武鋼8號高爐低品位礦石冶煉技術

董遵敏

武鋼8號高爐低品位礦石冶煉技術

董遵敏

由于資源緊張和降成本的需要，武鋼8號高爐投產以來礦石入爐品位不斷降低，2014年最低為57.39%。通過對經濟礦石品位區間研究和低品位冶煉條件下操作創新，使高爐實現了長期穩定順行和高效低耗生產。

煉鐵 特大型高爐 低品位 冶煉技術

1.前言

由于優質資源的稀缺以及降成本的需要，許多鋼鐵企業的入爐礦石品位逐漸降低，武鋼8號高爐也面臨著同樣的問題。2009年投產以來，武鋼8號高爐入爐品位經歷了不斷下降的過程。在2009年，入爐品位為58.93%，以后逐年下降，2012年還能保持在58%以上，2013年和2014年下降到58%以下，分別為57.6%和57.39%，低于《高爐煉鐵工程設計規范》要求的范圍。渣比則經歷著不斷上升的過程,在2009年，渣比為321.6kg/t，以后逐年上升，2010-2012年保持在330kg/t左右，但是到了2013年急劇上升到349.2kg/t，2014年上升到353.8kg/t（見圖1、圖2）。

原則上，高爐容積越大，對原料的質量要求越高，即要求含鐵品位及熟料率隨爐容增加而增加。根據《高爐煉鐵工程設計規范》，針對不同容積高爐，其入爐原料含鐵品位及熟料率有不同的要求，對于4000m3級高爐，入爐原料含鐵品位要求≥58%，熟料率≥85%。武鋼8號高爐近兩年的入爐含鐵品位已經低于這個要求（見表1）。

表1 國內入爐原料含鐵品位及熟料率標準 %

圖1 武鋼8號高爐歷年入爐品味 %

圖2 武鋼8號高爐歷年渣比 kg/t

在當前激烈的市場競爭中，鋼鐵企業普遍面臨巨大的成本壓力，降低鐵成本是關鍵問題。另外，隨著優質鐵礦石資源越來越少，鐵廠不可避免要面對鐵品位下降的現實。但是，降低鐵礦石品位，要以爐況的穩定順行為前提，而不能無底線的隨意降低。降低鐵礦石品位，也不是盲目地降低，需要有相應的技術作支撐，這其中要有理論研究、試驗驗證和生產實踐的不斷探索。在探索4000m3級高爐低品位冶煉技術方面，武鋼8號高爐在應對低品位高渣比的生產實踐中做了大量的工作，主要包括經濟合理礦石品位研究和4000m3級高爐在低品位條件下的操作創新。

2.經濟合理礦石品位研究

生鐵成本約占鋼材成本的70%，而礦石成本是生鐵成本的60%-70%。降低配礦成本是降低生鐵成本的重要手段。使用價格低的礦石可直接降低配礦成本，但品位低的礦石對高爐冶煉也會產生負面影響：①使用低品位礦石，噸鐵礦耗增加；②能耗增加，煉鐵行業對入爐品位與焦比的關系形成的共識是，鐵份降低1%，直接引起綜合焦比增加1.5%。鐵份降低，渣比相應升高。渣比每升高100kg/t，焦比升高20kg/t（只考慮渣熔化熱）；③入爐品位低，渣比增加，透液性降低，不利高爐穩定順行。

對于低品位礦石，在武鋼現有條件下通過研究得出幾點結論：①入爐鐵份在59%，特別是大于59.5%時，由于礦石價格隨著品位的升高增幅較大，盡管燃料成本下降，但總成本升高，且增加幅度較大；②入爐鐵份在57%-59%之間時，隨著鐵份降低，礦耗會增加，但由于相對58%品位的礦石價格下降幅度較大，配礦石成本下降相對較多；③入爐鐵份在57%以下，隨著鐵份下降，焦比、渣比升高，同時煤比會適當下降，燃料成本升高。生鐵成本雖有下降，但降幅變小，同時高爐順行的風險增加（特別對4000m3以上的特大型高爐），且不能滿足高爐高產的需要，制約了公司整體規模效益的發揮。因此，大型高爐入爐鐵份不能過低，入爐鐵份在57%-59%之間比較合適。

