武鋼8號(hào)高爐低品位礦石冶煉技術(shù)

董遵敏

武鋼8號(hào)高爐低品位礦石冶煉技術(shù)

董遵敏

由于資源緊張和降成本的需要，武鋼8號(hào)高爐投產(chǎn)以來(lái)礦石入爐品位不斷降低，2014年最低為57.39%。通過(guò)對(duì)經(jīng)濟(jì)礦石品位區(qū)間研究和低品位冶煉條件下操作創(chuàng)新，使高爐實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定順行和高效低耗生產(chǎn)。

煉鐵 特大型高爐 低品位 冶煉技術(shù)

1.前言

由于優(yōu)質(zhì)資源的稀缺以及降成本的需要，許多鋼鐵企業(yè)的入爐礦石品位逐漸降低，武鋼8號(hào)高爐也面臨著同樣的問(wèn)題。2009年投產(chǎn)以來(lái)，武鋼8號(hào)高爐入爐品位經(jīng)歷了不斷下降的過(guò)程。在2009年，入爐品位為58.93%，以后逐年下降，2012年還能保持在58%以上，2013年和2014年下降到58%以下，分別為57.6%和57.39%，低于《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的范圍。渣比則經(jīng)歷著不斷上升的過(guò)程,在2009年，渣比為321.6kg/t，以后逐年上升，2010-2012年保持在330kg/t左右，但是到了2013年急劇上升到349.2kg/t，2014年上升到353.8kg/t（見圖1、圖2）。

原則上，高爐容積越大，對(duì)原料的質(zhì)量要求越高，即要求含鐵品位及熟料率隨爐容增加而增加。根據(jù)《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，針對(duì)不同容積高爐，其入爐原料含鐵品位及熟料率有不同的要求，對(duì)于4000m3級(jí)高爐，入爐原料含鐵品位要求≥58%，熟料率≥85%。武鋼8號(hào)高爐近兩年的入爐含鐵品位已經(jīng)低于這個(gè)要求（見表1）。

表1 國(guó)內(nèi)入爐原料含鐵品位及熟料率標(biāo)準(zhǔn) %

圖1 武鋼8號(hào)高爐歷年入爐品味 %

圖2 武鋼8號(hào)高爐歷年渣比 kg/t

在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，鋼鐵企業(yè)普遍面臨巨大的成本壓力，降低鐵成本是關(guān)鍵問(wèn)題。另外，隨著優(yōu)質(zhì)鐵礦石資源越來(lái)越少，鐵廠不可避免要面對(duì)鐵品位下降的現(xiàn)實(shí)。但是，降低鐵礦石品位，要以爐況的穩(wěn)定順行為前提，而不能無(wú)底線的隨意降低。降低鐵礦石品位，也不是盲目地降低，需要有相應(yīng)的技術(shù)作支撐，這其中要有理論研究、試驗(yàn)驗(yàn)證和生產(chǎn)實(shí)踐的不斷探索。在探索4000m3級(jí)高爐低品位冶煉技術(shù)方面，武鋼8號(hào)高爐在應(yīng)對(duì)低品位高渣比的生產(chǎn)實(shí)踐中做了大量的工作，主要包括經(jīng)濟(jì)合理礦石品位研究和4000m3級(jí)高爐在低品位條件下的操作創(chuàng)新。

2.經(jīng)濟(jì)合理礦石品位研究

生鐵成本約占鋼材成本的70%，而礦石成本是生鐵成本的60%-70%。降低配礦成本是降低生鐵成本的重要手段。使用價(jià)格低的礦石可直接降低配礦成本，但品位低的礦石對(duì)高爐冶煉也會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響：①使用低品位礦石，噸鐵礦耗增加；②能耗增加，煉鐵行業(yè)對(duì)入爐品位與焦比的關(guān)系形成的共識(shí)是，鐵份降低1%，直接引起綜合焦比增加1.5%。鐵份降低，渣比相應(yīng)升高。渣比每升高100kg/t，焦比升高20kg/t（只考慮渣熔化熱）；③入爐品位低，渣比增加，透液性降低，不利高爐穩(wěn)定順行。

