树立科学的高炉冶炼观

【摘要】高铬型钒钛磁铁矿是一种特殊的钒钛矿资源。尽管占世界钒钛磁铁矿总储量的比例较少，但由于矿石中伴生有丰富的铬资源，因此具有很高的综合利用价值。铬是我国严重短缺的战略资源之一，可用于生产不锈钢、特种钢等。与普通钒钛磁铁矿相比，高铬型钒钛磁铁矿的矿物组成更为复杂，原料造块、高炉冶炼及钒钛铬资源综合利用更加困难，且国内外相关研究缺乏，系统集成技术尚未形成。这些因素导致了目前国内还没有高炉冶炼高铬型钒钛磁铁的工业实践，矿中的铁、钛、钒、铬尤其是钒、铬资源尚未得到有效利用。因此如何合理、高效地利用高铬型钒钛磁铁矿，提高多金属伴生矿资源的综合利用水平，是当前乃至今后我国和世界矿产资源开发利用面临的重大课题。

【关键词】科学；高炉；冶炼观

一、高炉炉料结构合理化的重要性

在钢铁工业中，高炉冶炼生产的物料消耗和能源消耗最大，排放物种类和数量也最多。高炉冶炼不仅是钢铁生产中最主要的成本构成工序，同时是与环境和社会联系最密切的生产环节。所以高炉冶炼的高产低耗和高炉长寿就成为高炉冶炼技术发展的方向。

从影响高炉冶炼过程的因素来分析，除了高炉本体及其附属设施外，冶炼生产还必须备原料（矿石、焦炭、熔剂）和热风两个基本的冶炼条件。但随着炼钢能力的提高，生铁的需求量越来越大，而焦炭资源却日渐缺乏。因此，要想在现有设备和资源条件下，达到增产降耗的目的，就必须采取一系列措施，进行高炉强化冶炼。目前，国内外通常采用精料、高压操作、高风温、富氧喷吹和自动控制等新技术措施来进行高炉强化冶炼。其中精料是高炉强化的物质基础，国内外高炉冶炼的实践表明，精料对高炉冶炼科技进步的影响率在7% 左右。所以强化高炉冶炼必须把精料放在首位。精料同样也是高炉炉料结构的基础，精料技术的发展推动了炉料结构的优化，反之追求炉料结构的合理化又不断对原燃料品质提出更新更高的要求。可见高炉炉料合理化对高炉冶炼技术进步和发展的重大意义。

二、高炉冶炼钒钛磁铁矿存在的主要问题

1. 泡沫渣问题

泡沫渣是高炉冶炼钒钛磁铁矿时出现的区别于低钛渣、中钛渣冶炼的一个特殊问题。炉渣在流入渣罐时产生大量的气体，使炉渣成泡沫状，体积膨胀，渣面上涨甚至外溢，影响出渣出铁作业。炉内表现为下部透气性恶化、压差高、铁前铁后风压急剧波动，下料不畅，并且随渣中T i O 2 含量增加，泡沫渣危害愈加严重。泡沫渣的形成是因为钛铁氧化物高温还原产生大量气体。气体产生，形核到小气泡长大及破灭，由于钒钛渣中含有TiC，TiN及其固熔体有利于气泡稳定，从而形成泡沫渣。

2. 铁损问题

高炉冶炼含钛铁矿炉渣的铁损高于普通渣是普遍性问题。而且随渣中Ti02 含量升高，铁损增加。对含钛炉渣冶冶炼损机理的研究，以及铁损的调查表明，高炉冶炼含钛铁矿出现的铁损既有共性又有特殊性。共性是与普通炉渣冶炼造成铁损的原因相一致，特殊性则是由于炉渣本身含钛，阻碍了铁滴的聚合而引起铁损。

（1）炉渣中金属铁的存在形态

炉渣中金属铁的存在形态主要有渣中机械夹带的铁、润湿铁和化合铁。其中润湿铁是含钛炉渣所特有的。炉渣中绝大部分是机械带铁，其次是润湿铁。润湿铁与夹带铁之间的关系是随着渣中润湿铁增加，机械夹带铁显著增高。渣中夹带铁与炉渣润湿性有关，润湿性越好，熔铁滴落通过炉渣层时，铁滴与炉渣的附着功增大，渣铁分离难度越大。另外由于润湿性，随渣中Ti（C，N）固熔体微粒增加，会提高炉渣熔化性温度，使熔渣本来就低的过热度进一步降低，造成出铁时高温矿物晶出，恶化流动性，渣铁分离困难，增加机械夹带铁。渣中带铁占铁损的90% 左右，全部铁损平均约占总生铁产量的6% 一7%。

