提高鐵水質(zhì)量的實(shí)踐

張文政

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（聯(lián)合特鋼）煉鐵廠現(xiàn)有500 m3高爐兩座，1 080 m3高爐三座，年產(chǎn)鐵432 萬噸。高爐采用頂燃式熱風(fēng)爐、料車斜橋上料、并罐無料鐘爐頂，煤氣系統(tǒng)采用重力除塵器加布袋除塵器。近年來鋼鐵企業(yè)經(jīng)營壓力不斷加大，高爐主要以低成本模式來組織生產(chǎn)，為了降低原燃料的采購成本，導(dǎo)致進(jìn)廠原燃料種類增多，品質(zhì)差異大，已經(jīng)影響到了高爐的正常生產(chǎn)。同時(shí)受特殊時(shí)期環(huán)保限產(chǎn)的影響，燒結(jié)階段性停機(jī)已成為鋼鐵企業(yè)的常態(tài)，導(dǎo)致燒結(jié)礦生產(chǎn)波動(dòng)性大、質(zhì)量穩(wěn)定性差。如何在目前的條件下提高鐵水質(zhì)量成為聯(lián)合特鋼面臨的新的課題。

面對(duì)這種非穩(wěn)態(tài)的生產(chǎn)外部條件，聯(lián)合特鋼積極組織應(yīng)對(duì)，圍繞提高鐵水質(zhì)量、降低焦比、增加鐵水產(chǎn)量展開了技術(shù)攻關(guān)，明確了以降低鐵水硅及硫含量為技術(shù)攻關(guān)的首要目標(biāo)。通過分析目前高爐原料供應(yīng)和生產(chǎn)現(xiàn)狀，找出了影響降低鐵水硅及硫含量的關(guān)鍵因素，提出了改進(jìn)方向和措施。據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，鐵水含硅量每降低0.1%，焦比降低6 kg/t，產(chǎn)量提升0.6%。

1 影響高爐鐵水質(zhì)量的因素分析

1.1 入爐焦炭質(zhì)量影響

隨著日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢,上游焦化工序，以及相關(guān)輔料等相關(guān)產(chǎn)業(yè)受到環(huán)保減排和限產(chǎn)的壓力,使得高爐入爐原燃料質(zhì)量波動(dòng)加大。由于鋼聯(lián)合特鋼高爐的焦炭100%依賴外購，焦炭的種類和質(zhì)量均受行業(yè)的生產(chǎn)形勢制約。特別是環(huán)保限產(chǎn)期間，上游焦化廠受環(huán)保減排影響，導(dǎo)致焦炭供貨量不足，同時(shí)由于延長熄焦時(shí)間造成了焦炭質(zhì)量不穩(wěn)定，給高爐的穩(wěn)定順行造成影響。

1.2 入爐含鐵料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的影響

受特殊時(shí)期環(huán)保限產(chǎn)的影響，燒結(jié)階段性停機(jī)已經(jīng)成為常態(tài)，使得燒結(jié)礦供應(yīng)量受到限制。為了保證燒結(jié)礦的供應(yīng)，需要調(diào)整入爐料結(jié)構(gòu)，降低燒結(jié)礦配比，配加一定比例的球團(tuán)礦或者塊礦，同時(shí)燒結(jié)礦的堿度也要做出相應(yīng)的調(diào)整，造成高爐爐料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

綜上所述，高爐焦炭和爐料結(jié)構(gòu)的頻繁變化，是制約高爐穩(wěn)定順行和鐵水質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。因此，要采取相應(yīng)措施來減少和避免入爐焦炭熱強(qiáng)度的波動(dòng)，提高主要入爐原料的質(zhì)量，以及保持爐料結(jié)構(gòu)的相對(duì)平穩(wěn)變化，從而保證鐵水質(zhì)量的穩(wěn)定。

2 提高鐵水質(zhì)量的主要方向和措施

2.1 高爐鐵水硫含量的研究與控制

目前聯(lián)合特鋼高爐入爐硫負(fù)荷月平均值在4.4 kg/t，最高時(shí)甚至達(dá)到5.59 kg/t。為了分析鐵水中硫的分布情況，選取聯(lián)合特鋼2019 年11 月1#高爐的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行硫平衡的計(jì)算，如表1 所示。

