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汉钢铁矿石的评价及烧结配矿优化
发布日期:2017-08-10    作者:成继勋    
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汉钢铁矿石的评价及烧结配矿优化

成继勋

(大发快三集团汉中钢铁有限责任公司,陕西 汉中 724200

摘要:大发快三集团汉钢公司借鉴传统的铁矿石评价方法,制定了适宜自身的铁矿石评价办法,有效指导了铁矿石的采购;同时兼顾原料化学成分及冶金性能配矿,保证了烧结矿、球团矿质量达到高炉生产技术要求。

关键词: 铁矿石;评价;配矿

1   

铁前配矿的目标是生产稳定顺行、成本效益最大,这包括了两方面要求,首要是各种炉料搭配要合理,务必保证生产的稳定顺行,其次是采购原料的价格本身要低、性价比要高。为实现配矿目标,大发快三集团汉钢公司采取了两方面的工作,一是借鉴传统炉料评价方法,结合企业实际情况,制定了科学的炉料评价办法;二是研究炉料的合理搭配,制定配矿原则。

2  铁矿石的评价

传统的铁矿石评价方法有吨度价及冶炼价值评价法。

2.1吨度价评价

1)传统吨度价评价

吨度价基于铁品位计算,铁品位的计算主要包括以下几种方法:铁矿石铁品位、扣钙铁品位或扣钙镁铁品位、单烧铁品位、加钙铁品位、综合铁品位。

吨度价=采用铁矿石采购价格÷铁品位。

① 铁矿石铁品位

为铁矿石的含铁量,即TFe

② 扣钙铁品位和扣钙镁铁品位

是扣除铁矿石中CaOCaOMgO后计算出的铁品位,即: TFeTFe÷(100CaO),或TFeTFe÷(100CaO-MgO)

③ 单烧铁品位

是将铁矿石补加CaO达到烧结矿碱度后的铁品位,即TFe单烧TFe÷[100+(R2×SiO2CaO)÷0.8],R2为烧结矿二元碱度,0.8为生石灰粉CaO,视为80%

④ 加钙铁品位

是将铁矿石补加CaO达到炉渣碱度后的铁品位,TFe+CaO=TFe÷(100R2×SiO2CaO),R2为炉渣二元碱度。

⑤ 综合铁品位

是将铁矿石补加CaOCaOMgO后达到高炉渣二元或四元碱度后的铁品位。

TFe综合=TFe÷[100+(R2×SiO2CaO)÷0.5],R2为炉渣二元碱度,0.5为石灰石CaO含量,视为50%

TFe综合=TFe÷{100[R4×(SiO2Al2O3)(CaOMgO)]÷0.5},R4为炉渣四元碱度,0.5为白云石CaOMgO含量之和,视为50%

以上几种评价方法中的CaOMgOSiO2Al2O3均为铁矿石中的含量,从方法1至方法5,评价品位办法趋于成熟、科学。方法12没有考虑酸性脉石的影响,方法5是综合方法34后提出的较为全面综合评价办法。

2)汉钢吨度价评价

以高炉炉渣二元碱度1.10、炉渣镁铝比0.50计算,入炉矿石二元碱度为1.35、镁铝比为0.80,按烧结熔剂使用生石灰粉、轻烧白云石粉,该公司将矿石吨度价计算规定如下:

吨度价=(铁矿粉价格+熔剂成本)÷TFe综合

式中:TFe综合=TFe÷(1+轻烧白云石消耗+生石灰粉消耗);

熔剂成本=轻烧白云石粉消耗×轻烧白云石粉价格+生石灰粉消耗×生石灰粉价格

轻烧白云石消耗=Al2O3×0.8MgO)÷MgO轻烧

生石灰粉消耗=SiO2×1.35CaO(Al2O3×0.8MgO)÷MgO轻烧×CaO轻烧

此种吨度价计算办法考虑了铁矿石配加钙质熔剂及镁质熔剂对入炉矿品位降低的影响、熔剂成本升高的影响以及熔剂价格对成本的影响,但此吨度价的评价方法仍不能反映出铁矿石对生铁燃料及动力成本的影响。

2.2  铁矿石冶炼价值评价法

1)巴甫洛夫冶炼价值评价法

前苏联MA.巴甫洛夫院士提出关于铁矿石的冶金价值的计算方法[1],其公式为:

P1(F÷f)×(PC1×P2-C2×P3g)

式中:

P1:铁矿石的价值(元/t)  F:铁矿石的品位()   f:生铁含铁()    

P:生铁车间成本(元/t)   C1:焦比(tt)        P2:焦炭价格(元/t) 

C2一生铁熔剂消耗(tt)   P3—熔剂价格(元/t)   g:生铁车间加工费(元/t)