3.武鋼4000m3級高爐在低品位條件下的操作創新

入爐品位降低渣量增加，會對高爐順行產生許多不利影響。為保證高爐順行，武鋼8號高爐在操作上采取了一些創新性的辦法。

3.1下部調劑

目的：保持高風速和大鼓風動能。手段：適當縮小進風面積。

武鋼8號高爐爐缸直徑為13.6m，由于爐缸直徑大，必須要有足夠的風速才能吹透中心，若風速不夠，煤氣流難以吹向中心，爐缸的透氣性和透液性變差，中心焦炭會發生堆積。經過摸索，8號高爐風速必須在250m/s以上時，才能維持高爐穩定順行。

2013年，隨著鐵品位的降低和渣量的增加，對高爐的危害開始顯現，這從爐缸的工作狀態可以看出來。2009年開爐以來，由于爐況的穩定，爐缸的工作狀態很好，爐缸活躍，爐芯溫度在控制范圍內穩中有升。但是從2012年11月起，爐芯溫度開始下降，這和品位下降、渣量上升的時間相吻合。

以爐底第二層（6.894米）炭磚上層磚溫度（以下簡稱爐芯溫度）測量點為例，在開爐時，爐芯溫度比較低，平均為348℃，隨著爐底爐缸的不斷儲熱升溫，一個月內爐芯溫度就上升到500℃以上，而且以后爐芯溫度保持比較穩定，在520℃-550℃范圍內,高爐風速在250m/s-260m/s之間。2011年1月、3月和6月，高爐分3次縮風口，將進風面積由0.4906m2縮為0.4800m2。進風面積縮小后，高爐風速增加到260m/s以上，爐芯溫度普遍上升，平均溫度上升到700℃以上，在以后爐芯溫度保持穩定在700℃以上。但是從2012年11月起，爐芯溫度開始下降，由平均700℃下降到620℃左右，下降的速度非常快（見圖3）。

圖3 武鋼8號高爐爐芯溫度變化情況 ℃

同時爐況的順行也受影響，高爐風量下降了500m3/min，這和品位下降渣量上升的時間是吻合的。當時，鐵礦石品位已經開始下降，由58.38%下降到58.11%，而且預計要下降到58%以下。渣量大的危害逐漸表現出來：由于料柱以及爐缸的透氣透液性變差，高爐不接受壓差，爐前渣鐵不好排放，爐缸不活躍。為了保證爐況的穩定順行，應對長期的低品位冶煉，在前期調劑成功的基礎上，高爐進一步縮小進風面積。2013年4月17日，高爐將進風面積縮小到0.4739m2，調整后爐芯溫度止住下滑趨勢，上升到650℃-680℃。2013年8月7日，高爐再次縮小進風面積到0.4680m2，爐芯溫度繼續上升到700℃以上。在整個調整過程中，由于應對及時，高爐爐況沒有出現大的波動，風量基本穩定在7300m3/min-7600m3/min之間，實際風速達到260m/s以上，鼓風動能維持在16000kg.m/s-20000kg.m/s，高爐穩定性明顯增加，抗外界干擾能力增強，有效克服了低品位大渣量的不利影響。

3.2上部調劑

目的：均衡煤氣流分布。手段：調整裝料制度。

上部調劑，是根據爐料的物理性能，通過裝料制度、批重、料線等來改變爐料在爐喉的分布狀態，實現與上升的煤氣流有機配合，是維持高爐順行的重要手段。8號高爐的上部調劑結合測料面情況制定了礦石焦炭的布料角度，平時固定布料角度，不輕易動角度。對氣流的分布總體原則是“穩定邊緣氣流，開放中心氣流，環帶均衡發展”，即追求氣流在高爐的每個橫切面得到最大化利用，以實現最好的煤氣利用。

（1）大批重

在一定的原燃料條件下有一個適宜的風量與之相適應，在一定的風量下有一適宜的批重和料速相適應。8號高爐的料速基本控制在6批/h，若料速過快，頂溫會壓得很低且波峰波谷小，料速達7個料時頂溫會低于100℃，波峰波谷差值小于10℃，甚至成一條直線；若料速過慢，頂溫會過高，波峰波谷差值大，有時達200℃，頂溫高要求打水以保護爐頂設備。這兩種情況均會影響到煤氣流的分布，影響煤氣利用率，更嚴重會影響到高爐的順行。料速穩定，煤氣利用率也就相對穩定多了。8號高爐根據實際情況采用大批重，將批重由開爐初期的105t逐步增加到120t-130t之間，近3年基本穩定在122t左右。大批重的使用，一是有利于氣流的穩定；二是由于回用焦丁的使用，焦批減小，焦層變薄，為了防止焦層過薄而對高爐順行產生不利影響，使用大礦批大焦批來保證一定的焦層厚度（見表2）。

