摘要：本研究聚焦于烧结矿配比提升后对高炉炉况顺行、走势及工艺操作等方面的深远影响。通过对透气性、软熔带特性、热制度、还原过程以及各工艺操作环节的深入剖析，并结合实际生产数据与案例分析，旨在为钢铁企业优化炉料结构、提升高炉生产效率与经济效益提供全面且具深度的理论依据与实践指导。
关键词：烧结矿；配比：工艺操作；透气性
1前言
在现代高炉炼铁复杂且精细的工艺体系中，炉料结构无疑是决定高炉运行状况与生产指标的关键因素之一。随着钢铁行业竞争态势的日益激烈以及资源高效利用、成本精细控制需求的持续增长，炉料结构的优化调整，尤其是提高烧结矿配比，已成为众多钢铁企业谋求技术突破与竞争力提升的核心关注点。深入、系统地探究这一关键举措对高炉炉况及相关工艺操作的全方位影响，不仅具有极为重要的学术研究价值，更对钢铁企业的实际生产运营有着不可估量的现实指导意义［1］。
2 炼铁烟气处理技术概述
2.1透气性方面
2.1.1烧结矿的物理结构特性
烧结矿在生产过程中经过一系列复杂的物理化学变化，形成了具有独特孔隙结构的块状物料。其内部孔隙大小分布相对均匀，且孔隙率在一定范围内较为稳定。这种孔隙结构为高炉内煤气的上升提供了天然的通道。当烧结矿配比提高时，高炉料柱中由烧结矿构建的透气通道数量增多且连贯性增强。例如，在一些先进的高炉生产实践中，当烧结矿配比从60%提升至70%时，料柱的透气性阻力系数降低了约10%～15%，改善了煤气上升的顺畅性。
球团矿虽然具有较高的强度和规则的外形，但其孔隙率相对较低，且孔隙多为封闭性孔隙，煤气通过时阻力较大。而块矿的粒度和形状不均匀性较大，在料柱中容易形成局部的透气性差异。烧结矿则凭借其相对稳定且良好的孔隙结构，在提高配比后能够有效弥补球团矿和块矿在透气性方面的不足，使整个料柱的透气性更加均匀稳定。
2.1.2粒度分布与料柱稳定性
烧结矿的粒度分布一般呈现出一定的连续性，有较大比例的中等粒度颗粒，也包含适量的大颗粒和小颗粒。这种粒度分布特点使得在高炉料柱中，烧结矿颗粒之间能形成良好的镶嵌结构，提高料柱稳定性。当烧结矿配比增加时，料柱的整体稳定性得到进一步增强。例如，在某钢铁企业的高炉改造项目中，提高烧结矿配比后，料柱的崩塌现象明显减少，高炉的顺行周期从原来的平均10h延长至15h左右，有效减少因料柱不稳定导致的炉况失常次数。
2.2软熔带特性
2.2.1软熔带的宽度与形态变化
烧结矿由于其成分和物理性质的特点，在高炉内形成的软熔带具有一定的宽度。当烧结矿配比提高时，软熔带的宽度会发生相应变化。一般情况下，软熔带会有所变宽，但这种变化并非简单的线性关系。研究表明，当烧结矿配比从50%提升至80%时，软熔带的宽度可能会增加20%～30%。这是因为烧结矿在软化和熔化过程中，其反应的渐进性和连续性使得软熔带的过渡区域相对较宽。
软熔带的形态也会随着烧结矿配比的提高而改变。由于烧结矿的分布更加广泛，软熔带可能会呈现出更加平缓的形状，而不是陡峭的形态。这种平缓的软熔带形态有利于煤气在穿过时的均匀分布，减少煤气的局部聚集和短路现象，从而提高煤气的利用率，保障炉况的稳定顺行。例如，在某大型高炉的生产数据对比中，调整烧结矿配比后，软熔带的形态优化，煤气利用率从原来的40%左右提升至45%以上，炉况的稳定性明显增强。
2.2.2滴落温度与软熔带稳定性
烧结矿的滴落温度相对较高，这一特性对软熔带的稳定性有着重要影响。在高炉冶炼过程中，软熔带的温度需要保持在一个相对稳定的区间内，以确保炉料的正常熔化和滴落。当烧结矿配比提高时，由于其较高的滴落温度起到了“温度锚定”的作用，即使其他炉料成分或工艺参数发生一定的波动，软熔带的温度也不容易出现急剧下降或上升的情况。例如，在一些原料成分波动较大的钢铁企业中，通过提高烧结矿配比，软熔带的温度波动范围从原来的±50℃缩小至±30℃以内，有效降低了因软熔带温度不稳定导致的炉况波动风险。
3提高配比对炉况影响的因素
3.1热制度稳定性
3.1.1烧结矿的热效应
