高爐精料(thebestqualityofrowmaterialsforblastfurnace)

原料入爐之前經加工準備和處理而成為在物理、化學和冶金性能上盡可能滿足高爐強化冶煉要求的爐料。高爐煉鐵使用精料，可以獲得優良的技術經濟效果。事實證明在原料準備方面所付出的一切代價，都可以從高爐煉鐵的經濟效益中得到補償。精料的重點在鐵礦石及鐵礦粉造塊方面，但也不能忽視高爐燃料，特別是近幾年來．高爐噴煤水平日益提高，高爐內焦炭負荷不斷加重，對于冶金焦品質的要求應當更加嚴格。當然，熔劑的品質也是不容忽視的。

工藝要求高爐精料有天然富礦、燒結礦和球團礦3類。有些國家要求：整粒控制粒度上限，篩除粉末和具有好的冶金性能，冶煉產生的渣量少于300kg／t。中國雖在不同的歷史時期提出過不同的霞點內容，但可歸納為四個方面：高、熟、凈、勻。即含鐵原料品位高，采用熟料(人造富礦)，爐料凈以及入爐原燃料粒度和成分勻。

品位高含鐵原料的品位每提高1％，焦比可以降低約2％，高爐的生產率增加約3％。雖然對于不同的冶煉條件，并不是嚴格的1％、2％和3％的關系，但是它反映了總的趨勢。含鐵原料的品位與它的冶金價值之間的關系，絕非簡單的直線關系，含鐵品位愈高，它的冶金價值會更高。前蘇聯著名的冶金學家巴甫洛夫(M．A．ПaBJOB)提出的評價鐵礦石冶金價值數學式為

p₁=(F/f)(P-Cp₂-Cp₃-g)

式中p₁為原料的價值；F為原料的含鐵品位；f為生鐵中含鐵；p為生鐵的車間成本；C為焦比；c為單位生鐵消耗的熔劑；p₂為焦炭的價格；p₃為熔劑的價格；g為每噸生鐵的車間生產費用。用此式對三種不同品位的鐵礦石進行冶金價值評估的結果列入表1。可以看出，當鐵礦石的品位由65．18％降至55．25％，即其鐵含量約下降10％，其冶煉價值便下降了43％；如果品位再降低10％，就毫無冶煉價值了。此外，焦炭愈貴，工人的工資愈高，提高鐵礦石含鐵品位的經濟效益愈大。在高爐生產實際中，入爐含鐵原料的種類不同，其堿度各異，故為了比較其含鐵品位，必須扣除堿性氧化物CaO，MgO的影響。高爐工作者更習慣以噸鐵的渣量來衡量鐵礦石的品位，當前先進高爐的噸鐵渣量在200～300kg之間，中國的高爐渣量大多數在400～500kg，足見中國入爐鐵礦石的品位與世界先進水平之差距。對于提高入爐鐵礦石的含鐵品位，已有了新的認識。過去認為噸鐵渣量不宜太低，否則帶進爐缸的熱量不足，當爐溫波動時，爐渣成分和性質變化幅度太大，高爐不易操作，而且渣量過小生鐵含硫要求無法保證。在近30年的實踐中，噸鐵渣量不斷下降，高爐的技術經濟指標不斷上升，北歐瑞典和芬蘭的高爐渣量長期保持在150～170kg／t，高爐操作正常，生鐵質量很好。關鍵在于使入爐鐵礦的化學成分和物理性質保持穩定，提高對于高爐過程的監測和控制水平。

表1不同品位鐵礦石的冶金價值

燒結礦中SiO₂的含量直接關系其含鐵品位，高爐和燒結工作者對它也有一個認識的過程。過去認為燒結礦含SiO₂不能低于6％，否則由于黏結相不足，燒結礦的強度不能保證。近十年來隨著燒結礦堿度提高和燒結工藝技術的進步，出現了低溫燒結新工藝，以針狀鐵酸鈣取代硅酸鹽作為燒結礦的黏結相，從而允許燒結礦SiO₂含量降低。生產實踐證明，燒結礦中SiO₂在5％以下，仍然能夠保持良好的強度。

