一种球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法

摘要

本发明是一种球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法，将准备好的球团矿与各种高炉入炉块矿制成试样，然后装入内石墨坩埚中，底层和上层各铺上焦块，再将装有试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中进行测定。本发明在对“高碱度烧结矿与酸性球团矿”的“适当比例”进行调整之前先对“球团矿与少量天然块矿”的“适当比例”进行优选；使用本发明的技术方案，既能够达到“高碱度烧结矿+酸性炉料”这种合理炉料结构在冶金性能上的优势互补，使高炉生产获得最佳操作指标，又能够在酸性炉料中缺乏球团矿熟料的情况下，配入适当比例的高品位块矿，使得降低高炉冶炼成本，提高高炉产量成为可能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法。

背景技术

大量的研究和生产实践都证明，“高碱度烧结矿+酸性炉料”是较为合理的的高炉综合炉料结构模式，但是，要真正能够在某高炉获得最佳冶炼效果，还需要对二者之间的“适当比例”进行试验调整，特别是在配入适当比例的高品位“生”块矿来弥补“熟”酸性炉料的缺乏，达到提高高炉产量和增加效益的目的的情况下，采用上述高炉综合炉料结构模式更是面临着两个“适当比例”需要关注：第一个是高碱度烧结矿和酸性炉料之间应该有“适当比例”；第二个是“熟”酸性炉料(球团矿)和“生”酸性炉料(天然块矿)之间应该有“适当比例”。

对于第一个“适当比例”，北京科技大学烧结球团研究室对国内部分钢铁厂“高碱度烧结矿+酸性炉料”这种高炉综合炉料结构进行了比较系统的研究，结果表明：1)综合炉料可以避免酸性炉料软化温度过低，软化区间过宽的弱点，同时可以提高压差陡升温度，达到自熔性烧结矿的水平，并使最大压差值降低，从而使料柱的透气性得到改善。2)综合炉料可以发挥高碱度烧结矿冶金性能良好的优越性，同时也克服因碱度过高难熔而单一炉料不能滴落，给高炉操作造成困难的缺点。也就是说，达到这两个标准，其比例就是适当的。

对于第二个“适当比例”，它是包含在第一个大“适当比例”当中的一个小的“适当比例”，也就是说，第二个“适当比例”必须以满足第一个“适当比例”为前提，这就决定了酸性炉料中的天然块矿的用多用少必须要与球团矿密切配合，在综合炉料结构中共同作为酸性炉料去满足第一个“适当比例”所提出的要求，为解决这个问题，本申请提出在对球团矿和高炉入炉块矿软熔滴落特性进行测定的基础上对“熟”酸性炉料(球团矿)与“生”酸性炉料(高炉入炉块矿)比例进行确定的技术方案。

球团矿和高炉入炉块矿的高温软熔滴落特性包括软熔性能和滴落性能。球团矿和高炉入炉块矿的软熔性能是指其装入高炉后，随着炉料的下降以及温度的上升，炉料不断地被化学还原的同时物理上表现出体积开始收缩即开始软化，然后进入软化终了，接着压力开始陡升的一系列事件中，开始软化事件所对应的温度到压力开始陡升事件所对应的温度区间所表现出来的特性；滴落性能则是指从压力开始陡升事件所对应的温度到其后的第一滴液滴下落事件所对应的温度区间的特性。现有技术中，对高炉入炉块矿高温软熔滴落特性的测定方法为：将软熔温度区间划分为：收缩率为10％(或者4％)时所对应的温度为软化开始温度，收缩率为40％时所对应的温度为软化终了温度，二者之间的温度区间命名为软化温度区间，剩下的 软化终了温度到压力开始陡升时所对应的温度之间的温度区间作为一个不评价的温度区间。软化温度区间与后面的熔滴温度区间共同形成软熔滴落温度区间，并且用熔滴温度区间内的压差进行积分得到熔滴性能总体特征值(S)，与软化温度区间、熔滴温度区间的测定参数来共同表达高炉综合炉料的软熔滴落特性。此法的缺点是存在一段不评价的温度区间，而实际上高炉入炉块矿从软化开始温度起其压差就已经开始增大，并且一直持续到料柱最大压差出现为止，因此，这种方法没有能够与高炉实际的冶炼生产相结合，其软熔温度区间的特性不够完整造成软熔滴落试验的测定结果及其分析难以应用于实际的高炉生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提出一种球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法，可以使高炉生产获得最佳操作指标，使得降低高炉冶炼成本，提高高炉产量成为可能。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法，将准备好的球团矿与各种高炉入炉块矿制成试样，然后装入石墨坩埚中，底层和上层各铺上焦块，再将装有试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置(现有装置，大中院校教科书都有介绍，各大钢厂都有在使用)中进行测定，测定方法包括以下步骤：

