新泰鋼鐵4 號(hào)高爐低硅冶煉實(shí)踐

祁志平， 陳富山

（山西安泰集團(tuán)新泰鋼鐵公司， 山西 介休 032099）

新泰鋼鐵公司4 號(hào)高爐有效容積1 250 m3，第一代爐役于2012 年6 月26 日投產(chǎn)，受爐缸側(cè)壁熱流強(qiáng)度升高影響，中后期處于護(hù)爐生產(chǎn)，于2021 年3 月15 日停爐進(jìn)行大修改造，爐底爐缸采用碳磚+陶瓷杯結(jié)構(gòu)，爐腹鑲磚冷卻壁往上至爐喉鋼磚全部更換，并進(jìn)行噴涂造襯，同時(shí)重新砌筑熱風(fēng)豎管，大修后風(fēng)溫達(dá)1 200 ℃以上，取得了較好經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

1 原料控制

原料質(zhì)量穩(wěn)定是低硅冶煉的前提，4 號(hào)高爐原料結(jié)構(gòu)主要為燒結(jié)+鎂球+塊礦+代球的爐料結(jié)構(gòu)，燃料為90%干熄焦+10%濕熄焦，煤粉為65%無(wú)煙煤+35%煙煤。為控制生鐵成本，塊礦比例平均在15%左右；為減少入爐粉末對(duì)爐況造成影響，嚴(yán)格進(jìn)行原料管理，塊礦振動(dòng)篩采用篩分效果好的聚氨酯，將入爐粒級(jí)小于5 mm 的燒結(jié)礦的比例控制在2%以下，燒結(jié)礦粒級(jí)如圖1 所示，爐渣w（Al2O3）控制在15.5%以下，鎂鋁質(zhì)量比為0.7～0.8，入爐堿負(fù)荷低于2 kg/t，原料指標(biāo)如表1 所示。

圖1 燒結(jié)礦粒級(jí)情況

表1 原料指標(biāo)

通過(guò)對(duì)原料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證了爐內(nèi)塊狀帶和中心料柱的透氣性，為低硅冶煉提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 全風(fēng)溫操作

高風(fēng)溫是進(jìn)行低硅冶煉的重要保障。由于風(fēng)溫是爐缸熱量的重要來(lái)源，全風(fēng)溫操作可以穩(wěn)定軟熔帶的位置，保證爐料有充足的預(yù)熱，保障爐內(nèi)間接還原發(fā)展[1]。4 號(hào)高爐風(fēng)溫由3 座卡魯金頂燃式硅磚熱風(fēng)爐提供，燒爐后的廢氣經(jīng)前置爐加熱后進(jìn)入熱交換器來(lái)對(duì)煤氣和助燃空氣進(jìn)行預(yù)熱，全風(fēng)溫操作熱風(fēng)溫度可達(dá)到1 200 ℃以上，大修后平均風(fēng)溫情況如圖2 所示。

圖2 大修后平均風(fēng)溫情況

3 煤氣流合理控制

3.1 確定合理鼓風(fēng)參數(shù)

煤氣流的合理分布是高爐穩(wěn)定順行的前提，送風(fēng)制度選擇、裝料制度調(diào)整、爐頂頂壓控制是保證煤氣流三次合理分布的主要操作手段[2]。2021 年5 月—2022 年2 月4 號(hào)高爐鼓風(fēng)參數(shù)情況如圖3 所示。

圖3 2021 年5 月—2022 年2 月4 號(hào)高爐鼓風(fēng)參數(shù)

通過(guò)合理選擇鼓風(fēng)參數(shù)，保持適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能和風(fēng)速，控制煤氣流初始分布達(dá)到較強(qiáng)中心氣流和適宜邊緣氣流，通過(guò)窺視孔觀察，保證風(fēng)口前呈現(xiàn)均勻明亮的狀態(tài)。

3.2 采用大礦批厚焦炭層

通過(guò)增厚軟熔帶焦炭層，控制煤氣流二次分布。由于大修后整體爐墻為噴涂而成，爐襯減薄，為控制邊緣氣流的沖刷，主要采用大料批厚焦層礦角正2°的正分裝的裝料順序，料制為C↓O↓O↓，布料矩陣為C393363332302272242O413383352322292262，料線1.5 m，礦批27 t，焦碳負(fù)荷4.6，焦丁50 kg/t，平均礦石層厚度800 mm 左右，平均焦炭層厚度550 mm 左右。通過(guò)控制適宜的焦礦層厚度，充分發(fā)揮了軟熔帶焦炭夾層的作用，保持較強(qiáng)中心氣流，大量爐腹煤氣穿過(guò)軟熔帶焦炭層橫向折射面上，大大增加了下部煤氣流與爐料的接觸面積和時(shí)間，加劇了下部高溫煤氣的傳熱、傳質(zhì)和熱交換過(guò)程，改善了爐內(nèi)間接還原條件，保證了爐缸活躍，渣鐵物理熱充沛，4 號(hào)爐實(shí)測(cè)鐵水溫度統(tǒng)計(jì)如圖4 所示。

