基于高温交互作用的炉料优化技术在宣钢的研究实践

赵佐军

（河钢集团宣钢公司　技术中心，河北　宣化　０７５１００）

本文通过研究不同炉料结构的高温交互反应，并利用高温交互反应指数，筛选出ＰＢ块为最佳的酸性炉料。既摘 要：

可避免酸性炉料软化温度过低，软熔区间过宽的弱点，又可克服烧结矿熔化温度高、不易滴落的缺点，促进软熔带位置下移，厚度减薄，改善了综合炉料的初渣生成行为，技经指标改善效果显著。

综合炉料；高温交互；稳定顺行；节焦降耗关键词：

ＴＦ５３　　Ａ　　１００２－５０６５（２０１９）１０－０２６７－３中图分类号：文献标识码：文章编号：

The Research and Practice on High Temperation Interaction of Furnace Burden Optimization

ZHAO󰀁Zuo-jun

（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｅｎｔｅｒ，ＨＢＩＳ　Ｇｒｏｕｐ　Ｘｕａｎｓｔｅｅｌ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｕａｎｈｕａ　０７５１００，Ｃｈｉｎａ）

Abstract:　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｕｒｄｅｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ａｎｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　

ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，　ＰＢ　ｏｒｅ　ｗａｓ　ｃｈｏｓｅ　ｗｈｉｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ａｃｉｄ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｕｒｄｅｎ。Ｂｏｔｈ　ａｖｏｉｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｏｗｅｒ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｗｉｄｅｒ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｏｆ　ａｃｉｄ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｕｒｄｅｎ，　ａｇａｉｎ　ａｖｏｉｄ　ｔｈｅ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｎｏｔ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｄｒｏｐ　ｏｆ　ｓｉｎｔｅｒ，　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｏｎ　ｏｆ　ｓｏｆｔｅｎｉｎｇ　ｚｏｎｅ　ｗａｓ　ｍｏｖｅｄ　ｄｏｗｎ，　ｔｈｅ　ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　ｗａｓ　ｔｈｉｎｎｅｄ，　ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｐｒｉｍａｒｙ　ｓｌａｇｓ　ｗａｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ａｎｄ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Keywords: ｆｕｒｎａｃｅ　ｂｕｒｄｅｎ；　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；　ｓｔｅａｄｙ　ｓｔａｔｅ；　ｒｅｄｕｃｅ　ｃｏｋｅ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ

长期以来，宣钢将烧结矿、球团矿、块矿单种炉料的冶金性能作为研究重点，但在高炉冶炼过程中各种单一炉料并非简单的物理混合，因此单一炉料的冶金性能并不能完全用于表征、评价综合炉料的整体性能。吴胜利等人研究认为，酸性炉料与烧结矿在高炉高温区存在着复杂的交互作用[1，2]，炉料脉石组成变化势必引起冶金性能的差异[3]，并为此提出

[4]

了高温交互反应的新概念。宣钢利用现有熔滴试验装置，对烧结矿、球团矿、块矿等含铁炉料，进行不同结构下的熔

滴性能测定，根据高温交互反应指数，筛选出宣钢原料条件

下的最优酸性炉料，实现高炉长周期顺行、高产、低耗。

1 高温交互反应试验研究1.1 单种炉料熔滴性能

宣钢高炉含铁炉料主要有：烧结矿、自产球团矿、外购球团矿、PB块矿、蒙古块矿、南非块矿，其化学成分如表1所示，单种炉料的熔滴性能结果如图1、图2所示。

表1  含铁炉料的化学成分/%

名称

烧结矿自产球团外购球团PB块矿蒙古块矿南非块矿

TFe54.6961.1161.5059.4659.3560.39

FeO9.081.661.450.3227.420.69

SiO25.6.256.323.546.341.41

CaO10.761.371.650.330.330.14

MgO1.901.351.110.062.720.03

Al2O32.451.001.234.571.070.73

S0.0200.0150.0100.0302.9700.010

P0.050.040.030.050.090.07

TiO20.151.761.240.200.110.02

图1󰀁󰀁单种炉料软熔区间

图2󰀁󰀁单种炉料S特征值

２０１９－０５收稿日期：

赵佐军，男，生于１９６４年，副主任，高级工程师，研究方向：作者简介：铁前技术管理与研究。

从检测结果看：这五种酸性炉料中，蒙古块矿为磁铁矿，

微观结构致密，软熔区间最宽，S特征值最高，综合性能最

2019年 5月下 世界有色金属267

差；PB块矿略好，南非块矿综合性能最好。自产球团矿的软熔区间和S特征值均低于外购球团。因此，若仅从单种炉料熔滴性能考虑，块矿当中，南非块矿最优，PB块矿次之，蒙古块矿最差。

