【新刊速览】汪琦：矿焦耦合冶金性能试验及评价方法

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矿焦耦合冶金性能试验及评价方法

汪琦1，宋阳升2，李廷乐1，李哲熙1，TIM Evans2

(1. 辽宁科技大学材料与冶金学院， 辽宁 鞍山 114051;2. 力拓集团， 西澳大利亚州 珀斯 6000)

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摘 要

铁矿石和焦炭在高炉内各区域的反应及特性是影响高炉炼铁效率和产量的重要因素，准确评价矿焦质量备受炼铁工作者关注。评价矿或焦冶金性能的试验方法及指标迅速发展，且部分方法已标准化，包括铁矿石软熔性能和焦炭反应性及反应后强度的试验方法等被钢铁企业广泛采用。然而，通过现有评价矿或焦冶金性能的方法及指标推算高炉技术经济指标尚存难度。原因可能在于没有充分模拟矿焦在高炉中历经还原、溶损、软化-熔融全过程的相互作用，无法对矿焦关联行为及特性进行赋值并构建评价矿焦相互作用的指标体系。因此，提出了采用焦-矿-焦分层试料，模拟矿焦在高炉内还原、溶损、软化和熔融之间关联行为及特性的荷重-热重-气体分析联动试验装置，进行矿焦耦合性能试验及评价的方法(Qisunny法)。变矿或变焦试料的试验结果表明,矿焦耦合冶金性能按间接还原区、间接还原和直接还原及软化区、熔融直接还原和滴落直接还原4个区域依次演变；性能评价指标包括各区域的温度及区间、间接和直接还原度、总间接还原度、熔融区透气性特征值、上层焦炭溶损率及溶损后强度等；焦炭的溶损反应主要发生在熔融区，上层焦炭溶损率与传统指标焦炭反应性指数相近，但其反应后强度明显高于传统指标焦炭反应后强度指数。该方法为评价矿焦冶金性能之间的相互作用、优化矿焦炉料结构提供了一种全新的选择。

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关 键 词

高炉； 铁矿石； 焦炭； 耦合冶金性能； 评价方法

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引 言

高炉炼铁的全过程可概括为：在尽量低能耗的条件下，通过受控的炉料(层状排布的含铁矿料和焦炭)及煤气流的逆向运动，高效率地完成还原、造渣、传热及渣铁反应等过程，获得化学成分与温度较为理想的液态金属产品，以供下一步工序炼钢使用。除了操作因素外，矿焦在高炉内块状带、软熔带、滴落带、风口燃烧带和渣铁带的反应及特性对高炉的能量利用效率和生铁产量有着重要的影响。

为了严格控制矿焦质量，使高炉的各区域达到较佳工作状态，高效率地完成冶炼任务，评价矿或焦冶金性能的诸多试验方法及指标应运而生，且不断发展，其中一些已经形成了标准，如铁矿石还原性的测定方法、高炉用铁矿石荷重还原性的测定、铁矿石高温荷重还原软熔滴落性能测定方法、焦炭反应性及反应后强度试验方法等。长期以来，钢铁企业参照这些检测标准追求高的矿和焦质量，但发现很难用试验结果推算高炉技术经济指标，这已成为高炉炼铁降碳增效技术发展的“卡脖子”难题。

矿焦的冶金性能试验及评价方法不断发展，主要包括以下几个方面：通过模拟高炉反应条件(温度和气体成分)，检测及评价矿料还原软熔性能和焦炭反应性；考虑矿焦之间的相互作用，如采用BIS炉，通过模拟高炉炉身部位的还原条件，检测及评价矿料还原和焦炭溶损-劣化特性；在矿料层中添加焦炭，评价焦炭反应性对矿料高温性能的影响；采用矿焦分层试料，在模拟高炉条件下，测量及评价烧结矿还原性和焦炭反应性对烧结矿软化-熔融性能的影响；采用还原气体水平流入的软熔带模拟装置(JFE)，检测及评价焦炭层厚度对矿料层透气性的影响等。这些试验方法因为没有模拟矿焦在高炉中历经还原、溶损、软化-熔融全过程的相互作用，难以对矿焦关联行为及特性进行赋值、构建评价矿焦相互作用的指标体系。

基于此，提出了矿焦耦合冶金性能检测及评价方法(Qisunny法)。采用焦-矿-焦分层试料和荷重-热重-气体分析联动装置，通过测得的间接还原、直接还原或焦炭溶损、软化-熔融过程中的关联行为及特性，确定矿焦耦合冶金性能评价指标。该方法可为配煤炼焦、配矿造块、炉料结构调控、高炉操作和过程控制等提供理论基础和技术支持。

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精 选 图 表

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结 论

1)矿料还原及软熔滴落的演变过程可依次分为，间接还原区、软化及间接还原和直接还原共存区、熔融及熔融直接还原区、滴落及滴落直接还原区。

2)焦炭的溶损反应(直接还原)主要发生在熔融区，其次是间接和直接还原共存区及滴落区。焦炭的溶损反应率与传统指标焦炭反应性接近，但溶损反应后强度明显高于其传统指标焦炭反应后强度值。

3)按还原区进行分类，采用各还原区的范围及还原度、焦炭溶损开始温度、软熔温度及其区间、反应结束后上层焦炭的溶损率和溶损后强度等特性参数，作为评价矿焦耦合冶金性能的依据，可以量化矿料或焦炭性质变化对耦合冶金性能的影响，或用于评判矿焦的相互适配性以避免单方面的性能过剩。

来源：《钢铁》2024年第2期

END

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