大型高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)措施分析

修 鶴

（河鋼承鋼煉鐵事業(yè)部，河北 承德 067102）

隨著高爐煉鐵技術(shù)的發(fā)展，高爐正向大型化方向發(fā)展，裝備水平不斷提高，高爐爐頂采用PW無(wú)料鐘爐頂設(shè)備，爐身中下部采用銅冷卻壁，熱風(fēng)爐采用助燃風(fēng)及煤氣雙預(yù)熱的高風(fēng)溫技術(shù)等。然而，隨著高爐的大型化，對(duì)原燃料質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。本文探討了大型高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)措施。

1 高爐強(qiáng)化冶煉的現(xiàn)實(shí)意義

高爐強(qiáng)化冶煉是指提高高爐生產(chǎn)質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗等目標(biāo)的措施，其所應(yīng)用的手段包括多種，如高風(fēng)溫、提高煤炭噴煤比等。另外，高爐強(qiáng)化冶煉是提高生產(chǎn)系統(tǒng)效率、嚴(yán)格管控高爐操作狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)降低能耗、提高高爐燃料比的一項(xiàng)重要技術(shù)，不但能使利用系數(shù)得到顯著提升，并且能有效降低各種溶劑消耗，有效縮短整個(gè)冶煉周期，簡(jiǎn)化各項(xiàng)工序流程，是冶煉技術(shù)邁向現(xiàn)代化過(guò)程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。高爐主要由多個(gè)設(shè)備共同構(gòu)成，一般情況下，高爐均呈圓形，其不但存在排風(fēng)口、出風(fēng)口，并且還配設(shè)有若干個(gè)排氣孔，在具體應(yīng)用中，僅需從爐頂位置把原料倒進(jìn)即可，然后通過(guò)多個(gè)工序進(jìn)行煉制處理。但在具體冶煉過(guò)程中，高爐需承受較高溫度，所以對(duì)高爐來(lái)講，其不但要具備合理、科學(xué)的架構(gòu)，同時(shí)還應(yīng)具備較強(qiáng)的耐高溫性、耐火性。在高爐冶煉技術(shù)逐步深化、能源日益短缺的時(shí)代環(huán)境下，高爐冶煉技術(shù)被越來(lái)越多的人所重視，該方面的研究也日益增多。對(duì)高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)來(lái)講，其是實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、節(jié)能、降本的關(guān)鍵，同時(shí)也是推動(dòng)冶煉技術(shù)快速發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力。

2 國(guó)內(nèi)2000m3以上高爐用焦炭的質(zhì)量

（1）焦炭質(zhì)量要求。焦炭在高爐中起骨架、還原劑、燃料的作用，對(duì)大型高爐而言，骨架作用尤為重要。高爐內(nèi)下降的液態(tài)爐渣和鐵需通過(guò)焦炭料柱的孔隙落入爐缸。上升的氣流需通過(guò)焦炭料柱的孔隙到達(dá)爐頂，因此，為保證高爐冶煉過(guò)程的順利進(jìn)行，必須要良好強(qiáng)度的焦炭料柱。高爐爐容增大后，延長(zhǎng)了爐料在高爐中的停留時(shí)間。焦炭與煤氣反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)加劇焦炭的氣化反應(yīng)，從而惡化焦炭性質(zhì)，因此，高爐內(nèi)焦炭料柱必須具有足夠的反應(yīng)后強(qiáng)度，即焦炭的熱性能要好。我國(guó)2000m3級(jí)部分高爐原燃料質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)2000m3以上高爐用焦炭質(zhì)量

由表1可看出，2000m3級(jí)高爐所用焦炭中M40大于80%，M107.8～5.3%，反應(yīng)性(CRI)<30%、反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)>60%。

