高炉含铁炉料高温交互作用研究进展
丁智锋1，邢相栋1，折媛1,2，沈正华1，李纪萱1，李惠子1，吕明1
(1.西安建筑科技大学冶金工程学院， 陕西 西安710055；2.西宁特殊钢股份有限公司， 青海 西宁 810000)
高炉软熔带是保证煤气流合理分布，实现低碳冶炼的关键性因素之一，其位置和形状主要受到含铁炉料的冶金性能及高温交互作用影响。综述了烧结矿、球团矿以及块矿等不同含铁炉料之间的高温交互作用机理、影响因素以及高温交互作用对炉料软熔性能与渣相形成的影响。指出适当调整炉料化学成分和混匀度、优化炉料结构以及改善炉料的还原条件等均能优化含铁炉料间的交互作用，改善炉料的软熔滴落性能和透气性。未来可加强冷压球团、金属化球团和熔剂型球团等优质球团与其他含铁炉料的交互作用机理研究，加深炉料交互作用过程中物相演变及不同含铁炉料的扩散动力学行为的相关性研究，从而为炉料的软熔性能和透气性优化提供参考。
高炉冶炼工艺在钢铁生产过程中占有举足轻重的地位，其能耗和CO2排放量分别占整个钢铁工业系统能耗和CO2排放量的70%和80%。而保持高炉炉况稳定是高炉冶炼的首要任务，其中合理的煤气流分布是保证高炉长期稳定运行的关键性因素之一。在高炉内部，炉料经历一系列物理化学反应，使其形态发生变化，形成块状区、软熔区、滴落区和死焦区。软熔区由软熔层和焦炭层交替构成，含铁炉料在高炉内煤气流的传热和还原作用下发生软化和熔融，导致炉料空隙缩小，影响煤气流的分布，进而使软熔区的透气性急剧降低。因此，软熔区对于确保煤气流的合理分布和实现低碳冶炼具有关键作用，其位置和厚度在很大程度上受到含铁炉料的物理化学性质和冶金性能的影响。烧结矿、球团矿和天然块矿是高炉炼铁使用的主要炉料。由于原料和生产工艺的不同，不同含铁炉料的理化性能和冶金性能等存在差异，为了更好地利用炉料的冶金性能，通常将不同比例的炉料搭配后进行高炉冶炼。基于大量对炉料冶金性能和高炉解剖的研究发现，高炉含铁炉料的冶金性能以及不同炉料之间的相互作用对软熔带的形成有重要影响。因此，为了获得透气性良好的软熔带，有必要明确高炉炉料冶炼特性和交互作用机理，从而更好地优化高炉炼铁工艺。但目前针对不同炉料间交互作用的规律还缺乏系统研究，对于含铁炉料高温相互作用机理尚未十分明确。基于高炉含铁炉料的特性，本文综述了近年来含铁炉料高温交互作用的研究进展，从烧结-球团、烧结-块矿及酸性含铁炉料-酸性含铁炉料等角度系统讨论含铁炉料间高温交互作用的影响因素、作用机理及交互作用对初渣演变的影响等，以期为改善高炉炉料的软熔性能和透气性提供一定参考。
1)高炉含铁炉料的高温交互作用是改善炉料软熔性能和透气性的关键。其中，含铁炉料的高温交互作用的强弱程度主要受到化学成分、温度、混匀度、还原程度和接触条件等影响。高温交互作用会影响炉料的液相及初渣生成行为，优化炉内还原条件及炉料初渣形成是抑制炉料交互作用、改善炉料软熔性能与透气性的根本。2)在不影响炉渣性能的前提下，适当调整含铁炉料化学成分、混匀度、炉料结构以及提高炉料还原程度等均能优化含铁炉料间的高温交互作用，改善含铁炉料在高炉内的软熔滴落性能。在未来氧气高炉和富氢高炉等高还原冶炼条件下，可以考虑增加金属化球团和熔剂性球团等优质球团比例，对高炉炼铁节能减排及高炉顺行具有重要意义。3)增强优质熔剂性球团、金属化球团和冷压球团等优质球团与烧结矿等含铁炉料的高温交互作用研究。随着炼铁低碳技术的发展以及高炉炼铁资源高效利用等问题，高炉炉料的配比模式也逐步迈向多元化发展，熔剂性球团、金属化球团及冷压球团等优质球团的应用将急剧扩大，而这些优质炉料与烧结矿等含铁炉料的高温交互作用机理有待进一步研究。4)加强含铁炉料高温交互作用过程中物相演变规律和有价组元微观迁移动力学机理研究。高温交互作用的实质是物相的演变和有价组元的迁移变化，现行研究对反应过程的物相演变规律和微观动力学反应机理的研究相对匮乏，对于元素迁移的微观机理和反应的限环节性环节等研究不足，从而很难对软熔带成分的选择进行有益指导。
