玉鋼高爐提高釩鈦鐵水質(zhì)量實(shí)踐

楊敬

（玉溪新興鋼鐵有限公司煉鐵廠）

1 前言

玉鋼煉鐵廠1 080 m3高爐采用BT 型串罐式無(wú)料鐘爐頂，爐身本體冷卻系統(tǒng)為薄壁爐襯軟水密閉循環(huán)，共有Φ115 風(fēng)口20 個(gè)，進(jìn)風(fēng)面積0.208 m2，配備四座卡魯金式高效熱風(fēng)爐，采用膠帶機(jī)自動(dòng)控制上料，兩個(gè)出鐵口成對(duì)角設(shè)計(jì)，采用圖拉法水渣處理系統(tǒng)，采用干法煤氣除塵系統(tǒng)處理高爐煤氣，有爐頂煤氣調(diào)壓閥組和TRT 余壓發(fā)電裝置，是一座裝備水平較為現(xiàn)代的中小型高爐。玉鋼由于受礦石資源不足、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品單一的影響，尤其高品位礦石資源嚴(yán)重不足，為了保生存促發(fā)展高爐不得不開(kāi)展釩鈦礦冶煉，走差異化提釩煉鋼經(jīng)營(yíng)道路。但釩鈦礦冶煉較普通礦在操作控制上的困難程度隨著入爐釩鈦比例的上升而急劇增加，渣鐵比隨入爐品位的降低而升高，爐內(nèi)透氣性會(huì)變差，釩鈦鐵水質(zhì)量會(huì)下降，燃料消耗會(huì)升高，生產(chǎn)事故會(huì)增多，生產(chǎn)成本會(huì)升高。玉鋼煉鐵廠通過(guò)優(yōu)化完善原燃料質(zhì)量跟蹤、設(shè)備保障、調(diào)整高爐四大操作制度、強(qiáng)化爐前管控及設(shè)備保障，初步掌握了釩鈦礦的冶煉規(guī)律，2021 年釩鈦鐵水質(zhì)量合格率由年初78.65 %提升至99.83 %，釩鈦鐵水含釩[V]提高至0.26 %。

2 影響釩鈦鐵水質(zhì)量因素分析

2.1 爐況波動(dòng)

維持穩(wěn)定順行是高爐釩鈦礦冶煉鐵水質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)條件。爐缸是高爐冶煉過(guò)程的中心，必須有充沛穩(wěn)定的熱量保障，爐缸工作狀態(tài)好壞直接決定了釩鈦鐵水質(zhì)量的品質(zhì)。當(dāng)爐況出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，爐內(nèi)煤氣流就會(huì)發(fā)生變化，很容易造成爐襯附著的渣皮脫落出現(xiàn)崩滑料，還會(huì)出現(xiàn)掛料、管道行程、煤氣流失常等一系列破壞爐缸熱狀態(tài)穩(wěn)定的問(wèn)題，這樣一來(lái)爐內(nèi)冶煉進(jìn)程就會(huì)被打亂，礦石得不到充足的熱量融化，釩鈦鐵水成份就會(huì)受到很大影響。

2.2 原燃料質(zhì)量

通常說(shuō)高爐冶煉七分靠原燃料三分靠操作，說(shuō)的就是原燃料質(zhì)量好壞對(duì)爐況穩(wěn)定順行的重要性，只有原燃料質(zhì)量滿足高爐冶煉過(guò)程的所需要求，爐況才能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定順行，釩鈦鐵水質(zhì)量才能得到有效保障。當(dāng)原燃料質(zhì)量出現(xiàn)惡化時(shí)，比如焦炭反應(yīng)性上升、反應(yīng)后強(qiáng)度下降、M40、M10 變差；燒結(jié)礦粒度偏碎、堿度波動(dòng)大、強(qiáng)度下降、低溫還原粉化率升高；生礦含粉率上升、球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度降低、入爐有害元素負(fù)荷上升等等都會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)料柱透氣性變差，爐內(nèi)煤氣流雜亂，爐缸熱制度失常，最終導(dǎo)致出爐時(shí)釩鈦鐵水質(zhì)量超標(biāo)[1]。另外釩鈦鐵水中的硫來(lái)自于入爐爐料，其中入爐焦炭帶入的硫占入爐總硫量的80 %以上，對(duì)釩鈦鐵水含硫影響最大。玉鋼1 080 m3高爐由于受燃料價(jià)格影響，從2019年10 月開(kāi)始使用師宗生產(chǎn)的二級(jí)焦炭，中下旬使用比例一度提高到50 %，期間高爐爐況出現(xiàn)波動(dòng)，釩鈦鐵水質(zhì)量出格爐次上升較大。進(jìn)入2020 年2月份，大為焦和干熄焦供應(yīng)困難，高爐被迫又增加二級(jí)焦炭的使用比例，20 日后一直在52 %以上，二級(jí)焦的物理性能及冶金性能見(jiàn)圖1，熱態(tài)反應(yīng)性上升至30.41 %，較之前上升2.76 %，反應(yīng)后強(qiáng)度為61.16 %，較之前下降3.36 %，M40 最低時(shí)不足82 %，CRI 最高達(dá)34 %以上，CSR 最低不足58 %，生鐵質(zhì)量大幅下滑，期間爐況波動(dòng)頻繁，導(dǎo)致2 月下旬至3 月上旬期間頻繁變換釩鈦礦與普通礦冶煉，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)下滑。

