使用高比例塞礦燒結礦高爐爐料結構探討

劉學燕，王 軍，李丙來

（山鋼股份濟南分公司煉鐵廠，山東 濟南 250101）

生產技術

使用高比例塞礦燒結礦高爐爐料結構探討

劉學燕，王 軍，李丙來

（山鋼股份濟南分公司煉鐵廠，山東 濟南 250101）

作為降低成本的重要手段之一，濟鋼燒結大比例配加塞拉利昂礦在短期內難以改變，高比例塞礦燒結礦因高溫冶金性能差影響了高爐順行。通過分析高爐在用燒結礦、球團礦及塊礦的高溫冶金性能以及合理爐料的要求，在當前原燃料條件下，濟鋼3 200 m3高爐適宜的爐料結構為75%400燒結礦＋25%球團礦和澳礦。該爐料結構既能滿足高爐正常冶煉（包括堿度、產量、渣中Al2O3高等）的需求，又能降低爐料成本。

高爐；爐料結構；高比例塞礦燒結礦；高溫冶金性能

1 前言

近年來，隨著外部市場競爭日趨激烈，煉鐵承擔的降低生鐵成本的壓力日趨增大，高爐面對的經濟料使用比例也在逐步增大。在濟鋼燒結區域承擔了大比例配加塞拉利昂礦粉（塞礦）的任務，因塞礦特有的低硅高鋁、冶金性能差的特點，對高爐保持爐料結構的穩定以及綜合爐料冶金性能的優化帶來了沖擊；同時，又因塞礦屬山東鋼鐵集團投資獲得的權益礦，其經濟性對煉鐵降低生鐵成本又起到著至關重要的作用。目前，在濟鋼燒結塞礦的配加量在25%～30%，實踐證明可降低單位生鐵成本30元以上[1]，故在高爐爐料結構調整中面對高配比塞礦燒結礦只能采取適應性措施。

高爐爐料結構的構成一般情況下包括燒結、球團與塊礦3部分，無論哪部分發生結構性調整都對整體進入高爐的原料質量帶來較大的變化。單個或多個料種的變化，其高溫冶金性能包括高溫還原強度、還原性、軟熔特性等勢必影響整個爐料結構在高爐內由上至下的運行狀態，影響整個冶煉過程的熱量傳遞和動量傳輸，必定帶來因冶金氣氛變化而改變的各類冶金物理化學反應朝著脫離預期的方向發展[2]。質量較差的爐料進入高爐后，體現出來的首要特征就是料柱軟熔帶厚度和位置發生變化，帶來塊礦帶料柱透氣性的惡化，透氣性惡化又影響高爐軟熔帶結構和氣流，從而形成惡性循環。操作層面的體現就是爐身溫度失穩，特別是爐身中上部，高爐整體溫度梯度分布發生變化，開始出現邊緣氣流失穩，透氣性指標變差，壓差升高，熱制度波動，最終影響高爐順行。

2 高比例塞礦燒結礦理化性能

濟鋼燒結自2012年7月開始正常配加塞礦，加上后續資源量充足，塞礦配比由開始時的9%逐步增加到25%。在塞礦配比均達到25%以后，各燒結機產燒結礦化學成分、物理性能及粒度組成見表1、表2。

表1 各燒結機產燒結礦化學成分

表2 燒結礦物理性能及粒度組成

由表1、表2可以看出，塞礦燒結整體性能良好，能部分增強燒結礦轉鼓強度，部分改善燒結礦粒度組成。對高爐冶煉的影響，除使渣中Al2O3含量升高外，還使高爐入爐焦比、鐵水物理熱大幅增長，但基本實現了在燒結配加25%比例塞礦的條件下，高爐爐況運行的穩定，最為重要的是保障并實現了高爐原材料成本的降低[1]。

