梅鋼五號高爐低熔劑消耗生產(chǎn)實(shí)踐

張光強(qiáng)

（上海梅山鋼鐵股份有限公司）

0 前言

梅鋼五號高爐2012 年投產(chǎn)，高爐容積為4 070 m3。五號高爐生產(chǎn)中一般通過添加熔劑（硅石、蛇紋石）來調(diào)節(jié)爐渣堿度，使用熔劑將進(jìn)一步增加高爐渣比，渣比升高亦將引起高爐燃料消耗的增加，進(jìn)而提高鐵水生產(chǎn)成本。據(jù)資料介紹，渣比提高100 kg/t，焦比升高30 kg/t，同時(shí)渣比提高會(huì)造成渣液在焦炭孔隙中滯留量升高，影響爐內(nèi)料柱的透液性、透氣性，易影響高爐順行[1]。五號高爐2018 年熔劑單耗11.09 kg/t，2019 年熔劑單耗16.24 kg/t，渣比也都在310 kg/t 以上，存在較大改善空間。因此，減少熔劑消耗以降低渣比對降低生產(chǎn)成本有重要意義。

1 優(yōu)化燒結(jié)礦用料結(jié)構(gòu)

梅鋼燒結(jié)礦用料結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，用礦品種主要有原Carajas 粉、哈默斯利YANDI 粉礦、Pilbara 混粉礦、梅山精粉、原圖巴朗標(biāo)粉、西皮和其他港外雜礦。2019－2021 年梅鋼燒結(jié)用礦結(jié)構(gòu)見表1。

表1 2019－2021 年梅鋼燒結(jié)用礦結(jié)構(gòu)

從表1 可以看出，梅鋼燒結(jié)用礦主要以原Carajas 粉、哈默斯利YANDI 粉礦和梅山精粉為主，其中原Carajas 粉的使用比例基本穩(wěn)定在25%左右。由于礦石價(jià)格和物流等原因，哈默斯利YANDI 粉礦的使用比例逐漸從38%下降至24%，梅山精礦的用料比例由14%上升至23%，西皮粉的使用比例由5%上升至15%。2020 年，燒結(jié)礦用料中偶爾會(huì)加入一些性價(jià)比相對較好的小品種雜礦，但總體所占比例較小，對燒結(jié)礦成分影響不大。部分礦石成分見表2。

表2 2019－2021 年梅鋼燒結(jié)用礦石成分

從表2 可以看出，哈默斯利YANDI 粉礦和梅山精礦品位接近，梅山精礦SiO2含量相對較高，西皮礦的品位高于哈默斯利YANDI 粉礦的，且SiO2含量與哈默斯利YANDI 粉礦的持平。因此，梅山精礦和西皮礦使用比例增加對燒結(jié)礦成分穩(wěn)定影響不大。

2019－2021 年梅鋼燒結(jié)礦成分變化情況見表3，表明燒結(jié)礦成分整體較為穩(wěn)定。

表3 2019－2021 年梅鋼燒結(jié)礦成分變化

2 降低高爐熔劑消耗措施

2.1 增加球團(tuán)礦使用比例

梅鋼五號高爐燒結(jié)比例約為80%，考慮自產(chǎn)燒結(jié)礦堿度較高，因此高爐生產(chǎn)中添加硅石和蛇紋石來調(diào)節(jié)爐渣堿度和鎂鋁比，保證爐渣流動(dòng)性。硅石的主要成分為SiO2（＞90%），蛇紋石的主要成分為SiO2（40%）和MgO（40%）。2020 年2 月、3 月以及下半年，五號高爐逐步增加球團(tuán)礦使用量，最高使用比例為10%。球團(tuán)礦均為外購高品位酸性或自熔性球團(tuán)礦，其種類和化學(xué)成分較為穩(wěn)定（見表4）。

