摘要：炼铁工序的成本控制是否科学、合理将直接影响整个企业的效益和竞争力。在生铁成本中原、燃料占很大比重，精料和炼铁成本的关系密切。本文分析了影响入炉原、燃料质量的主要因素及其对高炉炼铁的影响，探讨了当前资源环境条件下比较合理的炉料结构形式。得出如下结论：要以“精料方针”为原则，制定出有利于高炉冶炼的炉料质量指标；在条件允许的情况下首先要保证入炉原料的品位要高；不断探索出提高炉料冶金性能的方法措施或工艺，为高炉提供具有良好冶金性能的优质原、燃料；结合高炉炼铁的铁矿资源和生产工艺特点，综合评价分析，采用科学合理的炉料结构进行生产。
关键词：高炉炼铁；品位；成分；冶金性能；炉料结构
0引言
我国钢铁工业近年来高速发展，我国粗钢产量还是要占全球粗钢产量的将近一半，为国民经济发展做出了重要的贡献。高炉炼铁主导现代炼铁工艺，高炉炼铁系统的能耗占钢铁生产能耗的70%以上，如何在高炉炼铁生产中降低燃耗、节约成本，已是现代钢铁企业十分关注的重大课题。而高炉炼铁生产指标的改善和技术进步主要是基于含铁炉料质量的改善与高炉炉料结构的合理化，所以研究掌握影响高炉炉料质量的因素与合理的炉料结构对降低炼铁成本具有十分重要的意义。国内外高炉炼铁实践同样说明：炉料结构影响生铁产量和焦比，对高炉炼铁成本的影响起主导作用。因此，研究高炉合理炉料结构具有重要的现实意义和实用价值。高炉生产所用含铁炉料包括烧结矿、球团矿和块矿，国内外高炉炼铁的炉料结构没有固定的模式，每个高炉都是根据本企业所能获得自然资源的条件（品级和价格）、铁矿石的冶金性能、物理性能、化学成分以及高炉炼铁成本等因素来选择合适的炉料结构。所以，在高炉投产以前或炉料发生变化时，都要对高炉炉料结构进行优化。高炉炉料结构优化不仅包括对含铁炉料搭配模式的优化，还应该包括各种含铁炉料自身性能的优化。
1原、燃料质量
影响高炉炼铁的因素主要有两方面：原、燃料质量水平对高炉炼铁生产的影响率在70%左右；操作水平、设备、管理、外界因素等占30%。所以原、燃料的质量水平直接决定着铁水的质量与成本。这就要求必须深刻认识到对炼铁原、燃料的共识———“精料方针”的重要性，并制定出有利于高炉冶炼的炉料质量指标。“精”不仅仅是高品位的问题，从高炉对炉料质量的要求来看，同时包括了成分及性能的稳定，强度、还原性等冶金性能，有害元素的含量等多方面。现在受资源条件、市场环境限制，品位可做适当牺牲，但“精料”的其它内容应更加重视。通过提高炉料质量，使高炉稳定顺行生产，达到高产、优质、低耗的目的，降低生铁成本。但随着矿产资源的逐渐匮乏使得炼铁原料供应全面紧张，质量指标下降而价格不断攀升。而且由于片面追求产量，使焦比及能耗上升。
1.1入炉原料品位
我国现代高炉炼铁要求入炉熟料品位要达到55%以上，相应铁精粉品位要达到60%以上，国外要求入炉天然矿石的品位要达到62%以上，自熔性烧结矿含铁57%以上，球团矿含铁一般60%以上。对焦炭要求固定碳在85%以上，灰分要低于13.5%，挥发分要低于1.8%。由于入炉矿石品位提高，焦炭灰分降低，使高炉渣量减少，既节省燃料，又能促进强化。目前，大多数钢铁企业主要通过购买国内高品位精矿粉和增加进口矿的比例，包括进口球团矿来提高入炉矿品位。虽然提高品位会增加矿石的采购成本，但提高入炉矿石品位有利于提高高炉利用系数、降低焦比、提高喷煤量、降低矿耗和提高风温。经验表明入炉矿石品位提高1%，焦比下降2%，产量提高3%，吨铁渣量减少30kg，允许多喷煤粉15kg；焦炭灰分降低1%，则焦比降低2%，产量增加3%。因此，虽然国内外高品位矿石价格增长也较大，但在条件允许的情况下，经综合评价后，首先还是要尽量考虑高品位铁矿石。
1.2原、燃料化学成分
