邯鋼4#高爐高Zn負(fù)荷原料冶煉實(shí)踐

供稿|盧光輝 / LU Guang-hui

為增加廢物料利用，降低鐵前成本，邯鋼東區(qū)100 m2燒結(jié)機(jī)中長(zhǎng)期配加Zn含量較高的瓦斯灰和煉鋼污泥，而邯鋼4#高爐(容積為1000 m3)原料結(jié)構(gòu)主要為100 m2燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦，目前在邯鋼燒結(jié)—煉鐵—煉鋼這個(gè)大的Zn循環(huán)中還沒(méi)有成熟完善的脫Zn體系，而易導(dǎo)致Zn在高爐內(nèi)閉路循環(huán)，造成高爐內(nèi)Zn負(fù)荷升高且富集循環(huán)，影響高爐正常生產(chǎn)。隨著高Zn負(fù)荷料對(duì)爐況帶來(lái)的不利影響，4#高爐通過(guò)長(zhǎng)期摸索，操作上兼顧邊緣和中心兩道煤氣流，并以活躍爐缸為基礎(chǔ)制訂排Zn措施，加強(qiáng)爐前出鐵質(zhì)量，保證了高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行，取得較好的技術(shù)指標(biāo)。

有害元素入爐情況

2013年100 m2燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦ZnO帶入量平均為0.03%，較其他燒結(jié)機(jī)高0.016%，且遠(yuǎn)超業(yè)內(nèi)認(rèn)可的入爐料含Zn量<0.01%的標(biāo)準(zhǔn)，如圖1。

圖1 2013年邯鋼東區(qū)3座燒結(jié)機(jī)燒結(jié)礦中ZnO含量對(duì)比

而4#高爐近年來(lái)入爐Zn負(fù)荷平均在0.52 kg/t以上，見(jiàn)表1。較其他高爐高出0.23 kg/t，這與業(yè)內(nèi)共同認(rèn)可的Zn負(fù)荷小于0.37 kg/t也相差甚遠(yuǎn)。

表1 近年來(lái)4#高爐入爐Zn負(fù)荷情況

Zn在高爐內(nèi)還原機(jī)理

眾所周知，Zn是一種銀白色金屬，熔點(diǎn)為419.5℃，沸點(diǎn)為906℃，Zn以ZnS形式存在與礦石中，入爐后分解成氧化物ZnO，隨爐料下降，在1000℃以上高溫區(qū)還原為Zn蒸汽隨煤氣上升，到爐身中上部氧化為ZnO后，一部分隨煤氣逸出，另一部分黏附于爐料上下降，還原、氣化、富集循環(huán)，其結(jié)果可使Zn負(fù)荷增至20倍以上[1]。

Zn對(duì)高爐的影響分析

(1) 造成風(fēng)口上翹，影響爐況順行及正常生產(chǎn)。2011年以來(lái)4#高爐年因風(fēng)口上翹而損壞數(shù)平均達(dá)8個(gè)之多，嚴(yán)重影響高爐進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)安全，甚至造成高爐無(wú)計(jì)劃休風(fēng)。高爐在休風(fēng)更換風(fēng)口時(shí)也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)風(fēng)口上翹、變形等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還有白色液體流出，經(jīng)檢驗(yàn)分析主要成分為Zn物質(zhì)。

(2) 在爐喉和爐身中上部形成爐瘤，嚴(yán)重影響高爐順行。2011年5月后4#高爐爐況惡化，表現(xiàn)為邊緣氣流不穩(wěn)，爐內(nèi)不接受風(fēng)氧量，高爐一度采取退礦批減負(fù)荷，調(diào)整裝料制度等措施，可效果均不理想。2011年7月份休風(fēng)降料面時(shí)發(fā)現(xiàn)爐喉、爐身存在大面積環(huán)狀結(jié)瘤，是導(dǎo)致?tīng)t況失常的主要原因，最終炸瘤后，高爐爐況和指標(biāo)逐步恢復(fù)正常。

表2 四高爐風(fēng)口參數(shù)調(diào)整情況

高爐排Zn措施

上部煤氣流的疏導(dǎo)

若靠以往發(fā)展邊緣排Zn，一是引起頂溫過(guò)高，風(fēng)量不穩(wěn)，Zn隨煤氣排出后易堵塞煤氣管道；二是發(fā)展邊緣后煤氣利用下降，氣流不穩(wěn)定易引發(fā)爐況。若邊緣過(guò)重，則可能會(huì)引起爐墻結(jié)厚，破壞順行局面。因此，高爐需力保邊緣和中心兩道氣流，以利于Zn隨煤氣排出和防止?fàn)t墻結(jié)厚。

(1) 確定適宜的焦層厚度和礦批。實(shí)踐中，高爐通過(guò)計(jì)算確定爐喉焦層厚度在380~410 mm，礦批29.2 t是適合爐況的，礦批過(guò)大軟熔帶根部過(guò)厚，易引起軟熔帶位置波動(dòng)，過(guò)小則抑制不住邊緣氣流，不利于排Zn。