1.2 综合炉料熔滴性能

上述五种酸性炉料均依次按照相同炉料比与烧结矿进行配矿，综合炉料冶金性能检测结果如图3、图4所示。

图5󰀁󰀁酸性炉料与烧结矿间高温交互反应指数

由于球团矿、块矿与烧结矿在接触方式上存在差异性较

为明显的“点接触”和“面接触”，即块矿与烧结矿的有效接触面积更大，因此，三种块矿与烧结矿的高温交互反应指数均高于球团矿，其中PB块矿最高，南非块矿次之，蒙古块矿最低，这与单种炉料熔滴性能排序差异明显。

图3󰀁󰀁单种酸性炉料和综合炉料软化开始温度

图4󰀁󰀁单种酸性炉料和综合炉料软熔区间

酸性炉料与烧结矿混合以后，软化开始温度较单种酸性

炉料均呈现出升高趋势，炉料间的高温交互反应有效缓解了酸性炉料软化温度过低、软熔区间过宽的弱点，促进炉料软熔带位置下移，减薄软熔带厚度，提高透气性，拉长块状带反应区域，增强间接还原反应，抑制高温区直接还原发展，为高炉实现顺行、降耗提供有利条件。1.3 高温交互反应指数

为定量化表征酸性炉料与高碱度烧结矿之间发生交互反应程度的高低，吴胜利等人率先提出高温交互反应指数（INI）的概念[4]。

图6󰀁󰀁PB矿、南非矿分别与烧结矿反应界面Ca元素能谱分布图

式中：T0—混合炉料软熔区间，℃；T1—烧结矿软熔区间，℃；T2—块矿或球团矿软熔区间，℃；a—混合炉料中烧结矿比例，%；b—混合炉料中块矿/球团矿比例%。

利用该计算公式，分别计算上述五种酸性炉料对烧结矿的高温交互反应指数，结果如图5所示。

通过如图6所示的PB矿、南非矿分别与烧结矿的反应

界面Ca元素能谱分布图可以看出：由于PB矿疏松多孔的微观结构，增加了反应“通道”，且与烧结矿发生有效的“面接触”，交互反应充分，反应界面两侧的Ca元素浓度差较小。反观南非块矿，由于其微观结构相对致密，相同条件下交互反应不够充分，反应界面两侧的Ca元素浓度差较大。

PB矿还原性能好、孔隙度高，与烧结矿在高炉高温区交互反应最为充分，FeO含量低且还原速率快，可有效抑制

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表2  近几年宣钢2500m3高炉炉料结构及指标情况

时间20162017

2018

1月2月

入炉结构/%

烧结矿74.57876.777.4

球团矿21.920.516.715.1

PB矿3.61.56.67.5

利用系数/t·m·d

2.172.232.382.36

3

指标

焦比/kg/t362356348346

煤比/kg/t108120138136

燃料比/kg/t

509512519517

2FeO·SiO2等还原性差的橄榄石类生产，同时烧结矿中的CaO与PB矿Al2O3、SiO2反应生成黄长石类的低熔点物质，改善综合炉料的初渣生成行为，有效克服PB矿自身软化性能差的缺陷。

3 结论

（1）在高炉高温区内，天然块矿、球团矿均与烧结矿发生交互反应，由于块矿与烧结矿存在“面接触”，有效接触面积大于球团矿，INI指数较高。（2）不同种类块矿之间存在微观组织结构上的差异，PB块矿疏松多孔，与烧结矿的高温交互反应能力最强。

（3）基于高温交互反应的炉料结构优化技术在宣钢2500m3高炉成功应用，逐步由PB块矿替代球团矿，实现高炉长周期稳定顺行，节焦降耗效果明显。[1]󰀡吴胜利，韩宏亮，许海法，等.高炉内烧结矿与块矿高温交互反应机理

研究[J].过程工程学报，2010，10(4)：37-41.

[2]󰀡吴胜利，王来信，王玉珏，等.含铁炉料间高温交互作用对初渣生成行

为的影响[J].过程工程学报，2016，38(11)：1546-1552.

[3]󰀡Gedelin󰀡D󰀡C.周取定译.根据矿物学来鉴定铁矿石烧结矿的性

能[A].第五届国际造块会议论文选[C].北京：冶金工业出版社，1991.358−381.