表1 1#高爐硫的輸入輸出分布情況

如表1 所示，高爐硫負(fù)荷的80%是焦炭燃燒帶入的，12%是高爐噴吹煤粉帶入的，6%是塊礦帶入的。為了降低生產(chǎn)成本，高爐配吃部分天然塊礦，配吃比例10%～20%之間，塊礦帶入一定比例的硫。燒結(jié)工藝生產(chǎn)過程，能夠去除混合料中以硫化物形態(tài)存在的硫達(dá)90%以上，所以燒結(jié)礦帶入的硫負(fù)荷較少。目前由于聯(lián)合特鋼外購的焦炭、高爐噴吹煤、生礦的供應(yīng)量和質(zhì)量并不穩(wěn)定，造成了高爐硫負(fù)荷的波動(dòng)較大，鐵水質(zhì)量不穩(wěn)定。

鐵水中的硫含量主要與硫負(fù)荷的高低、渣量的多少和硫在渣鐵中的分配系數(shù)有關(guān)，這三個(gè)參數(shù)之間相互作用共同導(dǎo)致鐵水硫的高低。渣量和硫負(fù)荷是由入爐原燃料條件決定的，因此，提高硫在渣鐵間的分配系數(shù)（S）/[S]，是實(shí)際生產(chǎn)中控制硫含量的主要研究方向和內(nèi)容。

2.1.1 爐渣堿度的控制

鐵水硫含量與爐渣堿度密切相關(guān)，爐渣堿度提高有利于提高硫在渣鐵間的分配系數(shù)（S）/[S]，降低鐵水中的硫含量。但是，堿度過高使渣的流動(dòng)性變壞，使脫硫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件變差，反而使?fàn)t渣的脫硫能力降低，高堿度渣只有在保證良好流動(dòng)性的前提下才能發(fā)揮作用。因此在保證爐渣流動(dòng)性的前提下適當(dāng)提高爐渣堿度。

2.1.2 渣量的控制

鐵水硫含量的高低與爐渣的多少表面上呈反比，渣量越大，越有利于脫除鐵水中的硫，但渣量多了，消耗的熱量就增加了，熱量降低不利于鐵水的硫的去除。綜合分析減少渣量對(duì)于鐵水脫硫是比較有利的，這也是大多數(shù)企業(yè)提倡提高綜合入爐品位的原因。

2.1.3 渣鐵溫度的控制

由于脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，提高渣鐵溫度有利于提高硫在渣鐵間的分配系數(shù)（S）/[S]，對(duì)脫硫反應(yīng)有利。同時(shí)高的渣鐵溫度可以降低爐渣黏度，對(duì)脫硫反應(yīng)也是有利的。因此在燃料比不變的情況下通過提高熱風(fēng)溫度，可以有效提高渣鐵溫度。聯(lián)合特鋼通過增加熱風(fēng)爐自動(dòng)燒爐控制系統(tǒng)，空氣、煤氣雙預(yù)熱技術(shù)改造，充分的利用了高爐煤氣，使熱風(fēng)溫度平均控制在1 185 ℃以上。

2.1.4 高爐操作的控制

當(dāng)高爐不順行、煤氣流分布失常，爐缸工作不均勻時(shí)，高爐脫硫效果降低，生鐵含硫量升高。因此，正確運(yùn)用高爐各種上下調(diào)節(jié)方法，保證高爐順行，是充分發(fā)揮爐渣脫硫能力，降低生鐵含硫量的重要手段。

2.1.5 爐前出鐵操作的控制

爐前出鐵方面，維護(hù)合理的鐵口深度，根據(jù)冶煉強(qiáng)度確定出鐵流速[1]，合理的控制出鐵時(shí)間，保持爐缸內(nèi)渣鐵液面幅度波動(dòng)不大。通過穩(wěn)定爐前出鐵操作，消除高爐虧鐵對(duì)高爐熱制度的影響，減小不同出鐵場的鐵水溫度波動(dòng)。

綜上所述，適當(dāng)提高爐渣堿度、提高渣鐵溫度、保持高爐順行和穩(wěn)定爐前出鐵操作，可以降低鐵水硫的含量。另外大渣量可以脫硫，但不能提高（S）/[S]，還會(huì)影響鐵水溫度的提高，所以不建議采用。

2.2 鐵水硅含量的研究與控制

鐵水硅的來源主要由燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦的脈石和入爐燃料焦炭、煤粉的灰分共同帶入。其次鐵水硅含量控制取決于高爐穩(wěn)定順行程度，只有在高爐爐況穩(wěn)定順行的前提下，鐵水硅含量才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定降低。通過加強(qiáng)入爐原燃料質(zhì)量控制，強(qiáng)化高爐操作，合理搭配入爐料的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行和低硅冶煉。

2.2.1 入爐原燃料質(zhì)量的控制

在高爐操作中特別注重入爐原料質(zhì)量控制，俗話說高爐操作七分靠原料，三分靠操作，可見入爐料質(zhì)量控制的重要性。因此鐵水降硅主要從焦炭質(zhì)量控制和原料質(zhì)量控制開展工作。