圖1 師宗二級(jí)焦冶金性能趨勢(shì)圖（2020 年2 月～2020 年3 月）

如果帶入高爐的有害元素負(fù)荷一段時(shí)間內(nèi)上升較大的話，一定程度上會(huì)影響高爐爐況的順行，從而對(duì)釩鈦鐵水質(zhì)量產(chǎn)生較大影響。2019年11 月份受采購(gòu)、庫(kù)存影響，增加武定球使用比例，堿金屬負(fù)荷和Zn 負(fù)荷持續(xù)上升，加上58釩鈦球庫(kù)存不足，高爐使用有害元素較高的昆鋼球，2020 年1～3 月平均入爐堿負(fù)荷為7.05 kg/t，鋅負(fù)荷為0.86 kg/t 見(jiàn)圖2。堿金屬主要來(lái)源于入爐礦石，其中燒結(jié)礦有害元素含量，Na2O 長(zhǎng)期＞0.30 %、K2O 長(zhǎng)期＞0.10 %、Zn 長(zhǎng)期＞0.045 %；武定球堿金屬含量，Na2O：0.251 %；K2O：0.108 %。堿金屬在爐內(nèi)循環(huán)富集，加劇焦炭熔損，降低焦炭強(qiáng)度，破壞焦炭在爐內(nèi)料柱骨架作用，使得原本冶金性能較差的焦炭在爐內(nèi)進(jìn)一步劣化，惡化高爐料柱透氣性；加劇球團(tuán)礦在爐內(nèi)異常膨脹，破壞球團(tuán)礦冶金性能，還原粉化加劇。另外Zn 負(fù)荷上升在爐內(nèi)爐襯上循環(huán)富集形成局部粘結(jié)，影響內(nèi)部煤氣流分布，破壞合理的操作爐型。如2019 年11 月至2020年4 月上旬，高爐頻繁出現(xiàn)爐溫偏低、憋風(fēng)嚴(yán)重的現(xiàn)象，出鐵時(shí)鐵水大量排Zn，鐵水[Zn]由正常時(shí)的0.010 %以下上升到0.101 %以上，物理熱低于1 420 ℃，含S 高達(dá)0.113～0.187 %，釩鈦鐵水質(zhì)量大幅出格。

圖2 堿負(fù)荷、Zn 負(fù)荷趨勢(shì)圖（2020 年1 月～3 月）

2.3 爐渣脫硫性能

影響高爐爐渣脫硫能力的因素很多，但爐渣的成分、溫度和流動(dòng)性對(duì)脫硫效果影響最大。高爐通過(guò)造渣可控制爐渣的成分和性質(zhì)，造渣對(duì)釩鈦鐵水的品種和質(zhì)量有著重大的影響和作用。爐渣性能的好壞與脫硫系數(shù)、爐況順行以及各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都有密切關(guān)系。適宜的爐渣堿度是保證爐渣脫硫的最主要條件，過(guò)低或過(guò)高都會(huì)引起其流動(dòng)性變差，導(dǎo)致Ls 值降低。釩鈦爐渣脫硫能力遠(yuǎn)比普通爐渣低，在爐渣堿度為一定時(shí)，含鈦爐渣隨TiO2含量增加Ls 會(huì)下降見(jiàn)表1。