近年來，中國選礦部門提出了鐵精礦“經濟品位”的概念，認為鐵精礦的含鐵品位以62％～63％最經濟。從而限制了入爐鐵礦品位的提高，從而使高爐煉鐵的技術經濟指標得不到提高。所謂“經濟品位”，應當綜合采礦、選礦、人造富礦和煉鐵的綜合效益，而不應當單從選礦一個流程而論。20世紀80年代首都鋼鐵公司遷安鐵礦、本溪鋼鐵公司南芬鐵礦采用先進選礦工藝，使精礦粉含鐵提高到68％左右。從而大幅度提高了高爐冶煉指標。事實說明，實現高爐精料以提高入爐礦的含鐵品位是最重要的。

采用熟料通常將人造富礦(燒結礦或球團礦)稱為熟料。它比稱為生料的天然富礦的冶煉性能優越，其含鐵品位、脈石數量、堿度和有害雜質硫等都可以人為控制。特別是70年代日本等國解剖了幾座生產中的大型高爐，對于高爐煉鐵過程中爐料在高爐內性狀的變化有了進一步的認識，如發現了不同形狀的軟熔帶，從而對于爐料提出了更高、更具體的要求，例如不僅要求入爐含鐵原料具有良好的還原性和強度，而且要有較為理想的軟熔、滴落性能。只有人造富礦，才能滿足高爐工藝的這些要求，所以從60年代以來一直把“熟料率”作為評價鋼鐵企業的一項指標。高爐工作者對于“熟料率”的認識也有一個過程、六、七十年代在一些國家或地區，人們認為“熟料率”愈高愈好，如果能夠實現100％的熟料率，則爐料結構將大為簡單化，甚至可以簡單化為只用礦、焦兩種。但是生產實踐表明，高爐的冶煉效果并非熟料率愈高愈好，因為過分高的熟料率限制了燒結礦的堿度，而高堿度燒結礦具有更好的冶金性質，于是在80年代開展了合理爐料結構的討論。縱觀當前世界上指標先進的高爐，雖然不是熟料率為100％的最好，但是燒結礦或球團礦在爐料中的比例均在70％以上。(見爐料結構)

爐料凈具有兩種含意，其一是指入爐原料必須經過篩分整粒，去除粉料。通常將篩設在礦槽下面，使入爐原料含粉(<5mm)率達到3％，以保證高爐料柱透氣性。這項技術措施對于高爐爐況順行十分重要。如果粉料不篩除，它會充填塊狀爐料之間的空隙，降低料柱的空隙度，嚴重影響其透氣性，從而影響煤氣流的合理分布，甚至造成懸料(見懸料與坐料)、崩料以至高爐結瘤等。此外爐料含粉率高，還會使爐塵吹出量增加，從而增加了爐料消耗。其二是爐料所含有害雜質鉛、鋅、砷等，特別是硫應盡可能少。高爐過程雖然能夠脫硫，但必以提高爐渣堿度為代價。燒結礦和球團礦的生產過程也是一個高效率的脫硫過程，所以使用熟料多的高爐，硫主要來自燃料。高爐對磷無能為力，必須嚴格控制原料含磷，才能使生產出的生鐵含磷達到指定的要求。

粒度和化學成分要勻首先是入爐原料的粒度必須均勻。根據幾何學計算，用直徑相同的球體堆成的散料層，其空隙度只取決于球體排列方式，與球體的直徑無關，最大值可達47．2％，最小值為26．3％。高爐內的料柱為散料構成，雖然爐料不是球體，但依上述原理，如果粒度均勻一致，將能獲得較大的空隙度，從而可以改善料柱的透氣性。因此，對于入爐原料采取分級入爐。一般分為兩級，分批裝入高爐。為保證入爐料粒度均勻，除篩除<5mm的粉末外，還限制燒結礦的粒度上限一般為40mm，球團礦的粒度在9～13mm范圍內，最大不超過16mm。勻的另一個含意是指爐料的化學成分應當穩定不能波動太大，否則將影響高爐的熱制度和造渣制度。例如要求燒結礦含鐵波動幅度小于±0．5％，堿度波動小于0．03。入爐料的化學成分波動大，勢必迫使高爐作業留有較大的熱儲備，從而導致焦比上升，產量下降。