（1）入爐焦炭質(zhì)量的控制。焦炭的質(zhì)量是造成高爐爐況和鐵水質(zhì)量波動(dòng)的主要原因。通過跟蹤焦炭指標(biāo)（焦炭熱強(qiáng)度、粒度、水份、灰分、硫分）的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)焦炭的質(zhì)量波動(dòng)，通過合理搭配焦炭種類，確保入爐焦炭質(zhì)量穩(wěn)定。

（2）入爐原料質(zhì)量的控制。一是要加強(qiáng)入爐燒結(jié)礦質(zhì)量控制，燒結(jié)礦作為高爐煉鐵的主要原料[2]，其配比高達(dá)70%以上，燒結(jié)礦的質(zhì)量對(duì)高爐的影響非常大，因此要加強(qiáng)料場管理，提高混勻料質(zhì)量，摸索合理的燒結(jié)熱工參數(shù)，控制合適的水分含量和碳含量，使燒結(jié)礦的堿度穩(wěn)定性、亞鐵含量、低溫還原粉化指數(shù)（+3.15）、燒結(jié)礦＜10 mm 粒度占比等理化指標(biāo)得到穩(wěn)步提高。二是要加強(qiáng)入爐球團(tuán)礦質(zhì)量控制，重點(diǎn)對(duì)球團(tuán)抗壓強(qiáng)度＜2 200 N 的個(gè)數(shù)、球團(tuán)礦堿金屬（Na2O+K2O）和球團(tuán)礦鋅（Zn）進(jìn)行跟蹤，出現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。三是要加強(qiáng)入爐塊礦質(zhì)量控制，對(duì)入爐塊礦進(jìn)行熱爆性實(shí)驗(yàn)，通過性價(jià)比測算，選擇熱爆性低的塊礦進(jìn)行合理配加，降低高爐上部原料的粉化，提高高爐的透氣性。

2.2.2 高爐操作的控制

高爐操作者根據(jù)高爐各方向不同高度的靜壓差的變化以及高爐總體壓差的變化情況，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)及時(shí)識(shí)別高爐氣流和料柱的運(yùn)動(dòng)分布情況，推斷影響爐況變化的時(shí)間和大小，進(jìn)而采取有效措施將爐況及時(shí)恢復(fù)到正常狀態(tài)，保證高爐的穩(wěn)定和順行。

當(dāng)高爐向熱時(shí)，容易引起爐身靜壓差的波動(dòng)，爐腹部位的靜壓差升高，同時(shí)爐身中下部壓差也逐漸爬坡，整體料柱壓差上升，料速變慢。此時(shí)應(yīng)采取降低爐溫的措施，降低高爐壓差，保證高爐的穩(wěn)定順行。

2.2.3 入爐料結(jié)構(gòu)的控制

高爐入爐料的結(jié)構(gòu)組成，決定了高爐爐渣成分的組成。通過調(diào)整入爐料的結(jié)構(gòu)，在保證順行的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高爐渣堿度，控制渣中合理的鎂鋁比，它不僅抑制SiO2的還原反應(yīng)，還可以保證爐渣的良好流動(dòng)性，而且能提高爐渣脫硫能力和熔化溫度，有利于保持充足的爐缸溫度，為低硅冶煉創(chuàng)造了條件。

3 提高鐵水質(zhì)量的效果

通過對(duì)非穩(wěn)態(tài)條件下高爐鐵水質(zhì)量控制的研究和措施的實(shí)施，天津天鋼聯(lián)合特鋼高爐鐵水質(zhì)量控制水平有了大幅提高，目前鐵水硫含量平均值在0.025%以下，鐵水硅含量平均值在0.35%以下。鐵水硅含量的過程控制水平PPK 和PPU 指數(shù)均在1.33以上，說明鐵水硅含量的過程控制能力充足。

4 結(jié)論

通過對(duì)鋼聯(lián)合特目前的高爐原料供應(yīng)和生產(chǎn)現(xiàn)狀的分析，找到了影響鐵水質(zhì)量的關(guān)鍵因素，制定了降低鐵水硅及硫含量的方向和主要措施。通過加強(qiáng)入爐原燃料質(zhì)量控制，強(qiáng)化高爐操作，優(yōu)化合理的入爐料結(jié)構(gòu)等一系列措施，高爐鐵水質(zhì)量得到有效控制和明顯改善。目前高爐鐵水的硅和硫的含量能夠滿足轉(zhuǎn)爐冶煉的需要，使得煉鋼的成本和生產(chǎn)效率明顯改善。