表1 高爐爐渣Ls 與TiO2 的關(guān)系

在一定范圍內(nèi)，不同TiO2的爐渣隨堿度升高Ls 會(huì)有所升高。在TiO2含量不變的情況下，堿度在一定范圍內(nèi)，含鈦爐渣的脫硫能力會(huì)隨堿度增加而提高。但由于溫度升高而引起含鈦爐渣變稠時(shí)，其脫硫能力反而會(huì)下降。含鈦爐渣開(kāi)始變稠的溫度與渣中的TiO2含量有關(guān)，隨TiO2含量增加，變稠的開(kāi)始溫度越低，且開(kāi)始變稠的反應(yīng)時(shí)間越短。隨渣中TiO2上升時(shí)，釩鈦鐵水含S 上升逐步明顯，高爐操作上應(yīng)采取適當(dāng)提高爐渣堿度，提高風(fēng)溫，降低燃料比等方法控制或調(diào)整配礦和用料結(jié)構(gòu)控制，減少Ti 的入爐量。

3 提高釩鈦鐵水質(zhì)量的措施

3.1 原燃料質(zhì)量跟蹤管理

通過(guò)以上分析得知，原燃料質(zhì)量是高爐穩(wěn)定順行和釩鈦鐵水質(zhì)量的主要支撐，玉鋼考慮降庫(kù)存減少資金占用，為了合理利用礦石資源，結(jié)合高爐冶煉對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的要求，從根本上了解各種用礦結(jié)構(gòu)的燒結(jié)礦質(zhì)量及主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可能達(dá)到的最好水平，從了解礦石的基礎(chǔ)特性到各種搭配的綜合特性入手，在此基礎(chǔ)上利用燒結(jié)杯試驗(yàn)進(jìn)行必要的驗(yàn)證，再到生產(chǎn)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，加強(qiáng)工藝過(guò)程監(jiān)督管控，嚴(yán)抓料場(chǎng)造堆料混勻和成分波動(dòng)，穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，強(qiáng)化燒結(jié)工序過(guò)程監(jiān)督，穩(wěn)定燒結(jié)礦堿度和亞鐵，為高爐的穩(wěn)定順行創(chuàng)造良好條件。

高爐操作人員要及時(shí)掌握各種原燃料的冶金性能，密切關(guān)注入爐料有害元素負(fù)荷及冶金性能的變化，及時(shí)調(diào)整焦炭負(fù)荷和爐渣堿度，確保高爐有足夠的脫硫能力，定期排堿，控制好有害元素對(duì)高爐爐況的影響。玉鋼3#高爐爐料結(jié)構(gòu)為配有9 %釩鈦精燒結(jié)礦和酸性釩鈦球團(tuán)礦構(gòu)成，燒結(jié)系統(tǒng)通過(guò)加強(qiáng)料堆取料質(zhì)量和燃料粒度控制，控制蒸汽使用保障料溫穩(wěn)定，實(shí)施厚料層燒結(jié)，提高料層蓄熱能力，改善燒結(jié)礦強(qiáng)度穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，燒結(jié)礦實(shí)物質(zhì)量見(jiàn)表2。

表2 燒結(jié)礦實(shí)物質(zhì)量（%）

3.2 改善高爐爐缸工作狀態(tài)

3.2.1 選擇適宜的送風(fēng)制度和裝料制度

玉鋼3#高爐釩鈦礦冶煉采用“以穩(wěn)定下部制度為基礎(chǔ)，上、下部制度相結(jié)合”的操作方針。為適應(yīng)原燃料條件、活躍爐缸，使用20 個(gè)Φ115風(fēng)口小套，進(jìn)風(fēng)面積0.208 m2，保持合適的風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能，可以使?fàn)t內(nèi)初始煤氣流分布合理，送風(fēng)溫度保持在1 190～1 210 ℃，富氧維持在12 000 m3/h 以上。采用大富氧和大風(fēng)量操作一方面活躍了爐缸，另一方面加強(qiáng)了爐缸氧化性氣氛，增強(qiáng)爐缸氧勢(shì)有利于抑制Ti(C、N)的生成。為了穩(wěn)定上部氣流，結(jié)合下部送風(fēng)制度及原燃料條件，堅(jiān)持發(fā)展中心氣流，提高煤氣利用率＞44 %，料線控制在1.8 m 左右，合理增加入爐礦石批重量，可以使入爐料批數(shù)減少，有利于改善高爐料柱透氣性，從而降低煤氣在二次分布時(shí)的界面效應(yīng)，穩(wěn)定煤氣流分布。

