高渣比高合金元素條件下高爐冶煉實踐

張雷忠 胥廣學 馮增銘 王洪瑞 齊永來

摘 要：高比例經濟料的使用，使高爐爐內堿金屬等有害元素負荷大幅度升高，渣比大幅度升高，對爐況造成多方面影響。我們通過思路創新，強化大風量、高風速操作，調整四大操作制度的合理匹配，使爐況順行得以保證，指標得以改善。

關鍵詞：風量 高渣比 合金元素 低硅冶煉

1、前言

自2008年下半年開始，由于金融危機影響，以及國內產能擴大，資源供應方控制價格等多種原因，經濟料冶煉開始出現并且逐漸強化。從目前情況看，所謂經濟料應該是相對低價格下尚能保持一定品質原料及燃料的總稱，隨時間及市場而變化，并非特指某幾種料，而是一種戰略局面的考慮。

傳統煉鐵理論的要求是同經濟料冶煉背道而馳，不能說哪一種就是絕對錯誤或者正確，更多的是要看當時的現實考慮。當生存成為第一要務，成本壓力高于一切時，經濟料就成為必然選擇。

濟鋼近幾年經濟料的基本特點：

含鐵料：低還原性、低品位、高Al2O3、高鉻、高砷，高鈦、高堿金屬（包括鋅、鉛），即“四高二低”。

燃料：高灰份、高硫、低固定碳，即“兩高一低”。

當然所有這些特點并非同時出現，而是一種或幾種特點表現較明顯，其他特點表現稍弱。在長期生產中，我們總結出影響大的兩個方面：高Ai2O3影響、低品位高渣比影響以及合金元素影響。

圖1 近年來渣比和鐵水中合金元素變化圖：Gr、As、P，Ti。2、 經濟料對爐況的綜合影響：

總的影響是造成爐缸工作不活，風量小，壓差高，順行程度差，燃料消耗高。

具體影響：

2.1、高Al2O3的影響：經濟料最大的特點就是爐渣中Al2O3急劇升高，Al2O3升高，在堿度一定的情況下，會使粘度升高，這是冶煉的核心問題所在。當渣中Al2O3超過18.5%水平時，有以下幾個作用：初渣流動性變差，粘度增加，成渣帶透氣性惡化爐腹、風口區在溫度不足情況下極易粘結；爐缸內爐渣流動性差，爐缸不活躍，極易形成中心堆積或局部堆積。

2.2 鋅元素的影響

以硫酸鹽或硅酸鹽形式存在的鋅礦物，入爐后很快分解成ZnO，在≥1000℃高溫區還原成Zn。鋅熔點419℃，沸點為907℃，也就是還原后立即以氣體形式上升，一部分溢出爐外，一部分在管道中凝集。大部分在上部又被氧化成ZnO隨爐料下降再度還原，形成循環，也即形成上部循環富集。當Zn蒸汽沉積在上部爐襯中或爐墻上時，氧化后體積膨脹，形成結瘤。也就是說，鋅最大的危害是改變上部爐型，形成粘結，甚至結瘤，使爐況不可控。

2.3 鉻元素的影響

鉻元素大約45%最高爐內被還原出來，進入鐵水中。鉻熔點是1900℃，沸點是2640℃。是一種難還原的金屬。在我們的實際生產中，明顯感覺到鉻水平上來時，渣鐵溫度嚴重不足，爐缸熱量下降，持續時間長即會影響到爐況，應該同還原鉻大量消耗熱有關。而此種情況同高Al2O3渣冶煉相作用，對爐況影響是直接而疊加的。生產中，當[Cr]處于0.70%以下水平時，爐況反應不明顯。當[Cr]>1.0%以上，持續2～3個班時，即可感覺到渣鐵流動性降低，爐缸不活等征兆。

2.4磷的影響

磷對鐵水的影響與鉻類似，影響渣鐵溫度。在高爐中磷幾乎是100%被還原并進入生鐵，冶煉中無法控制，近年來我們鐵水中磷基本達到0.120—0.130%水平。磷酸鐵（FeO）3.P2O5還原反應過程大量吸收熱量，時造成渣鐵溫度損失的直接原因。

2.5鈦的影響

鈦目前對后期爐役時有益元素，其還原過程也需要吸收熱量，需要爐缸有充足的熱量儲備。當爐缸熱量不足時，容易造成爐缸不活躍。

2.6高渣比影響

渣比升高，高爐下部軟熔帶和滴落帶煤氣通道“擁擠”，透氣透液性變差，威脅高爐順行和強化；同時造成煤氣利用變差，消耗升高。

3、對高渣比高合金元素的應對思路

在長期的生產過程中，我們總結經驗教訓，逐步形成較為合理的應對思路：即以送風制度優化為突破，以布料制度、熱制度、造渣制度的合理匹配為手段，以活躍爐缸為核心，實現大風量、高風速、高動能，高風溫大富氧操作，化解高渣比、高堿金屬、高有害元素高爐冶煉技術難題，實現強動力冶煉，實現爐況長期高效、穩定。