此计算方法考虑了矿石的各成分对熔剂消耗、焦比的影响,提供了非常直观的数据,如这种铁矿石价值高于采购价格,采购此矿划算,反之则不划算。此方法提出时间较早,评价天然块矿是比较实际的,如评价铁矿粉,仍需对公式进行细化。

2) 汉钢性价比评价

为解决吨度价的计算不能考虑到综合铁品位对燃料成本、生铁动力成本的影响,该公司借鉴巴普洛夫计算原理,根据企业实际生产、成本情况,制定了性价比测评铁矿石价值的办法。

该公司采购铁矿石成分平均值大约如表1,以此矿为计算基准矿。

1  基准矿成分

基准矿

TFe

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

铁矿石性能值

铁矿石价格

含量%

62.00

6.00

0.35

0.50

1.40

Y

X

铁矿石性价比=铁矿石性能值Y÷铁矿石价格X

式中:铁矿石性能值Y[目标生铁成本-生铁加工费用-吨铁人造块矿加工费用]÷吨铁铁矿石消耗。消耗单位均为t/t,价格、成本单位均为元/t,成本数据来源于成本报表,加工费用为除含铁原料以外的其它成本项目。

如评价高炉用天然块矿,计算中不用考虑人造块矿加工费,但要考虑配加块矿对高炉焦比的影响。

使用以上方法可以计算出与基准矿成分相同铁矿石的性价比,但出现其它成分的铁矿石后,该公司是这样解决的:在基准矿价值Y的基础上,根据其它铁矿石成分,在基准矿性能值的基础上进行加减价。

在铁矿石价格不变,铁矿石TFeSiO2CaOMgOAl2O3升高1%的情况下,按入炉品位升高1%,焦比降低1.5%,产量升高2.5%,根据理论配料计算出生铁成本变化情况,以此计算加减价幅度:

某铁矿石价值Y1=基准铁矿石Y+(某铁矿石TFe-基准矿TFe)× P1(基准矿SiO2-某铁矿石SiO2) × P2+(某铁矿石CaO-基准矿CaO)× P3+(某铁矿石MgO-基准矿MgO)× P4(基准矿Al2O3-某铁矿石Al2O3) × P5

①铁矿石TFe升高1%,吨铁铁矿粉成本升高M1,其它加工成本降低M2,该铁矿石价值升高P1(M1M2)÷吨铁铁矿石消耗K1

②铁矿石SiO2升高1%,吨铁熔剂成本升高M3,燃料成本升高M4,其它加工成本升高M5,该铁矿石价值降低P2(M3M4M5)÷吨铁铁矿石消耗K2

③铁矿石CaO升高1%,吨铁熔剂成本降低M6,燃料成本降低M7,其它加工成本降低M8,该铁矿石价值升高P3(M6M7M8)÷吨铁铁矿石消耗K3

④铁矿石MgO升高1%,吨铁熔剂成本降低M9,燃料成本降低M10,其它加工成本降低M11,该铁矿石价值升高P4(M9M10M11)÷吨铁铁矿石消耗K4

⑤铁矿石Al2O3升高1%,吨铁熔剂成本升高M12,燃料成本升高M13,其它加工成本升高M14,该铁矿石价值降低P5(M12M13M14)÷吨铁铁矿石消耗K5

以上性价比测算办法是将成本全部压力摊至铁矿石,因此,如目标生铁成本为企业持平不亏的生铁成本,铁矿石综合性价比大于1.0,则代表企业使用该种铁矿石可实现盈利,铁矿石综合性价比小于1.0,则代表企业使用该种铁矿石后亏损。

2015年某月为例,按该公司测评体系计算的铁矿石性价比及吨度价如表2。从表中可以看出,性价比越高、吨度价越低。

2  2015年某月该公司铁矿石性价比及吨度价

矿种

TFe%

SiO2%

CaO%

MgO%

Al2O3%

性能值  
(元/吨)

价格

(元/吨)

性价比

吨度价

(/吨度)

基准矿粉

62.0

6.00

0.35

0.50

1.40

377

/

/

 

主流一

63.04

4.51

2.59

2.09

1.12

445

622

0.71

10.20

主流二

62.17

6.09

1.24

1.08

0.89

395

599

0.66

10.66

主流三

61.97

4.83

1.89

4.31

0.54

436

576

0.76

9.24

金布巴粉

61.50

5.01

0.17

0.18

2.38

368

641

0.57

11.98

备注:当月目标生铁成本1346/吨。

3.1  烧结配矿技术要求

1)考虑环保排放要求配矿

根据国家环保要求烧结烟气脱硫后SO2浓度不得超过200mg/m3,该公司脱硫采用生石灰-石膏法脱硫,脱硫入口SO2浓度要求≤2000mg/m3,根据实践经验,为达到此要求,日常配矿中混匀矿(不含高炉返矿)S含量按≤0.30%控制。

