穩(wěn)定高爐原料質(zhì)量的生產(chǎn)實(shí)踐

張文政，苗廣志，陳 艷

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

1 前 言

高爐穩(wěn)定順行降低消耗，保證高爐鐵水產(chǎn)量的高效生產(chǎn)對企業(yè)意義重大。天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（簡稱聯(lián)合特鋼）煉鐵廠主要任務(wù)是為煉鋼提供優(yōu)質(zhì)的原料，主要產(chǎn)品有煉鋼冶煉鐵水、鐵塊，副產(chǎn)品有爐渣、高爐煤氣等。提高入爐原料質(zhì)量是保證高爐穩(wěn)定順行的必要條件。聯(lián)合特鋼煉鐵廠采購的燒結(jié)礦粉種類多，未能實(shí)現(xiàn)礦粉分質(zhì)分級管理，造成燒結(jié)礦質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致煉鐵原料成分及性能波動幅度大，且爐料結(jié)構(gòu)中塊礦比例低，塊礦含水量較高，存在粉末入爐情況，造成高爐透氣性變差。聯(lián)合特鋼以穩(wěn)定高爐入爐原料質(zhì)量為基礎(chǔ)，研發(fā)了燒結(jié)質(zhì)量控制技術(shù)、塊礦烘干技術(shù)、高鎂球團(tuán)制備技術(shù)等原料質(zhì)量控穩(wěn)技術(shù)，降低了入爐原料質(zhì)量波動［1-5］。

2 高爐原料質(zhì)量控穩(wěn)技術(shù)

2.1 燒結(jié)礦質(zhì)量控制技術(shù)

2.1.1 入爐燒結(jié)礦質(zhì)量情況

燒結(jié)礦一直是國內(nèi)高爐煉鐵的主要原料。燒結(jié)礦的質(zhì)量對高爐煉鐵的產(chǎn)量、能耗、生鐵質(zhì)量和高爐壽命均起著關(guān)鍵影響。聯(lián)合特鋼燒結(jié)礦配礦比例均在60%以上，燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定性對高爐順行影響極大。

燒結(jié)礦品位提高和渣量降低能提高高爐煉鐵的產(chǎn)量，燃料比降低，燒結(jié)礦的品位變動1%，將會影響高爐燃料比1.0%～1.5%，影響產(chǎn)量2.0%～2.5%；燒結(jié)礦的SiO2含量變動1%，影響噸鐵渣比30～35 kg；燒結(jié)礦的堿金屬和鋅超標(biāo)，其化合物在高爐下部高溫區(qū)還原后形成K、Na、Zn蒸汽，隨煤氣上升在爐身中、下部循環(huán)富集、冷凝破壞爐料的強(qiáng)度，影響料柱的透氣性，還會造成高爐結(jié)瘤、腐蝕耐火材料和金屬結(jié)構(gòu)。強(qiáng)度和粒度是燒結(jié)礦的主要物理性能，是燒結(jié)礦的重要質(zhì)量指標(biāo)，影響高爐上部的透氣性。不同容積的高爐對燒結(jié)礦的強(qiáng)度和粒度都有一定的要求，燒結(jié)礦的強(qiáng)度不夠就會發(fā)生粉化現(xiàn)象，經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，＜5 mm的粉末每增加1%，燃料比會升高0.5%，產(chǎn)量降低0.5%～1%。

燒結(jié)礦的質(zhì)量對高爐煉鐵的作用和影響不能忽視，燒結(jié)礦質(zhì)量提高對改善高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)低成本、低燃料比高效煉鐵有著重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。聯(lián)合特鋼燒結(jié)礦存在質(zhì)量波動較大問題，2018 年TFe 含量的方差0.178，標(biāo)準(zhǔn)差0.422；P 含量最大值與最小值之間相差0.38%，S 含量最大值與最小值相差0.01%，K2O 的最大值與最小值相差0.23%。2018 年燒結(jié)礦強(qiáng)度均大于76%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.276，燒結(jié)礦強(qiáng)度指標(biāo)相對穩(wěn)定。

