爐料結構(burdendesign)

高爐煉鐵時裝入高爐的含鐵爐料的構成。是指天然富鐵礦(塊礦)、燒結礦和球團礦三類爐料在使用時的搭配組合，其他少量的含鐵料如鋼渣、廢鐵等不包含在爐料結構的概念之中。高爐使用的天然富礦和球團礦按它們脈石的性質分為酸性礦、半自熔性礦(CaO／SiO₂在0．5左右)和自熔性礦(CaO／SiO₂在1．0～1．2)；而燒結礦則分為酸性燒結礦、自熔性燒結礦(CaO／SiO₂在1．15～1．35)和高堿度燒結礦(CaO／SiO₂在1．6以上)等3種。長期的生產實踐表明，還沒有哪一種含鐵爐料在單一使用時，能夠完全滿足高爐強化冶煉的要求。生產廠要根據自己的礦石供應情況和各種礦石的特性，確定它們的合理配比，以使高爐獲得良好的技術經濟指標和經濟效益。這種合理搭配稱為合理爐料結構。

發展簡史20世紀50年代前，天然富塊礦是高爐冶煉的主要原料。由于天然礦的脈石大部分是酸性的，冶煉時要往高爐內加很多熔劑(石灰石和白云石)，再加上天然礦的冶金性能差，高爐冶煉指標差，最突出的是渣量大、產量低、焦比高。進入50年代，燒結礦生產迅速發展，由原來僅是處理礦山粉末和鋼鐵廠含鐵粉塵的手段，發展成富礦粉和粗粒度磁精礦粉造塊的主要方法。特別是將本應加入高爐的石灰石粉碎成<3mm的細粉配入燒結料中生產出自熔性燒結礦后，它成為高爐使用的主要含鐵爐料，因為它不僅解決了石灰石進高爐使焦比升高的問題，而且其性能比普通燒結礦和天然富塊礦好，使高爐的冶煉指標得到改善。所以發展到將冶金性能不好的富礦粉碎到8mm以下再進行燒結。同時自熔性燒結礦還使高爐配料簡化到只有燒結礦和焦炭，為高爐上料自動化創造了很好的條件。后來在生產中又發現自熔性燒結礦的強度差，還原性也不很好，限制了高爐強化和生產指標的進一步改善。這樣從60年代后期開始生產堿度為1．7～2．2的高堿度燒結礦，克服了自熔性燒結礦的缺點。尤其是進入70年代后，用低溫燒結法生產出以針狀鐵酸鈣為黏結相的低FeO高還原性的高堿度燒結礦進一步改善了燒結礦的性能，為高爐冶煉提供了很好的含鐵爐料。但是這種燒結礦不能在高爐冶煉中單獨使用，因為完全使用高堿度燒結礦冶煉時，形成的終渣的堿度超過了冶煉允許的范圍，高爐冶煉提供不了高堿度燒結礦熔化性溫度所要求的高溫。所以這種高堿度燒結礦必須與酸性含鐵爐料配合使用形成合理的爐料結構。球團礦是處理極細精礦粉的另一種人造富礦，它是靠赤鐵礦再結晶和晶體長大固結的，可以使用很純的精礦粉，所以含鐵品位高而且強度很高。長期生產的是酸性(氧化)球團礦，單獨使用它冶煉也需要往高爐內加很多熔劑而影響了高爐冶煉指標。近10余年來球團礦生產技術有了很大進步，能夠生產性能良好的半自熔性球團礦和自熔性球團礦，成為北美和北歐高爐冶煉的主要含鐵爐料。但是大部分球團廠仍生產含MgO酸性球團礦和半自熔性球團礦作為高堿度燒結礦的配合料。

組織原則和類型組織合理爐料結構應依據的原則有三：(1)高爐不加或少加石灰石，造出適宜堿度的高爐渣；(2)使爐料具有良好的高溫冶金性能，在爐內形成合理、穩定的軟熔帶，以利于高爐強化和提高冶煉效果；(3)礦種不宜過多，以2～3種為宜，因為復雜的爐料結構將給企業管理和高爐生產帶來困難。合理的爐料結構依具體情況有所不同，大致可歸納為6種，其中高堿度燒結礦配以適量的酸性爐料已成為舉世公認的合理爐料結構并得到了廣泛應用，特別是對于沒有固定鐵礦石基地，具有多種外來礦源的工廠，這種爐料結構形式更具廣泛的實用性和應變性。

