高堿度負(fù)荷條件下昆玉高爐造渣制度實(shí)踐及分析

陳玉成，趙金巍，王慶鯤

（新疆昆玉鋼鐵有限公司）

昆玉鋼鐵現(xiàn)有二座450m3高爐，受疆內(nèi)原燃料資源的限制，高爐爐料堿金屬（K2O＋Na2O）含量偏高，高爐入爐堿負(fù)荷長期居高不下，噸鐵堿負(fù)荷4.5～5.2kg/t，是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)堿負(fù)荷≤3.0kg/t的1.5～1.73倍，堿金屬含量過高對高爐生產(chǎn)造成較大的困擾，影響經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的進(jìn)步。

昆玉鋼鐵使用一種鎂含量較高含鐵料資源，其性價(jià)比優(yōu)異，對降低鐵水冶煉成本做出了突出貢獻(xiàn)。鐵前工序取消含鎂熔劑配料，配料時(shí)配加25%～35%比例的高鎂含鐵料，生產(chǎn)出的燒結(jié)礦MgO含量平均2.24%，球團(tuán)礦MgO含量平均1.86%。導(dǎo)致高爐爐渣中MgO含量平均9.90%，波動范圍8.13%～11.89%，因燒結(jié)礦、球團(tuán)礦中Al2O3含量低，爐渣Al2O3含量平均11.48%，波動范圍9.43%～14.02%。高爐爐渣鎂鋁比0.69～1.14，昆玉高爐爐渣鎂鋁比較高。

因無相關(guān)高鎂鋁比爐渣在高堿負(fù)荷條件下的高爐冶煉經(jīng)驗(yàn)，昆玉煉鐵廠開展了相關(guān)的高鎂鋁渣生產(chǎn)實(shí)踐探索，確定了昆玉高爐適宜的高鎂鋁比爐渣范圍，以及不同二元堿度、鎂鋁比水平下的爐渣排堿能力。應(yīng)用于高爐生產(chǎn)，保證了高爐順行。因此，對昆玉高爐在高堿負(fù)荷冶煉條件下造渣制度進(jìn)行分析，為獲得更經(jīng)濟(jì)的鐵水冶煉成本提供技術(shù)參考。

1 分析數(shù)據(jù)的選取原則

1.1 入爐堿負(fù)荷選取

入爐堿負(fù)荷的高低對爐渣中堿金屬含量有影響。一般情況下[1]，同等爐渣堿度、鎂鋁比條件下，入爐堿負(fù)荷高時(shí)爐渣的堿金屬含量相對高，為剔除堿負(fù)荷不同給結(jié)論的影響，按昆玉高爐入爐堿負(fù)荷4.8±0.1kg/t的月份數(shù)據(jù)為統(tǒng)計(jì),平均入爐堿負(fù)荷4.85kg/t。

選擇 2017年4～9月，2018年 4～5月、8～10月，2019年5～7月的數(shù)據(jù)，高爐堿負(fù)荷情況見圖1。

圖1 昆玉高爐入爐堿負(fù)荷

1.2 爐渣成分的選取

堿金屬硅酸鹽的還原是一個(gè)強(qiáng)吸熱過程，高溫有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，爐溫越高，生成的K、Na蒸汽越多，進(jìn)入爐渣中的硅酸鹽越少，導(dǎo)致爐渣排堿能力下降。較低的鐵水溫度有利于K、Na、Zn等有害元素的排放,但K、Na、Zn這些元素的氧化物比FeO難還原,只能在高溫區(qū)進(jìn)行直接還原,需吸收大量熱量[2]。因此，可能破壞爐缸熱量平衡，導(dǎo)致爐涼事故。

因此，選取鐵水[Si]0.30%～0.50%鐵次相對應(yīng)的爐渣成分，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)比對分析。

基于上述兩點(diǎn)共同考慮后，合計(jì)選取3570個(gè)鐵次對應(yīng)的爐渣成分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 爐渣堿度與爐渣排堿能力的關(guān)系

