高爐經(jīng)濟(jì)爐料冶煉分析

錢 堃

（新余鋼鐵股份有限公司， 江西 新余 338000）

隨著鋼鐵事業(yè)的蓬勃發(fā)展，資源問(wèn)題已然成為大生產(chǎn)的主要矛盾。直至今日，企業(yè)面臨著煉鐵所需鐵礦石和焦炭嚴(yán)重短缺的困境，價(jià)格高昂的原燃料難以收獲理想的回報(bào)，使得精料計(jì)劃很難實(shí)施。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外許多鋼鐵企業(yè)不斷嘗試經(jīng)濟(jì)爐料冶煉，降低煉鐵成本，從而達(dá)到效益最大化。這對(duì)于高爐操作是個(gè)不小的考驗(yàn)，在保證高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行的同時(shí)，要不斷優(yōu)化操作水平和思路，從而增強(qiáng)高爐的適應(yīng)能力，做到效益最大化。本旨通過(guò)結(jié)合新鋼11號(hào)高爐（1 469 m3）的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)高爐經(jīng)濟(jì)爐料冶煉做了全面的分析[1]。

1 經(jīng)濟(jì)爐料的特征

1.1 經(jīng)濟(jì)爐料品種多、更換頻繁

新鋼公司采取經(jīng)濟(jì)爐料冶煉后，礦石品種多樣，其中塊礦包括南非塊、云浮塊、海南塊、中磷鐵礦、紐曼澳礦等，這些礦石的成分和冶金性能各有差異（見(jiàn)表1），且品種更換頻繁，容易造成高爐軟熔帶的物理特性和化學(xué)性能發(fā)生改變，影響煤氣流分布，爐況穩(wěn)定性變差。

表1 新鋼11號(hào)高爐塊礦主要成分及高溫冶金性能%

1.2 經(jīng)濟(jì)爐料綜合品位低、渣比高

在使用經(jīng)濟(jì)爐料期間，礦石的品位往往會(huì)比我們的預(yù)期低很多。新鋼公司自2010年起，在燒結(jié)礦配料結(jié)構(gòu)中使用大量低價(jià)位、低品位的鐵礦資源，使燒結(jié)礦品位降低了近2.5個(gè)百分點(diǎn)，并且不斷減少進(jìn)口礦的采購(gòu)比例，增加國(guó)內(nèi)周邊塊礦的使用量（比如海南塊、云浮塊等，周邊塊品位較低，僅有35%～46%之間）。從表2可以看出，高爐入爐品位呈下降趨勢(shì)且偏低，與同行業(yè)相比差距較大。這使得渣比不斷升高，嚴(yán)重影響了爐況順行和渣皮的穩(wěn)定[2]。

表2 新鋼11號(hào)高爐入爐品位（Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)）及渣比情況

1.3 經(jīng)濟(jì)爐料Al2O3偏高、轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度較差

以低價(jià)位鐵礦資源為配料生產(chǎn)出來(lái)的燒結(jié)礦，Al2O3含量往往會(huì)很高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新鋼公司在2011—2016年間，燒結(jié)礦中Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由2.0%提升至2.8%，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度由80%降至74%～76%，低溫還原粉化指數(shù)由78%降至73%左右（見(jiàn)表3）。從表3中可以看出，m（Al2O3）/m（SiO2）?（0.1～0.35），這不利于燒結(jié)礦中鐵酸鈣的形成，易生成更多的玻璃質(zhì)，使燒結(jié)礦強(qiáng)度和低溫還原粉化性能變差。不僅如此，高Al2O3爐渣冶煉，當(dāng)爐溫控制偏低時(shí)，易引起爐渣黏稠，造成爐缸不活或堆積，使風(fēng)量萎縮[3-4]。

表3 新鋼燒結(jié)礦的主要指標(biāo) %

1.4 經(jīng)濟(jì)爐料入爐有害元素超標(biāo)

經(jīng)濟(jì)爐料中的有害元素主要指堿金屬和鋅，它們?cè)跔t內(nèi)循環(huán)富集，對(duì)高爐危害極大。新鋼11號(hào)高爐入爐堿負(fù)荷、Zn負(fù)荷與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（堿金屬負(fù)荷不超過(guò)3.0 kg/t，Zn負(fù)荷不超過(guò)0.15 kg/t）相比較高（見(jiàn)表4），這給高爐冶煉帶來(lái)了不小的影響。

