使用高比例塞礦燒結(jié)礦高爐爐料結(jié)構(gòu)探討

劉學(xué)燕，王 軍，李丙來

（山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠，山東 濟(jì)南 250101）

生產(chǎn)技術(shù)

使用高比例塞礦燒結(jié)礦高爐爐料結(jié)構(gòu)探討

劉學(xué)燕，王 軍，李丙來

（山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠，山東 濟(jì)南 250101）

作為降低成本的重要手段之一，濟(jì)鋼燒結(jié)大比例配加塞拉利昂礦在短期內(nèi)難以改變，高比例塞礦燒結(jié)礦因高溫冶金性能差影響了高爐順行。通過分析高爐在用燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及塊礦的高溫冶金性能以及合理爐料的要求，在當(dāng)前原燃料條件下，濟(jì)鋼3 200 m3高爐適宜的爐料結(jié)構(gòu)為75%400燒結(jié)礦＋25%球團(tuán)礦和澳礦。該爐料結(jié)構(gòu)既能滿足高爐正常冶煉（包括堿度、產(chǎn)量、渣中Al2O3高等）的需求，又能降低爐料成本。

高爐；爐料結(jié)構(gòu)；高比例塞礦燒結(jié)礦；高溫冶金性能

1 前言

近年來，隨著外部市場競爭日趨激烈，煉鐵承擔(dān)的降低生鐵成本的壓力日趨增大，高爐面對的經(jīng)濟(jì)料使用比例也在逐步增大。在濟(jì)鋼燒結(jié)區(qū)域承擔(dān)了大比例配加塞拉利昂礦粉（塞礦）的任務(wù)，因塞礦特有的低硅高鋁、冶金性能差的特點(diǎn)，對高爐保持爐料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及綜合爐料冶金性能的優(yōu)化帶來了沖擊；同時(shí)，又因塞礦屬山東鋼鐵集團(tuán)投資獲得的權(quán)益礦，其經(jīng)濟(jì)性對煉鐵降低生鐵成本又起到著至關(guān)重要的作用。目前，在濟(jì)鋼燒結(jié)塞礦的配加量在25%～30%，實(shí)踐證明可降低單位生鐵成本30元以上[1]，故在高爐爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整中面對高配比塞礦燒結(jié)礦只能采取適應(yīng)性措施。

高爐爐料結(jié)構(gòu)的構(gòu)成一般情況下包括燒結(jié)、球團(tuán)與塊礦3部分，無論哪部分發(fā)生結(jié)構(gòu)性調(diào)整都對整體進(jìn)入高爐的原料質(zhì)量帶來較大的變化。單個(gè)或多個(gè)料種的變化，其高溫冶金性能包括高溫還原強(qiáng)度、還原性、軟熔特性等勢必影響整個(gè)爐料結(jié)構(gòu)在高爐內(nèi)由上至下的運(yùn)行狀態(tài)，影響整個(gè)冶煉過程的熱量傳遞和動(dòng)量傳輸，必定帶來因冶金氣氛變化而改變的各類冶金物理化學(xué)反應(yīng)朝著脫離預(yù)期的方向發(fā)展[2]。質(zhì)量較差的爐料進(jìn)入高爐后，體現(xiàn)出來的首要特征就是料柱軟熔帶厚度和位置發(fā)生變化，帶來塊礦帶料柱透氣性的惡化，透氣性惡化又影響高爐軟熔帶結(jié)構(gòu)和氣流，從而形成惡性循環(huán)。操作層面的體現(xiàn)就是爐身溫度失穩(wěn)，特別是爐身中上部，高爐整體溫度梯度分布發(fā)生變化，開始出現(xiàn)邊緣氣流失穩(wěn)，透氣性指標(biāo)變差，壓差升高，熱制度波動(dòng)，最終影響高爐順行。

2 高比例塞礦燒結(jié)礦理化性能

濟(jì)鋼燒結(jié)自2012年7月開始正常配加塞礦，加上后續(xù)資源量充足，塞礦配比由開始時(shí)的9%逐步增加到25%。在塞礦配比均達(dá)到25%以后，各燒結(jié)機(jī)產(chǎn)燒結(jié)礦化學(xué)成分、物理性能及粒度組成見表1、表2。