表2 開爐以來焦批礦批變化情況 噸

（2）裝料制度

2009-2012年，武鋼8號高爐布料矩陣以C987651 332222↓OL98765 44322↓OS109 22↓為主，其特點是大燒邊緣布的較多,小燒布在最外側的10號和9號角位，邊緣礦焦比高，通過適當抑制邊緣氣流，獲得了合理的煤氣流分布。

2013年以來，在挑戰鐵礦石品位降低、高爐創新發展的過程中，8號高爐繼續從合理分布氣流出發，堅持“穩定邊緣氣流，開放中心氣流，環帶均衡發展”總原則，在具體措施上又有所突破。8號高爐結合下部調劑，在下部縮小進風面積的同時，在上部調劑上又做了另外的嘗試，在布料角度、布料矩陣、原燃料的裝入方式方法等裝料制度上進行創新，摸索出了帶有自身特色的模式，并且取得了很好的效果。

圖4 風速變化情況 m/s

主要技術措施有：①減少中心焦量。將中心焦由4圈減少為2圈，中心焦量占總量的不到10%。從圖4可以看出，8號高爐風速基本保持在250m/s以上，低于這個風速順行將受到影響。8號高爐將進風面積縮小后，風量沒有減少，高爐風速呈增加的趨勢，高風速有利于活躍爐缸，克服大渣量的不利影響，同時高爐具備了減中心焦的條件，在武鋼現有的原燃料條件和操作習慣下，將中心焦減到了2環；②布料角度向中心平移。在2013年將進風面積縮小到0.4680m2后，風速增加，中心氣流有時過于發展，邊緣氣流偏重。通過觀察料面形狀，發現中心漏斗偏深，偶有滑料發生，以至于煤氣利用有時波動。在進風面積縮小后為了合理分布氣流，2014年縮小了布料角度和布料角度差，把礦石焦炭的布料帶往中心移動。通過內移布料角度，減小了布料漏斗，使中心環帶坡度小，中心焦堆合適，軟熔帶形狀成典型的倒“V”字型分布，整個料柱透氣性良好，氣流均勻，沒有出現局部氣流過分發展的現象；③小燒布料的調整。與大燒內移角度思路一致，將小燒布料內移一個角位，同時將小燒拓展到7號角位，以均衡環帶氣流。這樣的調整，還是堅持了“穩定邊緣氣流，開放中心氣流，環帶均衡發展”的原則，其基本的布料制度變為C987651 332222↓OL98765 44322↓OS987 321↓。從實際料面來看，邊緣搭建了2m寬的平臺，中心漏斗大小適當，中心僅有一個很小或無焦包。

通過以上技術，有效應對了低品位礦石的不利影響，使得8號高爐在低品位礦石冶煉條件下，爐況一直保持穩定順行。

3.3爐前操作

4000m3級特大型高爐爐前渣鐵能否及時排放干凈是高爐順行和指標創新的關鍵。高爐強化冶煉之后，鐵口工作壓力加大，如果爐前渣鐵出不凈，高爐憋風，將會導致高爐陷入惡性循環生產極為被動的局面。高爐大型化后，困擾爐前作業的主要問題有爐前生產組織方式的選擇和鐵口維護特別是鐵口噴濺的處理。8號高爐從投產以來一直注重對爐前作業管理和技術的提高與創新，針對特大型高爐的特點，形成了一整套完整的合理的操作制度，而且不斷加以完善，特別是為了消化低品位渣量大的不利影響，不斷創新與突破，為高爐的穩定順行創造了條件。

（1）出鐵組織形式

8號高爐目前采用連續出鐵的生產組織方式。在渣鐵出凈，鐵口見噴的情況下，正常間隔時間為5min～10min，鐵流平均速度不小于8t/min；在鐵口未見噴，鐵量差負多爐憋的情況下，采用優先補罐出鐵結合“零間隔時間”連續出鐵甚至重疊出鐵等手段，出凈渣鐵。這種連續出鐵模式，一方面可以有效出凈渣鐵，保證爐況順行；另一方面，也可有效減少鐵次，降低工人勞動強度，降低生產成本；同時也能保證正常的生產秩序，贏得充足的鐵口結焦時間和配罐時間。