3.2.2 熱制度和造渣制度優(yōu)化

高爐在釩鈦礦冶煉過(guò)程中，存在“熱不得、冷不得、憋不得”的冶煉特點(diǎn)，釩鈦爐渣熔點(diǎn)比普通礦高50～100 ℃，爐溫過(guò)高時(shí)鈦渣性質(zhì)不穩(wěn)定，在高爐爐缸渣中TiO2被還原成高熔點(diǎn)的TiC、TiN 和Ti（C、N）以固相的形式存在，它們通常以顆粒固相質(zhì)點(diǎn)的形式彌散于和包裹于鐵液周圍，一方面影響爐況的穩(wěn)定，另一方面惡化渣鐵流動(dòng)性，進(jìn)一步影響釩鈦鐵水質(zhì)量，并且隨著TiO2的上升，使?fàn)t渣變稠，影響加劇，TiO2為弱酸性，TiO2不具有脫硫能力，且隨渣中TiO2的上升，爐渣脫硫效果呈下降趨勢(shì)；爐溫過(guò)低時(shí)，因鈦渣熔點(diǎn)高易造成渣溫不足，渣鐵分離差，長(zhǎng)期低爐溫會(huì)導(dǎo)致?tīng)t缸熱儲(chǔ)備不足，爐缸溫度降低甚至爐缸凍結(jié)。爐溫過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響爐渣流動(dòng)性，兼顧爐渣中TiO2含量選擇適宜的爐溫和堿度，可以防止鈦渣變稠，并使?fàn)t渣具有好的脫硫能力和流動(dòng)性；在日常生產(chǎn)中影響爐渣黏度最主要的因素是堿度，隨著爐渣堿度升高，堿性氧化物數(shù)量增加，熔化性溫度升高，黏度隨之上升；同時(shí)合適的渣中MgO 可降低爐渣的熔化溫度和黏度，改善渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，使脫硫反應(yīng)速度加快。

釩鈦礦冶煉造渣制度要兼顧TiO2含量與爐渣堿度、脫硫能力的關(guān)系，釩鈦礦中鈦渣冶煉與普通礦冶煉在爐渣成分方面最大的區(qū)別是由四元渣系CaO～MgO～SiO2～Al2O3變?yōu)镃aO～MgO～SiO2～Al2O3～TiO2五元渣系后，爐渣的熔化性溫度會(huì)升高55～65 ℃，渣中Al2O3升高，爐渣的黏度和熔化性溫度也會(huì)上升，但流動(dòng)性就會(huì)變差，脫硫能力也會(huì)降低；爐渣中FeO 的上升，對(duì)鐵水脫硫十分不利?？紤]在五元渣系條件下選擇適宜的造渣制度保持爐缸溫度充足穩(wěn)定、良好爐渣的流動(dòng)性。因此，3#高爐釩鈦礦冶煉實(shí)際生產(chǎn)情況，爐溫調(diào)劑主要以煤量調(diào)劑為主，要求操作工長(zhǎng)勤看風(fēng)口，密切關(guān)注操作參數(shù)和原燃料變化，精心操作，準(zhǔn)確調(diào)劑，提高低硅、鈦冶煉的爐溫穩(wěn)定率。

3.2.3 加強(qiáng)爐前組織管理

抓好出鐵管理是釩鈦礦冶煉過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，及時(shí)出凈渣鐵改善順行，確保出鐵均勻率和下渣率，杜絕因出鐵導(dǎo)致?tīng)t況波動(dòng)造成釩鈦鐵水質(zhì)量出格。隨著釩鈦比例上升，渣比、渣中w（TiO2）的升高會(huì)使高爐憋風(fēng)逐漸突顯，玉鋼3#高爐制定了高爐鐵口深度、打泥量、鉆頭大小、開(kāi)口方式等出鐵質(zhì)量的相關(guān)參數(shù)，按照鐵口深度在2.8～3.1 m 進(jìn)行控制，采取分段開(kāi)口技術(shù)，先使用65 mm 鉆頭開(kāi)1.1 m 距離，再換成55 mm 鉆頭一次開(kāi)穿，出鐵時(shí)間一般控制在55～75 分鐘。為縮短釩鈦渣鐵在爐內(nèi)的停留時(shí)間，高效做好出鐵組織工作，必要時(shí)采用兩鐵口無(wú)間隔出鐵模式盡快出凈渣鐵，避免憋風(fēng)、慢風(fēng)情況的出現(xiàn)，打亂冶煉進(jìn)程從而影響鐵水質(zhì)量[2]。