烧结矿在高炉内的加热、熔化和反应过程中会产生特定的热效应。其比热容和热导率等热物理性质与其他炉料不同。当烧结矿配比提高时，高炉内的热吸收和热释放过程会发生改变。烧结矿在预热和还原阶段吸收热量，在熔化和造渣阶段释放热量，其配比的变化会调整整个高炉内的热量收支平衡。例如，在冬季生产时，适当提高烧结矿配比可以更好地利用其蓄热能力，稳定高炉内的温度场。研究发现，当烧结矿配比提高10%时，高炉内的热储备能力可提升约15%～20%，有助于应对外界环境温度变化对炉况的影响。
与球团矿和块矿相比，烧结矿的热稳定性更好。球团矿在高温下可能会出现爆裂等现象，影响热制度的稳定；块矿的热传导不均匀性较大。烧结矿则能够在较宽的温度范围内保持相对稳定的物理和化学性质，从而为高炉热制度的稳定提供可靠的保障。例如，在一些采用高比例球团矿而炉况波动较大的高炉中，逐步提高烧结矿配比后，炉温的波动标准差从原来的20℃以上降低至10℃以内，热制度趋于稳定，炉况走势更加平稳。
3.1.2烧结矿配比对炉温波动的影响
烧结矿配比的变化直接影响炉内的还原反应热和熔化热的产生与消耗。合理提高烧结矿配比可以使炉温波动减小。这是因为烧结矿的反应过程相对平稳，不会出现因炉料反应剧烈变化而导致的炉温急剧上升或下降。例如，在某钢铁企业的高炉生产中，通过优化烧结矿配比，将炉温的日波动范围从原来的80℃降低至40℃左右，有效保证了生铁质量的稳定性，同时也减少了因炉温波动对炉衬的侵蚀，延长了高炉的使用寿命，使炉况在长期运行过程中保持良好的走势。
3.2还原过程
3.2.1烧结矿对还原气氛的影响
烧结矿中的铁氧化物形态和含量对高炉内的还原气氛有着重要影响。烧结矿一般含有多种铁氧化物，如赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）等。当烧结矿配比提高时，高炉内的还原气氛会发生相应变化。例如，赤铁矿含量较高的烧结矿在还原初期需要较多的还原剂（如CO）进行还原，会使高炉上部的还原气氛增强。而磁铁矿在还原过程中会产生更多的FeO，其还原反应在高炉中下部较为活跃，有助于调整高炉中下部的还原气氛。通过合理调整烧结矿中不同铁氧化物的比例和烧结矿配比，可以优化整个高炉内的还原气氛分布，使还原反应更加有序地进行。
与球团矿相比，球团矿的还原过程相对较为集中，主要在中高温区域进行快速还原。而烧结矿的还原过程则分布在较宽的温度区间内，从高炉上部的低温预还原到下部的高温深度还原都有涉及。当烧结矿配比提高时，这种宽区间的还原特性能够更好地与高炉内的煤气分布和温度梯度相匹配，提高还原反应的效率和均匀性。例如，在某高炉的模拟研究中，提高烧结矿配比后，高炉内的还原度均匀性指数从原来的0.7提升至0.85左右，铁水的生成过程更加稳定，炉况走势得到改善。
3.2.2对还原动力学的影响
烧结矿的物理结构和化学成分影响还原反应的动力学条件。其孔隙结构为还原剂的扩散提供了通道，而化学成分中的一些助熔剂成分（如CaO、SiO2等）可以降低铁氧化物的还原活化能。当烧结矿配比提高时，更多的还原剂能够更容易地接触到铁氧化物，并且还原反应能够更快地进行。例如，在一些实验室研究中，当烧结矿配比从50%提高到80%时，铁氧化物的还原速率常数提高了约20%~30%。这使得铁水的生成速度更加稳定，有利于高炉炉况在长时间内保持稳定的走势，避免因还原过程波动导致的炉况失常。
3.3布料操作
3.3.1炉料物理性质变化与布料要求
随着烧结矿配比的提高，炉料的堆角、粒度组成等物理性质发生显著变化。烧结矿的堆角一般相对较小，且粒度分布较为均匀。当烧结矿比例增加时，炉料整体的堆角会变小，这就要求调整布料器的角度。例如，在某高炉的实际生产中，当烧结矿配比从60%提高到75%时，布料器的布料角度需要下调2°~3°,以确保炉料能够均匀地分布在高炉内。
烧结矿的粒度分布也会影响布料层数和布料方式。由于其粒度连续性较好，在布料时可以采用相对简单的分层布料方式，但需要更加精准地控制每层的厚度和布料速度。例如，采用高比例烧结矿时，可以适当增加布料层数，从原来的3～4层增加到4～5层，同时降低每层的布料速度，使炉料在高炉内形成更加合理的料面形状，提高煤气利用效率。
3.3.2布料参数优化与炉况关系