㈠试样在N₂气的保护下温度升至900℃时改通还原气体升温至试验结束，升温速度：<1200℃为10℃/min，1200-1630℃为7℃/min，>1630℃为2℃/min；荷重(试验装置中在试样上设置的压块)为1.0kg/cm²；以试样收缩10％时所对应的试样温度为软化开始温度ta，单位℃；以压差开始陡升时所对应的试样温度表示试样的开始熔化温度ts，单位℃；以第一滴液滴下落温度表示试样的滴落温度td，单位℃；试样开始软化时的压差为△Pa，单位Pa；试样开始熔融时的压差为ΔPs，单位为Pa；第一滴液滴下落时的压差为△Pd，单位Pa；试验中出现的最大压差为△Pmax，单位为Pa；软熔滴落性能总特性值为S，软熔性能总体特征值为S1，熔滴性能总体特征值为S2，S＝S1+S2，其计算式为：

$S1={\int }_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\Delta Ps}-\mathrm{\Delta Pa})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$S2={\int }_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\Delta Pd}-\mathrm{\Delta Ps})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

$S=S1+S2={\int }_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\Delta Ps}-\mathrm{\Delta Pa})\mathrm{dt}+{\int }_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\Delta Pd}-\mathrm{\Delta Ps})\mathrm{dt}---\left(3\right)$

㈡定义ts－ta温度区间为软熔层，即试样收缩10％时所对应的试样软化开始温度到压差开始陡升时所对应的试样熔化开始温度之间的温度区间所对应的试样料层；定义td－ts温度区间为熔滴层，即开始熔化时的试样温度到第一滴液滴下落时的试样温度之间的温度区间所对应的试样料层；通过铁矿石软熔滴落试验装置的试验过程测定ta、ts、td、△Pa、ΔPs、△Pd和△Pmax的试验测定值，计算由⑴式计算出来的试样的ts－ta温度区间软熔层的软熔性能总特性值S1，由⑵式计算出来的试样的td－ts温度区间熔滴层的熔滴性能总特性值S2，二者相加由⑶式计算得到试样软熔滴落性能总特性值S；

㈢利用以上步骤㈠和㈡对要进入高炉综合炉料成为合理炉料结构的单一炉料之一的球团矿的软熔滴落性能进行试验测定和计算，并将得到的软熔滴落性能总特性值记为S_球；如果拥有数种球团矿，需要对所拥有的数种球团矿进行优选，则对它们的软熔滴落特性分别进行试验测定和计算并且将各种球团矿得到的软熔滴落性能总特性值分别命名为S_球1、S_球2、S_球3、……、S_球n；

㈣利用以上步骤㈠和㈡对要进入高炉综合炉料成为合理炉料结构的单一炉料之一的高炉入炉块矿的软熔滴落性能进行试验测定和计算，并将得到的软熔滴落性能总特性值记为S_块；如果拥有数种高炉入炉块矿，需要对所拥有的数种高炉入炉块矿进行优选，则对它们的软熔滴落特性分别进行试验测定和计算并且将各种高炉入炉块矿所得到的软熔滴落性能总特性值分别命名为S_块1、S_块2、S_块3、……、S_块n；

㈤将高炉入炉块矿的优选比较系数定义为：

η＝S_块/S_球                    ⑷

式中：S_块为高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值；S_球为球为团矿的软熔滴落特性测定值；η≤1时，表示高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值与球团矿的软熔滴落特性测定值相比较为接近甚至优越，η值越小，优势越明显；η＞1时，高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值大于球团矿的软熔滴落特性测定值，如果使用这种块矿，将会使由其组成的高炉综合炉料偏离合理炉料结构的要求，η越大，偏离得越多；

㈥对上述测定计算出来的球团矿软熔滴落特性测定值S_球1、S_球2、S_球3、……、S_球nn数值的大小进行比较，S_球1、S_球2、S_球3、……、S_球n数值越小越优，因此从数种可能入炉的备选球团矿中挑选出最优即最小的球团矿软熔滴落特性测定值，并将其命名为S_球优；

㈦根据公式(4)进行S_球优与S_块1、S_块2、S_块3、……、S_块n的优选比较系数的计算，得到 η_球优1，η_球优2，η_球优3，……，η_球优n；

㈧使用η≤1作为标准，淘汰不能够用作高炉入炉块矿的生矿块，即将η＞1的生块矿淘汰出局，只留下η≤1的生块矿进入以下步骤；

㈨设球团矿与高炉入炉块矿的搭配比例为Q，则Q＝1－η，即：

Q＝1－S_块/S_球                  ⑸

式中，η为高炉入炉块矿的优选比较系数，S_块为高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值，S_球为球团矿的软熔滴落特性测定值；