圖4 4 號(hào)爐實(shí)測(cè)鐵水溫度統(tǒng)計(jì)

3.3 控制高頂壓

爐頂壓力是決定煤氣流第三次分布的重要因素，高壓操作可以提高煤氣利用率，降低爐塵吹出量，抑制管道行程，有利于降低生鐵含硅量，從公式[Si]%=KαSiO2/（fSipCO2）（K 為平衡常數(shù)，αSiO2為SiO2活度，fSi為生鐵中[Si]的活度，pCO為氣相中的CO 的分壓。）可知，硅還原程度與pCO平方成正比，頂壓高，pCO也高，4 號(hào)爐頂壓平均值設(shè)置在220 kPa，實(shí)際值如圖5 所示，煤氣含塵量在6.5 mg/m3左右，煤氣中φ（CO2）為19.5%～20.3%，煤氣利用率達(dá)49%以上。

圖5 爐頂壓力情況

4 低硅冶煉

4.1 Si 還原機(jī)理

Si 還原主要開(kāi)始于接近風(fēng)口帶的高溫區(qū)，因焦炭中灰分中的SiO2活度值大，與C 的接觸條件極好，在高溫下發(fā)生反應(yīng)SiO2+2C=Si+2CO，反應(yīng)開(kāi)始的熱力學(xué)理論溫度為1 650 ℃，而更高的溫度條件下反應(yīng)為SiO2+C=SiO+CO，生成氣相產(chǎn)物SiO，開(kāi)始反應(yīng)的熱力學(xué)理論溫度為1 749 ℃，氣化的SiO 上升過(guò)程中遇到由軟熔帶滴下的鐵液，發(fā)生反應(yīng)SiO+Fe=Si+FeO，溫度升高對(duì)SiO2還原的兩個(gè)階段都有利，因此通過(guò)合理控制風(fēng)口前碳的理論燃燒溫度，抑制SiO2的氣化反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)低硅冶煉[3]。

4.2 理論燃燒溫度控制

生產(chǎn)中低硅冶煉是降低燃料比的主要措施，在相對(duì)穩(wěn)定的裝料制度、送風(fēng)制度和冷卻制度下，如何在外圍原料條件變化和爐前出鐵不均的情況下保證爐溫穩(wěn)定，是爐況日常調(diào)劑的重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過(guò)在線監(jiān)測(cè)理論燃燒溫度變化，可以判斷爐缸內(nèi)溫度場(chǎng)變化情況。根據(jù)Si 還原理論[4]，高的理論燃燒溫度將造成Si素大量還原，經(jīng)過(guò)高爐實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，如圖6 所示，結(jié)合煤粉熱負(fù)荷的滯后性，及時(shí)調(diào)整小時(shí)噴煤量，維持理論燃燒溫度合理區(qū)間為2 100～2 200 ℃，可以控制爐溫在相對(duì)穩(wěn)定范圍，生鐵w（Si）內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)合格率達(dá)97%以上，2021 年5 月—2022 年2 月生鐵質(zhì)量統(tǒng)計(jì)如圖7 所示。

圖6 理論燃燒溫度及生鐵w（Si）數(shù)據(jù)

圖7 2021 年5 月—2022 年2 月生鐵質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

大修后逐月技術(shù)指標(biāo)如表2 所示。

表2 大修后逐月技術(shù)指標(biāo)情況

5 結(jié)論

1）原燃料質(zhì)量保持一定的穩(wěn)定是高爐順行、低硅冶煉的基礎(chǔ)，加強(qiáng)原料篩分監(jiān)測(cè)，選擇篩分效果好的振動(dòng)篩可以保持入爐原料質(zhì)量穩(wěn)定。

2）全風(fēng)溫操作可為高爐內(nèi)部提供穩(wěn)定的熱源，對(duì)保持爐缸活躍、降低硅冶煉有積極作用。

3）煤氣流的控制不僅關(guān)系到高爐能否穩(wěn)定順行，而且影響高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，采取適宜的大礦批厚焦層可以獲得較理想的氣流分布。

4）低硅冶煉要求操作者在實(shí)際生產(chǎn)中必須精心，通過(guò)及時(shí)控制理論燃燒溫度的波動(dòng)區(qū)間可以減小爐溫的波動(dòng)起伏，實(shí)現(xiàn)高爐低硅冶煉下的穩(wěn)定順行。