表4 2019－2021 年五號高爐常用球團(tuán)礦成分

從表4 可以看出，鄂州球團(tuán)、烏克蘭球團(tuán)SiO2含量較高，而Al2O3含量較燒結(jié)礦Al2O3含量低，即增加球團(tuán)礦使用比例可以增加爐料中SiO2帶入量且不增加Al2O3含量，從而有效降低爐渣堿度，減少硅石和蛇紋石的使用量。

球團(tuán)礦堆角小，易滾動(dòng)，大比例使用易加重中心造成煤氣流不穩(wěn)定；球團(tuán)礦自身存在還原膨脹，易在爐身中部900 ℃溫度區(qū)間附近粉化，惡化塊狀帶透氣性。隨著球團(tuán)比不斷上調(diào)，高爐中心氣流被弱化的問題逐漸顯現(xiàn)。為應(yīng)對上述問題，堅(jiān)持“打開中心、兼顧邊緣”的裝料制度，主要解決球團(tuán)礦配加以后中心通路問題。在穩(wěn)定中心焦炭角度和用量的前提下，將焦炭平臺內(nèi)移。焦炭外檔角度由40.5°逐步內(nèi)移至39.5°，焦炭最內(nèi)檔由28.5°下調(diào)至28°，焦炭平臺角差11.5°。焦炭角度內(nèi)移后料面平臺加寬、漏斗減小且變淺，可以阻礙球團(tuán)礦的滾動(dòng)以便形成強(qiáng)勁的中心氣流。礦石布料制度也做出調(diào)整，礦石外檔由38.5°下調(diào)至37°，外檔焦炭和礦石角差由2°擴(kuò)大至2.5°。最內(nèi)檔礦石角度由31.5°下調(diào)至30.5°，礦石平臺角差6.5°。經(jīng)過調(diào)整，高爐中心氣流得到改善，煤氣利用率也由45%提升到46.5%左右，實(shí)現(xiàn)了球團(tuán)比例上升后高爐煤氣流分布合理、中心氣流穩(wěn)定。

2020 年高爐球團(tuán)礦使用比例和熔劑單耗變化趨勢如圖1 所示。

圖1 高爐球團(tuán)比與熔劑單耗變化趨勢

從圖1 可以看出，2020 年上半年球團(tuán)比調(diào)整幅度較大，2 月、3 月以及6 月球團(tuán)比例都較高，熔劑單耗也出現(xiàn)相應(yīng)下降，5－7 月由于爐況波動(dòng)，球團(tuán)比例下調(diào)和焦比上升等因素熔劑單耗整體偏高。從8 月開始，隨著爐況的穩(wěn)定和球團(tuán)比例的穩(wěn)步上升，熔劑單耗出現(xiàn)較為明顯降低，至2020年12 月球團(tuán)比例上升至10%左右，熔劑單耗也下降至2 kg/t，2020 年第四季度平均熔劑單耗2.2 kg/t，為歷史最好水平。

2.2 配加高SiO2 塊礦

2021 年，由于礦石價(jià)格上漲等原因，五號高爐全年球團(tuán)比保持5%左右，其主要爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)78%+球團(tuán)5%+生礦17%。高爐使用塊礦為哈混塊礦，為減少硅石和蛇紋石的用量，在保證爐況順行的基礎(chǔ)上，加入了性價(jià)比較好的海南塊礦或毛塔塊礦，其成分見表5。

表5 2019－2021 年五號高爐常用塊礦成分

從表5 可以看出，海南塊礦和毛塔塊礦的SiO2含量明顯高于哈混塊礦的，而Al2O3含量哈混塊礦中Al2O3含量相當(dāng)，因此增加海南塊礦或毛塔塊礦的使用可以有效增加爐料中SiO2含量，減少硅石和蛇紋石的使用，降低熔劑單耗。根據(jù)成本核算和爐況順行情況摸索出海南礦或毛塔礦的使用量適宜控制在塊礦的5%左右。

2021 年高爐酸性塊礦使用比例和熔劑單耗變化趨勢如圖2 所示?？紤]11 月和12 月因海南塊礦斷貨等原因，數(shù)據(jù)不具參考性，未將其進(jìn)行對比。

