化学成分、粒度组成相同 的情况下,配矿方案不同,混匀矿的烧结性能 也有差异,导致烧结生产的技术经济指标和炼 铁成本也差异很大。单纯依赖于专家经验,不 考虑铁矿石烧结性能与烧结矿产质量指标之间 的内在规律,对于新矿种就会遇到“经验不 足”的问题;而且对于信息量大、因素多、关 系复杂的配矿系统,单纯靠“人脑”是难以胜 任的,必须将“人脑”与计算机技术和信息技 术有机结合。 412 科学配矿的方法 笔者认为,铁矿石在实际生产过程中所表 现出的行为和性能是极其复杂的。不同的矿种 具有不同的烧结性能,即使在混匀矿化学成 分、粒度组成相同的情况下,配矿方案不同, 混匀矿的烧结性能也有差异,导致烧结生产的 技术经济指标和炼铁成本也差异很大有的矿 石烧结性能差,造成烧结指标大大下降,虽然 价格便宜,但最终烧结成本反而上升了;相 反,某些矿石虽然价格高些,但因为品位高、 杂质少,烧结性能好,烧结生产率提高,反而 能使烧结成本降低。对配矿方案应作综合技术 经济分析,即以最终生产1 t铁的成本来衡量 既要对烧结原料作成本分析,又要计算出炼1 t 生铁所需要的烧结矿量和炼1 t铁所需要的烧 结矿原料成本。 烧结配矿是一项系统工程,在技术上既要 考虑混匀矿的烧结矿化学成分和粒度组成,还 要考虑铁矿石的各种性能冷态性能和热态性 能对烧结过程产量、质量和能耗的影响,更 要考虑对炼铁过程焦比、利用系数和生铁质量 的影响;在经济上既要考虑采购成本,也要考 虑烧结过程中的烧结成本和高炉生产过程中的 冶炼成本,同时还要考虑企业产品的效益;此 外还要考虑矿石性能和配矿方案对烧结过程工 艺参数的影响。只有将配矿、烧结和高炉炼铁 三个环节结合起来,综合考虑炼铁技术经济指 标,建立包括配矿、烧结和高炉炼铁的完整配 矿体系,才能真正实现配矿结构的整体优化。 将计算机技术、专家系统技术、神经网络 技术、数据库技术和系统优化理论与烧结理论 相结合,建立由铁矿石综合性能数据库、铁矿 石烧结性能预报模型、科学配矿技术经济模型 和烧结工艺参数优化模型组成的烧结科学配矿 综合技术经济系统,实现低成本、高效益的炼 铁生产。 参考文献 1 叶匡吾 1 高炉炉料结构与精料 1 烧结球团,2001 ,263 6～7 2 许满兴 1 论配好、 用好矿的原则及理论 1 长沙2002年全国 烧结球团技术交流年会论文集8～12 3 L1Caporali ,R1ottoni ,R1Ottoni ,E1C1Siva ,A1Napoleao1Application of artificial neural networks to describe the microstructure2proper2 ties2perance relationship in ironore agglomeration and reduction process, 1st Brazilian Symposium on Iron Ore Characterization , Beneficication and Pelletizing1Quro Preto , Brazil , 1996 4 Takazo Kawaguchi , Mayumi Yoshinaga , Minoru Ichidate , et a11Development and application of an integrated simulation model for iron ore sintering1Ironmaking Proceedings ,1987 , 46 99～106 32004年第4期范晓慧 高炉精料与科学配矿 收稿日期2004 - 06 - 09 联系人叶匡吾410007 湖南 长沙冶金设计研究总院 欧盟高炉炉料结构述评和我国球团生产的进展 叶匡吾 长沙冶金设计研究总院 摘 要 回顾了国外高炉炼铁技术的发展过程,着重分析了欧盟高炉炉料结构的发展趋 势,提出了对改善我国炉料结构及发展球团矿生产的看法。 关键词 高炉 炉料结构 球团矿 欧盟 1 国外高炉炼铁技术发展回顾 自上世纪50年代以来,随着日本钢铁工 业的崛起和欧洲钢铁工业的快速发展,高炉炼 铁技术呈现出了全新的面貌,达到了一个新的 高峰。通过以澳大利亚、巴西等地的优质富矿 为原料,并对原料进行混匀等作业,实施一系 列严格的精料准备;在高炉本身大型化的基础 上采用许多先进的工艺技术;实现自动化的操 作和管理,使高炉炼铁生产技术全面刷新,指 标大幅改善,钢铁厂的环境面貌也焕然一新。 但是随着钢铁产量的饱和,钢铁市场不景气的 到来,钢铁工业农业化国家实行行业补贴 的出现,北美、西欧和日本对钢铁工业采取了 不同的对策。 美国根据其自身的条件大量的废钢和廉 价的电力 , 在维持钢产量8 000万t/ a的前提 下,不再对现有的高炉进行大的技术改造,而 走的是大力开发和建设电炉短流程钢铁厂的道 路,由此,高炉有一半左右停止了生产,而电 炉炼钢产量不断上升接近50 ;日本对高 炉炼铁实行低产量、低能耗、长炉龄的生产方 针,在此基础上对高炉炼铁技术也进行了不少 的改进;而欧盟在改造长流程钢铁厂和建设电 炉短流程炼钢厂的同时,为充分发挥现有高炉 的生产能力和效益,在提高产量,降低消耗, 改善产品质量等方面进行了一系列的技术升级 工作,使高炉炼铁技术又达到了一个新的水 平。自90年代以来,综观世界高炉炼铁技术, 欧盟的技术进步较大,居于世界最先进的行 列。其中以霍戈文公司荷兰艾莫伊登厂为代 表,实现了高生产率和高喷煤生产以及高炉的 长寿。1997年就达到了焦比234 kg/ t ,利用系 5 冯建生,王秀芝1 一个基于神经网络的配矿专家系统1 冶金 自动化,1999 ,4 7～10 6 吴胜利,刘宇,杜建新等 1 铁矿石的烧结基础特性之 新概念 1北京科技大学学报,2002 ,243 254～257 HIGH2GRADE BLAST2FURNACE BURDEN AND SCIENTIFIC PROPORTIONING Fang Xioahui et al1 Abstract The raw material is the base of iron and steel industry1The technical progress of blast2furnace metallurgy must based on high2grade burden1So the connotation of high2grade blast2furnace burden wasproposed in thispaper , and the scientif2 ic raw materials proportioning was also studied1 Keywords high2grade blast2furnace burden , scientific proportioning 4 烧结球团 Sintering and Pelletizing 第29卷 第4期 2004年7月