3 對高爐爐料結構及順行的影響

2014年7月濟鋼3 200 m3高爐發生爐況失常，經過原燃料質量排查，操作應對手段分析，最初認為是澳礦質量差（因為7月份所有的變數均來自澳礦）所致，故前期大幅降低了澳礦比例，增加了南非、巴西等傳統意義上好礦的比例，但高爐爐況仍無明顯好轉。經進一步分析，認為是400 m2燒結機產燒結礦軟熔性能變差，對高爐軟熔帶位置和厚度產生了較大影響，使高爐爐身溫度波動，透氣性變差，熱制度失衡，影響高爐焦比增加、風溫使用降低，正常生產陷入被動，對生鐵質量和生鐵成本帶來負面影響。主要原因是沒有認識到燒結配加較高比例的塞礦后，普通成分除了鋁高外，與以往相比沒有發生明顯的改變，但其高溫冶金性能發生了很大的變化。2014年6、7月份濟鋼400 m2燒結機產燒結礦融滴性能軟熔帶寬度的變化趨勢見圖1。爐況失常前后3 200 m3高爐爐料結構變化見表3。

圖1 濟鋼400 m2燒結機產燒結礦軟熔帶寬度變化

表3 2014年5—9月濟鋼3 200 m3高爐爐料結構變化%

由圖1、表3可以看出，進入6月份后，隨著高爐冶煉強度的變化，優化經濟技術指標的手段進一步落實，高爐入爐焦比在原來基礎上降低了接近15 kg/t，料柱焦層“氣窗”作用開始減弱，這時高配比塞礦的400 m2燒結機產燒結礦在高溫冶金性能上的缺點開始逐步暴露出來，其熱態性能指標的不穩定及融滴性能軟融滴落帶寬度的大幅波動導致料柱軟熔帶位置和軟熔帶厚度發生較大的改變，使高爐爐身溫度波動大，難以駕馭，從而出現了爐況失常。直接使400燒結礦在高爐爐料結構中所占比例由2014年5月份的82.41%降低至7月份的73.21%，所缺失的份額逐步由熱態性能指標與400燒結礦配合較好的澳礦、320燒結礦替代，對高爐爐料結構的穩定及正常冶煉帶來了很大的沖擊。

因此，對濟鋼3 200 m3高爐在濟鋼現有條件下原料的冶金性能和合理爐料結構進行研究很有必要。重點研究不同堿度下燒結礦、球團礦冶金性能的變化對高爐生產的影響，以及在高爐實際操作中使用手段較為靈活的塊礦和熔劑如何應對的問題，同時兼顧整體結構的經濟價值及冶金價值，綜合考慮，實現合理配料。

4 合理爐料結構探討

4.1 合理爐料結構的要求

合理的爐料結構是高爐生產實現高產、優質、低耗、低成本的重要因素之一[3]。3 200 m3高爐要想獲得良好的綜合經濟效益，合理爐料結構必須滿足以下要求：一是高爐使用的燒結礦（以400 m2燒結機為主）和球團礦以及各類塊礦必須具有良好的高溫冶金性能，首先要滿足能在高爐內形成合理穩定的軟熔帶，利于高爐強化冶煉。二是能夠滿足在無熔劑或少用輔料的前提下，造出適宜堿度和適宜成分的高爐渣，能克服濟鋼高爐使用塞礦帶來的高Al2O3渣系脫硫能力差、爐渣黏度高的難題。三是還需具有較高的綜合入爐品味，能夠滿足高風速、強動力冶煉要求，能促進富氧大噴煤技術的實行，實現強化冶煉。四是滿足高爐長壽的需要，在合理配料的基礎上，能夠實現從基礎條件上有利于高爐送風、冷卻制度的調整，進一步穩定爐身溫度梯度分布，有利于高爐風口設施、爐襯及冷卻設備的長壽。五是能夠滿足降低生鐵成本的需求，通過高爐爐料結構分析與性價評估，綜合考慮各利弊因素進行合理配料。合理的爐料結構并沒有一成不變的模式，而是在生產過程中進行不斷的調整和優化。

4.2 適宜爐料結構組成

以3 200 m3高爐為例，對高爐主要使用400燒結礦的適宜爐料結構進行探討[4]。燒結礦、球團礦及多種塊礦的高溫冶金性能見表4。其中400燒結礦最大壓差15.01 kPa，最大壓差對應溫度1 281℃。

由表4可以看出，400燒結礦軟化開始溫度、軟化終了溫度均偏低，軟化區間適中；熔化開始溫度偏低，滴落溫度適中。從軟化性能、融滴性能、軟熔帶寬度3個反應爐料高溫冶金性能的指標及降低原材料成本為主的“適應性”要求考慮，320燒結礦是最適合與400燒結礦進行配礦并能夠最大幅度降低爐料成本的料種，澳礦、球團礦次之，馬來西亞塊礦和海南塊礦最差。

