張志霞,尹海生

(1.河北聯(lián)合大學(xué) 科研處,河北唐山 063009;2.河北聯(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院,河北 唐山063009)

工作中曾幾次聽(tīng)到過(guò):“因?yàn)闊Y(jié)礦的堿度越高品位越低,所以燒結(jié)礦的堿度不能定得太高”、“因?yàn)榍驁F(tuán)礦的品位高,燒結(jié)礦的品位低,所以高爐要盡量多吃球團(tuán)礦少吃燒結(jié)礦”。筆者對(duì)以上說(shuō)法不敢茍同,認(rèn)為:燒結(jié)礦堿度高是因?yàn)榧舆M(jìn)了鈣,而鈣是對(duì)高爐冶煉有用的元素,鈣不加在燒結(jié)礦里,也會(huì)加在球團(tuán)礦里或以石灰石的形式直接加入高爐,鈣量必須滿足高爐爐渣堿度的要求。只要鐵精粉選定了,加入的鈣量也就確定了。即加鈣量只取決于鐵精粉的化學(xué)成分而與是否加在燒結(jié)礦里無(wú)關(guān),或說(shuō)燒結(jié)礦品位降低并不會(huì)影響出鐵量。提高堿度主要是為了改善燒結(jié)礦的冶金性能。對(duì)“多吃球團(tuán)礦少吃燒結(jié)礦”的駁論也是如此。

持以上不妥說(shuō)法的人士,可能是對(duì)燒結(jié)、球團(tuán)、煉鐵知識(shí)不甚精通的人士,但是品位這一指標(biāo)的重要性顯然已深入其心。作者沉思,品位雖重要,但也會(huì)將不精通專業(yè)知識(shí)的人士引入歧途,如果能用一個(gè)更合理更客觀的指標(biāo)來(lái)描述這一內(nèi)容豈不更好。本文提出的“加鈣品位”就能解決這一問(wèn)題。

有關(guān)文獻(xiàn)[1]在介紹球團(tuán)礦的優(yōu)點(diǎn)時(shí)也寫到“球團(tuán)礦品位高”。從國(guó)外進(jìn)口的大部分球團(tuán)礦品位高,筆者認(rèn)同,而國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的許多球團(tuán)礦品位在63～64,高嗎?筆者不能認(rèn)同。球團(tuán)礦里加進(jìn)了不少膨潤(rùn)土,膨潤(rùn)土里有半數(shù)以上的硅,也就是說(shuō)球團(tuán)礦里加進(jìn)了很多有害元素硅,這些硅進(jìn)入高爐后是要靠燒結(jié)礦里的鈣來(lái)中和的。

球團(tuán)礦里加進(jìn)了有害元素,燒結(jié)礦里加進(jìn)了有用元素,如果用的是同一種鐵精粉,燒結(jié)礦的冶煉價(jià)值要大于球團(tuán)礦,但表面上卻是球團(tuán)礦的品位高,似乎是球團(tuán)礦的冶煉價(jià)值高。如何來(lái)表示燒結(jié)礦的冶煉價(jià)值高于球團(tuán)礦呢?本文的加鈣品位也能解決這一問(wèn)題。

1 改進(jìn)品位指標(biāo)的重要意義和必要性

品位即指鐵礦石的含鐵量,是衡量鐵礦石冶煉價(jià)值的重要指標(biāo)。在采礦、選礦、燒結(jié)、球團(tuán)以及煉鐵等各工序中都要用到這一指標(biāo)。無(wú)論專業(yè)技術(shù)人員還是管理人員以及經(jīng)銷商,無(wú)不知曉這一指標(biāo)。鐵礦石有無(wú)開(kāi)采價(jià)值,開(kāi)采后能否直接入爐冶煉,主要取決于這一指標(biāo)。鐵礦石價(jià)格上下浮動(dòng),以品位變化為依據(jù),高低一個(gè)品位,相應(yīng)漲降多少元。

隨著冶金技術(shù)的進(jìn)步,冶金工作者對(duì)這一指標(biāo)有了更深刻的認(rèn)識(shí),并不斷地探索這一指標(biāo)的合理性。例如,上世紀(jì)七十年代,提出了扣鈣品位的概念,并放進(jìn)了當(dāng)時(shí)冶金部制定的燒結(jié)礦質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中[2]。規(guī)定燒結(jié)礦的品位為。又如文獻(xiàn)[3]寫到:鐵礦石含鐵量降低時(shí),其冶煉價(jià)值降低的幅度遠(yuǎn)比含鐵量降低的幅度大。并設(shè)定了四種鐵礦石,進(jìn)行了計(jì)算(鐵全部以Fe2O3形式存在,酸性脈石為主,生鐵中92%的鐵由鐵礦石帶入,爐渣堿度為1.05,石灰石有效熔劑性50%)。煉一噸生鐵需要的礦石量、脈石量、熔劑量如表1。

