南通寶鋼420m3高爐高A l2O3爐渣冶煉實踐

彭 坤，沈火明，劉興為

（南通寶鋼鋼鐵有限公司,江蘇南通226002）

1 引言

2010年下半年以來，隨著礦石價格的持續攀升，鐵水成本居高不下，為降低鐵水成本，充分發揮中小高爐的優勢，寶通高爐開展了低品位的低價礦生產實踐。低價礦價格較低，但Al2O3、SiO2等成分含量較高。特別是進入2011年以來，高爐大量使用低品位礦，綜合入爐品位由使用前的57.4%降至52.5%左右，渣量上升到380kg/左右后，爐渣的Al2O3含量上升至18%以上，個別階段高達22%以上。爐渣的流動性變差，爐前的清渣強度明顯增加，爐況順行也受到影響，已成為南通寶鋼進一步提高低價礦配比深感頭痛的問題。根據資料查閱，在當前的礦產資源條件下，我國其它煉鐵廠渣中的Al2O3含量雖然已呈現明顯上升趨勢，但南通寶鋼這種情況還是很少見的。2010年12月開始，南通寶鋼對高Al2O3含量爐渣問題進行了一系列的探討研究，通過提高爐料控制水平，采用高Al2O3、高MgO控制渣中M/A比值、低堿度的造渣制度，提高物理熱的熱制度等措施后，爐渣的流動性得到了改善，爐況穩定順行，保持了較高的生產技術水平。

2 高鋁爐料對生產的影響

2.1 對燒結性能的影響

除燒結本身的高鋁爐料外，因高爐使用高鋁礦，其返礦也有較高的Al2O3含量，造成燒結礦中的Al2O3含量提高。

（1）燒結的液相粘度會增加[1]。隨著Al2O3含量的升高，燒結礦液相粘度加大，燒結的過程中容易形成細的粘結鍵和多孔洞結構，從而影響燒結礦的質量。

（2）低溫還原粉化率增加。Al2O3含量過高時，有助于玻璃質的形成，使燒結礦的強度和低溫還原粉化性能變壞。

但有關研究表明[2]，一定量的Al2O3（m（Al2O3）/m（SiO2）0.10-0.35）能夠降低燒結料的熔化溫度，生成鋁酸鈣和鐵酸鈣的固熔體（CaO·Al2O3-CaO·Fe2O3），同時Al2O3增加表面張力，降低燒結液相黏度，促進氧離子擴散，有利于燒結礦的氧化，促進生成較多的鐵酸鈣。這對發展鐵酸鈣為主要黏結相的低硅燒結來說是有利的，所以適當的Al2O3含量對燒結生產還是有利的。

2.2 對高爐的影響[3]

（1）若燒結礦中含有較高Al2O3，則會造成燒結礦的還原粉化率提高，從而影響高爐的透氣性響，對高爐的順行產生不利。

（2）當爐渣中的Al2O3小于15%時，能夠提高爐渣的穩定性，有利于高爐操作，爐渣中適量的Al2O3是有利于高爐生產的。

（3）爐渣中Al2O3含量過高時，由于高Al2O3爐渣難以熔化，造成爐渣的粘度增大，流動性變差。尤其當爐溫不足時，其流動性急劇下降，不僅順行惡化，放渣出鐵也會出現困難。

（4）高Al2O3含量的爐渣的初渣容易堵塞爐料間的空隙，造成料柱透氣性變差，煤氣通過時阻力增加。同時，這種爐渣也容易在高爐內的爐腹部位處爐墻結成爐瘤，引起爐料下降不順，形成崩、懸料，破壞冶煉進程。

（5）高Al2O3含量的爐渣，由于其黏度較大，終渣流動性差，不利于脫硫反應的擴散作用，爐渣的脫硫效果變差。同時，由于爐渣終渣流動性差，容易堵塞爐缸，不宜從爐缸中流出，使爐缸壁結厚，縮小爐缸的體積，造成高爐操作上的困難。嚴重時還會引起風口損壞。