3 200m3高爐若采用以400燒結礦為主的爐料結構，在考慮燒結機生產能力的前提下，適宜爐料結構中400燒結礦用量按其滿產應控制在75%左右，澳礦、球團礦兩者合計在25%，若考慮成本因素，塊礦比例還可適當上調。即在目前的生產條件下，按照合理爐料結構的要求，3 200 m3高爐適宜爐的料結構為75%400燒結礦＋25%球團礦和澳礦[5]。該爐料結構既能滿足高爐正常冶煉（包括堿度、產量等）需要，又能滿足降低爐料費用乃至部分制造費用的需要。

表4 燒結礦、球團礦及多種塊礦的高溫冶金性能℃

5 結論

5.1 作為當前降低生鐵成本的有效途徑，結合濟鋼實際情況，采取寧可犧牲部分高爐經濟技術指標而大比例配加高鋁低硅的塞拉利昂礦來降低高爐原材料成本的措施是不可或缺的。

5.2 配加高比例塞礦的400 m3燒結機生產的400燒結礦質量的變化對3 200 m3高爐爐況失常的影響，說明了在關注原材料普通理化性能指標的同時，更要關注其熱態冶金性能，特別是在熱態冶金性能較差的塞拉利昂礦大量入爐的情況。

5.3 重點跟蹤所有爐料的高溫冶金性能，特別是爐料軟化性能、熔滴性能、軟熔帶寬度三者之間的匹配，同時兼顧適宜爐料的要求，可將配加高比例塞礦燒結礦對高爐爐料結構穩定的沖擊降到最低。

5.4 在目前的原燃料條件下，濟鋼3 200 m3高爐適宜的爐料結構為75%400燒結礦＋25%球團礦和澳礦。該結構可基本滿足成本降低和爐況穩定的和諧統一。

5.5 高爐爐料結構的調整由被動接受到主動控制對濟鋼煉鐵來說是一個巨大的進步，就現有的條件來講，目標是先實現在有限元內的爐料結構控制，根據高爐爐型特點及生產實際進行調配，努力實現生鐵成本最低化、質量效益最大化。

[1]王良周，段磊，韓克峰，等.塞拉利昂礦在濟鋼的生產使用實踐[J].山東冶金，2013，35（4）：1-2.

[2]蔡湄夏，范建軍，賀淑珍，等.高比例燒結礦高爐爐料結構的研究與應用[J].山西冶金，2006（4）：9-10.

[3]王竹民，王磊，呂慶，等.邯鋼高爐爐料結構優化研究[J].鋼鐵研究，2009，37（4）：4-7.

[4]徐軍，杜屏，王永紅，等.沙鋼高爐常用爐料冶金性能的研究分析[J].上海金屬，2014，36（2）：44-48.

[5]梁棟，陳偉，石紅燕，等.高爐爐料結構成本優化模型及分析[J].山東冶金，2012，34（5）：39-41，46.

Study on the BF Burden Design Using the Sinter with High Sierra Leone Ore

LIU Xueyan,WANG Jun,LI Binglai
（The Iron-making Plant of Jinan Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

As one of measures to reduce cost,high proportion of Sierra Leone ore in the sinter is very important in short term.Due to the poor high temperature metallurgical property,the burden design and stable operation of 3 200 m3BF was affected by the sinter with high Sierra Leone ore.By analyzing the high temperature metallurgical properties of the sinter,pellet and lump ore used and the demands of reasonable burden design and under current conditions of raw material and fuel,the feasible burden design of Jinan Steel’s 3 200 m3BF is 75%of the sinter from the 400 m2sinter machine+25%of the pellet and the lump ore.The burden structure can not only meet the normal smelting requirements for blast furnace(including alkalinity,yield,higher Al2O3in slag and so on),but also reduce the charging costs.

blast furnace;burden design;sinter with high Sierra Leone ore;high temperature metallurgical property

TF54

B

1004-4620（2015）04-0001-03

2015-01-26

劉學燕，男，1973年生，1995年畢業于西安建筑科技大學鋼鐵冶金專業。現為山鋼股份濟南分公司煉鐵廠廠長，高級工程師，從事煉鐵工藝技術及管理工作。