要保证高炉冶炼过程稳定顺行，且能实现自动控制，就要求原、燃料的成分要比较稳定，波动小。生产实践表明，矿石品位波动1%，影响产量2.5%，焦比升高1.5%；碱度波动0.1%，影响产量1.2%～2.0%，影响焦比1.2%～2.0%；高硅烧结矿FeO含量变动1%，焦比1%～1.5%，产量1%～1.5%。国内外对入炉原料成分稳定性的要求如表1所示。由表可见，我国对成分的波动范围要求较宽，与国外水平还有一定的差距。
表1入炉原料成分允许波动范围
若要保证炉料成分稳定，则对天然富矿在选矿过程中要均匀筛分，按稳定的品位等级进行分类，在入炉前必须混匀；对精矿和富矿粉在烧结布料和造球前必须混匀。具体来说就是在料场或原料仓库用“平铺切取”的方法进行混匀。例如，2015年3月1日到6日西宁特钢的1#和3#高炉，由于配吃的中铁块矿成分波动较大，使得炉况波动很大，炉渣碱度难以控制，造成多次悬料难行情况。因此，做好炉料成分的稳定工作，对于提高产量，降低焦比有着重要的意义。此外，还要注意炉料中FeO含量要小（球团要求＜2%；烧结矿要求＜9%），有害元素含量要少，烧结矿中有害元素含量要求范围如表2所示。
表2烧结矿有害元素控制范围
1.3炉料的冶金性能
炉料的冶金性能是高炉炼铁系统高产、低耗、高效的关键，包括冷态和热态两个方面。要使高炉有良好的冶金技术经济指标，强化高炉冶炼，就必须重视这两个方面，不断探索出提高炉料冶金性能的方法措施或工艺。为高炉提供具有良好冶金性能的优质原、燃料。炉料的冷态冶金性能主要是指炉料在从料堆或矿仓运到高炉炉顶过程中抵抗破碎的强度，包括转鼓、抗磨、抗压、粒度组成等指标。（1）对于烧结矿，目前的冶炼条件要求：转鼓指数＞75%，抗磨指数＜4%，粒度组成：大于50mm比重＜8%；10～40mm比重60%～65%；5～10mm比重＜30%；小于5mm比重3%～5%。（2）对于球团矿，要满足抗压强度＞2200N/个，转鼓指数＞90%，抗磨指数＜5%，粒度组成：粒级10～16mm比重＞85%。（3）对于入炉焦炭，应该满足的条件是强度要高（M40＞76%；M25＞88%；M10＜8.5%），粒度要均匀（粒度在25～40mm的所占比重要高）。炉料的热态冶金性能是指炉料在从炉顶下落过程中发生还原反应时具有的一些性能，包括含铁炉料的还原性、高温软化和熔滴性能、烧结矿的低温还原粉化率、球团矿的还原膨胀率、块矿的热爆裂性、焦炭的反应性及反应后强度等。（1）根据生产实践经验，间接还原性改善10%，则焦比降低5%～8%，产量增加5%～8%。所以要发展间接还原度，降低直接还原度，提高煤气利用率，从而使高炉燃料消耗降低。（2）改善烧结矿和球团矿的高温冶金性能，能进一步提高含铁炉料的软化和熔融温度，降低烧结矿的低温还原粉化指数（RDI-0.5mm＜10%）和球团矿的还原膨胀率，从而降低软熔带的位置，使得间接还原时间延长，提高煤气利用率。（3）对于焦炭的热态冶金性能，目前一般要求反应性CRI＜30%，反应后强度CSR＞55%，稍大型的高炉希望CRI＜26%，CSR＞60%。
2合理的炉料结构
高炉合理的炉料结构是在一定时期和一定资源条件下，合理搭配烧结矿、球团矿和天然块矿，优化高炉入炉铁矿石的冶金性能，使高炉炼铁获得最佳的技术指标和经济效益的含铁炉料使用结构。各种含铁炉料的冶金性能不同，各有优缺点，在冶炼过程中，需要发挥各种物料的优势，相互弥补劣势，合理的搭配，也就是确定科学合理的炉料结构。根据高炉精料原则，在条件允许的情况下应该尽可能的提高入炉原料的熟料率，即烧结矿和球团矿的入炉配比，因为熟料具有稳定的高温冶金性能。大多数钢铁企业熟料率都基本在90%以上，如我国鞍钢、本钢、首钢所采用的炉料结构基本是100%的熟料。结合高炉炼铁的铁矿资源和生产工艺特点，目前合理的高炉炉料结构应该采用以高碱度烧结矿为主，搭配酸性炉料（球团矿、块矿）的炉料结构。