表1 各燒結(jié)機(jī)產(chǎn)燒結(jié)礦化學(xué)成分

表2 燒結(jié)礦物理性能及粒度組成

由表1、表2可以看出，塞礦燒結(jié)整體性能良好，能部分增強(qiáng)燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度，部分改善燒結(jié)礦粒度組成。對高爐冶煉的影響，除使渣中Al2O3含量升高外，還使高爐入爐焦比、鐵水物理熱大幅增長，但基本實(shí)現(xiàn)了在燒結(jié)配加25%比例塞礦的條件下，高爐爐況運(yùn)行的穩(wěn)定，最為重要的是保障并實(shí)現(xiàn)了高爐原材料成本的降低[1]。

3 對高爐爐料結(jié)構(gòu)及順行的影響

2014年7月濟(jì)鋼3 200 m3高爐發(fā)生爐況失常，經(jīng)過原燃料質(zhì)量排查，操作應(yīng)對手段分析，最初認(rèn)為是澳礦質(zhì)量差（因?yàn)?月份所有的變數(shù)均來自澳礦）所致，故前期大幅降低了澳礦比例，增加了南非、巴西等傳統(tǒng)意義上好礦的比例，但高爐爐況仍無明顯好轉(zhuǎn)。經(jīng)進(jìn)一步分析，認(rèn)為是400 m2燒結(jié)機(jī)產(chǎn)燒結(jié)礦軟熔性能變差，對高爐軟熔帶位置和厚度產(chǎn)生了較大影響，使高爐爐身溫度波動(dòng)，透氣性變差，熱制度失衡，影響高爐焦比增加、風(fēng)溫使用降低，正常生產(chǎn)陷入被動(dòng)，對生鐵質(zhì)量和生鐵成本帶來負(fù)面影響。主要原因是沒有認(rèn)識(shí)到燒結(jié)配加較高比例的塞礦后，普通成分除了鋁高外，與以往相比沒有發(fā)生明顯的改變，但其高溫冶金性能發(fā)生了很大的變化。2014年6、7月份濟(jì)鋼400 m2燒結(jié)機(jī)產(chǎn)燒結(jié)礦融滴性能軟熔帶寬度的變化趨勢見圖1。爐況失常前后3 200 m3高爐爐料結(jié)構(gòu)變化見表3。

圖1 濟(jì)鋼400 m2燒結(jié)機(jī)產(chǎn)燒結(jié)礦軟熔帶寬度變化

表3 2014年5—9月濟(jì)鋼3 200 m3高爐爐料結(jié)構(gòu)變化%

由圖1、表3可以看出，進(jìn)入6月份后，隨著高爐冶煉強(qiáng)度的變化，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的手段進(jìn)一步落實(shí)，高爐入爐焦比在原來基礎(chǔ)上降低了接近15 kg/t，料柱焦層“氣窗”作用開始減弱，這時(shí)高配比塞礦的400 m2燒結(jié)機(jī)產(chǎn)燒結(jié)礦在高溫冶金性能上的缺點(diǎn)開始逐步暴露出來，其熱態(tài)性能指標(biāo)的不穩(wěn)定及融滴性能軟融滴落帶寬度的大幅波動(dòng)導(dǎo)致料柱軟熔帶位置和軟熔帶厚度發(fā)生較大的改變，使高爐爐身溫度波動(dòng)大，難以駕馭，從而出現(xiàn)了爐況失常。直接使400燒結(jié)礦在高爐爐料結(jié)構(gòu)中所占比例由2014年5月份的82.41%降低至7月份的73.21%，所缺失的份額逐步由熱態(tài)性能指標(biāo)與400燒結(jié)礦配合較好的澳礦、320燒結(jié)礦替代，對高爐爐料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及正常冶煉帶來了很大的沖擊。