高堿度燒結礦配加酸性球團礦這種形式的爐料結構已為許多國家廣泛采用。高堿度燒結礦與酸性球團礦的最佳入爐配比取決于礦源和高爐冶煉的綜合經濟效益。一般以高堿度燒結礦為主，酸性球團礦為輔。中國鞍山鋼鐵公司、本溪鋼廠、杭州鋼鐵廠等都有這種爐料結構。如杭州鋼鐵廠3號高爐(255m³)，采用50％～55％高堿度燒結礦(TFe44．5％，CaO／SiO₂=2．3)，配加45％～50％酸性球團礦(TFe56％，CaO／SiO₂=0．3)，取得了增鐵節焦的顯著效果。美國鋼鐵聯合公司紹姆森鋼廠的高爐爐料結構是：55％高堿度燒結礦(TFe54．34％，CaO／SiO₂=2．03，MgO2．13％)，配加30％酸性球團礦(TFe63％，SiO₂5．5％)和15％塊礦。高爐不加石灰石，渣量為246kg／t。日本一些高爐也采用這類爐料結構。

高堿度燒結礦與酸性燒結礦配合這是取酸性燒結礦強度好的優點而組合的一種爐料結構形式，前蘇聯下塔吉爾鋼鐵廠采用堿度2．2和0．9兩種高、低堿度燒結礦相配合的爐料結構，比單用堿度1．15的自熔性燒結礦效果好。高爐增產2．8％，焦比降低1．5％。中國酒泉鋼鐵廠等也成功地采用了這種爐料結構進行生產。

高堿度燒結礦配加天然富鐵礦在有天然富鐵礦資源或來源的地區，適宜采用這種爐料結構模式。它工藝流程簡化，只需組織高堿度燒結礦的生產和天然富鐵礦的整粒(見鐵礦石整粒)和混勻(見礦石中和混勻)處理。日本由于大量進口天然富鐵礦，其礦粉用于生產高堿度燒結礦，常配加15％～20％塊礦入爐。中國寶山鋼鐵(集團)公司，上鋼一廠，梅山冶金公司等廠因進口澳大利亞等國的天然富鐵礦，也采用這種爐料結構。

高堿度燒結礦配加硅石這種結構主要用于生產鑄造生鐵和高爐硅鐵合金。在使用高品位低SiO₂鐵精礦生產高堿度燒結礦的條件下，為了增加鐵中易還原的硅源和調節爐渣堿度，生產中配加一定量的硅石(含SiO₂90％以上)。本溪鋼鐵公司一煉鐵廠，梅山冶金公司高爐冶煉鑄造生鐵時都采用過這種爐料結構。

酸性球團礦為主配加高堿度燒結礦這在美國使用過細鐵燧巖精礦大量生產酸性球團礦的特定條件下，是一種很流行的爐料結構形式。如伯恩斯港廠3000m³級高爐曾使用100％酸性球團礦冶煉，在無噴吹燃料條件下，獲得利用系數1．7t／(m³•d)，焦比575kg／t的效果。后來采用60％酸性球團礦配加40％高堿度燒結礦((CaO+MgO)／(SiO₂+Al₂O₃)=2．0～3．0)的爐料結構，使高爐利用系數達到2．0t／(m³•d)左右，綜合焦比降低到456kg／t(入爐焦比405kg／t)。印第安納廠7號高爐(4200m³)采用75％酸性球團礦和25％高堿度燒結礦的爐料結構，獲得了利用系數1．815t／(m³•d)，綜合焦比513kg／t(入爐焦比491kg／t)的良好指標。中國一些中、小型高爐也采用這種以酸性球團礦為主的爐料結構。

酸性球團礦和自熔性球團礦配合以前北美的一些高爐單純使用酸性球團礦冶煉，除帶來石灰石大量入爐，焦比升高等弊端外，還因其在高爐內產生還原膨脹粉化，導致爐況不順。近年來隨著半自熔性球團礦和自熔性球團礦的生產，酸性球團礦已部分或全部被取代。加拿大多發斯柯廠(Dofasco)2號高爐(906m³)，使用CaO／SiO₂=0．8～1．0，含MgO1．5％～1．7％的這種自熔性球團礦，增產2．6％，焦比降低12％，澳大利亞懷阿拉廠2號高爐(1543m³)使用80％的CaO／SiO₂=1．19、含MgO1．93％的自熔性球團礦冶煉，同使用80％酸性球團礦冶煉相比較，利用系數提高12．4％，綜合焦比降低5．2％，煤氣利用率提高3．4％。日本加古川廠通過加入MgO提高球團礦氣孔率并使球團堿度CaO／SiO₂從1．25提高到1．5。這種球團礦膨脹率低于14％，冶金性能近于熔劑性燒結礦。因此采用酸性球團礦同含MgO的自熔性或熔劑性球團礦相配合是一種正在發展、很有前途的新型爐料結構。