對(duì)于低品位礦石，在武鋼現(xiàn)有條件下通過(guò)研究得出幾點(diǎn)結(jié)論：①入爐鐵份在59%，特別是大于59.5%時(shí)，由于礦石價(jià)格隨著品位的升高增幅較大，盡管燃料成本下降，但總成本升高，且增加幅度較大；②入爐鐵份在57%-59%之間時(shí)，隨著鐵份降低，礦耗會(huì)增加，但由于相對(duì)58%品位的礦石價(jià)格下降幅度較大，配礦石成本下降相對(duì)較多；③入爐鐵份在57%以下，隨著鐵份下降，焦比、渣比升高，同時(shí)煤比會(huì)適當(dāng)下降，燃料成本升高。生鐵成本雖有下降，但降幅變小，同時(shí)高爐順行的風(fēng)險(xiǎn)增加（特別對(duì)4000m3以上的特大型高爐），且不能滿足高爐高產(chǎn)的需要，制約了公司整體規(guī)模效益的發(fā)揮。因此，大型高爐入爐鐵份不能過(guò)低，入爐鐵份在57%-59%之間比較合適。

3.武鋼4000m3級(jí)高爐在低品位條件下的操作創(chuàng)新

入爐品位降低渣量增加，會(huì)對(duì)高爐順行產(chǎn)生許多不利影響。為保證高爐順行，武鋼8號(hào)高爐在操作上采取了一些創(chuàng)新性的辦法。

3.1下部調(diào)劑

目的：保持高風(fēng)速和大鼓風(fēng)動(dòng)能。手段：適當(dāng)縮小進(jìn)風(fēng)面積。

武鋼8號(hào)高爐爐缸直徑為13.6m，由于爐缸直徑大，必須要有足夠的風(fēng)速才能吹透中心，若風(fēng)速不夠，煤氣流難以吹向中心，爐缸的透氣性和透液性變差，中心焦炭會(huì)發(fā)生堆積。經(jīng)過(guò)摸索，8號(hào)高爐風(fēng)速必須在250m/s以上時(shí)，才能維持高爐穩(wěn)定順行。

2013年，隨著鐵品位的降低和渣量的增加，對(duì)高爐的危害開始顯現(xiàn)，這從爐缸的工作狀態(tài)可以看出來(lái)。2009年開爐以來(lái)，由于爐況的穩(wěn)定，爐缸的工作狀態(tài)很好，爐缸活躍，爐芯溫度在控制范圍內(nèi)穩(wěn)中有升。但是從2012年11月起，爐芯溫度開始下降，這和品位下降、渣量上升的時(shí)間相吻合。

以爐底第二層（6.894米）炭磚上層磚溫度（以下簡(jiǎn)稱爐芯溫度）測(cè)量點(diǎn)為例，在開爐時(shí)，爐芯溫度比較低，平均為348℃，隨著爐底爐缸的不斷儲(chǔ)熱升溫，一個(gè)月內(nèi)爐芯溫度就上升到500℃以上，而且以后爐芯溫度保持比較穩(wěn)定，在520℃-550℃范圍內(nèi),高爐風(fēng)速在250m/s-260m/s之間。2011年1月、3月和6月，高爐分3次縮風(fēng)口，將進(jìn)風(fēng)面積由0.4906m2縮為0.4800m2。進(jìn)風(fēng)面積縮小后，高爐風(fēng)速增加到260m/s以上，爐芯溫度普遍上升，平均溫度上升到700℃以上，在以后爐芯溫度保持穩(wěn)定在700℃以上。但是從2012年11月起，爐芯溫度開始下降，由平均700℃下降到620℃左右，下降的速度非?？欤ㄒ妶D3）。