堿度對昆玉高爐爐渣排堿能力的影響見圖2、圖3和表1。由圖2、圖3和表1可以看出：隨著爐渣堿度的提高，爐渣中堿金屬含量逐漸降低。不同鎂鋁比條件下，隨爐渣堿度的提高，爐渣中堿金屬含量逐漸降低。表明了爐渣的排堿能力隨著堿度的提高而減弱，這是因?yàn)閰⒓臃磻?yīng)的K2O、Na2O都是強(qiáng)堿性物質(zhì)，當(dāng)爐渣堿度提高后，爐渣中CaO的含量升高，導(dǎo)致渣中SiO2活度降低，這將影響爐渣中堿金屬硅酸鹽的還原，加速堿金屬在爐渣中的還原和揮發(fā)，從而減少了爐渣中的堿金屬含量，即堿金屬的溶解度是隨著渣中的堿度提高而降低的[3]。

2K2SiO3＋2C＝4K（g）＋2SiO2＋2CO（g）反應(yīng)式表明，爐渣堿度高時(shí)化學(xué)反應(yīng)向右進(jìn)行，堿金屬的還原和揮發(fā)增加，導(dǎo)致爐渣中堿金屬含量減少。

結(jié)合近幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，昆玉高爐目前基本保持爐渣堿度在1.00～1.05，既保證了爐渣排堿能力，還能兼顧爐渣脫硫能力，保持鐵水硫含量低于0.055%。在圖2和表1的數(shù)據(jù)也得以證實(shí)，爐渣中堿金屬平均含量達(dá)到了1.56%，爐渣排堿能力較強(qiáng)。長期穩(wěn)定此堿度范圍內(nèi)的造渣制度，昆玉高爐實(shí)現(xiàn)長期的常規(guī)性排堿的高爐冶煉操作，基本杜絕了堿害對高爐生產(chǎn)的不利影響。

表1 不同堿度條件下的爐渣中堿金屬含量

圖2 堿度對昆玉高爐爐渣排堿能力的影響

圖3 不同鎂鋁比下堿度對昆玉高爐爐渣排堿能力的影響

從表1可以看出，爐渣堿度＜1.00范圍，爐渣中堿金屬含量平均1.69%，較爐渣堿度在1.00～1.05爐渣中平均堿金屬含量僅提高了8.33%，排堿能力的提高幅度有限。在爐渣堿度低于1.0的條件下，爐溫下行時(shí)，很容易發(fā)生鐵水硫超標(biāo)，造成生產(chǎn)成本的增加與煉鋼生產(chǎn)組織的困難。

從表1還可以看出，爐渣堿度1.06～1.106，較爐渣堿度1.00～1.05爐渣中平均堿金屬含量減少0.24%，爐渣排堿能力降低15.38%；爐渣堿度＞1.10以上，爐渣堿度在 1.11～1.15、1.16～1.20、1.21～1.29的區(qū)間，較爐渣堿度1.00～1.05爐渣中平均堿金屬含量分別減少0.46%、0.52%、0.64%，爐渣排堿能力分別降低29.49%、33.33%、41.03%。即昆玉高爐生產(chǎn)條件下，隨著爐渣堿度的提高，爐渣排堿能力呈降低趨勢。

從生產(chǎn)數(shù)據(jù)可得出，當(dāng)爐渣堿度＞1.10后，堿金屬在爐渣中的溶解度基本達(dá)到飽和，爐渣中堿金屬平均含量由1.10%減少至0.92%，堿金屬含量降低0.18%，爐渣堿度由1.10提高至1.29，爐渣堿度提高0.19，堿度的變化對爐渣排堿能力的影響已不明顯，也可以說是爐渣堿度超過1.10后，爐渣基本失去了排堿能力。因此，必須盡量避免高堿度爐渣的高爐冶煉生產(chǎn)，以防止堿負(fù)荷循環(huán)富集對高爐生產(chǎn)的不利影響。

3 鎂鋁比與爐渣排堿能力的關(guān)系

昆玉高爐的爐渣鎂鋁比內(nèi)地高爐的鎂鋁比高且處于上限，這與爐渣中Al2O3含量偏低有關(guān)，也與使用的高鎂含鐵料資源有關(guān)，最終導(dǎo)致了爐渣鎂鋁比基本在0.7以上，以爐渣鎂鋁比＞0.7的條件下的爐渣排堿能力進(jìn)行分析。