3.2.4 強(qiáng)化設(shè)備管理

設(shè)備的正常運(yùn)行是保證高爐釩鈦礦冶煉正常生產(chǎn)的重要保障，釩鈦礦冶煉中因設(shè)備故障造成的空料、大幅減慢風(fēng)、非計(jì)劃休風(fēng)等，都會(huì)影響爐況，最終影響釩鈦鐵水產(chǎn)量、質(zhì)量，最終導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。玉鋼3#高爐強(qiáng)化設(shè)備基礎(chǔ)管理，優(yōu)化設(shè)備檢維修周期，提高生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定水平，堅(jiān)持以設(shè)備運(yùn)行“零故障”為控制目標(biāo)，推進(jìn)設(shè)備精細(xì)化管理，推行全員參與設(shè)備管理，包機(jī)到人，做好日常設(shè)備的點(diǎn)、巡檢及潤(rùn)滑維護(hù)工作，落實(shí)關(guān)鍵設(shè)備的隱患排查和管理維護(hù)工作，如煤氣在線分析儀、風(fēng)口成像及爐內(nèi)紅外成像等，將設(shè)備故障由事后搶修向事前預(yù)防的方向轉(zhuǎn)化，有效避免了因設(shè)備故障造成的空料、慢風(fēng)和非計(jì)劃休風(fēng)，為安全、有序、高效的組織高爐生產(chǎn)，提高釩鈦鐵水質(zhì)量提供保障。

4 實(shí)施效果

2021 年玉鋼對(duì)之前影響釩鈦鐵水質(zhì)量原因進(jìn)行分析，制定原燃料質(zhì)量跟蹤管理措施，通過(guò)優(yōu)化高爐四大操作制度改善爐缸工作狀態(tài)，加強(qiáng)爐前組織管理，強(qiáng)化設(shè)備保障，克服了釩鈦礦冶煉具有爐溫控制區(qū)間窄，料柱透氣、透液差，鈦渣熔化溫度高，性能不穩(wěn)定，出渣出鐵困難，爐前工作量大，鈦渣脫硫能力低等技術(shù)難題。2021年5 月份后鐵水質(zhì)量大幅提升，鐵水[Si]、[S]、[V]對(duì)比川威有了很大提升，7、8 月份[S]≤0.12% 的占比達(dá)99 % 以上（見(jiàn)圖3、圖5），鐵水[V]也由0.22 %提升至0.26 %（見(jiàn)圖6），[Si]：0.05～0.25 %占比達(dá)到92 %以上（見(jiàn)圖4）。

圖3 2021 年釩鈦鐵水含S 達(dá)標(biāo)率

圖4 2021 年6～8 月玉鋼、川威鐵水[Si]堆積百分比面積圖

圖5 2021 年6～8 月玉鋼、川威鐵水[S]堆積百分比面積圖

圖6 2021 年6～8 月玉鋼、川威鐵水[V]堆積百分比面積圖

5 結(jié)論

（1）跟蹤了解礦石的基礎(chǔ)特性到各種搭配的綜合特性，利用燒結(jié)杯試驗(yàn)，加強(qiáng)工藝過(guò)程監(jiān)督管控，嚴(yán)抓料場(chǎng)造堆料混勻和成分波動(dòng)控制，強(qiáng)化燒結(jié)工序過(guò)程監(jiān)督，穩(wěn)定燒結(jié)礦堿度和亞鐵，加強(qiáng)料堆取料質(zhì)量和燃料粒度控制，控制蒸汽使用，實(shí)施厚料層燒結(jié)，提高料層蓄熱能力，改善燒結(jié)礦強(qiáng)度穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量。

（2）及時(shí)掌握各種原燃料的冶金性能，密切關(guān)注入爐料有害元素負(fù)荷及冶金性能的變化，及時(shí)調(diào)整焦炭負(fù)荷和爐渣堿度，確保高爐有足夠的脫硫能力，定期排堿，控制好有害元素對(duì)高爐爐況的影響。

（3）采用“以穩(wěn)定下部制度為基礎(chǔ)，上、下部制度相結(jié)合”的操作理念有利于改善高爐料柱透氣性，控制煤氣流分布合理。

（4）加強(qiáng)爐前組織及設(shè)備管理，減少因設(shè)備故障造成的空料、慢風(fēng)和非計(jì)劃休風(fēng)，最大限度的降低設(shè)備故障休風(fēng)率和慢風(fēng)率，為安全、有序、高效的組織高爐生產(chǎn)，提高釩鈦鐵水質(zhì)量（[S]≤0.12 %的占比達(dá)99 %以上，鐵水[V]由0.22 % 提升至0.26 %，[Si]：0.05～0.25 %占比達(dá)到92 %以上）提供保障。