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高爐造渣的2個主要目的是脫硫和降低爐渣熔點。爐渣堿度大多選擇在1．0～1．2之間。過低影響爐渣脫硫能力，過高則會導致能耗和生鐵成本的上升。堿度與爐渣相近的燒結礦稱為自熔性燒結礦。堿度偏低的燒結礦稱為酸性燒結礦；堿度偏高的燒結礦稱為堿性燒結礦。堿度的下限受礦石自然堿度的限制，而上限在工藝方面尚未發現有明確的限制。下面以B等于0．93的酸性燒結礦、B等于1．2的自熔性燒結礦和B等于1．87的堿性燒結礦為例，討論堿度對燒結礦在高爐內行為的影響。酸性燒結礦或天然塊礦入爐時伴隨著高堿度燒結礦或熔劑。高堿度燒結礦和熔劑不僅要為酸性爐料配堿度，還要為燃料灰分配堿度，而絕大部分的自由燃料灰分是在風口區形成的。因此，酸性爐料軟熔后首先與高堿度燒結礦或熔劑接觸，形成的初渣堿度隨著CaO的溶入不斷提高。堿度的上升趨勢帶來兩方面的影響：第一個影響是有利的。由于酸性爐料形成的初渣呈酸性，因此堿度上升將導致軟熔體的熔點降低。軟熔帶上部或整個軟熔帶即處于這一范圍中。軟熔體熔點的下降趨勢可縮短軟熔帶的溫度區間，這是對高爐冶煉有利的影響。另一個影響較為復雜，需要通過對具體條件的分析才能做出正確的判斷。

由于爐料的堿度搭配是針對終渣的，而絕大部分燃料灰分在風口上方的大部分區域是不能溶入爐渣的，因此中間渣要經過很長一段超高堿度的過程。可以說中間渣的后期是一個熔點不斷上升的過程。當然，隨著熔點的上升溫度也在提高。如果二者的影響能夠達到平衡或溫度升高的影響占據優勢，則這一趨勢對高爐冶煉不會造成明顯的不良影響。但是，如果熔點升高的影響占據優勢，則必須采用相應的措施來減小這一影響。很多高爐以及COREX熔煉爐在配料中使用一定比例的硅石就是為了解決這一問題而采取的措施。堿性燒結礦是作為鐵料和熔劑的共同體使用的，因此會與酸性爐料共同入爐。堿性爐料的初渣堿度及熔點一般遠高于爐渣。生成后與酸性爐料的初渣溶合，主體的變化方向是堿度與熔點不斷降低。再與溫度的升高相配合，爐渣性能呈不斷改善的趨勢。自熔性燒結礦初渣的熔點處于最低水平。形成后無論堿度如何變化，熔點只會提高。這是自熔性燒結礦與酸性燒結礦和堿性燒結礦的最大區別。在這種條件下，很容易形成初渣長期無法順利滴落的情況。也就是說，使用自熔性燒結礦會導致軟熔帶變厚甚至可能導致爐渣重新凝固的現象。這可能是使用自熔性燒結礦最大的問題，影響應當不在強度以下。