表4 新鋼11號(hào)高爐歷年有害元素負(fù)荷 kg/t

例如堿金屬在爐料孔隙或爐襯縫隙中氧化沉積，則伴隨著碳素沉析引起的膨脹，會(huì)使料塊或磚襯破裂。焦炭吸收堿金屬后，可能會(huì)生成KC8和KC24等化合物，降低焦炭強(qiáng)度并使其反應(yīng)性提高，促進(jìn)碳素溶解反應(yīng)的發(fā)展。高爐上升煤氣中，氣態(tài)鋅在高爐上部較低溫度區(qū)域內(nèi)，冷凝成細(xì)小顆?；蛟俦谎趸蒢nO，沉積于爐料孔隙中，使?fàn)t料透氣性變差，爐料下降困難，甚至造成懸料[5]。

2 適應(yīng)經(jīng)濟(jì)爐料的措施

2.1 控制合適的爐腹煤氣指數(shù)

爐腹煤氣指數(shù)的定義為單位爐缸面積上通過(guò)的爐腹煤氣量。一般認(rèn)為，過(guò)低的煤氣流速將會(huì)導(dǎo)致高爐爐缸中心不活，死料柱增大和爐缸堆積；而過(guò)高的煤氣流速將會(huì)導(dǎo)致高爐內(nèi)三相反應(yīng)傳輸矛盾激化，煤氣流難以控制。經(jīng)濟(jì)爐料冶煉，由于礦石品位低、Al2O3偏高，導(dǎo)致?tīng)t腹渣量大、爐腹渣黏度高；以及過(guò)量的堿金屬增強(qiáng)了焦炭的氣化反應(yīng)能力，使焦炭在爐腹處的粒度及孔隙度下降，限制了爐腹煤氣指數(shù)的提升。當(dāng)爐腹煤氣指數(shù)過(guò)高時(shí)，煤氣在爐內(nèi)的流速急劇增加，在高爐下部易形成液泛，表現(xiàn)為下部壓差升高，整體風(fēng)壓也顯著升高，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)崩料或懸料，而在高爐上部，則易導(dǎo)致?tīng)t料的流態(tài)化，形成偏料或管道，風(fēng)壓穩(wěn)定性明顯變差。

在高爐操作上，通過(guò)控制風(fēng)量、適當(dāng)提高富氧率和爐頂壓力，將爐腹煤氣指數(shù)控制在一定范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)低燃料比生產(chǎn)。為了更好的適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)需要，降低新鋼11號(hào)高爐爐腹煤氣指數(shù)，由之前的60～63調(diào)整為55～58。從爐頂成像可以看出，氣流亂串現(xiàn)象明顯減少，確保了高爐下料的穩(wěn)定性以及料柱良好的透氣性。

2.2 合理運(yùn)用“中心加焦”布料模式

適宜的中心加焦量是穩(wěn)定煤氣流、提高煤氣利用率的關(guān)鍵。過(guò)大的中心加焦量容易導(dǎo)致死料柱肥大，不利于爐缸中渣鐵的運(yùn)動(dòng)；不僅如此，由于大量的焦炭加在中心，導(dǎo)致礦平臺(tái)區(qū)焦層較薄，礦焦比非常高，上升煤氣流難以與礦層中的礦充分接觸進(jìn)行還原和預(yù)熱，使得軟熔帶增厚，透氣性變差，對(duì)高爐冶煉不利。而過(guò)小的中心加焦量則起不到穩(wěn)定和疏導(dǎo)中心煤氣流的作用。