[4]󰀡吴胜利，汪国俊，姜伟忠，等.高炉内天然块矿与烧结矿高温交互反应

研究[J].钢铁，2007,42(3)：10-13.

2 生产应用

基于高温交互反应，结合炉料熔滴性能研究，建立炉料

结构优化评价体系，筛选出PB块矿和自产球团矿为最佳的酸性炉料，自2016年之后，入炉块矿以PB矿主，并逐步使用PB矿替代自产球团矿，增大PB矿配入比例，实现入炉结构优化的科学化、数据化。近些年宣钢2500m3高炉炉料结构及指标情况如表2所示。

通过不断摸索、总结，宣钢高炉形成了烧结矿+自产球+PB矿的炉料结构，并不断优化提高块矿比，较2016年相比，2500m3高炉利用系数提高近0.2t·m3·d，入炉焦比降低近15kg/t，喷煤比提高近30kg/t，技经指标创历史最好水平。

（上接266页）通常情况下，越野车是车载系统的前身车型[2]，将激光扫描设备与摄像系统安装在上面，就构成了全新的扫描系统。因为选取的地点不同，其实际高度也会不一样。因此，在准备测量的时候，需要将扫描设施的实际高度进行调整。利用固定的升降装备对扫描设施的高度进行调整，为了使测量准确度得到保证，需要将一些检查点设立在扫描点的附近。通过对车辆自身定位系统的利用，将其地理坐标确立下来，通过这样的方式，可以很大程度地减少工作时间。在现实运用中，因为测量车辆具有很大的体积，这就造成了在进行信息收集的时候，产生测量盲区，基于这种情形，需要对其距离进行相应设定。在采集数据的时候，能够运用数码照片同步的技术，对照片的透明度进行调节，对模型的构建进

[5]

行约束。在进行实际测量的时候，需要通过人为的方式使测量的精确程度得到保障。在部分数据比较集中的区域，可以运用系统自动处理的方式。如果测量中出现了一些误差，就需要研究人员对其扫描，将结果同自动处理的数据比较，最终将精确数据确立下来。2.2 3D激光扫描仪

3D扫描仪具有激光测量距离的功能，由于扫描棱镜是其内部设施，所以不需要反射棱镜就可以实现对扫描点三维坐标的精确测量，而且它还具有非常高的扫描速度[6]。3D激光扫描仪的特点是具有很高的分辨率、具有很快的数据采集速度以及能够实现非接触的测量方式，这样的特点使其能够全方位并且精确地获取数据信息。2.3 获取海量数据

在测绘领域中，三维激光扫描技术是一种全新的技术，

它能够快速且全面地将三维数据信息获取。通过自身信息处理系统的优势，能够获得精确地数据信息，和普通扫描仪比较，三维激光扫描仪的优点十分显著，不但获取数据的精度高，而且具有很快的数据处理速度，同时扫描环境对其的影响也比较小。将三维激光扫描技术运用于地质测绘工作中，能够采集很多地数据信息，将现实的地理方位和一些其它信息真正地反映出来。当前来看，在测绘领域中，三维激光扫描技术是最准确的一种技术，并且具有庞大地信息系统[7]。

3 结语

在国内，三维激光扫描技术已经被普遍地应用，在三维建模、城市测绘方面都起到了比较主要地作用，方便了人们的生产及生活活动。这种技术不但可以节约劳动力，还能够保证数据的精确程度。在今后，我们要更加广泛应用这种技术，让其更好地在地质测绘工作中发挥应有的作用。[1]󰀡马玉德.基于矿山地质测绘的三维激光扫描技术研究[J].世界有色金

属,2018(20):36+38.

[2]󰀡王珏,乔美萍.测绘技术在地质测绘工程中的应用分析[J].建材与装

饰,2018(38):241.

[3]󰀡蒋明灿.三维激光扫描技术在地质测绘和工程测量中的综合应用[J].资

源信息与工程,2017,32(06):130-131.

[4]󰀡王汉辰.三维激光扫描技术在古建筑修复中的应用[J].人文天

下,2017(20):38-40.

[5]󰀡胡磊,彭劲松,叶波,陈海佳.三维激光扫描技术在地质灾害应急测绘

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[6]󰀡张元,高峰.三维激光扫描技术在地质测绘和工程测量中的综合应用分

析[J].科技创新与应用,2017(08):291.

[7]󰀡舒飞,蒋小勇,韩天培.三维激光扫描技术在地质灾害体测绘生产中的

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