2)合理控制烧结矿SiO2及碱度

SiO2CaO是烧结矿中主要粘结相的组成,主要以FeO·SiO2CaO·Fe2O3以及固溶SiAl生成复合铁酸钙等形式存在,强度及还原性均较好的为复合铁酸钙。烧结矿中较低的SiO2不利于形成复合铁酸钙,而较高的SiO2增加了形成还原性较差的FeO·SiO2的几率;较低的CaO不利于形成铁酸钙,而较高CaO又增加了烧结矿2CaO·Fe2O3比例,降低烧结矿的还原性。适宜的SiO2CaO是促进复合针状铁酸钙生成的最主要因素。

该公司烧结矿SiO2控制要求为4.8%-5.5%,生产中烧结矿碱度控制范围1.90-2.20,按“低硅高碱、高硅低碱”的方针调控烧结矿碱度,这既是保证烧结矿质量的要求,也是平衡烧结矿入炉率的要求。

3)控制烧结矿Al2O3含量

适当的Al2O3含量在烧结中应为Al2O3/SiO2=0.10.3Al2O3元素属高熔点物质,在烧结条件下,它不能单一被熔化,对复合针状铁酸钙的形成有促进作用,多余的Al2O3会在玻璃相析出,影响成品烧结矿的转鼓指数和低温还原粉化率。根据该公司实践,烧结矿SiO2控制约5.0%5.5%Al2O3超过2.0%,烧结矿低温还原粉化率(+3.15mm)低于75%,同时考虑高炉炉渣要求Al2O315.0%,因此烧结配矿中原则上要求烧结矿Al2O32.0%

4)低MgO烧结

MgO在与磁铁矿接触过程中,易与Fe3O4生成镁磁铁矿(Fe3O4·MgO),阻碍Fe3O4被氧化成F2O3,使烧结过程生成铁酸钙相的量减少,从而影响烧结矿的冷强度和还原性。因此,烧结矿MgO不宜高,但因高炉镁铝比的要求(正常控制范围0.500.55),该公司通过在球团配加高镁的精矿粉,降低烧结MgO添加量,正常情况下烧结矿中MgO含量约1.5%1.8%

5)几大矿种的合理搭配

主要用的矿种,磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿,各品种、各区域铁矿成分及冶金性能均有优缺点,如金布巴粉及卡粉,金布巴粉为褐铁矿,同化性及液相流动性相对较好,卡粉为赤铁矿,同化性能及液相流动性差,通过这两种铁矿的合理搭配,弥补了单种铁矿烧结的缺陷,优化了配矿。

经长期摸索,该烧结合理配矿要求为:30%50%水化程度中等的褐铁矿+10%40%赤铁矿+10%40%国内磁铁精矿,超出此范围的配矿,在目前的操作下,很难得到理想质量的烧结矿。

6)控制烧结原料有害元素

一是严格控制进厂铁矿石有害元素含量,进厂铁矿石有害元素必须满足以下条件:Pb0.10%,As0.07%,Zn0.15%,碱金属≤0.30%,围绕高炉有害元素要求做好原料采购、配矿工作;二是减少除尘灰在烧结的配加,将有害元素含量较高的烧结机头2#3#4#电场除尘灰及高炉煤气布袋除尘灰外销。

该公司烧结含铁原料结构、烧结矿成分及性能如表345

3   烧结含铁原料结构  %

主流三

高硅矿

 金布巴粉

巴西卡粉

20

15

35

30

备注:主流三、高硅矿为磁铁矿,金布巴粉为褐铁矿、巴西卡粉为赤铁矿。

4   烧结矿成分    %

TFe

FeO

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

P

S

As

 Pb

TiO2

K2O

Na2O

Zn

56.60

9.02

5.22

10.18

1.61

1.72

0.080

0.013

0.010

0.004

0.17

0.031

0.034

0.025

5  烧结矿物理及冶金性能    %

>40mm

 25-40mm

16-25mm

10-16mm

5-10mm

<5mm

转鼓指数

低温还原粉化率+3.15mm

还原性

12.96

22.58

20.82

16.79

16.99

9.86

78.10

79.65

69.12

4   

4.1  该公司借鉴传统炉料评价、分析,制定了铁矿石的评价办法,从理论、实践上证明了其的科学性;通过烧结、球团的合理配矿,为高炉炉况的稳定顺行提供了保障。

4.2 因无烧结杯试验条件,该公司仅是定性考虑矿石冶金性能配矿,未能定量考虑,进行烧结杯试验科学配矿是该公司努力的方向。

 

参考文献

[1]  石国星.铁矿石经济性评价[J.烧结球团,20078,32卷第4:1-4