表1 煉一噸生鐵需要的礦石量、脈石量、熔劑量

從表1可以看出,礦石含鐵量依次降低10%,而礦石中脈石量、熔劑消耗量依次增長(zhǎng)3.5倍、7.2倍和13.0倍。

計(jì)算結(jié)果不但說(shuō)明了品位指標(biāo)的重要性,而且還說(shuō)明了修正這一指標(biāo)的必要性。

2 加鈣品位的思考

生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),品位這一指標(biāo)對(duì)于有些礦石,例如高鈣礦(也稱堿性礦)、高硅礦等不能很好地衡量它們的冶煉價(jià)值。由于品位指標(biāo)的重要性和敏感性,就迫使冶金工作者思考及改進(jìn)這一指標(biāo)?？垅}品位正是在這種思考下提出并實(shí)施的改進(jìn)指標(biāo)?？垅}品位雖然實(shí)施了,至今偶爾也用到,但并沒(méi)有廣泛的使用。這就意味著扣鈣品位沒(méi)有被廣泛的認(rèn)可。這是因?yàn)?它只解決了礦石中鈣的問(wèn)題,而沒(méi)有解決硅的問(wèn)題,而硅在生產(chǎn)中也是一個(gè)重要的元素。能否把鈣、硅這兩個(gè)重要元素一并考慮到品位中去?文獻(xiàn)[3]是這樣處理的:甲、乙兩種礦石,甲礦鐵低鈣高,將甲礦換算成乙礦的堿度后再計(jì)算品位,然后加以比較,如表2。

表2 甲乙礦折算品位比較

表2表明:表面看甲礦品位低,冶煉價(jià)值低,而折算處理后顯示甲礦的冶煉價(jià)值更高。

以上這種處理的思路是:把不同礦石換算成相同的堿度,再計(jì)算品位。甲礦中CaO比乙礦多,可認(rèn)為是另外加進(jìn)去的鈣。這種處理顯然是沒(méi)有與高爐渣堿度聯(lián)系起來(lái),也是有缺陷的。

武軼在“對(duì)進(jìn)口鐵礦石評(píng)價(jià)的新法初探”[4]中認(rèn)為,以往評(píng)估和優(yōu)化燒結(jié)含鐵料主要是依靠“噸度價(jià)”和“單燒值”,這種評(píng)估是有缺陷的。武軼研究探索了新法——硅平衡單燒法,即在單燒計(jì)算的基礎(chǔ)上再配一種高硅礦,以保持燒結(jié)礦中的SiO2含量穩(wěn)定在某一范圍,并使燒結(jié)礦中的R、MgO和SiO2含量均處于同一水平。此法也沒(méi)有與高爐渣堿度聯(lián)系起來(lái),應(yīng)該說(shuō)也是不完美的。

大型高爐的有效容積利用系數(shù)遠(yuǎn)不如中小高爐,許多專家認(rèn)為:不是大型高爐的冶煉技術(shù)水平低,而是這一指標(biāo)不科學(xué)。如果用爐缸面積利用系數(shù)代替有效容積利用系數(shù),或用燃燒強(qiáng)度代替冶煉強(qiáng)度將會(huì)更客觀、更合理地反映高爐冶煉技術(shù)水平[5]。這說(shuō)明,隨著冶金工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步,有些指標(biāo)需要改進(jìn)或代替,鐵礦石品位這一指標(biāo)也在改進(jìn)或完善之列。

熔劑的“有效熔劑性”是早已廣泛使用的改進(jìn)名詞,是從熔劑的鈣含量演化而來(lái),它不但考慮了熔劑中的SiO2含量,同時(shí)還考慮了爐渣堿度,是一個(gè)比較合理的概念。其定義是:按爐渣堿度要求,除去本身酸性氧化物消耗掉的堿性氧化物外,剩余堿性氧化物含量。作者認(rèn)為:既然熔劑可以這樣處理,礦石也完全可以這樣處理。

綜上所述,作者將鐵礦石的品位這一指標(biāo)進(jìn)行了改進(jìn),衍生出加鈣品位。其定義為:鐵礦石補(bǔ)加氧化鈣達(dá)到高爐爐渣堿度要求時(shí)鐵元素的質(zhì)量百分含量。

3 相關(guān)定義及表達(dá)式

(1)基礎(chǔ)品位(通常說(shuō)的品位):鐵礦石中鐵元素的質(zhì)量百分含量。表達(dá)式為:

(2)扣鈣品位:鐵礦石扣除CaO后鐵元素的質(zhì)量百分含量。表達(dá)式為:

(3)加鈣品位:鐵礦石補(bǔ)加氧化鈣達(dá)到高爐爐渣堿度要求時(shí)鐵元素的質(zhì)量百分含量。表達(dá)式為:

以上三式中:Fe、CaO、SiO2——鐵礦石化學(xué)分析中的質(zhì)量百分含量。

Rs——高爐爐渣堿度(即高爐渣中堿性氧化物/高爐渣中酸性氧化物)。

4 補(bǔ)加氧化鈣后,加鈣品位不變的推導(dǎo)

這里設(shè)定兩個(gè)試樣:一為原樣,總量100 g。二為加鈣樣,即在原樣100 g中加入xgCaO,總量(100+x) g?；瘜W(xué)成分如下:

CaO原 樣 a b c加鈣樣 A B C Fe SiO2

這里的A、B、C與a、b、c存在如下關(guān)系:

將(4)、(5)、(6)式代入(8)式

化簡(jiǎn)后得到(7)式,即:TFe+CaO'=TFe+CaO。

也就是說(shuō),補(bǔ)加氧化鈣后的加鈣品位與原樣的加鈣品位相等,也即加鈣品位不變。這一結(jié)果與燒結(jié)礦提高堿度后冶煉價(jià)值不變是一致的。

算例:用文獻(xiàn)[5]的數(shù)據(jù)(表3),計(jì)算加鈣品位。

表3 梅山精粉化學(xué)成分(%)

計(jì)算得知加鈣品位TFe+CaO=56.95。

若在梅山精粉中加入5%的CaO(相當(dāng)于100 kg梅山精粉中加入5 kgCaO),相應(yīng)成分計(jì)算如表4。

表4 加鈣梅山精粉化學(xué)成分(%)

計(jì)算加鈣梅山精粉的加鈣品位TFe+CaO'=56.95,即加鈣前后梅山精粉的加鈣品位不變。

5 加鈣品位計(jì)算

5.1 鐵礦石加鈣品位計(jì)算

作者從文獻(xiàn)[3]15中查得某些鐵礦石的化學(xué)成分,以這些化學(xué)成分為基礎(chǔ),分別計(jì)算扣鈣品位和加鈣品位(Rs=1.1),并與原品位進(jìn)行比較,結(jié)果如表5。

表5 鐵礦石加鈣品位計(jì)算(%)

從以上計(jì)算結(jié)果可看出,扣鈣品位全部是提高的,平均提高3.58個(gè)品位,相對(duì)增量平均為7.03個(gè)百分點(diǎn)。加鈣品位有的提高、有的降低,平均降低了2.98個(gè)品位,相對(duì)增量平均為-5.85個(gè)百分點(diǎn)。鐵礦石中SiO2含量高,若全部用鐵礦石煉鐵,生產(chǎn)中必須加入石灰石,加鈣品位大部分下降或平均下降,這與鐵礦石冶煉價(jià)值低是一致的,因此說(shuō)明用加鈣品位評(píng)價(jià)鐵礦石的冶煉價(jià)值是比較客觀合理的。

對(duì)于個(gè)別礦石,如包頭(赤)和甲礦,由于CaO的含量比SiO2含量高,它的加鈣品位更高,也體現(xiàn)了它的冶煉價(jià)值在增長(zhǎng)。對(duì)于乙礦和海南島礦,加鈣品位大幅下降,其冶煉價(jià)值也大幅下降。這應(yīng)該是為生產(chǎn)者和使用者都能接受的說(shuō)法。

5.2 燒結(jié)礦加鈣品位計(jì)算

加鈣品位可以擴(kuò)展使用到精礦粉、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、入爐混合料等方面。下列表6數(shù)據(jù)是從文獻(xiàn)[6]查得的幾種燒結(jié)礦的主要化學(xué)成分,以這些成分為基礎(chǔ),計(jì)算燒結(jié)礦的扣鈣品位、加鈣品位,并與原品位進(jìn)行比較(Rs=1.1)。

表6 燒結(jié)礦加鈣品位計(jì)算(%)

表6中的數(shù)據(jù)是全梅山精粉燒結(jié)條件下,SiO2在4.5%左右的試驗(yàn)燒結(jié)礦數(shù)據(jù)。試驗(yàn)燒結(jié)礦的堿度從1.07變到2.03,而加鈣品位變化很小,都是60點(diǎn)幾,極差只有0.28。這里的差別是由于燒結(jié)輔料帶進(jìn)的SiO2量不同引起的,而與堿度無(wú)關(guān)。也就是說(shuō),只要SiO2含量不變,加鈣品位是不變的。而基礎(chǔ)品位隨堿度提高而下降,扣鈣品位大幅上升。