㈩将步骤㈧留下的η≤1的生块矿进行球团矿与高炉入炉块矿的搭配比例Q值的计算，并由大到小进行排序，由式⑸可知，最优球团矿与高炉入炉块矿的最佳搭配比例的选择次序正好与其相反，因此，在只使用一种生块矿与最优球团矿搭配的情况下，选择η值最小或者Q值最大者即为最终确定的球团矿与高炉入炉块矿的配矿比例。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法，将准备好的球团矿与各种高炉入炉块矿制成粒度为6.3-10毫米的试样，然后装入内直径为40毫米的石墨坩埚中，底层和上层各铺上20毫米的粒度为10-20毫米的焦块，再将装有混合炉料试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中进行测定。

前述的球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法，还原气体由CO和N₂组成，体积比为φCO：φN₂＝30：70，流量为15L/min。

本发明的有益效果是：本发明提出在对“高碱度烧结矿与酸性球团矿”的“适当比例”进行调整之前应该先对“球团矿与少量天然块矿”的“适当比例”进行优选，即在备选的高炉入炉天然块矿之间进行优选并且提出了一种较为可行球团矿与高炉入炉块矿比例的确定的方法；使用本发明的技术方案，既能够达到“高碱度烧结矿+酸性炉料”这种合理炉料结构在冶金性能上的优势互补，使高炉生产获得最佳操作指标，又能够在酸性炉料中缺乏球团矿熟料的情况下，配入适当比例的高品位块矿，使得降低高炉冶炼成本，提高高炉产量成为可能。因此，使用本发明的方法可以达到提高高炉产量和增加高炉经济效益的目的。本发明可使目前在本领域中广泛使用的“高碱度烧结矿+球团矿+天然块矿”的高炉综合炉料结构模式能够在高炉炼铁中获得最佳冶炼效果。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种球团矿与高炉入炉块矿配矿比例的确定方法，具体按以下步骤进行：

软熔滴落性能的测定放在铁矿石软熔滴落试验装置中进行：

现场炼铁生产高炉综合炉料所使用的球团矿与各种高炉入炉块矿，其软熔滴落性能的测定放在铁矿石软熔滴落试验装置中进行。准备好的球团矿与各种高炉入炉块矿的试样，将其粒度控制为6.3-10毫米，然后装入内直径为40毫米的石墨坩埚中，底层和上层各铺上20毫米的粒度为10-20毫米的焦块，再将装有高炉入炉块矿的试样和焦块的石墨坩埚装入铁矿石软熔滴落试验装置中。

软熔滴落试验测定的方法、试验测定的各种参数及其计算公式：

试样在N2气的保护下温度升至900℃时改通还原气体(φ(CO)：φ(N2)＝30：70)，流量为15L/min。升温速度：<1200℃为10℃/min，1200---1630℃为7℃/min，>1630℃为2℃/min；荷重为1.0kg/cm²。以试样收缩10％时所对应的试样温度为软化开始温度ta，单位℃；以压差开始陡升时所对应的试样温度表示试样的开始熔化温度ts，单位℃；以第一滴液滴下落温度表示试样的滴落温度td，单位℃；试样开始软化时的压差为△Pa，单位Pa；试样开始熔融时的压差为ΔPs，单位为Pa；第一滴液滴下落时的压差为△Pd，单位Pa；试验中出现的最大压差为△Pmax，单位为Pa；试样软熔滴落性能总特性值为S，试样软熔性能总体特征值为S1，试样熔滴性能总体特征值为S2，S＝S1+S2，其计算式为：

$S1={\int }_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\Delta Ps}-\mathrm{\Delta Pa})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

$S2={\int }_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\Delta Pd}-\mathrm{\Delta Ps})\mathrm{dt}---\left(2\right)$

$S=S1+S2={\int }_{\mathrm{ta}}^{\mathrm{ts}}(\mathrm{\Delta Ps}-\mathrm{\Delta Pa})\mathrm{dt}+{\int }_{\mathrm{ts}}^{\mathrm{td}}(\mathrm{\Delta Pd}-\mathrm{\Delta Ps})\mathrm{dt}---\left(3\right).$