4、具體應對措施：

4.1操作應對整體理念：

以強動力冶煉為目標，提升風量，實現高風速、高動能，真正打開中心，疏導氣流。

4.2活躍爐缸：

通過積極造渣，改善爐渣流動性，提升爐缸熱量水平，提高鼓風動能，實現爐缸真正活躍。基本操作思路：小礦批、低爐溫、高堿度、低料線、隨時處理爐缸、定期回調爐況。

因為高爐冶煉過程高溫下爐渣粘度是鐵水粘度2次方數量級，即100倍，所以高渣比冶煉，勢必帶來透氣透液性的下降，高爐壓差升高風量減小。但有沒有克服該技術難題的辦法？

4.3應對高渣比，改善透氣性：

軟熔帶及滴落帶，即所謂的“濕區”是改善高爐氣體動力學條件，提高透氣透液性、提升風量的關鍵部位。基本思路是通過技術手段實現低壓差、高風速、大風量，靠風量吹透爐缸及中心，達到改善透氣性目的。

4.4應對高As、Cr、Cu、Ni、P冶煉

在實踐中，我們總結出來，通過提高鐵水Mn到0.5%活躍爐缸，提高渣鐵物理熱到1510℃水平，可以有效化解As、Cr、Cu、Ni、P、等有害元素含量高造成熱量損失、爐缸堆積的技術難題。

4.5應對高Ti冶煉

由于2#1750高爐近幾年長期處于護爐狀態，應對高Ti冶煉是重中之重。

TiO2、Al2O3、MgO渣系研究結果

圖2 1500℃時爐渣TiO2變化對爐渣粘度的影響由圖2、3可以看出：爐渣Ti02含量在4%以內，提高TiO2含量有利于降低爐渣粘度和增加爐渣脫硫性能，但當Ti02含量超過4%時，則爐渣粘度直線上升，同時爐渣脫硫能力明顯下降。爐渣中Ti02<4%時粘度下降，脫硫系數增大，而渣中Ti02>4%時，粘度出現直線上升，脫硫系數減小，這與大量資料報道一致，主要原因是大量懸圖3 爐渣TiO2變化對脫硫系數的影響浮狀態的鈦化物導致爐渣變稠。說明爐渣中的Ti02應控制在4%以內。

高【Ti】操作時關于爐溫控制：

根據高鋁渣冶煉經驗，在Al2O3含量達到18%以上時，要把物理熱作為熱制度評價的第一標準，要求其范圍為1500℃左右。高爐原料含鈦高，爐溫的控制就應該按[si+Ti]為標志，只要保證物理熱1500℃就可以。

2#1750高爐實踐證明，鐵水【Ti】0.15～0.2%，渣系中的Ti02≯4%情況下，既起到了護爐作用，又保證了高爐的正常冶煉和指標改善。

5、低硅冶煉操作思路的形成與固化：

2013年底以來，我們通過思路創新，逐步推行了低硅冶煉技術路線，其技術要點是：高堿度，高溫度，高Mgo，大風量，高風速，爐溫系數逐步降低到0.35—0.40%水平，物理溫度保持在1510—1520℃水平，極大地促進了風溫使用水平的提高，冷風大閘逐步全關，促進了操作水平的提高。同時渣鐵溫度充沛、流動性良好，爐缸工作長期活躍，很好地應對高合金因素、高渣比的變化趨勢，達到了理想效果。

5.1參數調整

我們經過探討，對重點參數做出規定：配料堿度1.20—1.22，實際堿度1.18—1.20；渣中Mgo含量控制11.5±0.5；物理溫度保持1500—1520℃間；爐溫【Si】控制0.30—0.40%水平。

5.2矩陣調整

堅持中心加焦的矩陣結構，適當控制邊緣，保證足夠的透氣性，開放中心。中心加焦矩陣目前原燃料條件下有其優勢，我們一直使用，并根據爐況變化，爐型變化不斷調整。目前常用矩陣為C40.3338.3335.8232.8229.82126O40.3338.3335.8332.8229.81

5.3風口布局

均勻圓周氣流。爐缸活躍與否，爐況是否順行，很大程度上決定于圓周的均勻程度。我們通過分析爐身溫度變化，下料情況，鐵口表現，采取堵風口措施，有效地處理了局部氣流，達到均勻圓周的目的。因231750高爐兩個鐵口間隔90°同側布置，圓周氣流不好均勻。從高爐圓周氣流的長期表現看，縮小、加長鐵口側風口，擴大鐵口對側風口，效果十分明顯。

6、效果檢驗與下一步調整

6.1 高渣比高合金因素冶煉對爐況的影響是巨大的，我們的綜合應對措施也是很有成效的。

6.2 堅持強動力冶煉，爭取大風量、高風速，一切參數調整服從風量，是活躍爐缸、改善透氣性的關鍵。

6.3 冶煉條件變化后，需要對技術細節做調整，對技術參數要及時修改。

參考文獻：

[1]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊.

[2]高爐過程氣體動力學.

[3]張壽榮等.高爐失常與事故處理.