因此，對濟(jì)鋼3 200 m3高爐在濟(jì)鋼現(xiàn)有條件下原料的冶金性能和合理爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究很有必要。重點(diǎn)研究不同堿度下燒結(jié)礦、球團(tuán)礦冶金性能的變化對高爐生產(chǎn)的影響，以及在高爐實(shí)際操作中使用手段較為靈活的塊礦和熔劑如何應(yīng)對的問題，同時(shí)兼顧整體結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及冶金價(jià)值，綜合考慮，實(shí)現(xiàn)合理配料。

4 合理爐料結(jié)構(gòu)探討

4.1 合理爐料結(jié)構(gòu)的要求

合理的爐料結(jié)構(gòu)是高爐生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、低成本的重要因素之一[3]。3 200 m3高爐要想獲得良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益，合理爐料結(jié)構(gòu)必須滿足以下要求：一是高爐使用的燒結(jié)礦（以400 m2燒結(jié)機(jī)為主）和球團(tuán)礦以及各類塊礦必須具有良好的高溫冶金性能，首先要滿足能在高爐內(nèi)形成合理穩(wěn)定的軟熔帶，利于高爐強(qiáng)化冶煉。二是能夠滿足在無熔劑或少用輔料的前提下，造出適宜堿度和適宜成分的高爐渣，能克服濟(jì)鋼高爐使用塞礦帶來的高Al2O3渣系脫硫能力差、爐渣黏度高的難題。三是還需具有較高的綜合入爐品味，能夠滿足高風(fēng)速、強(qiáng)動(dòng)力冶煉要求，能促進(jìn)富氧大噴煤技術(shù)的實(shí)行，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化冶煉。四是滿足高爐長壽的需要，在合理配料的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)從基礎(chǔ)條件上有利于高爐送風(fēng)、冷卻制度的調(diào)整，進(jìn)一步穩(wěn)定爐身溫度梯度分布，有利于高爐風(fēng)口設(shè)施、爐襯及冷卻設(shè)備的長壽。五是能夠滿足降低生鐵成本的需求，通過高爐爐料結(jié)構(gòu)分析與性價(jià)評估，綜合考慮各利弊因素進(jìn)行合理配料。合理的爐料結(jié)構(gòu)并沒有一成不變的模式，而是在生產(chǎn)過程中進(jìn)行不斷的調(diào)整和優(yōu)化。

4.2 適宜爐料結(jié)構(gòu)組成

以3 200 m3高爐為例，對高爐主要使用400燒結(jié)礦的適宜爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討[4]。燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及多種塊礦的高溫冶金性能見表4。其中400燒結(jié)礦最大壓差15.01 kPa，最大壓差對應(yīng)溫度1 281℃。

由表4可以看出，400燒結(jié)礦軟化開始溫度、軟化終了溫度均偏低，軟化區(qū)間適中；熔化開始溫度偏低，滴落溫度適中。從軟化性能、融滴性能、軟熔帶寬度3個(gè)反應(yīng)爐料高溫冶金性能的指標(biāo)及降低原材料成本為主的“適應(yīng)性”要求考慮，320燒結(jié)礦是最適合與400燒結(jié)礦進(jìn)行配礦并能夠最大幅度降低爐料成本的料種，澳礦、球團(tuán)礦次之，馬來西亞塊礦和海南塊礦最差。

3 200m3高爐若采用以400燒結(jié)礦為主的爐料結(jié)構(gòu)，在考慮燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)能力的前提下，適宜爐料結(jié)構(gòu)中400燒結(jié)礦用量按其滿產(chǎn)應(yīng)控制在75%左右，澳礦、球團(tuán)礦兩者合計(jì)在25%，若考慮成本因素，塊礦比例還可適當(dāng)上調(diào)。即在目前的生產(chǎn)條件下，按照合理爐料結(jié)構(gòu)的要求，3 200 m3高爐適宜爐的料結(jié)構(gòu)為75%400燒結(jié)礦＋25%球團(tuán)礦和澳礦[5]。該爐料結(jié)構(gòu)既能滿足高爐正常冶煉（包括堿度、產(chǎn)量等）需要，又能滿足降低爐料費(fèi)用乃至部分制造費(fèi)用的需要。