定义ts－ta为软熔层、定义td－ts为熔滴层，测定和计算S1、S2：

定义ts－ta温度区间为软熔层，即试样收缩10％时所对应的试样软化开始温度到压差开始陡升时所对应的试样熔化开始温度之间的温度区间所对应的试样料层；定义td－ts温度区间为熔滴层，即开始熔化时的试样温度到第一滴液滴下落时的试样温度之间的温度区间所对应的试样料层；通过铁矿石软熔滴落试验装置的试验过程测定ta、ts、td、△Pa、ΔPs、△Pd和△Pmax的试验测定值，计算由⑴式计算出来的试样的ts－ta温度区间软熔层的软熔性 能总特性值S1，由⑵式计算出来的试样的td－ts温度区间熔滴层的熔滴性能总特性值S2，二者相加由⑶式计算得到试样软熔滴落性能总特性值S。

对球团矿的软熔滴落特性进行测定计算并将其值记为S_球：

利用上述步骤对要进入高炉综合炉料成为合理炉料结构的单一炉料之一的球团矿的软熔滴落性能进行试验测定和计算，并将得到的软熔滴落性能总特性值记为S_球。如果某公司拥有数种球团矿，需要对所拥有的数种球团矿进行优选，则可以对它们的软熔滴落特性分别进行试验测定和计算并且将各种球团矿得到的软熔滴落性能总特性值分别命名为S_球1、S_球2、S_球3、……、S_球n。

对高炉入炉块矿的软熔滴落特性进行测定计算并将其值记为S_块：

同样，利用上述步骤对要进入高炉综合炉料成为合理炉料结构的单一炉料之一的高炉入炉块矿的软熔滴落性能进行试验测定和计算，并将得到的软熔滴落性能总特性值记为S_块。如果某公司拥有数种高炉入炉块矿，需要对所拥有的数种高炉入炉块矿进行优选，则可以对它们的软熔滴落特性分别进行试验测定和计算并且将各种高炉入炉块矿所得到的软熔滴落性能总特性值分别命名为S_块1、S_块2、S_块3、……、S_块n。

构建高炉入炉块矿的优选比较系数：

将高炉入炉块矿的优选比较系数定义为：

η＝S_块/S_球                ⑷

式中：S_块为高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值；S_球为球为团矿的软熔滴落特性测定值；η≤1时，表示高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值与球团矿的软熔滴落特性测定值相比较为接近甚至优越，η值越小，优势越明显；η＞1时，高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值大于球团矿的软熔滴落特性测定值，如果使用这种块矿，将会使由其组成的高炉综合炉料偏离合理炉料结构的要求，η越大，偏离得越多。

优选出高炉入炉球团矿的软熔滴落特性测定值并将其记为S_球优：

对上述测定计算出来的球团矿软熔滴落特性测定值S_球1、S_球2、S_球3、……、S_球n相互进行比较(即比较S_球1、S_球2、S_球3、……、S_球n数值的大小)，从数种可能入炉的备选球团矿中挑选出最优的球团矿软熔滴落特性测定值(S_球1、S_球2、S_球3、……、S_球n数值越小越优，因此，最优就是最小)，并将其命名为S_球优。

计算S_球优与S_块1、S_块2、S_块3、……、S_块n的优选比较系数：

根据公式(4)进行S_球优与S_块1、S_块2、S_块3、……、S_块n的优选比较系数的计算，得到η _球优1，η_球优2，η_球优3，……，η_球优n。

对高炉入炉块矿的优选比较系数进行判别：

使用η≤1作为标准，淘汰不能够用作高炉入炉块矿的生矿块，即将η＞1的生块矿淘汰出局，只留下η≤1的生块矿进入以下步骤。

最终确定球团矿与高炉入炉块矿的比例：

设球团矿与高炉入炉块矿的搭配比例为Q，则Q＝1－η，即：

Q＝1－S_块/S_球                 ⑸

式中，η为高炉入炉块矿的优选比较系数，S_块为高炉入炉块矿的软熔滴落特性测定值，S_球为球团矿的软熔滴落特性测定值；

将步骤㈦留下的η≤1的生块矿进行球团矿与高炉入炉块矿的搭配比例Q值的计算，并由大到小进行排序，由式⑸可知，最优球团矿与高炉入炉块矿的最佳搭配比例的选择次序正好与其相反，因此，在只使用一种生块矿与最优球团矿搭配的情况下，选择η值最小或者Q值最大者即为最终确定的球团矿与高炉入炉块矿的配矿比例。

由于过量搭配生块矿会影响高炉冶炼效果，应该限制生块矿的配入比例，因此，在只使用一种生块矿与最优球团矿搭配的情况下，Q的最大取值建议以不大于0.5为宜；如果某公司拥有数种符合η≤1要求的高炉入炉块矿，则可以考虑以不同的比例同时搭配多种生块矿，其搭配生块矿的比例可以依据η值或者Q值的大小进行调节。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。