使用雙堿度燒結礦的意義

如前所述，使用酸性燒結礦（或天然礦）和堿性燒結礦對冶煉均無不良影響。使用自熔性燒結礦則會嚴重影響冶煉過程。因此，國內高爐已經形成了以高堿度燒結礦配加酸性礦為基礎的爐料結構，以避開自熔性燒結礦的問題。而酸性礦一般為球團礦或天然塊礦［2－4］。爐料結構對軟熔帶厚度，從而對料柱透氣性具有重要影響。決定軟熔帶厚度的主要參數是爐料的軟熔溫度區間。也就是說，高爐內的軟熔帶大致起始于爐內溫度達到礦石軟熔開始溫度的部位，終結于達到礦石軟熔結束溫度的部位。使用2種或多種鐵料時，軟熔開始溫度大致取決于各種爐料中軟熔開始溫度最低的爐料。而軟熔結束溫度則基本取決于各種爐料中軟熔結束溫度最高爐料。因此，使用軟熔溫度區間盡量重合的爐料是抑制軟熔帶厚度的重要措施。對于國內廠家來講，酸性爐料的選擇或多或少都存在一定的問題。天然塊礦完全依賴進口，球團礦也存在成本偏高的缺陷。因此，很多廠家都采用了降低燒結礦堿度，減少酸性爐料用量的措施。堿度的降低導致性質向自熔性燒結礦靠近，對燒結礦質量以及冶煉過程均會帶來不利影響。因此，這一措施的效果是有限的。此外，酸性爐料的性質已經固定，這一點對于爐料間軟熔性的配合十分不利。因此難以在配料方面采取降低軟熔帶厚度的措施。使用雙堿度燒結礦可以很好地解決上述問題。首先，在酸性料的選擇上不再依賴于球團礦和進口塊礦；其次，堿性礦和酸性礦的堿度和使用比例均可調，可為不同爐料軟熔溫度區間的協調工作提供便利條件。目前，國內已有個別廠家采用或使用過雙堿度燒結礦的爐料結構。

燒結試驗

燒結試驗的基礎原料由冀東精礦、巴西礦粉、澳礦粉、唐鋼焦粉按19∶33∶43∶5的比例混合而成，成分見表1。堿度靠外配石灰石粉進行調節，成分見表2。在石灰石粉中配入相同比例（5％）的焦粉，以保證總體配碳量不變。燒結試驗設備為圖2所示的小型燒結杯。每次試驗可獲得?50mm的棒狀燒結礦約200g。燒結杯外設加熱爐，用于補償過量的熱損失。燒結料內配碳，且有氣流通過，可較好地模擬抽風燒結過程。在自然堿度（約0．04）至3．0的堿度范圍內進行了小型燒結試驗。燒結過程完成后對成品進行強度檢驗。由于試樣量無法支撐傳統轉鼓試驗，故以抗壓強度作為評價標準。圖3給出了主要燒結試驗結果。從圖3（略）看不出燒成率隨堿度變化的系統規律，波動情況更為接近隨機誤差。燒成率變化范圍不大，平均值約為76％。而堿度對燒結礦抗壓強度的影響不僅明顯而且具有規律性：曲線大致呈V字形。自熔性堿度范圍內呈現一個強度的低谷。極低值在堿度為1．3附近，約為8MPa左右。從成品率來看，本文檢驗范圍內的堿度都是燒結工藝能夠接受的，但自熔性堿度的燒結礦強度過低，且具有前面所述的嚴重問題。因此，雙堿度燒結礦使用的2種燒結礦均應避開這一堿度范圍。

爐料的軟熔性

由于組成過于復雜，燒結礦的軟熔性參數需要通過試驗才能獲得。理論分析或計算只能得到大致的變化趨勢。依據抗壓強度在15MPa以上的原則，在酸性區及堿性區各選擇3種燒結礦作為軟熔性試驗的試樣，此外，各取一種工業實用球團礦和天然塊礦作為比較。試樣堿度涵蓋了0．039～2．2的范圍，成分見表3。軟熔性檢測裝置見圖4。加熱裝置是一臺鉻酸鑭高溫爐，可提供1800℃以下的試驗溫度。爐膛采用重結晶碳化硅，可承受1600℃以上的試驗溫度。坩堝為石墨質。試驗在升溫條件下進行，重點檢測2個參數：1）軟化溫度tb。即試樣發生明顯軟化現象時的溫度，在試樣層高度明顯縮減時讀取。2）滴落溫度te。大致相當于高爐內軟熔帶下沿或滴落帶上沿的溫度，在滴落現象開始時讀取。此外，還有一個重要參數Δt＝te－tb。這個參數大致相當于高爐軟熔帶的溫度區間寬度。從高爐料柱透氣性出發，這個區間越窄越好。圖5（略）是軟熔性測試結果。不同原料在橫軸上的位置根據其堿度確定，Δt可由2條曲線之間的間隔看出。#p#分頁標題#e#