由于高碱度有利于铁酸钙系黏结相的形成，高碱度烧结矿强度好，而且烧结矿FeO含量低，还原性好，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1.5%，生铁产量降低1.5%。使用高碱度烧结矿，高炉冶炼时可不加或少加石灰石，不仅节省热量消耗，而且又可以改善煤气热能和化学能的利用，同样有利于降低焦比和提高产量。球团矿具有强度高、粒度整齐、还原性好的特点，所以配用优质的酸性球团矿不仅能提高入炉品位，而且能改善炉料透气性，为高炉强化冶炼创造条件，所以现在常用高碱度烧结矿配用酸性球团矿。但由于球团矿需用细磨选别后的细精矿，其价格比烧结矿要贵30%以上，而块矿的价格要比烧结矿便宜的多。另外，虽然球团矿在粒度均匀、冷态强度（抗压抗磨）、含铁量及松散密度方面都比烧结矿优越，有的甚至优越得多，但球团矿的一个重要冶金性能指标，即高温还原粉化率要比烧结矿严重得多。因此，在选择炉料结构时，也不能过多的考虑球团矿。为了控制炼铁成本，可采用高碱度烧结矿+酸性球团矿+天然富矿的炉料结构。从铁矿石的资源战略考虑，合理使用进口酸性球团矿、天然块矿是毋庸置疑的。但是，人们在多用进口酸性球团矿还是多用天然块矿方面存在疑虑。在价格上进口天然块矿要比进口酸性球团矿便宜的多；从环境角度考虑，目前使用的酸性球团矿是天然矿粉经过造块工艺获得的加工产品，其生产过程存在不同类型、不同程度的环境污染，而天然块矿则不存在这个问题，从这些方面考虑，显然是多使用进口天然块矿为宜。一些地理位置比较特殊的钢铁企业也可以结合自身的条件选择配吃一些低品位的块矿，但比例不能太高，一般不要超过 10%，因为其自身软熔性、热爆裂性等高温冶金性能较差。根据北京科技大学冶金性能试验，低品块矿的滴落区间有如表3所示的变化。
表3不同炉料结构下的高温软熔性
从实验数据可以看出，随着低品块矿的配入量增加，溶滴区间宽度升高。影响高炉透气性最严重的区间就在滴落区，影响整个透气性的65%。因此，对于低品位块矿的入炉配比一定不能过高，要适量。
3结论
（1）原、燃料质量水平对高炉炼铁生产的影响率在70%左右，直接决定着铁水的质量与成本。要以“精料方针”为原则，不断探索出影响原、燃料质量水平的因素，制定出有利于高炉冶炼的炉料质量指标。（2）要保证入炉原料的品位要高。虽然国内外高品位矿石价格增长也较大，但在条件允许的情况下，经综合评价后，首先还是要尽量考虑高品位铁矿石。（3）要保证高炉冶炼过程稳定顺行，且能实现自动控制，就要求原、燃料的成分要比较稳定，波动小，有害成分和元素的含量要低。（4）炉料的冶金性能是高炉炼铁系统高产、低耗、高效的关键，要使高炉有良好的冶金技术经济指标，强化高炉冶炼，就必须重视这两个方面，不断探索出提高炉料冶金性能的方法措施或工艺。为高炉提供具有良好冶金性能的优质原、燃料。（5）结合高炉炼铁的铁矿资源和生产工艺特点，目前合理的高炉炉料结构应该采用以高碱度烧结矿为主，搭配酸性炉料（球团矿、块矿）的炉料结构。在条件允许的情况下应该尽可能的提高入炉原料的熟料率，即烧结矿和球团矿的入炉配比。（6）球团矿由于还原粉化率高，而且价格昂贵，在选择炉料结构时，不能过多的考虑球团矿。对于一些地理位置比较特殊的钢铁企业也可以结合自身的条件选择配吃一些低品位的块矿，但比例不能太高，一般不要超过10%。
参考文献：
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论文作者:何彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/22
标签：高炉论文; 炉料论文; 焦比论文; 性能论文; 结构论文; 品位论文; 燃料论文; 《基层建设》2019年第11期论文;