表4 燒結(jié)礦、球團(tuán)礦及多種塊礦的高溫冶金性能℃

5 結(jié)論

5.1 作為當(dāng)前降低生鐵成本的有效途徑，結(jié)合濟(jì)鋼實(shí)際情況，采取寧可犧牲部分高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)而大比例配加高鋁低硅的塞拉利昂礦來降低高爐原材料成本的措施是不可或缺的。

5.2 配加高比例塞礦的400 m3燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的400燒結(jié)礦質(zhì)量的變化對3 200 m3高爐爐況失常的影響，說明了在關(guān)注原材料普通理化性能指標(biāo)的同時(shí)，更要關(guān)注其熱態(tài)冶金性能，特別是在熱態(tài)冶金性能較差的塞拉利昂礦大量入爐的情況。

5.3 重點(diǎn)跟蹤所有爐料的高溫冶金性能，特別是爐料軟化性能、熔滴性能、軟熔帶寬度三者之間的匹配，同時(shí)兼顧適宜爐料的要求，可將配加高比例塞礦燒結(jié)礦對高爐爐料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的沖擊降到最低。

5.4 在目前的原燃料條件下，濟(jì)鋼3 200 m3高爐適宜的爐料結(jié)構(gòu)為75%400燒結(jié)礦＋25%球團(tuán)礦和澳礦。該結(jié)構(gòu)可基本滿足成本降低和爐況穩(wěn)定的和諧統(tǒng)一。

5.5 高爐爐料結(jié)構(gòu)的調(diào)整由被動(dòng)接受到主動(dòng)控制對濟(jì)鋼煉鐵來說是一個(gè)巨大的進(jìn)步，就現(xiàn)有的條件來講，目標(biāo)是先實(shí)現(xiàn)在有限元內(nèi)的爐料結(jié)構(gòu)控制，根據(jù)高爐爐型特點(diǎn)及生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行調(diào)配，努力實(shí)現(xiàn)生鐵成本最低化、質(zhì)量效益最大化。

[1]王良周，段磊，韓克峰，等.塞拉利昂礦在濟(jì)鋼的生產(chǎn)使用實(shí)踐[J].山東冶金，2013，35（4）：1-2.

[2]蔡湄夏，范建軍，賀淑珍，等.高比例燒結(jié)礦高爐爐料結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用[J].山西冶金，2006（4）：9-10.

[3]王竹民，王磊，呂慶，等.邯鋼高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[J].鋼鐵研究，2009，37（4）：4-7.

[4]徐軍，杜屏，王永紅，等.沙鋼高爐常用爐料冶金性能的研究分析[J].上海金屬，2014，36（2）：44-48.

[5]梁棟，陳偉，石紅燕，等.高爐爐料結(jié)構(gòu)成本優(yōu)化模型及分析[J].山東冶金，2012，34（5）：39-41，46.

Study on the BF Burden Design Using the Sinter with High Sierra Leone Ore

LIU Xueyan,WANG Jun,LI Binglai
（The Iron-making Plant of Jinan Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

As one of measures to reduce cost,high proportion of Sierra Leone ore in the sinter is very important in short term.Due to the poor high temperature metallurgical property,the burden design and stable operation of 3 200 m3BF was affected by the sinter with high Sierra Leone ore.By analyzing the high temperature metallurgical properties of the sinter,pellet and lump ore used and the demands of reasonable burden design and under current conditions of raw material and fuel,the feasible burden design of Jinan Steel’s 3 200 m3BF is 75%of the sinter from the 400 m2sinter machine+25%of the pellet and the lump ore.The burden structure can not only meet the normal smelting requirements for blast furnace(including alkalinity,yield,higher Al2O3in slag and so on),but also reduce the charging costs.

blast furnace;burden design;sinter with high Sierra Leone ore;high temperature metallurgical property

TF54

B

1004-4620（2015）04-0001-03

2015-01-26

劉學(xué)燕，男，1973年生，1995年畢業(yè)于西安建筑科技大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠廠長，高級工程師，從事煉鐵工藝技術(shù)及管理工作。