2.1.2 穩(wěn)定燒結(jié)生產(chǎn)的措施

（1）燒結(jié)優(yōu)化配礦。根據(jù)高爐精料方針，燒結(jié)礦的含鐵品位要高，脈石含量要少，有害元素含量要低。在燒結(jié)配礦設(shè)計(jì)時應(yīng)注意選擇含鐵品位高的鐵礦粉；SiO2含量則要適宜，過低的SiO2含量不僅不利于燒結(jié)必要的液相需求，而且也無助于配礦成本的降低；Al2O3、堿金屬、P、S等的含量要低。粒度組成是衡量鐵礦粉品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，鐵礦粉的粒度組成直接與其燒結(jié)過程的制粒行為密切相關(guān)，粗粒的核礦石多，燒結(jié)料層透氣性好，中間顆粒的比例多，則影響混合料制粒效果，對燒結(jié)礦的產(chǎn)量及質(zhì)量均有負(fù)面影響。各種鐵礦粉的粒度組成有明顯差異，燒結(jié)配礦時應(yīng)注意互相搭配，確保合適的混勻礦粒度組成。

聯(lián)合特鋼建立了燒結(jié)礦粉的三級分類標(biāo)準(zhǔn)，分類標(biāo)準(zhǔn)以礦粉品位這一核心參數(shù)作為分類指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)礦粉的分質(zhì)分類管理。采用一體化配礦技術(shù)，建立了以巴西粗粉、超特、PB 粉、卡粉、精粉為主的燒結(jié)成分構(gòu)造，并采取高品、中品和低品礦相互搭配的方式。同時，基于各類礦粉化學(xué)成分、高溫性能，并且合理控制各類礦粉的加入量，合理利用礦粉的互補(bǔ)特性，實(shí)現(xiàn)礦粉搭配的最優(yōu)解，保障燒結(jié)礦品位在55%以上，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)73%以上。建立高爐運(yùn)行反饋機(jī)制，高爐運(yùn)行不暢時，及時反饋高爐運(yùn)行情況至燒結(jié)礦生產(chǎn)車間，燒結(jié)車間依據(jù)高爐生產(chǎn)情況及時調(diào)整生產(chǎn)參數(shù)，通過改善燒結(jié)礦有害元素等措施維護(hù)高爐穩(wěn)定順行。

（2）燒結(jié)精確配水技術(shù)。聯(lián)合特鋼研制了燒結(jié)混合料水分含量控制技術(shù)，并發(fā)表相關(guān)專利（一種燒結(jié)混合料水分快速調(diào)節(jié)裝置，202220130789.2）。燒結(jié)混合料水含量控制在（8.5±0.5）%，通過高水分配來改善燒結(jié)混合料的粒度組成，提高燒結(jié)料層的透氣性，并且為抑制高水分條件下的過濕現(xiàn)象，將結(jié)混合料料溫控制在76～82 ℃，高于結(jié)露溫度，以充分發(fā)揮水分在燒結(jié)料層中的潤滑作用，進(jìn)一步改善燒結(jié)料層的透氣性，從而實(shí)現(xiàn)固體燃料消耗降低至42 kg/t以下，有效實(shí)現(xiàn)燒結(jié)過程CO2減排。通過設(shè)置水分測定儀對混合料中的水分進(jìn)行檢測，有效保證了混合料快速均勻地烘干，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確地檢測混合料水分，同時將數(shù)據(jù)傳遞至控制器；設(shè)置控制器與加水管路上的調(diào)節(jié)閥實(shí)現(xiàn)聯(lián)動，可以動態(tài)調(diào)節(jié)混合料的水分，使其達(dá)到生產(chǎn)要求，不僅結(jié)果準(zhǔn)確、減少了人員的參與，且極大提高了工作效率。聯(lián)合特鋼開發(fā)了燒結(jié)混合料自動加水控制系統(tǒng)并申請專利（一種燒結(jié)混合料自動加水控制系統(tǒng)，202121786073.X），以解決現(xiàn)有對于燒結(jié)混合料水分含量不能有效控制，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率的問題。

（3）厚料層燒結(jié)技術(shù)。厚料層燒結(jié)是節(jié)能減排的重要技術(shù)之一。聯(lián)合特鋼為了提高燒結(jié)機(jī)的料層厚度，對燒結(jié)機(jī)臺車設(shè)備進(jìn)行了欄板加高改造，料層厚度700 mm增加到1 000 mm［1］；將布料器的輥間隙進(jìn)行調(diào)整，從而減小了燒結(jié)機(jī)混合料的布料粒度偏析情況；對燒結(jié)機(jī)的平料器進(jìn)行改造，由之前的一體式改為分段式，提高了燒結(jié)機(jī)的料面平整度，使燒結(jié)速度在臺車橫斷面上均勻一致；將臺車寬度由4 m加寬至4.5 m，在接觸面制作迷宮型接觸裝置，將欄板厚度提高至30 mm，整體更換燒結(jié)機(jī)滑道，全部補(bǔ)齊滑道下缺失的墊片；增加燒結(jié)臺車的強(qiáng)度，減少臺車的漏風(fēng)量。通過燒結(jié)臺車的改造，提高了燒結(jié)料層的厚度，使燒結(jié)機(jī)的產(chǎn)量提高了10.32%。