3 高鋁渣的來源分析

南通寶鋼進入2011年以來，由于燒結和高爐同時使用含鋁較高的低品位的低價礦，雖然鐵水成本下降，但造成高爐入爐品位下降、渣比上升、燃料比下降。因入爐的Al2O3含量急劇上升，造成爐渣中的Al2O3含量上升。對原燃料的成分及配比分析如下：

3.1 原料成分

原料成分及配比見表1。

表1 入爐礦石成分及配比/%

礦石配比綜合考慮成本、微量元素對鐵水影響、資源情況等。

3.2 燃料成分及消耗

燃料中焦炭和煤粉全部為外購，焦炭灰分在12.50%左右，灰分中的Al2O3含量在30%左右，噸鐵消耗為553 kg/t；煤粉灰分在12.80%左右，灰分中的Al2O3含量在10%左右，噸鐵消耗為152 kg/t。

根據原燃料的成分與配比消耗，計算出爐渣的理論成分見表2。

表2 高爐渣理論成分及來源

從表1、表2中的數據分析，可以看出：

（1）爐渣中的Al2O3含量主要是由礦石帶入的，占總量的76.58%，燃料中帶入的占23.02%，要想控制爐渣中的Al2O3含量，關鍵是要控制礦石的Al2O3含量。

（2）爐渣中的SiO2含量由礦石帶入的占總量的76.02%，燃料中帶入的占20.15%，礦石中的SiO2含量高主要是因為低品位的礦石中的SiO2含量高影響的。

（3）爐渣中的MgO含量主要是通過提高燒結的MgO含量以及添加含Mg熔劑（蛇紋石）來控制。

可見，在未找到新的礦石資源的情況下，通過原料來降低爐渣的Al2O3含量是不現實的，如何在高鋁條件下實現高爐的穩定順行是擺在煉鐵面前的一項主要任務。

4 高鋁爐渣的冶煉對策分析

4.1 造渣制度和熱制度的選擇

高爐的爐渣成分以 CaO、SiO2、MgO、Al2O34 種成分為主，選擇合適的造渣制度關鍵是要選擇合適的爐渣堿度、MgO含量控制等。

爐渣的粘度與成分之間存在一定的關系[4]，在1400～1500 ℃及 w（CaO）=40%～55%，w（Al2O3）=5%～20%的范圍內，粘度有較小值。這種渣的粘度受堿度的影響比較顯著，過大與過小均容易造成爐渣的粘度變大，堿度一般控制在0.9～1.2的范圍內較合適。

渣中的MgO含量對爐渣粘度的影響基本與CaO相同。在一定范圍內隨著MgO含量的增加粘度下降。高爐爐渣中的w（MgO）不超過15%就不會使爐渣粘度過高，相反有利于改善爐渣的穩定性和難熔性。對于高Al2O3%的爐渣，可以選用高w（MgO）%、低堿度的造渣制度以及維持恰當的熱制度來改善爐渣的性能。

結合寶通高爐的實際生產經驗以及相圖分析等，在高Al2O3爐渣條件下造渣和熱制度主要如下：

（1）渣中的MgO含量控制在12%以下，正常情況下爐渣中的 MgO含量按渣中的 w（MgO）/w（Al2O3）=0.55～0.60左右控制。

（2）堿度的選擇。當爐渣MgO含量提高到10%～12%時，爐渣粘度降低，脫硫能力增強。同時適當降低鐵水S的控制標準，二元堿度按1.0～1.15進行控制。

（3）爐溫的選擇。因高Al2O3爐渣熱焓高，不適合冶煉低硅生鐵。此時，鐵水的[Si]含量由前期的0.35%提高至0.45%以上，物理熱穩定在≥1450℃進行控制。