（2）鐵口噴濺的治理

大型高爐在生產中，鐵口經常會出現“噴濺”現象，嚴重危及安全生產和爐況穩定順行。針對這種情況，8號高爐制定了相應的治理措施：①鐵口區域灌漿。鐵口區域灌漿是根除鐵口散噴最有效的措施，在生產中，在發現鐵口區域煤氣泄露較大時，要根據需要進行及時的灌漿，及時彌補縫隙，減少煤氣的竄漏；②保證鐵口泥套完整。鐵口泥套完整是全風全壓堵口及防止堵口冒泥的關鍵，只有杜絕冒泥現象，才能保證鐵口通道充足的泥量，有效防止鐵口散噴，杜絕跑“大流”現象的發生；③開發新型高強度炮泥。鐵口區域是高爐爐缸最薄弱區域，因此炮泥質量是制約大型高爐爐前工作的重要因素，也是正常生產中抑制鐵口散噴的硬件保證。武鋼于2008年初就開始研發適合8號高爐生產的環保型高強度炮泥。針對8號高爐渣比偏高的特點，要求炮泥具有良好的開口性能、抗散噴性能、抗渣性能及環保性能好。在炮泥選型上，根據泥包搗打料與鐵口周圍砌體的材質性能，強調良好的結合性能、置換性能與環保性能。

3.4爐內操作

在鐵品位降低渣量增加后，8號高爐對爐內日常操作也作了相應的調整。

（1）合適的壓差

由于初渣在滴落帶以下的焦炭空隙間向下流動，同時煤氣也要穿過這些空隙向上流動。所以爐渣的數量和物理性能（黏度和表面張力）對于煤氣流的壓頭損失以及是否造成液泛現象影響很大。渣量小、黏度低而表面張力大對煤氣的順利通過有利。由于渣量增加，液泛加劇。理論研究證明高爐透氣性受液泛影響很嚴重，為此適當降低壓差可以在一定程度上減少液泛的負作用。2013年以來8號高爐壓差上限逐步由0.190MPa降低到了0.180MPa。

（2）合理的熱制度

要求鐵水物理熱1500℃-1520℃，生鐵［Si］要求0.35%-0.40%。爐缸熱制度的穩定，對高爐穩定順行很重要，爐溫波動大，使軟熔帶部位上下移動，造成渣皮黏結或脫落，擾亂煤氣流，使煤氣利用變差，進一步加劇爐溫的波動，高爐進入惡性循環。大型高爐熱慣性很大，需要根據各種影響爐溫的因素綜合起來進行分析，提前對爐溫進行調劑。8號高爐車間制定了標準化操作管理制度，固定風溫操作，每個班對噴吹煤的調劑量控制在2t/h之內。另外對工長日常調劑、特殊爐況處理、休復風等全部實行標準化管理。要求工長超前判斷，細化量化調劑量，減少對爐況的影響。通過標準化管理，這兩年8號高爐鐵水平均爐溫為0.358%，物理熱1502℃，而且爐溫波動很小，高爐穩定增強，煤氣流穩定。

（3）合理的造渣制度

8號高爐對造渣制度的選擇一是保證較高的二元堿度，其范圍為1.15～1.24。高堿度一是應對Al2O3偏高的不利影響，降低爐渣粘度，改善爐渣流動性；二是獲得低硫優質生鐵，適當降低MgO含量，為保證脫硫效果，適當提高二元堿度而保持四元堿度的相對穩定。

4.低品位礦石冶煉技術運用效果

作為4000m3級高爐，8號高爐面臨著不利的原料條件，低鐵品位和高渣比高鋅負荷，其冶煉條件都沒有達到《高爐煉鐵工程設計規范》的要求,在全國特大型高爐中，其原料條件是比較差的。但是8號高爐不斷通過技術創新，加強上下部調劑，合理調節煤氣流的分布，高爐一直保持高效低耗穩定順行的態勢。幾年來，8號高爐的指標不斷優化，在保持高產的同時，煤氣利用率不斷提高，由2009年的平均44.23%提高到2014年的平均49.00%；燃料消耗不斷降低，焦比由2009年的362.9kg/t降低到2014年的333.0kg/t，燃料比由2009年的540.2kg/t降低到2014年的504.4kg/t，2015年降低到低于500kg/t，取得了很好的冶煉效果（見表3）。

表3 8號高爐投產5年來主要技術經濟指標

（作者單位：寶鋼股份武鋼有限公司煉鐵廠）