布料参数的优化与炉况密切相关。合理的布料能够使煤气在炉内上升过程中与炉料充分接触，提高煤气利用率，同时保障炉料的顺利下降。通过调整布料器的转速、角度以及布料层数等参数，适应烧结矿配比的提高，可以实现炉况的稳定顺行。例如，在一些钢铁企业中，通过建立布料模型，根据烧结矿配比的变化实时调整布料参数，使高炉的燃料比降低了约5%～10%，炉况顺行周期明显延长，有效提高了高炉的生产效率和经济效益。
3.4送风制度
3.4.1透气性变化与送风参数调整
如前文所述，烧结矿配比提高会改善高炉料柱的透气性。这就要求对送风制度中的风量、风压、风温等参数进行相应调整。当透气性变好时，可以适当增加风量，以提高高炉的产量。例如，在某高炉生产实践中，提高烧结矿配比后，逐步增加风量，高炉的日产量从原来的3000t提升至3500t左右。同时，由于透气性改善，风压可以适当降低，减少了风机的能耗。例如，风压从原来的0.4MPa降低至0.35MPa左右，降低了约12.5%的风压能耗。
风温的调整也需要考虑烧结矿配比的变化。烧结矿在高炉内的反应需要一定的热量支持，适当提高风温可以更好地利用烧结矿的热效应。但风温的提高幅度需要根据烧结矿的配比和其他炉料的特性进行综合确定。例如，当烧结矿配比较高时，风温可适当提高50～100℃,但过高的风温可能会导致炉况波动，如出现炉顶温度过高、煤气利用率下降等问题。
3.4.2送风制度与炉内气流分布
送风制度的调整直接影响炉内气流的分布。合理的送风参数能够使煤气在炉内形成合理的分布形态，如中心气流和边缘气流的比例协调。当烧结矿配比提高时，通过调整送风参数，可以使中心气流更加稳定，边缘气流得到适当控制。例如，采用适当的风口布局和风量分配，使中心气流的流速保持在一定范围内，避免中心过吹或中心死料柱的形成，同时控制边缘气流的流速，防止炉墙侵蚀和边缘煤气利用率过低。通过优化送风制度与烧结矿配比的匹配关系，可以提高高炉的冶炼效率和炉况的稳定性。
3.5造渣制度
3.5.1烧结矿成分与炉渣化学成分
烧结矿的成分对炉渣的化学成分有着决定性影响。烧结矿中含有大量的CaO、SiO2、Al2O3等成分，当烧结矿配比提高时，炉渣中的这些成分比例会发生变化。例如，CaO含量的增加可能会使炉渣的碱度升高，这就需要调整熔剂的加入量。如果不及时调整，可能会导致炉渣黏度升高，影响渣铁分离效果。例如，在某高炉生产中，当烧结矿配比提高后，炉渣碱度从原来的1.1上升至1.25，通过减少石灰石熔剂的加入量，使炉渣碱度稳定在合理范围内，保证了渣铁的顺利分离和高炉的正常运行。
SiO2和Al2O3含量的变化也会影响炉渣的性质。较高的SiO2含量可能会使炉渣的熔点升高，而Al2O3含量过高可能会导致炉渣的黏度增加和脱硫能力下降。因此，在提高烧结矿配比时，需要综合考虑这些成分的变化，通过添加其他炉料或调整熔剂成分来优化炉渣的性能。例如，在一些高Al2O3烧结矿配比的高炉中，添加一定量的MgO熔剂，可以降低炉渣的黏度，提高脱硫能力，保障生铁质量。
3.5.2造渣制度与炉衬保护
合理的造渣制度不仅要满足渣铁分离的要求，还要起到保护炉衬的作用。当烧结矿配比提高时，炉渣的化学成分和物理性质变化会影响炉衬的侵蚀情况。例如，合适的炉渣碱度和黏度可以在炉衬表面形成一层保护性渣膜，减少炉渣和铁水对炉衬的直接侵蚀。通过调整造渣制度，控制炉渣的流动性和化学成分，可以延长炉衬的使用寿命。例如，在一些长寿高炉的生产实践中，通过优化烧结矿配
比和造渣制度，炉衬的侵蚀速率从原来的每年510mm降低至3~5mm左右，大大提高了高炉的服役周期，降低了高炉的维护成本，保障了炉况的长期稳定运行。
4结论
提高烧结矿配比至一定水平对高炉炉况顺行、走势及工艺操作有着多方面的深远且复杂的影响。在实际生产过程中，钢铁企业需要综合考虑自身的设备状况、原料条件、技术水平等诸多因素，通过精确的计算、模拟以及广泛而深入的现场试验，确定最为适宜的烧结矿配比，并相应地对布料、送风、造渣等工艺操作参数进行精细优化。只有这样，才能充分发挥提高烧结矿配比的优势，实现高炉的高效、稳定、经济运行，在激烈的市场竞争中提升企业的核心竞争力，推动钢铁行业的可持续发展。
参考文献
［1］高妍，毛艳玲.新一代高炉炉缸炉底内衬材料——碳复合砖［J］.科技创新与品牌，2019（10）：66-67.