（2）渣中带铁机理

铁在渣中损失主要是以氧化亚铁形式存在于渣中的化学损失以及以铁珠形式存在渣中的机械损失，而钒钛磁铁矿冶炼则以渣中机械损失为主。试验表明，当渣中氧化亚铁被渣中的焦炭和Fe液中的C 还原为金属铁时，Fe 以细小的铁珠形式出现。在焦炭表面，由于C 源充足和易于流动，使还原出的小铁珠很快渗C 并聚集成较大的铁珠。在渣一铁界面，由于重力和还原的作用，渣侧也聚集着大量直径为几微米的小铁珠。

3. 炉渣黏稠问题

含钛炉渣在还原气氛并有炙热焦炭存在的高炉冶炼条件下，随高温或还原时间延长，其茹度增大。根据实际冶炼的表现，低钛渣的变稠速度缓慢，而高钛型炉渣变稠最快，中钛渣则介于两者之间。

高钛炉渣变稠的原因主要是由于渣中存在一定数量（例如1%以上）的碳、氮化物，这些化合物的熔点高达3000℃左右，密度也与炉渣相差不远，并且又不熔于炉渣，因此它们通常以几微米的固熔体悬浮物形态弥散在液态炉渣中，使炉渣黏度显著增大。

另外高钛渣中夹杂的大量铁珠也被认为是炉渣黏度剧增的重要原因之一。

三、建立高炉合理炉料结构的基本原则

高炉炉料结构的合理化是更高层次上的精料内容。从理论和高炉生产的角度来看，高炉只使用单一炉料，并把熟料率提高到100% 是合理的。然而，还没有一种理想的矿石能完全满足现代高炉强化冶炼的需要。烧结矿、球团矿和天然块矿各有其特点，就烧结矿而论，不同类型的烧结矿的性质大不相同。普通酸性烧结矿强度较好，而其还原性相对较差。高碱度烧结矿低温还原粉化性能得到改善，还原性较优。但是高炉生产也不能完全使用高碱度烧结矿，应综合考虑资源的合理利用等因素，各钢铁企业必须根据自身的铁矿石资源选择合理的炉料结构.

（1）经济效益第一的原则

冶炼企业经营的最终目标是取得最大的经济效益和实现环境友好。高炉冶炼的合理炉料结构，除了技术方面的因素之外，主要是经济效益起决定性因素。合理炉料结构的目的是为了改善冶炼指标，提高企业的经济效益。这就要求既要充分利用好本地的资源，又要对本地区资源的弊端加以控制；既要发挥本地矿的作用，又要用好外来矿。不少企业的生产实践证明，低成本不等于高效益。低成本只是企业的手段，而追求高效益才是企业的目的，在炉料问题上不能只考虑降成本，还应该从铁前的整体效益出发，考虑降低采购成本后可能会出现的问题。

（2）高炉炉渣碱度制约原则

高炉冶炼要求将炉渣碱度控制在1.0-1.1，主要原因是要确保炉渣要有好的流动性、穿透性，较高的脱硫能力，以保证高炉生产的顺行。高炉无论以何种结构进行配料，最终总的炉渣碱度都要满足高炉正常生产的需求。

（3）充分发挥各种炉料优势的原则

高碱度烧结矿，不论是产量还是质量，也不论是物理性能还是冶金性能都要比自熔性烧结矿优越得多。在这个问题上有两点需要认识清楚，一点是高碱烧结矿应有个最佳的碱度范围。大量的研究和生产实践证明，这个范围在1.80-2.30 之间。另一点是高碱度烧结矿的工艺和产质量也是发展的，高碱度小球团烧原料经过强化制粒后，料层透气性得到明显改善；如果实现燃料和熔剂分加还能使成品矿的的质量得到明显改善，燃料和工序能耗降低，Fe0 降低，在有条件的企业，应该把生产高碱度小球团烧结矿作为合理炉料的主要部分。但是，高炉冶炼全用高碱度烧结矿，会使炉渣碱度太高，高炉生产会出现困难。所以，用高碱度烧结矿冶炼必须要搭配酸性球团矿或适当比例天然块矿。

参考文献：

[1] 张寿荣.21 世纪前期钢铁工业的发展趋势及我国面临的挑战[M]. 见2007 中国钢铁年会论文集，北京：冶金工业出版社，2007

[2] 袁文.2007 年全球粗钢产量达到13.435 亿吨[J]. 冶金管理，2008