（2）提高焦炭質(zhì)量的技術(shù)措施。近年來(lái)，在資源供給不足的情況下，各企業(yè)煉焦煤出現(xiàn)煤質(zhì)下降、波動(dòng)加大、品種不平衡、煤場(chǎng)庫(kù)存少，出現(xiàn)備煤煉焦生產(chǎn)組織困難加大的局面。因此，必須通過(guò)工藝優(yōu)化來(lái)提高焦炭質(zhì)量。①優(yōu)化配煤。根據(jù)各地區(qū)煉焦煤資源情況，通過(guò)優(yōu)化配煤生產(chǎn)大型高爐用焦炭，開(kāi)展煉焦用煤系統(tǒng)和優(yōu)化配煤提高焦炭質(zhì)量的研究，提高配煤的粘結(jié)性，降低其堿金屬含量和堿度指數(shù)，從而降低反應(yīng)性，提高反應(yīng)后強(qiáng)度。②用型煤煉焦。型煤煉焦新工藝是將一部分裝爐煤料在裝入焦?fàn)t前配入粘結(jié)劑壓制成型煤，然后與大部分散煤原料按比例配合后裝爐煉焦。配型煤煉焦作用相當(dāng)于在配煤中添加肥煤和肥氣煤，配型煤煉焦可使焦炭M40提高1%～3%，M10降低2%～4%，CSR提高1%～10%。③干熄焦。干熄焦不僅能回收紅焦的顯熱，而且可改善焦炭質(zhì)量，減少濕法熄焦對(duì)大氣的污染。干熄焦技術(shù)能顯著提高焦炭質(zhì)量，一般認(rèn)為，與濕法熄焦相比，干熄焦的M40提高3%～8%，M10降低0.3%～0.8%。另外，干熄焦可使焦炭CSR提高1%～2%。

3 國(guó)內(nèi)2000m3以上高爐用燒結(jié)礦的質(zhì)量

（1）燒結(jié)礦質(zhì)量要求。高爐爐容增大，爐料所承受的荷重增加，為確保在爐料下降中能保持足夠粒度及料柱的透氣性，燒結(jié)礦也必須有足夠的強(qiáng)度。高爐爐容增大后，高爐內(nèi)塊狀帶的區(qū)域相應(yīng)增大，燒結(jié)礦在塊狀帶中的停留時(shí)間延長(zhǎng)，爐料間的擠壓及相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。這些運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致燒結(jié)礦破碎，從而影響爐料透氣性，因此燒結(jié)礦必須具有足夠強(qiáng)度，以保證爐料在下降時(shí)不破壞料柱的透氣性。我國(guó)部分大型高爐燒結(jié)礦質(zhì)量要求見(jiàn)表2。

從表2可看出，各公司燒結(jié)礦質(zhì)量也不盡相同。其TFe及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度較高，燒結(jié)礦品位達(dá)56%～59%，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度一般>75%。

表2 國(guó)內(nèi)部分大型高爐燒結(jié)礦質(zhì)量

（2）提高燒結(jié)礦質(zhì)量的技術(shù)措施。提高燒結(jié)礦質(zhì)量的技術(shù)措施主要有強(qiáng)化制粒、厚料層小球燒結(jié)、燃料二次分加、熱風(fēng)燒結(jié)、高堿度燒結(jié)等，當(dāng)前燒結(jié)設(shè)備和工藝發(fā)展的主流是設(shè)備大型化、自動(dòng)化程度高。我國(guó)許多中小型燒結(jié)機(jī)在配合高爐擴(kuò)容后，已轉(zhuǎn)向大型燒結(jié)機(jī)。

實(shí)施厚料層作業(yè)是國(guó)內(nèi)燒結(jié)企業(yè)提高燒結(jié)礦質(zhì)量的主要技術(shù)措施，厚料層作業(yè)的關(guān)鍵條件是燒結(jié)過(guò)程透氣性的提高、抽煙機(jī)能力的匹配、燒結(jié)機(jī)臺(tái)車(chē)欄板高度能滿(mǎn)足要求。提高燒結(jié)過(guò)程透氣性的關(guān)鍵是加強(qiáng)燒結(jié)混合料制粒，通過(guò)合理控制原燃料的粒度組成、添加復(fù)合粘結(jié)劑、適當(dāng)延長(zhǎng)制粒時(shí)間等，實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)化燒結(jié)混合料的制粒。

國(guó)內(nèi)多家企業(yè)在燒結(jié)礦噴灑CaCl2試驗(yàn)中取得了成功，燒結(jié)礦低溫還原粉化指標(biāo)得到了顯著提高，如馬鋼RDI-315從35.05%下降到23.93%，在相同條件下，高爐風(fēng)量增加147m3/min，系數(shù)增加0.09t/m3·d，燃料比下降5kg/t Fe。

