漢鋼2號(hào)高爐含鈦礦護(hù)爐分析

張 穎

（陜鋼集團(tuán)漢中鋼鐵有限責(zé)任公司， 陜西 勉縣 724200）

陜鋼集團(tuán)漢鋼公司（全文簡(jiǎn)稱漢鋼）2號(hào)高爐有效容積2280 m3，于2012年8月14日點(diǎn)火開爐，該高爐采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)和陶瓷杯爐底爐缸結(jié)構(gòu)。由于各種因素影響從2015年開始2號(hào)高爐爐缸側(cè)壁局部溫度緩慢上升，至2018年2月—7月份高爐本體標(biāo)高9.394m07B 和05B 點(diǎn)（熱電偶插入深度540 mm）溫度最高分別為703 ℃和694 ℃；標(biāo)高10.196m07B 點(diǎn)（熱電偶插入深度890 mm）溫度570 ℃。經(jīng)測(cè)算高爐本體標(biāo)高9.394m07B 點(diǎn)碳磚最薄處剩余厚度約740 mm。根據(jù)爐底爐缸熱流強(qiáng)度和溫度分布情況，結(jié)合爐缸寢室模型判斷該部位陶瓷杯已被大面積侵蝕，爐缸區(qū)域碳磚“蒜頭”侵蝕已形成，影響著高爐的安全生產(chǎn)，需要采取必要的護(hù)爐措施，經(jīng)過研究決定在漢鋼2號(hào)高爐配加含鈦球團(tuán)礦進(jìn)行護(hù)爐。

1 入爐料中含鈦礦配加比例

1.1 含鈦礦護(hù)爐機(jī)理

爐料中的TiO2進(jìn)入爐缸后被還原成Ti 元素，Ti元素在與爐內(nèi)的C 元素和N 元素結(jié)合生成TiC、TiN及固溶體Ti（C,N），而TiC 的熔化溫度為3150 ℃，TiN 的熔化溫度為2950 ℃，這些高熔點(diǎn)物質(zhì)在爐缸內(nèi)很難被熔化。它們?cè)倥c鐵水中析出的石墨結(jié)合在一起進(jìn)入被侵蝕的磚縫，并在冷卻系統(tǒng)的作用下在爐底表面凝結(jié)成保護(hù)層，從而達(dá)到減緩侵蝕和對(duì)爐缸爐底起到保護(hù)作用。

1.2 入爐料中含鈦礦配加比例

本次護(hù)爐研究是在球團(tuán)礦中配加不同比例的含鈦磁鐵礦粉，其中高鈦礦比例為30%，對(duì)應(yīng)球團(tuán)礦中的w（TiO2）約為3.5%，低鈦礦比例為15%，對(duì)應(yīng)球團(tuán)礦中的w（TiO2）約為0.5%，詳見表1、表2。當(dāng)含鈦球團(tuán)礦入爐后通過控制爐溫高低來控制鐵水中[Ti]的含量，并結(jié)合冷卻制度來實(shí)現(xiàn)護(hù)爐效果。

表1 含鈦磁鐵礦粉成分 %

表2 含鈦礦結(jié)構(gòu)情況

1.3 護(hù)爐效果分析

第一階段試驗(yàn)期為8 d（8月26日—9月2日），從2018年8月26日開始在高爐中使用高鈦球團(tuán)礦（w（TiO2）為3.5%左右，見下頁(yè)圖1），2號(hào)高爐控制爐溫在0.45%左右，生鐵中[Ti]含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.22%左右（見下頁(yè)表3），鐵水的流動(dòng)性較差，易出現(xiàn)爐況難行、鐵水粘溝粘罐等現(xiàn)象，但護(hù)爐效果較好。8月26日—8月30日高爐本體標(biāo)高8.592m07B點(diǎn)、標(biāo)高9.394m07B 點(diǎn)、標(biāo)高10.196m07B 點(diǎn)溫度上升趨勢(shì)減緩，8月31日（6 d 后）3個(gè)高溫點(diǎn)溫度均呈下降趨勢(shì)，第8 天高溫點(diǎn)溫度下降43～47 ℃，護(hù)爐取得階段性進(jìn)展，詳見下頁(yè)圖2。