圖3 武鋼8號(hào)高爐爐芯溫度變化情況 ℃

同時(shí)爐況的順行也受影響，高爐風(fēng)量下降了500m3/min，這和品位下降渣量上升的時(shí)間是吻合的。當(dāng)時(shí)，鐵礦石品位已經(jīng)開始下降，由58.38%下降到58.11%，而且預(yù)計(jì)要下降到58%以下。渣量大的危害逐漸表現(xiàn)出來(lái)：由于料柱以及爐缸的透氣透液性變差，高爐不接受壓差，爐前渣鐵不好排放，爐缸不活躍。為了保證爐況的穩(wěn)定順行，應(yīng)對(duì)長(zhǎng)期的低品位冶煉，在前期調(diào)劑成功的基礎(chǔ)上，高爐進(jìn)一步縮小進(jìn)風(fēng)面積。2013年4月17日，高爐將進(jìn)風(fēng)面積縮小到0.4739m2，調(diào)整后爐芯溫度止住下滑趨勢(shì)，上升到650℃-680℃。2013年8月7日，高爐再次縮小進(jìn)風(fēng)面積到0.4680m2，爐芯溫度繼續(xù)上升到700℃以上。在整個(gè)調(diào)整過(guò)程中，由于應(yīng)對(duì)及時(shí)，高爐爐況沒(méi)有出現(xiàn)大的波動(dòng)，風(fēng)量基本穩(wěn)定在7300m3/min-7600m3/min之間，實(shí)際風(fēng)速達(dá)到260m/s以上，鼓風(fēng)動(dòng)能維持在16000kg.m/s-20000kg.m/s，高爐穩(wěn)定性明顯增加，抗外界干擾能力增強(qiáng)，有效克服了低品位大渣量的不利影響。

3.2上部調(diào)劑

目的：均衡煤氣流分布。手段：調(diào)整裝料制度。

上部調(diào)劑，是根據(jù)爐料的物理性能，通過(guò)裝料制度、批重、料線等來(lái)改變爐料在爐喉的分布狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)與上升的煤氣流有機(jī)配合，是維持高爐順行的重要手段。8號(hào)高爐的上部調(diào)劑結(jié)合測(cè)料面情況制定了礦石焦炭的布料角度，平時(shí)固定布料角度，不輕易動(dòng)角度。對(duì)氣流的分布總體原則是“穩(wěn)定邊緣氣流，開放中心氣流，環(huán)帶均衡發(fā)展”，即追求氣流在高爐的每個(gè)橫切面得到最大化利用，以實(shí)現(xiàn)最好的煤氣利用。

（1）大批重

在一定的原燃料條件下有一個(gè)適宜的風(fēng)量與之相適應(yīng)，在一定的風(fēng)量下有一適宜的批重和料速相適應(yīng)。8號(hào)高爐的料速基本控制在6批/h，若料速過(guò)快，頂溫會(huì)壓得很低且波峰波谷小，料速達(dá)7個(gè)料時(shí)頂溫會(huì)低于100℃，波峰波谷差值小于10℃，甚至成一條直線；若料速過(guò)慢，頂溫會(huì)過(guò)高，波峰波谷差值大，有時(shí)達(dá)200℃，頂溫高要求打水以保護(hù)爐頂設(shè)備。這兩種情況均會(huì)影響到煤氣流的分布，影響煤氣利用率，更嚴(yán)重會(huì)影響到高爐的順行。料速穩(wěn)定，煤氣利用率也就相對(duì)穩(wěn)定多了。8號(hào)高爐根據(jù)實(shí)際情況采用大批重，將批重由開爐初期的105t逐步增加到120t-130t之間，近3年基本穩(wěn)定在122t左右。大批重的使用，一是有利于氣流的穩(wěn)定；二是由于回用焦丁的使用，焦批減小，焦層變薄，為了防止焦層過(guò)薄而對(duì)高爐順行產(chǎn)生不利影響，使用大礦批大焦批來(lái)保證一定的焦層厚度（見表2）。

