高渣比高合金元素條件下高爐冶煉實踐

張雷忠 胥廣學(xué) 馮增銘 王洪瑞 齊永來

摘 要：高比例經(jīng)濟(jì)料的使用，使高爐爐內(nèi)堿金屬等有害元素負(fù)荷大幅度升高，渣比大幅度升高，對爐況造成多方面影響。我們通過思路創(chuàng)新，強(qiáng)化大風(fēng)量、高風(fēng)速操作，調(diào)整四大操作制度的合理匹配，使?fàn)t況順行得以保證，指標(biāo)得以改善。

關(guān)鍵詞：風(fēng)量 高渣比 合金元素 低硅冶煉

1、前言

自2008年下半年開始，由于金融危機(jī)影響，以及國內(nèi)產(chǎn)能擴(kuò)大，資源供應(yīng)方控制價格等多種原因，經(jīng)濟(jì)料冶煉開始出現(xiàn)并且逐漸強(qiáng)化。從目前情況看，所謂經(jīng)濟(jì)料應(yīng)該是相對低價格下尚能保持一定品質(zhì)原料及燃料的總稱，隨時間及市場而變化，并非特指某幾種料，而是一種戰(zhàn)略局面的考慮。

傳統(tǒng)煉鐵理論的要求是同經(jīng)濟(jì)料冶煉背道而馳，不能說哪一種就是絕對錯誤或者正確，更多的是要看當(dāng)時的現(xiàn)實考慮。當(dāng)生存成為第一要務(wù)，成本壓力高于一切時，經(jīng)濟(jì)料就成為必然選擇。

濟(jì)鋼近幾年經(jīng)濟(jì)料的基本特點(diǎn)：

含鐵料：低還原性、低品位、高Al2O3、高鉻、高砷，高鈦、高堿金屬（包括鋅、鉛），即“四高二低”。

燃料：高灰份、高硫、低固定碳，即“兩高一低”。

當(dāng)然所有這些特點(diǎn)并非同時出現(xiàn)，而是一種或幾種特點(diǎn)表現(xiàn)較明顯，其他特點(diǎn)表現(xiàn)稍弱。在長期生產(chǎn)中，我們總結(jié)出影響大的兩個方面：高Ai2O3影響、低品位高渣比影響以及合金元素影響。

圖1 近年來渣比和鐵水中合金元素變化圖：Gr、As、P，Ti。2、 經(jīng)濟(jì)料對爐況的綜合影響：

總的影響是造成爐缸工作不活，風(fēng)量小，壓差高，順行程度差，燃料消耗高。

具體影響：

2.1、高Al2O3的影響：經(jīng)濟(jì)料最大的特點(diǎn)就是爐渣中Al2O3急劇升高，Al2O3升高，在堿度一定的情況下，會使粘度升高，這是冶煉的核心問題所在。當(dāng)渣中Al2O3超過18.5%水平時，有以下幾個作用：初渣流動性變差，粘度增加，成渣帶透氣性惡化爐腹、風(fēng)口區(qū)在溫度不足情況下極易粘結(jié)；爐缸內(nèi)爐渣流動性差，爐缸不活躍，極易形成中心堆積或局部堆積。

2.2 鋅元素的影響

以硫酸鹽或硅酸鹽形式存在的鋅礦物，入爐后很快分解成ZnO，在≥1000℃高溫區(qū)還原成Zn。鋅熔點(diǎn)419℃，沸點(diǎn)為907℃，也就是還原后立即以氣體形式上升，一部分溢出爐外，一部分在管道中凝集。大部分在上部又被氧化成ZnO隨爐料下降再度還原，形成循環(huán)，也即形成上部循環(huán)富集。當(dāng)Zn蒸汽沉積在上部爐襯中或爐墻上時，氧化后體積膨脹，形成結(jié)瘤。也就是說，鋅最大的危害是改變上部爐型，形成粘結(jié)，甚至結(jié)瘤，使?fàn)t況不可控。