4.2 調操作制度，確保爐況的穩定順行

針對爐渣中Al2O3含量升高后，高爐的軟熔帶將會上移，使得軟熔區間變寬，高爐透氣性變差的特點，充分發揮小高爐無料鐘爐頂靈活布料的特點，及時調整布料角度，同時發展邊緣和中心兩道氣流，促使爐況的順行。同時，針對限產，提高高爐的風溫水平，保證充足的爐缸溫度。

4.3 穩定原燃料質量

爐渣Al2O3含量和渣比不斷升高的前提下，穩定和改善焦炭質量顯得尤為關鍵，如果在這時候焦炭質量再大幅度波動，極有可能會造成爐況失常。為提高抗風險能力，除操作技能的提升外，穩定原燃料質量也是一項重要手段，確保原燃料質量的波動都在可控范圍內。

5 生產實踐

（1）從2011年2月開始，燒結礦通過調整白云石和生石灰的配比，將燒結礦中的MgO含量從2.8%提高到3.0%以上，目前已提高至3.50%左右，將燒結礦的堿度由2.0調至1.90。同時，調整高爐的熔劑結構，由白云石+硅石的模式調整為白云石+蛇紋石的熔劑添加模式，提高爐渣中的MgO含量，將爐渣中的 w（MgO）/w（Al2O3）比值控制在 0.55 以上，爐渣堿度控制在1.10左右。

（2）穩定熱制度，鐵水物理熱基本為1450～1480℃，鐵水[Si]含量控制在0.45～0.55之間。

（3）布料制度進行調整，在礦、焦原布料基礎上各退1檔，確保了兩道氣流的暢通。

（4）精心操作，操作人員真正做到勤動手、勤分析，精心操作，并定期交流，提高了技能，杜絕操作事故的發生。

（5）加強爐前管理，杜絕斷、漏鐵口現象放生，確保渣鐵按時排凈，嚴禁憋鐵現象發生，出現此情況，要果斷減風。

近幾個月的高爐生產實踐證明，寶通鋼鐵采取的高Al2O3、高MgO和低堿度的造渣制度，以及熱制度、布料制度在當前的原燃料條件下是可行的，雖然爐前的工作量有所增大，但爐渣的流動性基本達到爐前的要求。高爐持續保持了穩定順行，取得了較好的經濟效益和社會效益，主要生產技術經濟指標見表3。

表3 2011-02—05月煉鐵廠主要經濟技術指標

6 結論

（1）Al2O3在燒結、高爐冶煉中也存在著有益的方面，適當提高Al2O3含量有助于燒結礦鐵酸鈣的形成，但Al2O3過高將導致燒結礦質量下降，同時對高爐軟融帶及滴落特性也有負面的影響。

（2）調整高爐的造渣制度可以從多方面著手，應本著最經濟合理的方式，從燒結礦成分調節、高爐熔劑調整等多方面進行。

（3）提高了資源的利用效率，為高鋁礦的進一步使用創造了條件，尤其是對低成本配礦，提高鐵水競爭力的意義較大。

（4）從南通寶鋼目前的資源情況看，在爐渣中Al2O3含量在18%～20%(最高不超過22%)條件下，保持爐渣的M/A比值在0.55以上，爐溫在1450℃以上的操作渣型和合適的操作制度，爐渣性能和高爐順行是完全可以保證的。

[1]鐘樹周.韶鋼煉鐵高A l2O3爐渣的冶煉特點[J].南方金屬，2003（6）：28-31.

[2]薛俊虎.燒結生產技能知識問答[M].北京：冶金工業出版社，2008：251-252.

[3]陳培敦，孫守建，趙樹民.高A l2O3爐渣對高爐生產的影響[J].山東冶金，2005（1）：12-13.

[4]劉紅，陳曉祥.馬鋼10#高爐高A l2O3爐渣冶煉實踐[J].安徽工業大學學報，2006（10）：384-386.