表2 開爐以來(lái)焦批礦批變化情況 噸

（2）裝料制度

2009-2012年，武鋼8號(hào)高爐布料矩陣以C987651 332222↓OL98765 44322↓OS109 22↓為主，其特點(diǎn)是大燒邊緣布的較多,小燒布在最外側(cè)的10號(hào)和9號(hào)角位，邊緣礦焦比高，通過(guò)適當(dāng)抑制邊緣氣流，獲得了合理的煤氣流分布。

2013年以來(lái)，在挑戰(zhàn)鐵礦石品位降低、高爐創(chuàng)新發(fā)展的過(guò)程中，8號(hào)高爐繼續(xù)從合理分布?xì)饬鞒霭l(fā)，堅(jiān)持“穩(wěn)定邊緣氣流，開放中心氣流，環(huán)帶均衡發(fā)展”總原則，在具體措施上又有所突破。8號(hào)高爐結(jié)合下部調(diào)劑，在下部縮小進(jìn)風(fēng)面積的同時(shí)，在上部調(diào)劑上又做了另外的嘗試，在布料角度、布料矩陣、原燃料的裝入方式方法等裝料制度上進(jìn)行創(chuàng)新，摸索出了帶有自身特色的模式，并且取得了很好的效果。

圖4 風(fēng)速變化情況 m/s

主要技術(shù)措施有：①減少中心焦量。將中心焦由4圈減少為2圈，中心焦量占總量的不到10%。從圖4可以看出，8號(hào)高爐風(fēng)速基本保持在250m/s以上，低于這個(gè)風(fēng)速順行將受到影響。8號(hào)高爐將進(jìn)風(fēng)面積縮小后，風(fēng)量沒(méi)有減少，高爐風(fēng)速呈增加的趨勢(shì)，高風(fēng)速有利于活躍爐缸，克服大渣量的不利影響，同時(shí)高爐具備了減中心焦的條件，在武鋼現(xiàn)有的原燃料條件和操作習(xí)慣下，將中心焦減到了2環(huán)；②布料角度向中心平移。在2013年將進(jìn)風(fēng)面積縮小到0.4680m2后，風(fēng)速增加，中心氣流有時(shí)過(guò)于發(fā)展，邊緣氣流偏重。通過(guò)觀察料面形狀，發(fā)現(xiàn)中心漏斗偏深，偶有滑料發(fā)生，以至于煤氣利用有時(shí)波動(dòng)。在進(jìn)風(fēng)面積縮小后為了合理分布?xì)饬鳎?014年縮小了布料角度和布料角度差，把礦石焦炭的布料帶往中心移動(dòng)。通過(guò)內(nèi)移布料角度，減小了布料漏斗，使中心環(huán)帶坡度小，中心焦堆合適，軟熔帶形狀成典型的倒“V”字型分布，整個(gè)料柱透氣性良好，氣流均勻，沒(méi)有出現(xiàn)局部氣流過(guò)分發(fā)展的現(xiàn)象；③小燒布料的調(diào)整。與大燒內(nèi)移角度思路一致，將小燒布料內(nèi)移一個(gè)角位，同時(shí)將小燒拓展到7號(hào)角位，以均衡環(huán)帶氣流。這樣的調(diào)整，還是堅(jiān)持了“穩(wěn)定邊緣氣流，開放中心氣流，環(huán)帶均衡發(fā)展”的原則，其基本的布料制度變?yōu)镃987651 332222↓OL98765 44322↓OS987 321↓。從實(shí)際料面來(lái)看，邊緣搭建了2m寬的平臺(tái)，中心漏斗大小適當(dāng)，中心僅有一個(gè)很小或無(wú)焦包。

通過(guò)以上技術(shù)，有效應(yīng)對(duì)了低品位礦石的不利影響，使得8號(hào)高爐在低品位礦石冶煉條件下，爐況一直保持穩(wěn)定順行。