圖2 2021 年梅鋼五號高爐酸性塊礦使用比例與熔劑單耗變化趨勢

從圖2 可以看出，上半年酸性塊礦使用比例調(diào)整幅度較大，隨著使用比例的增加，熔劑單耗下降，考慮使用量過多會(huì)增加渣比，對降低成本不利，下半年酸性塊礦使用比例基本維持在5%左右，熔劑單耗量也穩(wěn)定在7～10 kg/t。與2020 年下半年相比略有上升，但從長期數(shù)值來看，依舊處于較好水平。

2.3 適當(dāng)提高高爐渣堿度

五號高爐生產(chǎn)中主要通過添加硅石和蛇紋石來調(diào)節(jié)爐渣堿度和鎂鋁比。近年來高爐爐渣堿度和鎂鋁比變化情況見表6。

表6 2019－2021 年梅鋼五號高爐爐渣堿度與鎂鋁比變化表

從表6 可以看出，近3 年以來五號高爐爐渣堿度整體呈現(xiàn)上升趨勢，提高爐渣堿度可以減少硅石的加入，降低高爐熔劑單耗，爐渣在可流動(dòng)的溫度下，酸性渣比堿性渣粘度大，在CaO%<50%的情況下，隨著堿度的提高，爐渣粘度不斷下降，若堿度過高，渣中易產(chǎn)生不能完全熔化的固相顆粒，使粘度增加，因此從爐渣粘度合適的角度出發(fā)，堿度應(yīng)保持在0.80～1.25 之間[2]。目前五號高爐爐渣堿度能夠滿足流動(dòng)性需求，生產(chǎn)中未發(fā)生爐渣流動(dòng)性變差事件。五號高爐渣中Al2O3含量呈現(xiàn)下降趨勢，其主要原因是爐料中酸性球團(tuán)礦和酸性塊礦的增加，其Al2O3含量較燒結(jié)礦中Al2O3含量少，當(dāng)爐渣中Al2O3%=15%～17%時(shí)，爐渣適宜的鎂鋁比為0.40～0.50[3]，因此爐渣中Al2O3含量下降可以減少蛇紋石的使用，也可以達(dá)到降低熔劑單耗的目的。

3 應(yīng)用效果

梅鋼五號高爐通過增加爐料中酸性球團(tuán)礦使用比例和酸性塊礦使用比例等方式減少了高爐熔劑的使用，從而降低了爐料渣比，降低了高爐焦比，提高了高爐利用系數(shù)，具體數(shù)據(jù)見表7。

表7 2019－2021 年梅鋼五號高爐部分經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成情況

從表7 可以看出，2020 年和2021 年五號高爐熔劑單耗有明顯下降，高爐渣比也隨之下行，這使得高爐焦比下降，高爐利用系數(shù)上升，高爐渣比下降對高爐順行有積極意義，2020 年下半年至2021 年底，高爐連續(xù)順行16 個(gè)月，高爐日鐵水產(chǎn)量近萬噸。

4 結(jié)語

梅鋼大高爐通過優(yōu)化燒結(jié)礦用料結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量；增加球團(tuán)礦使用比例；增加酸性塊礦使用比例；適當(dāng)提高高爐爐渣堿度來實(shí)現(xiàn)低熔劑消耗生產(chǎn)。從使用效果看，降低高爐熔劑消耗的最有效方式是增加球團(tuán)礦的使用比例，且球團(tuán)礦品位高，使用量增加不會(huì)造成渣比上升，但其缺點(diǎn)是市場價(jià)格較高。使用酸性塊礦同樣能降低高爐熔劑單耗，且酸性塊礦市場價(jià)格相比于球團(tuán)礦低，但是酸性塊礦品位低，大量使用同樣會(huì)增加高爐渣比。因此，建議在高爐生產(chǎn)中根據(jù)市場價(jià)格和高爐實(shí)際渣比等因素靈活調(diào)整球團(tuán)礦和酸性塊礦的使用比例。