（4）穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量指標(biāo)。聯(lián)合特鋼通過對高爐燒結(jié)鐵礦粉的質(zhì)量控制及燒結(jié)技術(shù)的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)礦質(zhì)量長期穩(wěn)定。燒結(jié)礦品位長期保持在55%以上，F(xiàn)eO 含量控制在10%以內(nèi)，MgO 及Al2O3含量保持在2.25%以下，堿度控制在2.0左右，轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度大于75%。相較于2018 年，2022 年燒結(jié)礦的TFe含量略有提高，MgO含量降低0.11%，P含量降低0.005%，S含量降低0.001%，燒結(jié)礦整體質(zhì)量有所提高。由燒結(jié)礦指標(biāo)方差與標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算結(jié)果可知，調(diào)整優(yōu)化之后，燒結(jié)礦的方差由0.178降低至0.014，標(biāo)準(zhǔn)差由0.422降低至0.120，入爐指標(biāo)保持穩(wěn)定。

2.2 塊礦烘干技術(shù)

高爐煉鐵作為鋼鐵生產(chǎn)工序最大的能源消耗源。近年來，鋼鐵行業(yè)為降低污染物排放以及壓縮煉鐵成本，逐步向精料方向發(fā)展，合理的爐料結(jié)構(gòu)是高爐有效提高技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性的重要手段。在優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)中，天然塊礦較球團(tuán)礦占有較大價(jià)格優(yōu)勢，天然塊礦使用率的提高明顯降低噸鐵的生產(chǎn)成本。同時，提高高爐煉鐵時的塊礦使用比例也可以減少其他原料的比例，進(jìn)而提高資源利用率，減少污染物的排放。但是天然塊礦未經(jīng)過高溫處理過程，在進(jìn)入高爐后，由于礦石中物理水和結(jié)晶水的迅速排出以及礦石結(jié)構(gòu)沿各晶面的熱膨脹不同，導(dǎo)致熱爆裂，其熱爆裂指數(shù)（DI）越大，礦石產(chǎn)生的粉末就越多，從而越容易堵塞煤氣流通道以及爐墻結(jié)厚等不良現(xiàn)象。因此，塊礦的入爐比例受到限制。

聯(lián)合特鋼使用的塊礦主要是紐曼塊和鐵礦石sp10 粉，含水率3%～5%，含粉率20%～30%，由于露天堆放，雨季含水率還會升高。由于含粉和含水率較高，粉塵及黏土黏附在塊礦表面，不容易分離，直接進(jìn)入高爐影響高爐的透氣性，高爐最多配加8%左右塊礦，不利于鐵前成本的優(yōu)化。

聯(lián)合特鋼通過技術(shù)攻關(guān)，研制了球團(tuán)余熱烘干塊礦技術(shù)。球團(tuán)從豎爐內(nèi)焙燒結(jié)束后，溫度在600 ℃左右，而皮帶的耐受溫度在150 ℃左右，因此不能采用皮帶運(yùn)輸直接送往高爐，需要將球團(tuán)最終溫度降低至150 ℃以下。球團(tuán)余熱烘干塊礦技術(shù)則是皮帶上預(yù)先鋪上一層塊礦，然后鋪上球團(tuán)，利用成品球余熱對塊礦表皮水分進(jìn)行烘干處理，并且提高了塊礦的入爐溫度。另外采用該方案使得球團(tuán)最終溫度提高至200 ℃，球團(tuán)溫降減小，減少所開風(fēng)機(jī)數(shù)量，降低降溫電耗。采用球團(tuán)余熱烘烤之后，塊礦水分降至0.6%，塊礦水分及含粉率等問題得到有效解決，為高爐配加調(diào)整塊礦比例創(chuàng)造了優(yōu)良條件。利用球團(tuán)余熱加熱塊礦直接供應(yīng)高爐，提高了塊礦的合理配加量，降低高價(jià)外購球的使用量，同時提高了高爐產(chǎn)量。

2.3 高鎂球團(tuán)制備技術(shù)

