燒結礦檢測：高爐高效運行的基石

燒結礦作為現代高爐煉鐵最主要的含鐵原料，其理化性能和冶金性能直接影響高爐的順行狀況、生產效率和鐵水質量。建立科學、嚴謹的燒結礦檢測體系，是保障高爐穩定高效運行的關鍵環節。

一、物理性能檢測：穩定爐況的基礎

1. 轉鼓強度與耐磨指數：

   • 目的： 評估燒結礦在運輸、布料及高爐內下降過程中抵抗機械沖擊和摩擦的能力。
   • 方法： 標準轉鼓試驗（如ISO 3271, GB/T 8209）。將規定粒度范圍的燒結礦樣品放入轉鼓，以固定轉速旋轉一定圈數。測定轉鼓后大于規定粒度（如6.3mm）的百分比作為轉鼓指數（TI），小于規定粒度（如0.5mm）的百分比作為耐磨指數（AI）。
   • 意義： TI值高、AI值低表明燒結礦強度好、粉末少，有利于保持高爐料柱良好的透氣性和透液性，減少爐塵吹出量。

2. 篩分指數與粒度組成：

   • 目的： 了解燒結礦的粒度分布狀況。
   • 方法： 對燒結礦成品進行多級篩分（如>40mm, 25-40mm, 10-25mm, 5-10mm, <5mm），計算各粒級的質量百分比。
   • 意義： 適宜的粒度組成（通常控制5-50mm比例高，<5mm比例低）對于保證爐內煤氣流合理分布、改善料柱透氣性至關重要。粒度均勻性也是重要指標。

3. 表觀密度與真實密度：

   • 目的： 間接反映燒結礦的孔隙結構、礦物組成和還原行為。
   • 方法： 表觀密度通常采用容量瓶法測定；真實密度則需將燒結礦磨成細粉排除孔隙后用比重瓶法測定。
   • 意義： 二者結合可計算燒結礦的孔隙率。孔隙率影響還原氣體的擴散速度和還原速率。

二、化學成分分析：精準調控的指南

1. 全鐵（TFe）含量：

   • 目的： 衡量燒結礦的品位，直接影響高爐的產量和焦比。
   • 方法： 化學濕法分析（如重鉻酸鉀滴定法）或X射線熒光光譜法（XRF）。確保準確性是關鍵。
   • 意義： 提高TFe含量是高爐增產節焦的核心措施之一。

2. 鐵氧化物形態（FeO含量）：

   • 目的： FeO是燒結礦中磁鐵礦（Fe3O4）的主要形式，其含量高低反映了燒結過程的氧化還原氣氛和燒結礦的還原性。
   • 方法： 化學濕法分析（如重鉻酸鉀滴定法測定亞鐵）。
   • 意義： FeO含量過低可能影響燒結礦強度；過高則會顯著降低燒結礦的還原性。需根據原料條件和生產目標優化控制。

3. 堿度（R）：

   • 目的： 表征燒結礦中堿性氧化物（CaO, MgO）與酸性氧化物（SiO2, Al2O3）的比例，是高爐造渣制度的基礎。
   • 方法： 基礎二元堿度 R = CaO/SiO2；三元堿度 R = (CaO + MgO)/SiO2；四元堿度 R4 = (CaO + MgO)/(SiO2 + Al2O3)。通過測定相關組分含量計算。
   • 意義： 堿度直接影響高爐爐渣的熔化性、流動性及脫硫能力，是燒結配料的核心控制參數。

4. 有害元素含量：

   • 目的： 監控對高爐冶煉過程和鐵水質量有害的元素水平。
   • 方法： 針對不同元素選用相應方法（如原子吸收光譜法AAS、電感耦合等離子體發射光譜法ICP-OES測K、Na、Zn、Pb等；燃燒紅外法測S）。
   • 意義： S、P影響生鐵質量（冷脆、熱脆）；堿金屬（K、Na）和Zn易在爐內循環富集，破壞爐襯、降低焦炭強度并引起結瘤；Pb侵蝕爐底。需嚴格控制其入爐總量。

三、冶金性能檢測：預見高爐行為的關鍵

1. 低溫還原粉化性能（RDI）：

   • 目的： 模擬燒結礦在高爐上部400-600℃區間受到CO/CO2氣體還原和機械力作用時發生碎裂粉化的程度。
   • 方法： 標準試驗（如ISO 4696, GB/T 13242）。將試樣在固定床中，用特定成分（CO/CO2/N2）的還原氣體在500℃左右還原一定時間，然后放入轉鼓轉動一定時間，測定不同粒級的質量百分比（通常關注RDI+3.15mm, RDI-0.5mm）。
   • 意義： RDI值（尤其是RDI-0.5mm）高，表明燒結礦在此區域容易粉化，嚴重惡化高爐上部的透氣性，是影響高爐順行的重要因素。

2. 還原性（RI）：

   • 目的： 評價燒結礦在較高溫度（如900℃）下被還原氣體（CO/N2）還原的速度快慢。
   • 方法： 標準試驗（如ISO 7215, GB/T 13241）。在規定條件下還原，通過失氧量計算一定時間（如60分鐘或180分鐘）后的還原度（RI%）。
   • 意義： RI值高，表明燒結礦容易被CO還原成金屬鐵，有助于降低高爐直接還原度，節省焦炭消耗。

3. 軟熔特性：

   • 目的： 測定燒結礦在高爐軟熔帶的行為，包括開始軟化溫度、熔融開始溫度、熔融終了溫度以及軟熔區間溫差、熔融滴落特性（滴落開始溫度、滴落率、最大壓差ΔPmax）。
   • 方法： 高溫荷重還原試驗（模擬高爐升溫、還原、荷重過程）。
   • 意義： 軟化熔融區間的位置、寬度及熔融滴落特性決定了高爐軟熔帶的形狀、厚度和煤氣阻力（ΔPmax），直接影響高爐下部透氣性、順行狀況及燃料比。要求軟化開始溫度高、軟熔區間窄、熔滴區間窄、ΔPmax低、滴落順利。

四、質量數據的應用與閉環管理

完備的檢測并非終點，其核心價值在于數據的深度應用：

• 指導配料優化： 根據化學成分和性能指標反饋，動態調整鐵礦粉、熔劑、燃料等配比。
• 調控燒結工藝： 如根據強度、FeO、RDI等調整混合料水分、燃料用量、點火溫度、燒結終點控制等。
• 評價原料質量： 為鐵礦粉、熔劑等原料的采購和質量評價提供依據。
• 服務高爐操作： 為高爐操作者提供精確的爐料結構信息和性能預測，指導高爐調劑。
• 建立質量數據庫： 長期積累數據，分析指標間的內在聯系和隨時間變化的規律，支撐持續改進。

結語

燒結礦檢測是連接燒結生產與高爐冶煉的關鍵橋梁。一套涵蓋物理、化學、冶金性能的全面、精確、快速的檢測分析體系，結合嚴格的質量標準和閉環管理流程，不僅能有效監控和保障燒結礦質量，更能為優化燒結生產和指導高爐高效、低碳、穩定運行提供強大的數據支撐。持續提升檢測技術和數據分析能力，是鋼鐵工業實現精細化管理和高質量發展的必然要求。