(2) 裝料制度的調(diào)整。布料調(diào)整上以礦布到爐喉半徑(32°)以外為原則，占爐喉面積的30%到60%，焦碳平鋪并控制角差在3.8°以內(nèi)，高爐裝料制度也由逐步演變?yōu)?。從?shí)際結(jié)果看爐內(nèi)形成了邊緣中心兩股穩(wěn)定煤氣通路，為排Zn創(chuàng)造了條件。

提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能

料柱良好的透液性是排Zn的關(guān)鍵。而減小死焦堆區(qū)域是增加中心透液性、提高排Zn能力的關(guān)鍵。4#高爐近年來(lái)下部堅(jiān)持采用高風(fēng)速、高鼓風(fēng)動(dòng)能的思路，增加煤氣流速，縮短Zn在高爐內(nèi)停留時(shí)間，同時(shí)擴(kuò)大風(fēng)口回旋區(qū)深度，達(dá)到吹透爐缸，活躍爐缸的目的。經(jīng)計(jì)算，高爐風(fēng)口長(zhǎng)度(L)550 mm、風(fēng)口直徑(φ)120 mm時(shí)，實(shí)際風(fēng)速達(dá)到260 m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能在8000~9000 kg·m/s較適合爐況。因此實(shí)際調(diào)整風(fēng)口布局如表2所示。

調(diào)整后所有風(fēng)口長(zhǎng)度均加長(zhǎng)到550 mm，并將5個(gè)風(fēng)口直徑縮小為110 mm，保證高爐動(dòng)能穩(wěn)定在8500 kg·m/s左右，回旋區(qū)深度為1.49 m，爐缸活躍，完全滿足高爐排Zn冶煉。

改善渣鐵流動(dòng)性，保持爐缸活躍

Zn負(fù)荷增加后，造成高爐直接還原增加，爐缸溫度下降，爐缸透液性下降。因此適當(dāng)提高渣鐵熱量，降低堿度，是改善渣鐵流動(dòng)性、增強(qiáng)排Zn能力的關(guān)鍵。

(1) 提高[Si]含量和渣鐵熱量。實(shí)際操作中，4#高爐通過(guò)全關(guān)混風(fēng)大閘保持風(fēng)溫在1180℃以上，富氧率由1.3%提高至3.0%，保證理論燃燒溫度在2220~2280℃。從而將[Si]含量控制在0.45%~0.6%，物理熱在1480℃以上；

(2) 降低爐渣堿度。實(shí)踐中4#高爐將二元堿度控制在1.15~1.2，MgO含量控制在9%~12%，Al2O3控制在16%以內(nèi)，使?fàn)t缸保持活躍，高爐抗風(fēng)險(xiǎn)能力大大提高。

2011年—2013年，4#高爐[Si]含量平均控制在0.49%，鐵水物理熱達(dá)1491℃，爐渣堿度平均控制在1.18，渣鐵流動(dòng)性良好，使?fàn)t缸保持活躍，高爐排Zn和抗風(fēng)險(xiǎn)能力大大提高。

表3 2011~2013年高爐生鐵和爐渣分析

降低入爐料含粉率

料柱透氣性直接影響高爐順行和排Zn效果，針對(duì)降低入爐料含粉率，高爐對(duì)所有入爐料振料時(shí)間有嚴(yán)格的規(guī)定，焦炭保證在300 s以上，燒結(jié)礦給料料速延長(zhǎng)至20 kg/s以上。另外增加了雜礦倉(cāng)振篩，給料料速提至25 kg/s以上，確保精料入爐。

提高出鐵質(zhì)量

爐前出鐵質(zhì)量是保證爐況順行和排Zn的重要途徑。由于4#高爐兩鐵口夾角只有32°，出鐵場(chǎng)條件受限，高爐制定了嚴(yán)格操作方針確保出鐵質(zhì)量。

(1) 要求鐵口深度大于2300 mm。日常通過(guò)與廠家溝通確保炮泥種類與質(zhì)量穩(wěn)定，并制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)確保爐前打泥量和打泥壓力穩(wěn)定；

(2) 控制出鐵時(shí)間在60~80 min。按照標(biāo)準(zhǔn)，每次鐵根據(jù)[Si]含量、堿度等情況合理選擇開(kāi)口鉆頭，確保鐵水流速在3.2 t/min。

效果

取得的效果見(jiàn)表4。

2013年4#高爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好，其中焦比306 kg/t，同比2011年降低17 kg/t。煤比158 kg/t，同比升高6.5 kg/t。燃料比508 kg/t，同比下降9 kg/t，取得了良好的效果。

表4 4#高爐2011—2013年指標(biāo)情況

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上措施，有效地控制了Zn對(duì)高爐的影響，邯鋼4#高爐在實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期安全穩(wěn)定生產(chǎn)的同時(shí)，還完成了公司下達(dá)的各項(xiàng)指標(biāo)。

[1] 張壽榮, 于仲潔. 武鋼高爐長(zhǎng)壽技術(shù). 北京: 冶金工業(yè)出版社. 2011:89