2.3.1 采用高鎂球團(tuán)的作用

球團(tuán)礦作為高爐煉鐵的主要原料之一，具有含鐵品位高、強(qiáng)度高、還原性好、便于貯存和運(yùn)輸?shù)葍?yōu)勢，高鎂球團(tuán)還具有改善高爐鎂鋁比及爐渣流動性的優(yōu)勢。隨著外礦比例的增加，高爐渣中的氧化鋁含量不斷升高，導(dǎo)致爐渣流動性變差。要改善高爐渣的流動性需要增加爐渣氧化鎂含量，保證鎂鋁比在合適范圍，來降低高爐渣的熔化溫度，改善燒結(jié)礦性能。改善爐渣流動性，通常的做法就是提高入爐燒結(jié)礦中的氧化鎂含量，但在燒結(jié)礦中添加氧化鎂過量將會與Fe3O4生成鎂磁鐵礦，阻礙Fe3O4轉(zhuǎn)化為Fe2O3，影響鐵酸鈣的形成，降低燒結(jié)礦質(zhì)量。添加MgO 能很好地改善球團(tuán)礦的高溫冶金性能。隨著MgO 的增加，球團(tuán)礦的高溫還原度得到改善，低溫還原粉化率和膨脹率均有明顯下降，其軟熔和滴落性能也得到很好的改善［3-5］。

2.3.2 高鎂球團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)

聯(lián)合特鋼將高鎂球團(tuán)實(shí)踐至球團(tuán)礦生產(chǎn)中，取得了顯著成果并發(fā)表專利（一種高鎂球團(tuán)礦及其生產(chǎn)方法，ZL201911357206.9）。該高鎂球團(tuán)專利技術(shù)的生產(chǎn)原料包括：15%～40%精粉，60%～80%卡拉拉粉，1.5%～2.0%鎂粉，其余為皂土。高鎂球團(tuán)礦生產(chǎn)方法為：將原料充分混合后烘干，烘干溫度控制在（850±50）℃，經(jīng)過潤磨機(jī)潤磨的原料粒度要求74 μm 百分比大于80%；將原料進(jìn)行造球，生球水分控制8.5%～9.5%，粒度15～20 mm 百分比大于90%，生球每米落下強(qiáng)度不低于5 次；生球均勻布置在烘干床上，豎爐的烘干床溫度控制在（500±50）℃，燃燒室溫度控制在（1 060±20）℃，煙罩溫度控制在90～120 ℃。最終球團(tuán)礦MgO 含量為1.33%～1.41% ，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為93.07%～93.29%，球團(tuán)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和氧化鎂含量明顯升高，有利于高爐的強(qiáng)化冶煉。

添加MgO有效提升了球團(tuán)礦的高溫冶金性能，球團(tuán)礦的高溫還原度得到改善，低溫還原粉化率和膨脹率均有明顯下降。因此，通過優(yōu)化MgO的加入工藝來改善球團(tuán)礦的性能，提高高爐爐渣流動性，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行。聯(lián)合特鋼在球團(tuán)礦配加鎂粉，減少在燒結(jié)礦配加鎂粉，以解決燒結(jié)礦配加鎂粉導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度降低的問題，從而提高燒結(jié)礦的冶金性能，降低燒結(jié)礦返礦率2%。

3 結(jié) 語

聯(lián)合特鋼以穩(wěn)定入爐原料質(zhì)量為基礎(chǔ)，研發(fā)了燒結(jié)質(zhì)量控制技術(shù)、塊礦烘干技術(shù)和高鎂球團(tuán)技術(shù)，通過加強(qiáng)原料粒度、有害元素及水分控制等工業(yè)實(shí)踐，在高爐降本增效方面取得一定效果。

（1）建立了基于品位的燒結(jié)礦粉三級分類標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)配料的穩(wěn)定；研發(fā)了超厚料層燒結(jié)技術(shù)，料層厚度由700 mm增加至1 000 mm，并結(jié)合燒結(jié)漏風(fēng)改造，使得提高燒結(jié)產(chǎn)量10.32%；研發(fā)了燒結(jié)水分自動控制技術(shù)，保持燒結(jié)噴水量穩(wěn)定在（8.5±0.5）%，并且實(shí)現(xiàn)了燒結(jié)含水量的自動化調(diào)節(jié)。

（2）開發(fā)了球團(tuán)余熱烘干塊礦技術(shù)，提高了球團(tuán)余熱利用效率，塊礦含水量由5%左右降低至0.6%，有效改善了塊礦的爆裂性能，促進(jìn)了塊礦入爐比例的提高，降低煉鐵成本。

（3）開發(fā)了高鎂球團(tuán)制備工藝，研制出MgO 含量為1.33%～1.41%，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)為93.07%～93.29%的高鎂球團(tuán)，有效提高了球團(tuán)MgO 含量，有助于改善爐渣流動性，提高爐缸活躍狀態(tài)，并且避免了MgO對燒結(jié)礦質(zhì)量的影響。