3.3爐前操作

4000m3級(jí)特大型高爐爐前渣鐵能否及時(shí)排放干凈是高爐順行和指標(biāo)創(chuàng)新的關(guān)鍵。高爐強(qiáng)化冶煉之后，鐵口工作壓力加大，如果爐前渣鐵出不凈，高爐憋風(fēng)，將會(huì)導(dǎo)致高爐陷入惡性循環(huán)生產(chǎn)極為被動(dòng)的局面。高爐大型化后，困擾爐前作業(yè)的主要問(wèn)題有爐前生產(chǎn)組織方式的選擇和鐵口維護(hù)特別是鐵口噴濺的處理。8號(hào)高爐從投產(chǎn)以來(lái)一直注重對(duì)爐前作業(yè)管理和技術(shù)的提高與創(chuàng)新，針對(duì)特大型高爐的特點(diǎn)，形成了一整套完整的合理的操作制度，而且不斷加以完善，特別是為了消化低品位渣量大的不利影響，不斷創(chuàng)新與突破，為高爐的穩(wěn)定順行創(chuàng)造了條件。

（1）出鐵組織形式

8號(hào)高爐目前采用連續(xù)出鐵的生產(chǎn)組織方式。在渣鐵出凈，鐵口見噴的情況下，正常間隔時(shí)間為5min～10min，鐵流平均速度不小于8t/min；在鐵口未見噴，鐵量差負(fù)多爐憋的情況下，采用優(yōu)先補(bǔ)罐出鐵結(jié)合“零間隔時(shí)間”連續(xù)出鐵甚至重疊出鐵等手段，出凈渣鐵。這種連續(xù)出鐵模式，一方面可以有效出凈渣鐵，保證爐況順行；另一方面，也可有效減少鐵次，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)也能保證正常的生產(chǎn)秩序，贏得充足的鐵口結(jié)焦時(shí)間和配罐時(shí)間。

（2）鐵口噴濺的治理

大型高爐在生產(chǎn)中，鐵口經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“噴濺”現(xiàn)象，嚴(yán)重危及安全生產(chǎn)和爐況穩(wěn)定順行。針對(duì)這種情況，8號(hào)高爐制定了相應(yīng)的治理措施：①鐵口區(qū)域灌漿。鐵口區(qū)域灌漿是根除鐵口散噴最有效的措施，在生產(chǎn)中，在發(fā)現(xiàn)鐵口區(qū)域煤氣泄露較大時(shí)，要根據(jù)需要進(jìn)行及時(shí)的灌漿，及時(shí)彌補(bǔ)縫隙，減少煤氣的竄漏；②保證鐵口泥套完整。鐵口泥套完整是全風(fēng)全壓堵口及防止堵口冒泥的關(guān)鍵，只有杜絕冒泥現(xiàn)象，才能保證鐵口通道充足的泥量，有效防止鐵口散噴，杜絕跑“大流”現(xiàn)象的發(fā)生；③開發(fā)新型高強(qiáng)度炮泥。鐵口區(qū)域是高爐爐缸最薄弱區(qū)域，因此炮泥質(zhì)量是制約大型高爐爐前工作的重要因素，也是正常生產(chǎn)中抑制鐵口散噴的硬件保證。武鋼于2008年初就開始研發(fā)適合8號(hào)高爐生產(chǎn)的環(huán)保型高強(qiáng)度炮泥。針對(duì)8號(hào)高爐渣比偏高的特點(diǎn)，要求炮泥具有良好的開口性能、抗散噴性能、抗渣性能及環(huán)保性能好。在炮泥選型上，根據(jù)泥包搗打料與鐵口周圍砌體的材質(zhì)性能，強(qiáng)調(diào)良好的結(jié)合性能、置換性能與環(huán)保性能。