作者認(rèn)為,扣鈣品位、基礎(chǔ)品位都不能很好地反映燒結(jié)礦的冶煉價(jià)值,只有加鈣品位才能更客觀更合理地描述燒結(jié)礦的冶煉價(jià)值。

文獻(xiàn)[6]在分析燒結(jié)礦品位時(shí)這樣寫到:“全梅精燒結(jié)條件下,燒結(jié)礦SiO2在4.5%左右(見(jiàn)表6),鐵品位基本上都在58.0%以上,與當(dāng)前燒結(jié)礦品位持平。當(dāng)堿度在1.3、1.41、1.54時(shí),品位都在59.0%以上。品位上升對(duì)高爐提高產(chǎn)量、降低焦比、減少渣量及爐況順行均有積極的意義?！弊⒁膺@里的“品位上升”、“有積極意義”,作者理解為:文獻(xiàn)作者認(rèn)為全梅精燒結(jié)堿度降低時(shí),品位上升,對(duì)生產(chǎn)有積極作用,應(yīng)降低堿度。

眾知,降低堿度會(huì)降低冶金性能。目前大多廠都生產(chǎn)高堿度燒結(jié)礦,高堿度燒結(jié)礦會(huì)有品位降低的“消極意義”嗎?本作者認(rèn)為:只要是全梅精燒結(jié),無(wú)論燒結(jié)礦堿度高低,它的冶煉價(jià)值是不變的。堿度高品位低,是加進(jìn)了鈣引起的,而鈣是有用元素,不加在燒結(jié)礦里也要加在高爐里。全梅精燒結(jié),無(wú)論燒結(jié)礦堿度高低,其冶煉價(jià)值不變可用加鈣品位不變來(lái)表示。

5.3 球團(tuán)礦加鈣品位計(jì)算

表7中球團(tuán)礦的化學(xué)成分是從文獻(xiàn)[7-8]中查得的(Rs=1.1)。

表7 球團(tuán)礦加鈣品位計(jì)算(%)

表7中給出的5種球團(tuán)礦,品位從63.29到67.16,平均為64.70,扣鈣品位平均為64.98,相對(duì)增量平均為0.43,可見(jiàn)扣鈣品位變化很小;而加鈣品位平均為61.02,相對(duì)增量平均為-5.67,加鈣品位大幅下降,尤其是2007均球,加鈣品位只有57.84,下降了8.61%。球團(tuán)礦加進(jìn)了很多SiO2,它的冶煉價(jià)值大幅度下降。冶煉價(jià)值大幅度下降正好與加鈣品位大幅下降一致。所以說(shuō)用加鈣品位來(lái)評(píng)價(jià)球團(tuán)礦冶煉價(jià)值也是客觀合理的。

5.4 鐵精粉加鈣品位計(jì)算

表8是從文獻(xiàn)[9]中查得的3種鐵精粉的主要化學(xué)成分?？垅}品位、加鈣品位(Rs=1.1)計(jì)算結(jié)果列入表8中。

表8 鐵精粉加鈣品位計(jì)算(%)

從表8看出,遼寧精粉基礎(chǔ)品位最高,為66.77,而加鈣品位最低。這是因?yàn)檫|寧精粉較另兩種精粉硅高鈣低,自然冶煉價(jià)值就低。所以用加鈣品位來(lái)評(píng)價(jià)鐵精粉的冶煉價(jià)值也是客觀合理的。

6 結(jié) 語(yǔ)

作者提出的評(píng)價(jià)鐵礦石冶煉價(jià)值的新概念——加鈣品位,是將鐵礦石中最重要的三個(gè)元素Fe、Si、Ca綜合在一起的一個(gè)綜合指標(biāo)。其定義為:鐵礦石補(bǔ)加CaO達(dá)到高爐爐渣堿度要求時(shí)鐵元素的質(zhì)量百分含量。表達(dá)式為

鐵礦石加鈣品位可以擴(kuò)展使用到鐵精粉、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦以及入爐混合料等方面。

希望這一概念能得到廣大冶金工作者的認(rèn)同,并加以使用和推廣。對(duì)于“加鈣品位”這一名稱是否貼切,也需要同行討論。作者曾想用“折算品位”或“標(biāo)準(zhǔn)品位”、“補(bǔ)鈣品位”等來(lái)命名,但考慮再三,還是用了“加鈣品位”這一名稱。無(wú)論什么名稱,這一概念的內(nèi)涵是不變的。

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