對燃料的要求焦炭是高爐煉鐵的主要燃料，它在高爐內的作用有：(1)燃燒發熱，為高爐冶煉提供足夠的溫度，使鐵、渣熔化，各種化學反應得以進行；(2)提供還原劑碳和CO，與氧化鐵反應，將鐵還原出來；(3)維持高爐內料柱的透氣性，特別在高爐下部，使煤氣流能夠順利通過，并分布合理。要求焦炭灰分低，含硫低，反應性低和有足夠的強度。

灰分低按焦炭的工業分析，灰分和固定碳約占焦炭成分的98％，灰分中以酸性造渣物SiO₂、Al₂O₃為主，灰分愈高，焦炭的有用組分固定碳愈低，渣量愈大，從而使焦比上升，高爐的產量下降。焦炭含灰分的量取決于煉焦配煤中的灰分，配煤中含灰分每升高1％，可使焦炭灰分提高約1．3％。中國的煉焦配煤灰分較高，所以一般冶金焦的灰分均不低于11．5％，北美洲的焦炭含灰分最低，常在6％左右。

含硫低生鐵中的硫大部分來自焦炭，焦炭含硫大體與煉焦用煤含硫相等，所以為降低焦炭含硫，必須降低煉焦煤含硫。中國的焦炭(除南方的焦炭外)大部分含硫不高，在0．6％左右。

足夠的強度焦炭的強度是保證高爐料柱透氣性的重要因素。焦炭的強度取決于配煤，也與煉焦工藝有關。通常以轉鼓試驗測定焦炭強度。用于現代大型高爐的焦炭，其轉鼓指標M40應在80％以上，M10在7％以下。近年來，由于煉焦煤資源日趨減少，焦炭價格上漲、以及環境保護等原因，高爐富氧噴煤發展迅速，從而使焦比大幅度降低，爐料中焦炭負荷成倍提高。為了保持高爐內料柱的透氣性，對于焦炭強度的要求更高。

反應性低指在高溫下焦炭與CO₂的反應能力。反應性強的焦炭在高爐內容易被煤氣中的CO₂侵蝕，使其強度降低，影響高爐下部料柱的透氣性，同時使直接還原度增加，導致焦比升高。焦炭的反應性與配煤的品種有關，也受煉焦工藝的影響。

對熔劑的要求石灰石和白云石是高爐常用的熔劑。它們的作用在于提供爐料所需的堿性物質CaO和MgO，與鐵礦中的酸性脈石SiO₂、焦炭灰分中的SiO₂和Al₂O₃造成一定堿度的爐渣。因此要求它們含有盡可能多的CaO和MgO；含酸性物質SiO₂和Al₂O₃愈低愈好，二者之和大于3％。便不宜作為高爐煉鐵的熔劑了。當高爐直接用石灰石或白云石作為熔劑時，除對其化學成分有上述要求外，它們的粒度不宜太大，一般應小于40mm，否則它們在高爐內隨爐料下降，要到達中、下部高溫區才分解完畢，這時分解放出的CO₂將與焦炭反應，增加了對焦炭的溶蝕，不僅降低焦炭強度，吸收大量高溫熱量還使焦比升高。

隨著燒結礦的發展，石灰石基本上不再直接裝入高爐，而是將其粉碎，配入燒結料之中，這時對熔劑的化學成分的要求與上述相同。近10年來在歐洲為改善酸性球團礦的冶金性質(高溫還原性)，把作為熔劑的MgO加到球團礦中。