4 大型高爐冶煉的強(qiáng)化技術(shù)措施

（1）提高入爐料含鐵品位。優(yōu)化入爐料結(jié)構(gòu)高爐入爐品位的提高，可減少渣量，有利于提高煤比，改善透氣性，減少軟熔帶的位置。燒結(jié)球團(tuán)礦的成功使用，有效地減少了生礦入爐量，提高了熟料率。在高堿度燒結(jié)礦生產(chǎn)中，適當(dāng)添加外購(gòu)高品位的富礦粉，以提高燒結(jié)礦品位，使?fàn)t料結(jié)構(gòu)更加合理，優(yōu)化了爐料結(jié)構(gòu)。

（2）提高焦炭質(zhì)量，特別是焦炭的高溫性能。大型高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求越來(lái)越高，其強(qiáng)度對(duì)料柱的透氣性、透液性和煤氣流的二次分布起著決定性的作用。通過(guò)控制來(lái)煤灰分和硫含量，調(diào)整配煤結(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間，提高焦炭質(zhì)量。

從煉焦配煤控制入手，努力提高焦炭的高溫性能，降低焦炭灰分及硫分。焦炭的高溫性能得到明顯改善，為高爐的強(qiáng)化特別是負(fù)荷水平的提高提供了可靠的依據(jù)。

馬鋼在日常生產(chǎn)中特別注重焦炭的高溫性能，當(dāng)焦炭的反應(yīng)性超過(guò)28%時(shí)，反應(yīng)后強(qiáng)度小于63%，極易出現(xiàn)爐缸堆積。

（3）采用高頂壓、高風(fēng)溫、高噴煤比技術(shù)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)大型高爐已淘汰了鐘式爐頂，采用無(wú)料鐘爐頂，爐頂壓力已從原來(lái)的低壓(通常約0.12MPa)增加到約0.2MPa的高壓。頂壓的增加意味著煤氣密度的增加，是加強(qiáng)高爐生產(chǎn)的有效途徑。高風(fēng)溫為高煤比創(chuàng)造了有利條件，有利于提高爐缸顯熱和風(fēng)口理論燃燒溫度，而高煤比吸熱降低燃燒溫度，有利于調(diào)節(jié)爐缸工作溫度，使?fàn)t缸工作狀態(tài)更加均勻穩(wěn)定。增加噴煤量，不僅可節(jié)焦，而且可充分利用高風(fēng)溫，高爐操作調(diào)節(jié)更為靈活。

武鋼高爐因完全淘汰了鐘式爐頂，頂壓從0.135MPa增加到0.2MPa左右，大修或新建高爐采用高溫內(nèi)燒式熱風(fēng)爐，通常風(fēng)溫在1200℃左右。

鞍鋼10#高爐大修后，新建了4座新日鐵外燃式熱風(fēng)爐，采用熱風(fēng)爐自身預(yù)熱技術(shù)，并進(jìn)行熱風(fēng)爐自預(yù)熱工業(yè)試驗(yàn)。助燃空氣按常溫200、300、400、500、600℃幾個(gè)階段升溫，高爐煤氣預(yù)熱溫度150℃。試驗(yàn)表明，在配有煙氣預(yù)熱煤氣換熱器的情況下，僅利用低熱值高爐煤氣，自身預(yù)熱技術(shù)可獲得1200℃的風(fēng)溫。鞍鋼10#高爐自投運(yùn)以來(lái)，逐步提高噴吹量，強(qiáng)化效果明顯。

（4）加強(qiáng)原燃料篩選。隨著高爐大型化和冶煉的日益強(qiáng)化，對(duì)料柱透氣性的要求越來(lái)越高。強(qiáng)化篩分和減少粉末是簡(jiǎn)便且行之有效的精料手段。當(dāng)焦炭質(zhì)量無(wú)明顯改善(M40約為80%)時(shí)，加強(qiáng)粒度控制，提高高爐透氣性，這是強(qiáng)化冶煉的一項(xiàng)措施。

武鋼在改進(jìn)礦、焦篩方面做出了不懈努力，從單層篩、雙層篩、梳齒篩到懸臂防堵篩，篩分效率不斷提高，入爐含粉量(小于5mm)穩(wěn)定控制在5%以下。高爐改造大修后，在高爐礦、焦槽下設(shè)置振動(dòng)篩對(duì)礦石、焦炭進(jìn)行篩分。礦石篩出≤5mm粉末，焦炭篩出≤25mm焦丁，使礦石入爐粉末明顯減少。