3.4爐內(nèi)操作

在鐵品位降低渣量增加后，8號(hào)高爐對(duì)爐內(nèi)日常操作也作了相應(yīng)的調(diào)整。

（1）合適的壓差

由于初渣在滴落帶以下的焦炭空隙間向下流動(dòng)，同時(shí)煤氣也要穿過(guò)這些空隙向上流動(dòng)。所以爐渣的數(shù)量和物理性能（黏度和表面張力）對(duì)于煤氣流的壓頭損失以及是否造成液泛現(xiàn)象影響很大。渣量小、黏度低而表面張力大對(duì)煤氣的順利通過(guò)有利。由于渣量增加，液泛加劇。理論研究證明高爐透氣性受液泛影響很嚴(yán)重，為此適當(dāng)降低壓差可以在一定程度上減少液泛的負(fù)作用。2013年以來(lái)8號(hào)高爐壓差上限逐步由0.190MPa降低到了0.180MPa。

（2）合理的熱制度

要求鐵水物理熱1500℃-1520℃，生鐵［Si］要求0.35%-0.40%。爐缸熱制度的穩(wěn)定，對(duì)高爐穩(wěn)定順行很重要，爐溫波動(dòng)大，使軟熔帶部位上下移動(dòng)，造成渣皮黏結(jié)或脫落，擾亂煤氣流，使煤氣利用變差，進(jìn)一步加劇爐溫的波動(dòng)，高爐進(jìn)入惡性循環(huán)。大型高爐熱慣性很大，需要根據(jù)各種影響爐溫的因素綜合起來(lái)進(jìn)行分析，提前對(duì)爐溫進(jìn)行調(diào)劑。8號(hào)高爐車間制定了標(biāo)準(zhǔn)化操作管理制度，固定風(fēng)溫操作，每個(gè)班對(duì)噴吹煤的調(diào)劑量控制在2t/h之內(nèi)。另外對(duì)工長(zhǎng)日常調(diào)劑、特殊爐況處理、休復(fù)風(fēng)等全部實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化管理。要求工長(zhǎng)超前判斷，細(xì)化量化調(diào)劑量，減少對(duì)爐況的影響。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化管理，這兩年8號(hào)高爐鐵水平均爐溫為0.358%，物理熱1502℃，而且爐溫波動(dòng)很小，高爐穩(wěn)定增強(qiáng)，煤氣流穩(wěn)定。

（3）合理的造渣制度

8號(hào)高爐對(duì)造渣制度的選擇一是保證較高的二元堿度，其范圍為1.15～1.24。高堿度一是應(yīng)對(duì)Al2O3偏高的不利影響，降低爐渣粘度，改善爐渣流動(dòng)性；二是獲得低硫優(yōu)質(zhì)生鐵，適當(dāng)降低MgO含量，為保證脫硫效果，適當(dāng)提高二元堿度而保持四元堿度的相對(duì)穩(wěn)定。

4.低品位礦石冶煉技術(shù)運(yùn)用效果

作為4000m3級(jí)高爐，8號(hào)高爐面臨著不利的原料條件，低鐵品位和高渣比高鋅負(fù)荷，其冶煉條件都沒(méi)有達(dá)到《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求,在全國(guó)特大型高爐中，其原料條件是比較差的。但是8號(hào)高爐不斷通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新，加強(qiáng)上下部調(diào)劑，合理調(diào)節(jié)煤氣流的分布，高爐一直保持高效低耗穩(wěn)定順行的態(tài)勢(shì)。幾年來(lái)，8號(hào)高爐的指標(biāo)不斷優(yōu)化，在保持高產(chǎn)的同時(shí)，煤氣利用率不斷提高，由2009年的平均44.23%提高到2014年的平均49.00%；燃料消耗不斷降低，焦比由2009年的362.9kg/t降低到2014年的333.0kg/t，燃料比由2009年的540.2kg/t降低到2014年的504.4kg/t，2015年降低到低于500kg/t，取得了很好的冶煉效果（見表3）。

表3 8號(hào)高爐投產(chǎn)5年來(lái)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（作者單位：寶鋼股份武鋼有限公司煉鐵廠）