圖1 實(shí)驗(yàn)階段入爐球團(tuán)礦中TiO2 含量

表3 2018年8—10月份護(hù)爐實(shí)驗(yàn)情況

圖2 2018年2號(hào)高爐爐缸側(cè)壁高溫點(diǎn)變化趨勢(shì)

第二階段試驗(yàn)期為6 d（9月3日—8日），為了減少爐況難行風(fēng)險(xiǎn)，防止出現(xiàn)爐缸熱結(jié)現(xiàn)象，此階段適當(dāng)降低生鐵含硅量，控制爐溫為0.30%～0.35%左右。9月3日開始使用低鈦球團(tuán)礦w（TiO2為0.5%左右），三個(gè)高溫點(diǎn)溫度略有回升，其中高爐本體標(biāo)高8.592m07B 點(diǎn)溫度漲幅最高，至9月5日溫度由473℃升高至493 ℃，3 天漲幅20 ℃。

第三階段試驗(yàn)期為4d（9月9日—12日），考慮到爐缸側(cè)壁溫度回升，再次使用高鈦球團(tuán)礦，繼續(xù)控制爐溫（w（Si））在0.30%～0.35%，觀察3個(gè)高溫點(diǎn)情況發(fā)現(xiàn)溫度下降趨勢(shì)明顯。

第四階段試驗(yàn)期為8 d（9月13日—21日），此階段使用低鈦球團(tuán)礦，爐溫按0.35%左右控制，繼續(xù)觀察溫度波動(dòng)情況。運(yùn)行3 d 后發(fā)現(xiàn)除標(biāo)高9.394m07B 點(diǎn)溫度下降外，其他兩點(diǎn)溫度又有上升趨勢(shì)，8月17日達(dá)到最大值后又有下降趨勢(shì)。

第五階段試驗(yàn)期為2d（9月22日—25日），此階段增大系統(tǒng)冷卻水流量，即由4200 m3/h 增加到4500 m3/h，再次使用高鈦球團(tuán)礦，爐溫按0.35%控制，爐缸側(cè)壁高溫點(diǎn)呈繼續(xù)下降趨勢(shì)。

第六階段試驗(yàn)期為29 d（9月25日—10月24日），使用低鈦球團(tuán)礦，爐溫按0.35%控制。此階段前期高爐本體標(biāo)高9.394m07B 點(diǎn)溫度下降，其余兩點(diǎn)溫度穩(wěn)定在430～480 ℃之間波動(dòng)，此后三個(gè)高溫點(diǎn)溫度呈下降趨勢(shì)。10月25日高爐休風(fēng)以后，各高溫點(diǎn)溫度急劇下降。

通過生產(chǎn)實(shí)踐后發(fā)現(xiàn)從8月26 至10月24日這2個(gè)月來，高爐本體標(biāo)高8.592m07B 點(diǎn)溫度由703 ℃降至450 ℃，降低了166 ℃；標(biāo)高9.394m07B 點(diǎn)溫度由558 ℃降至404 ℃，降低了154 ℃；標(biāo)高10.196m07B 點(diǎn)溫度由694 ℃降至382 ℃，降低了172 ℃。

2 爐溫與鐵水中鈦含量變化關(guān)系

通過2018年8月底到10月下旬的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)鐵水中的鈦含量與生鐵中含硅量呈正相關(guān)關(guān)系，且球團(tuán)礦中鈦含量和爐溫越高，鐵水中鈦含量也越高，詳見圖3。