（5）取消渣口，停止放上渣。隨著入爐原料的改善，高爐渣量大幅減少。隨著渣量的減少和爐頂壓力的升高，上渣困難，不利于生產(chǎn)的順利進(jìn)行。因此，必須取消渣口，停止放上渣。武鋼高爐中老系統(tǒng)均設(shè)有上渣口。上世紀(jì)80年代以后新建的高爐取消了放上渣，同時(shí)，2#、3#高爐在同一出鐵場(chǎng)設(shè)置兩個(gè)出鐵口，可倒換使用，減少偏料，并采取增加出鐵次數(shù)、調(diào)整進(jìn)風(fēng)面積等技術(shù)措施，有效維持高爐的強(qiáng)化生產(chǎn)。

（6）采用中心加焦、大批重分裝技術(shù)。中心加焦就是在高爐中心加入適量的焦炭，以保證爐內(nèi)形成倒“V”形軟熔帶，從而保證高爐的平穩(wěn)運(yùn)行。同時(shí)，利用中心添加的焦炭更新?tīng)t缸焦炭床，提高其透氣性和透液性，使?fàn)t缸更加活躍，以達(dá)到長(zhǎng)壽、低耗、高產(chǎn)的效果。為控制中心氣流，鞍鋼10#高爐批重由42.0t擴(kuò)大到50.0t，增加礦石批重可穩(wěn)定上部煤氣流，增加煤氣與礦石接觸面積，提高煤氣利用率。批重越大，料層越厚，軟熔帶焦炭夾層厚度相應(yīng)增大，也能提高料柱透氣性。同時(shí)，增加礦石批重后，整個(gè)料柱礦焦層數(shù)會(huì)減少。因此，界面效應(yīng)減小，有利于高爐透氣性的提高。

（7）加強(qiáng)高爐操作。高爐強(qiáng)化冶煉主要采用高風(fēng)速、高風(fēng)溫、高富氧率、高煤比等措施，達(dá)到吹透中心、活躍爐缸、適當(dāng)抑制邊緣氣流的目的。通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，如馬鋼2500m3高爐上下部調(diào)劑原則，即開(kāi)放中心、吹活爐缸，適當(dāng)抑制邊緣氣流，可獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的良好效果。

5 結(jié)論

（1）隨著高爐容積的增大，2000m3以上大型高爐對(duì)原燃料質(zhì)量的要求也越來(lái)越高：焦炭M40>85%，M10<6.5%，反應(yīng)性(CRI)<30%，反應(yīng)后強(qiáng)度(CSR)>60%；燒結(jié)礦TFe>57%左右，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度一般>76%。

（2）提高焦炭質(zhì)量的措施包括優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)、配型煤煉焦、干熄焦工藝等；提高燒結(jié)礦質(zhì)量措施包括厚料層操作、小球燒結(jié)、高堿度燒結(jié)和強(qiáng)化制粒等，這些措施的應(yīng)用，可全面提高入爐原燃料質(zhì)量。

（3）進(jìn)一步提高精料水平，努力提高原燃料質(zhì)量，優(yōu)化高爐爐料結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)高爐上下部調(diào)劑等是國(guó)內(nèi)2000m3級(jí)以上高爐強(qiáng)化冶煉的主要技術(shù)措施。此外，廣泛采用大富氧、大噴煤、高風(fēng)溫等強(qiáng)化措施，并取得了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的冶煉效果。

總之，高爐強(qiáng)化冶煉是指使高爐生產(chǎn)達(dá)到高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的一系列技術(shù)措施，其是決定煉鐵生產(chǎn)系統(tǒng)及高爐操作狀態(tài)的重要指標(biāo)，是一項(xiàng)重大的節(jié)能增產(chǎn)技術(shù)，既可降低高爐燃料比，又可提高利用系數(shù)，也可減少煉鋼熔劑消耗，縮短煉鋼冶煉時(shí)間，降低工序能耗，是煉鐵生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隨著高爐冶煉技術(shù)的不斷革新進(jìn)步，能源和資源的日益緊張和短缺，高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)越來(lái)越受到倍加重視。