2.3 鉻元素的影響

鉻元素大約45%最高爐內(nèi)被還原出來，進(jìn)入鐵水中。鉻熔點(diǎn)是1900℃，沸點(diǎn)是2640℃。是一種難還原的金屬。在我們的實際生產(chǎn)中，明顯感覺到鉻水平上來時，渣鐵溫度嚴(yán)重不足，爐缸熱量下降，持續(xù)時間長即會影響到爐況，應(yīng)該同還原鉻大量消耗熱有關(guān)。而此種情況同高Al2O3渣冶煉相作用，對爐況影響是直接而疊加的。生產(chǎn)中，當(dāng)[Cr]處于0.70%以下水平時，爐況反應(yīng)不明顯。當(dāng)[Cr]>1.0%以上，持續(xù)2～3個班時，即可感覺到渣鐵流動性降低，爐缸不活等征兆。

2.4磷的影響

磷對鐵水的影響與鉻類似，影響渣鐵溫度。在高爐中磷幾乎是100%被還原并進(jìn)入生鐵，冶煉中無法控制，近年來我們鐵水中磷基本達(dá)到0.120—0.130%水平。磷酸鐵（FeO）3.P2O5還原反應(yīng)過程大量吸收熱量，時造成渣鐵溫度損失的直接原因。

2.5鈦的影響

鈦目前對后期爐役時有益元素，其還原過程也需要吸收熱量，需要爐缸有充足的熱量儲備。當(dāng)爐缸熱量不足時，容易造成爐缸不活躍。

2.6高渣比影響

渣比升高，高爐下部軟熔帶和滴落帶煤氣通道“擁擠”，透氣透液性變差，威脅高爐順行和強(qiáng)化；同時造成煤氣利用變差，消耗升高。

3、對高渣比高合金元素的應(yīng)對思路

在長期的生產(chǎn)過程中，我們總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，逐步形成較為合理的應(yīng)對思路：即以送風(fēng)制度優(yōu)化為突破，以布料制度、熱制度、造渣制度的合理匹配為手段，以活躍爐缸為核心，實現(xiàn)大風(fēng)量、高風(fēng)速、高動能，高風(fēng)溫大富氧操作，化解高渣比、高堿金屬、高有害元素高爐冶煉技術(shù)難題，實現(xiàn)強(qiáng)動力冶煉，實現(xiàn)爐況長期高效、穩(wěn)定。

4、具體應(yīng)對措施：

4.1操作應(yīng)對整體理念：

以強(qiáng)動力冶煉為目標(biāo)，提升風(fēng)量，實現(xiàn)高風(fēng)速、高動能，真正打開中心，疏導(dǎo)氣流。

4.2活躍爐缸：

通過積極造渣，改善爐渣流動性，提升爐缸熱量水平，提高鼓風(fēng)動能，實現(xiàn)爐缸真正活躍?；静僮魉悸罚盒〉V批、低爐溫、高堿度、低料線、隨時處理爐缸、定期回調(diào)爐況。

因為高爐冶煉過程高溫下爐渣粘度是鐵水粘度2次方數(shù)量級，即100倍，所以高渣比冶煉，勢必帶來透氣透液性的下降，高爐壓差升高風(fēng)量減小。但有沒有克服該技術(shù)難題的辦法？

4.3應(yīng)對高渣比，改善透氣性：

軟熔帶及滴落帶，即所謂的“濕區(qū)”是改善高爐氣體動力學(xué)條件，提高透氣透液性、提升風(fēng)量的關(guān)鍵部位。基本思路是通過技術(shù)手段實現(xiàn)低壓差、高風(fēng)速、大風(fēng)量，靠風(fēng)量吹透爐缸及中心，達(dá)到改善透氣性目的。

4.4應(yīng)對高As、Cr、Cu、Ni、P冶煉

在實踐中，我們總結(jié)出來，通過提高鐵水Mn到0.5%活躍爐缸，提高渣鐵物理熱到1510℃水平，可以有效化解As、Cr、Cu、Ni、P、等有害元素含量高造成熱量損失、爐缸堆積的技術(shù)難題。