圖3 生鐵中硅含量和鈦含量的變化曲線

當(dāng)入爐球團(tuán)礦中w（TiO2）為3.5%時(shí)，控制爐溫在w(Si)為0.32%～0.45%時(shí)，生鐵中w（Ti）在0.14%～0.22%左右，詳見表3。當(dāng)入爐球團(tuán)礦中w（TiO2）為0.5%時(shí)，控制爐溫w(Si)在0.3%～0.35%時(shí)（爐溫為什么是%），生鐵中w[Ti]在0.11%～0.16%左右。當(dāng)入爐球團(tuán)礦中w（TiO2）為3.5%，爐溫w(Si)由0.45%升高到0.9%時(shí)，生鐵中w[Ti]由0.22%升高至0.34%左右。當(dāng)入爐球團(tuán)礦中w（TiO2）由3.5%降低至0.5%，生鐵中w[Si]從0.45%下降至0.33%時(shí)，生鐵中w[Ti]由0.22%下降至0.16%左右，下降約0.06%左右。

當(dāng)生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.5%時(shí)，鐵水流動(dòng)性開始變差；當(dāng)生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.6%時(shí)，鐵水流動(dòng)性明顯變差，出現(xiàn)鐵溝和粘溝現(xiàn)象；當(dāng)生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.8%時(shí)，鐵水流動(dòng)性極差，出現(xiàn)鐵溝和粘溝嚴(yán)重現(xiàn)象；當(dāng)生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.9%時(shí)，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，高爐容易出現(xiàn)難行、懸料現(xiàn)象。

3 含鈦礦護(hù)爐所需周期

通過2018年8月—10月份的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在球團(tuán)礦中配加w(TiO2)為3.5%時(shí)，控制爐溫在0.45%左右，第6 d 爐缸側(cè)壁溫度開始下降，第7 d 可降低高溫點(diǎn)溫度43 ℃，初步達(dá)到護(hù)爐效果。

當(dāng)控制球團(tuán)礦中配加w（TiO2）為0.5%時(shí)，控制爐溫w(Si)在0.35%左右，第12d 爐缸側(cè)壁溫度開始下降，第19 d 可降低高溫點(diǎn)溫度50 ℃以上，達(dá)到護(hù)爐效果。

當(dāng)反復(fù)控制球團(tuán)礦中配加w（TiO2）為3.5%或0.5%時(shí)，控制爐溫w(Si)在0.3%～0.35%左右，此時(shí)鐵水中w[Ti]約為0.11%～0.16%，爐缸側(cè)壁高溫點(diǎn)溫度有波動(dòng)，但仍然能夠保持護(hù)爐效果，詳見圖4。

圖4 2018年8月—2019年9月2號(hào)高爐爐缸異常點(diǎn)溫度趨勢(shì)

4 結(jié)論

通過2018年8月—2019年9月為期一年的護(hù)爐實(shí)踐，漢鋼公司煉鐵廠2號(hào)高爐目前標(biāo)高9.394m05B 和07B 點(diǎn)，標(biāo)高10.196m07B 點(diǎn)的溫度由最高703 ℃、694 ℃、570 ℃逐步下降至366 ℃、430 ℃、371 ℃，目前基本保持在450 ℃以下，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)：

1）在冷卻制度不變的情況下，爐料中的w（TiO2）達(dá)到18～20 kg/t 時(shí)護(hù)爐效果明顯，7～10 d 左右可完成護(hù)爐。

2）入爐料中w（TiO2）在10～12 kg/t 時(shí)，鐵水中w[Ti]約在0.11%～0.16%左右，仍然能夠長(zhǎng)期達(dá)到護(hù)爐效果。

3）當(dāng)生鐵中w[Si]在0.40%～0.70%時(shí)，鈦的回收率在18%～30%之間，隨爐溫升高基本呈正比遞增關(guān)系。

4）當(dāng)生鐵中w[Ti]在0.10%～0.15%之間，護(hù)爐作用明顯且對(duì)生產(chǎn)影響較小，爐溫控制過高雖然鈦的回收率升高，但對(duì)正常生產(chǎn)有很大影響作用。

5）當(dāng)生鐵中w[Ti]在0.2%～0.3%之間，雖然護(hù)爐效果更好，但容易破壞爐況順行，甚至造成“爐缸熱結(jié)”，并黏鐵水罐和鐵溝嚴(yán)重，會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)有嚴(yán)重影響。