3.1 同等堿度條件下鎂鋁比對爐渣排堿能力的影響

鎂鋁比對昆玉高爐爐渣排堿能力的影響見圖4、圖5和表2所示。由圖4、圖5和表2可以看出：同等堿度條件下，隨著爐渣鎂鋁比的提高，爐渣中堿金屬含量的總體趨勢是逐漸降低的，表明爐渣鎂鋁比提高爐渣的排堿能力減弱。原因?yàn)镸gO在高爐渣中顯堿性，致使?fàn)t渣中SiO2的活度降低[4]，高溫區(qū)促進(jìn)了堿金屬硅酸鹽的還原反應(yīng)向右側(cè)方向進(jìn)行，加大了堿金屬在爐渣中的還原和揮發(fā)，從而降低爐渣中的堿金屬含量，降低爐渣的排堿能力。

3.2 不同堿度條件下鎂鋁比對爐渣排堿能力的影響

隨著爐渣堿度的提高，同等鎂鋁比條件下，爐渣中堿金屬含量逐漸降低，爐渣的排堿能力減弱，堿度越高對爐渣的排堿能力影響越大；隨著爐渣堿度的提高，在鎂鋁比也升高的情況下，爐渣中堿金屬含量急劇降低，爐渣的排堿能力變得更差，高堿度、高鎂鋁比爐渣失去排堿的效果或意義。當(dāng)爐渣堿度＞1.10時(shí)，爐渣中堿金屬含量0.88%～1.16%，平均含量1.02%，爐渣中堿金屬含量較低，此時(shí)爐渣已無排堿效果，決定因素在于爐渣堿度過高，與鎂鋁比的變化相關(guān)性不大。

3.3 昆玉高爐適宜爐渣堿度下鎂鋁比

見表2，爐渣堿度在1.00～1.05，以鎂鋁比0.7～0.8為對比基準(zhǔn)，鎂鋁比每提高0.1，爐渣中堿金屬含量分別減少0.06%、0.16%、0.26%，爐渣排堿能力分別降低3.61%、9.64%、15.66%。在1.00～1.05堿度條件下，爐渣中堿金屬平均含量1.40%。按對應(yīng)的統(tǒng)計(jì)日期，入爐堿負(fù)荷測算為4.79kg/t，渣鐵比理論計(jì)算為345.97kg/t，計(jì)算得出爐渣堿金屬含量為4.84kg/t，爐渣排堿率101.04%。

依據(jù)測算的數(shù)據(jù)，在考慮鐵料性價(jià)比高的條件下，昆玉高爐爐渣鎂鋁比上限還可以有所提高。探索進(jìn)一步增加鐵前工序的高鎂含鐵料配比，來降低鐵水冶煉成本。因同時(shí)滿足 [Si]0.30%～0.50%與鎂鋁比1.00～1.05兩個(gè)條件下的生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)少，實(shí)施中還要密切的結(jié)合高爐運(yùn)行狀態(tài)來決定是否提高鎂鋁比。

表2 不同鎂鋁比條件下的堿金屬含量（X：MgO/Al2O3）

圖4 鎂鋁比與爐渣中堿金屬的關(guān)系

圖5 同等堿度下鎂鋁比與爐渣中堿金屬的關(guān)系

4 結(jié)語

（1）昆玉高爐生產(chǎn)條件下，爐渣的排堿能力隨著爐渣堿度的提高而降低，爐渣堿度超過1.10后，排堿能力減弱。生產(chǎn)實(shí)踐證明，適宜的爐渣堿度范圍在1.0～1.05時(shí)，爐渣的排堿能力較強(qiáng)，同時(shí)能夠兼顧鐵水的硫含量不超過0.055%。

（2）昆玉高爐生產(chǎn)條件下，同等爐渣堿度，鎂鋁比對爐渣排堿能力的影響隨著鎂鋁比提高，爐渣的排堿能力逐步降低。爐渣堿度超過1.10后，爐渣排堿能力與鎂鋁比變化相關(guān)性不大。

（3）在昆玉高爐適宜爐渣堿度1.0～1.05，鐵料性價(jià)比高的條件下，逐步提高鎂鋁比實(shí)現(xiàn)更加經(jīng)濟(jì)的鐵水冶煉成本，但應(yīng)注意結(jié)合高爐實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。