4.5應(yīng)對高Ti冶煉

由于2#1750高爐近幾年長期處于護(hù)爐狀態(tài)，應(yīng)對高Ti冶煉是重中之重。

TiO2、Al2O3、MgO渣系研究結(jié)果

圖2 1500℃時爐渣TiO2變化對爐渣粘度的影響由圖2、3可以看出：爐渣Ti02含量在4%以內(nèi)，提高TiO2含量有利于降低爐渣粘度和增加爐渣脫硫性能，但當(dāng)Ti02含量超過4%時，則爐渣粘度直線上升，同時爐渣脫硫能力明顯下降。爐渣中Ti02<4%時粘度下降，脫硫系數(shù)增大，而渣中Ti02>4%時，粘度出現(xiàn)直線上升，脫硫系數(shù)減小，這與大量資料報道一致，主要原因是大量懸圖3 爐渣TiO2變化對脫硫系數(shù)的影響浮狀態(tài)的鈦化物導(dǎo)致爐渣變稠。說明爐渣中的Ti02應(yīng)控制在4%以內(nèi)。

高【Ti】操作時關(guān)于爐溫控制：

根據(jù)高鋁渣冶煉經(jīng)驗，在Al2O3含量達(dá)到18%以上時，要把物理熱作為熱制度評價的第一標(biāo)準(zhǔn)，要求其范圍為1500℃左右。高爐原料含鈦高，爐溫的控制就應(yīng)該按[si+Ti]為標(biāo)志，只要保證物理熱1500℃就可以。

2#1750高爐實踐證明，鐵水【Ti】0.15～0.2%，渣系中的Ti02≯4%情況下，既起到了護(hù)爐作用，又保證了高爐的正常冶煉和指標(biāo)改善。

5、低硅冶煉操作思路的形成與固化：

2013年底以來，我們通過思路創(chuàng)新，逐步推行了低硅冶煉技術(shù)路線，其技術(shù)要點(diǎn)是：高堿度，高溫度，高M(jìn)go，大風(fēng)量，高風(fēng)速，爐溫系數(shù)逐步降低到0.35—0.40%水平，物理溫度保持在1510—1520℃水平，極大地促進(jìn)了風(fēng)溫使用水平的提高，冷風(fēng)大閘逐步全關(guān)，促進(jìn)了操作水平的提高。同時渣鐵溫度充沛、流動性良好，爐缸工作長期活躍，很好地應(yīng)對高合金因素、高渣比的變化趨勢，達(dá)到了理想效果。

5.1參數(shù)調(diào)整

我們經(jīng)過探討，對重點(diǎn)參數(shù)做出規(guī)定：配料堿度1.20—1.22，實際堿度1.18—1.20；渣中Mgo含量控制11.5±0.5；物理溫度保持1500—1520℃間；爐溫【Si】控制0.30—0.40%水平。

5.2矩陣調(diào)整

堅持中心加焦的矩陣結(jié)構(gòu)，適當(dāng)控制邊緣，保證足夠的透氣性，開放中心。中心加焦矩陣目前原燃料條件下有其優(yōu)勢，我們一直使用，并根據(jù)爐況變化，爐型變化不斷調(diào)整。目前常用矩陣為C40.3338.3335.8232.8229.82126O40.3338.3335.8332.8229.81

5.3風(fēng)口布局

均勻圓周氣流。爐缸活躍與否，爐況是否順行，很大程度上決定于圓周的均勻程度。我們通過分析爐身溫度變化，下料情況，鐵口表現(xiàn)，采取堵風(fēng)口措施，有效地處理了局部氣流，達(dá)到均勻圓周的目的。因231750高爐兩個鐵口間隔90°同側(cè)布置，圓周氣流不好均勻。從高爐圓周氣流的長期表現(xiàn)看，縮小、加長鐵口側(cè)風(fēng)口，擴(kuò)大鐵口對側(cè)風(fēng)口，效果十分明顯。

6、效果檢驗與下一步調(diào)整

6.1 高渣比高合金因素冶煉對爐況的影響是巨大的，我們的綜合應(yīng)對措施也是很有成效的。

6.2 堅持強(qiáng)動力冶煉，爭取大風(fēng)量、高風(fēng)速，一切參數(shù)調(diào)整服從風(fēng)量，是活躍爐缸、改善透氣性的關(guān)鍵。

6.3 冶煉條件變化后，需要對技術(shù)細(xì)節(jié)做調(diào)整，對技術(shù)參數(shù)要及時修改。

參考文獻(xiàn)：

[1]周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊.

[2]高爐過程氣體動力學(xué).

[3]張壽榮等.高爐失常與事故處理.