配料優化

通過圖5可以看出以下幾點：1）燒結礦軟化溫度隨堿度上升略有提高，但幅度不大，可以忽略。2）燒結礦滴落溫度隨堿度上升有明顯提高，Δt也會隨之變寬。3）5種酸性礦的軟化溫度均低于3種堿性燒結礦。在這種情況下，軟熔帶的起始溫度更多地取決于酸性礦。4）3種堿性燒結礦的滴落溫度均高于酸性燒結礦。因此使用雙堿度燒結礦時，堿性燒結礦的性質對軟熔帶結束溫度的影響則相應更大一些。5）2種現場礦的軟化溫度偏低。盡管Δt變化不大，但這種性質在混合料中對抑制軟熔帶厚度不利。堿度為2．0的燒結礦在堿性礦中性質居中，抗壓強度高達25MPa以上，且在工業中應用廣泛。因此，在下面的配礦中以這種燒結礦（S5）作為堿性爐料。為避免某種爐料的作用被掩蓋掉，2種爐料的比例簡單地定為1∶1。表4給出了不同配料的試驗結果。其中的預期值根據軟熔溫度區間的疊加計算得出。即軟化溫度取2種爐料的較低者，滴落溫度取2種爐料的較高者。3種雙堿度燒結礦配料的Δt平均值約為233℃。2種現場爐料的Δt平均值約為268℃。二者相差了35℃，約為13％。如果將Δt最小的S3＋S5與塊礦＋S5相比，差別則高達16％。假設軟熔帶內的溫度分布是線性的，則軟熔帶厚度將會以相同的比例減薄。

由此可見其作用之大。燒結礦生產需要考慮的因素很多。例如，降低堿性燒結礦的堿度可使其滴落溫度下降，可能使Δt進一步減小。但由圖3可以看出，堿性燒結礦強度會隨著堿度的下降而急劇變差。因此，降低堿度受到的限制是相當強烈的；酸性燒結礦的強度及其配料工藝的簡便性也是兩項必須考慮的重要因素。綜合考慮以上問題，采用自然堿度的酸性燒結礦和堿度為2．0左右的高堿度燒結礦是一項不錯的選擇。這時這2種燒結礦的抗壓強度十分接近，且均超過25MPa。Δt為235℃，軟熔溫度區間分別較球團＋S5及塊礦＋S5變窄了約9．6％和14．5％。此外，由于不需配加熔劑，酸性燒結礦的生產工藝也會得到簡化。在冶煉實踐中應注意以下配料原則：1）高堿度燒結礦與其在傳統配料中的作用相同，為造渣提供必要的CaO。酸性燒結礦的作用與球團礦或天然塊礦類似。二者的使用比例應當以混合料的堿度適當為原則。堿度過高爐渣堿度相應過高，堿度過低則需要使用大量石灰石。這2種情況均會導致燃料比的升高。2）在爐內溫度分布不變的前提下，軟熔帶的厚度取決于爐料的軟熔溫度區間。而混合爐料的軟熔溫度區間大致是2種爐料的疊加。因此應選用2種軟熔溫度區間盡量一致或重疊的燒結礦。

結論

1）使用雙堿度燒結礦可達到縮減軟熔溫度區間、減薄軟熔帶、改善料柱透氣性的目的。2）在0．04～3．0的堿度范圍內未發現燒結礦生產工藝方面的問題。3）自熔性堿度范圍內的燒結礦不僅存在強度下降的問題，且會使軟熔過程復雜化，嚴重影響料柱透氣性。4）使用自然堿度的燒結礦配加高堿度燒結礦的方案可大幅度壓縮軟熔溫度區間，達到減小軟熔帶厚度、改善料柱透氣性的目的。

本文作者：任榮霞 李金龍 方覺 單位：唐山鋼鐵國際工程技術有限公司煉鐵原料部 河北聯合大學冶金與能源學院