新鋼11號(hào)高爐采用“中心加焦”布料模式，當(dāng)爐況適應(yīng)能力強(qiáng)時(shí)，適當(dāng)減少中心焦量，提高煤氣利用率；當(dāng)爐況變差時(shí)，適當(dāng)增加中心焦量，保持爐況順行，效果尤為顯著。為了更好地形成窄而有力的中心氣流，適時(shí)將礦帶向內(nèi)環(huán)延伸，逐步縮小中心無(wú)礦區(qū)面積，增加中心區(qū)域渣鐵量，使渣鐵有機(jī)會(huì)從上部直接滴落至中心死區(qū)，逐步化開(kāi)死焦堆。但隨著礦角的內(nèi)縮，中心死焦堆尚未化開(kāi)時(shí)，內(nèi)移礦角會(huì)使煤氣流混亂。為此，采取先適當(dāng)打開(kāi)邊緣，再逐步向中心移礦角的做法，減少煤氣對(duì)中心透氣環(huán)區(qū)的過(guò)度依賴，以保障內(nèi)縮礦角的實(shí)施。而其他幾座高爐采用“平臺(tái)+漏斗”的布料模式，中心氣流未能有效打開(kāi)，邊緣氣流過(guò)于強(qiáng)勁，渣皮穩(wěn)定性較差，且伴有崩料現(xiàn)象發(fā)生。高爐長(zhǎng)期處于這種狀態(tài)，會(huì)由于鋅元素的循環(huán)富集導(dǎo)致?tīng)t墻結(jié)厚。由此看來(lái)，“中心加焦”布料模式更適合經(jīng)濟(jì)爐料冶煉[6]。

2.3 低硅冶煉

使用經(jīng)濟(jì)爐料期間，高爐抗波動(dòng)的能力較差，當(dāng)爐溫過(guò)高時(shí)，爐內(nèi)煤氣體積增大，壓差升高，爐況順行變差。如果不采取任何措施，可能會(huì)造成崩料、懸料的發(fā)生；如果采取控氧、減風(fēng)等方式保持爐況順行，勢(shì)必會(huì)造成高爐下料速度變慢，爐溫持續(xù)上行，以及長(zhǎng)時(shí)間邊緣氣流過(guò)分發(fā)展的結(jié)果，易引起掉渣皮等一系列問(wèn)題，同時(shí)由于爐溫上行，爐前出鐵時(shí)間變短，渣鐵出凈情況較差，導(dǎo)致?tīng)t缸不活。另外，爐溫控制偏高時(shí)，使得原燃料中的有害元素還原率提高，尤其是堿金屬化合物的還原。隨著[Si]含量的升高，生成的K、Na蒸汽就越多，料柱透氣性就越差，并且進(jìn)入爐渣中的堿金屬化合物就越少，導(dǎo)致?tīng)t渣的排堿率下降。所以[Si]含量適當(dāng)降低，有利于高爐順行，有利于排堿。

3 結(jié)語(yǔ)

1）經(jīng)濟(jì)爐料能大幅度降低高爐的爐料結(jié)構(gòu)成本，但爐況的操作難度較大，不利于操作爐型的維護(hù)。

2）當(dāng)爐腹煤氣指數(shù)過(guò)低時(shí)，可通過(guò)增大風(fēng)量提高爐腹煤氣量來(lái)增產(chǎn)；當(dāng)爐腹煤氣指數(shù)過(guò)高時(shí)，可通過(guò)提高富氧率和爐頂壓力，降低燃料比和低硅冶煉來(lái)增產(chǎn)。

3）“中心加焦”與“平臺(tái)+漏斗”兩種布料模式的選擇，要根據(jù)高爐的原燃料條件決定。原燃料條件不太好的高爐，最好用“中心加焦”布料模式。

4）低硅冶煉有利于增強(qiáng)高爐的穩(wěn)定性，有利于活躍爐缸，但原燃料質(zhì)量波動(dòng)較大時(shí)，要及時(shí)調(diào)整，避免爐溫連續(xù)低于下限。

[1]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002：113.

[2]王筱留.煉鐵冶金學(xué)（煉鐵部分）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2000：127.

[3]項(xiàng)鐘庸，王筱留.高爐設(shè)計(jì)—煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007：166-168.

[4]孟令君，劉德樓，張小偉，等.濟(jì)鋼1 750 m3高爐經(jīng)濟(jì)爐料冶煉實(shí)踐[J].煉鐵，2010，29（1）：11-13.

[5]衛(wèi)繼剛.大型高爐合理爐腹煤氣量指數(shù)的控制及探討[J].鋼鐵，2012，47（3）：32-35.

[6]鄭玉平.首鋼京唐2號(hào)高爐適宜中心加焦量的探索[J].煉鐵，2016，35（4）：48-51.