全精粉燒結礦在太鋼5號高爐的應用

劉文文

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西 太原 030003）

隨著世界鋼鐵工業微利時代的到來，對于高爐生產來說，如何在高冶強和精料質量下降的條件下，實現高爐穩定順行和鐵水優質低耗是高爐技術人員共同面對的課題。

眾所周知，合理爐料結構的選擇對高爐長期穩定順行尤為重要，我國大多數企業高爐入爐原料基本以燒結礦入爐比例在65%～80%，燒結礦質量決定高爐精料整體水平。我國燒結礦配料結構基本采用自有精粉配加部分進口精粉，以提高燒結礦質量水平，近幾年來進口精粉質量整體下行且價格和供應量受市場因素波動頻繁，不利于燒結配礦的穩定。山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）煉鐵廠在大型高爐操作技術提升及燒結技術的發展的基礎上，提出全精粉燒結的思路，并付諸實踐。在太鋼5號高爐成功實施，實現爐況穩定順行。

1 應用背景

太鋼地處內陸，進口鐵精粉受到碼頭、鐵路運力等因素影響，加之國際鐵精粉價格波動頻繁及消耗大量的國際外匯，完全受制于人，為進一步增加太鋼在全行業的盈利點，太鋼煉鐵廠提出并實施了全精粉燒結礦入爐技術的攻關項目，降低企業對進口鐵精粉的依賴和節約國際外匯。如表1和表2所示，將太鋼三燒結使用全精粉燒結前后工業試驗的物化指標及熔滴實驗指標進行對比，為高爐成功使用全精粉燒結礦，太鋼煉鐵廠技術人員需要解決的主要問題如下[1-4]：

1）提高燒結礦機械強度，轉鼓強度平均值盡量保證在78%以上。

2）全精粉燒結礦FeO含量高，需要保持爐缸有充沛的熱基礎，利于氣流長期穩定。

3）小于5 mm粒度多及低溫還原粉化嚴重需要合理上下部氣流調劑，控制合理壓差保證高爐穩定順行。

表1 全精粉使用前后三燒結物化指標

表2 全精粉使用前后三燒結熔滴指標

2 應對措施

全精粉燒結技術的應用對高爐爐型及氣流調節有著苛刻的要求，尤其是低強度高粉率燒結礦入爐量的增加，勢必造成爐內＜5 mm粒徑爐料增加，易惡化爐內透氣性，導致壓差增加，影響高爐順行。

2.1 燒結堿度調整

在穩定爐料結構在合理范圍內條件下，提高全精粉燒結礦二元堿度以提高爐料機械強度，結合高爐生產實踐中爐料結構計算出燒結礦的可控制堿度范圍1.95～2.10，通過工業試驗得出當三燒的全精粉燒結堿度2.08時，各項理化指標及熔滴試驗指標較為理想，具體指標和使用全精粉前配外礦粉時對比，如下頁表3和4所示。

表3 高堿度全精粉燒結物化指標

表4 高堿度全精粉燒結熔滴指標 ℃

通過比較得知，三燒結使用全精粉后，二元堿度提高2.08水平后，各項冶煉指標明顯上升。但同時可以看到，全精粉燒結礦FeO含量高，以及熔滴區間變窄，對高爐氣流穩定、爐缸儲熱及穩定性提出了更高的要求。

2.2 爐料結構調整

合理爐料結構是高爐穩定順行的保障。各種含鐵爐料礦物組成不同以及軟熔溫度存在差異，當爐料結構發生頻繁變動時，軟熔帶厚度和位置也會發生頻繁變動，不利于高爐的穩定順行。

對太鋼5號高爐使用全精粉燒結前后常用爐料結構進行爐料軟化性能實驗,如表5所示。

表5 全精粉燒結前后高爐不同爐料結構軟化性能試驗

從表5可以看出，使用全精粉燒結后，爐料軟化區間明顯增加，同時考慮到全精粉燒結礦粉率高、機械強度差，為避免因此導致的氣流不穩。太鋼5號高爐從2013年7月采用全精粉燒結后，在爐料結構調整上以穩定三燒結使用量，四燒結作為備用燒結；球團礦使用方面從2014年開始全部使用袁球，峨球作為備用球團，單一爐料結構，以減弱因爐料軟化區間增加等原因造成的高爐高壓差、風壓不穩等負面影響。

如圖1所示，2013年1月—6月份使用全精粉燒結礦前，雖高爐爐料結構變動頻繁，但受燒結礦粉率低、機械強度高等原因，全壓差較穩定，均值156 kPa，且波動幅度在6 kPa以內。

2013年7月份—12月份開始使用全精粉燒結礦，全壓差波動較為明顯，與2013年上半年產量水平持平的基礎上，全壓差均值162 kPa，較前6個月均值高出6 kPa，且氣流順行度差，表現在月均頂溫升高，燃料比增加。

圖1 2013年1月至2014年8月太鋼5號高爐月均全壓差分析

進入2014年，5號高爐采用單一燒結和單一球團入爐進行爐料結構優化，效果明顯。2014年1月—8月全壓差均值為153.8 kPa，整體水平優于使用全精粉燒結前全壓差水平，且波動幅度降到4kPa以內。

2.3 爐料布料位置調整

鑒于全精粉燒結礦強度差、粉率高，入爐后易導致煤氣流穩定性差等特點。太鋼5號高爐研究并實施了球團礦定倉定量稱量排出法，且在料面中心漏斗位置減少球團礦的量，以減少球團礦滾動性強帶來的中心氣流不穩，具體布料位置見圖2所示。

圖2 太鋼5號高爐爐料布料位置對比

2.4 高爐上下部調劑

太鋼5號高爐為應對全精粉燒結礦粉率高透氣性差等缺陷，在上下部調劑方面的主導思想為：發展中心和邊緣兩股氣流。

高爐上部調劑主要是通過邊緣位置增加焦丁使用量，實現焦化出焦全利用的同時，疏松邊緣氣流。使用全精粉燒結礦前布料角度差15℃（外圈42℃，內圈27℃），PWO采用333333，PWC采用333221；使用全精粉燒結礦后，布料角度差減少到12℃（外圈43℃，內圈31℃），并適當提高料線，來保證中心和邊緣穩定煤氣流，PWO和PWC均采用333222，以穩定爐料徑向界面效應。

下部調劑主要通過減少風口面積，風口面積從最初0.477 m2降到0.439～0.463 m2，保證充沛鼓風動能，通過增加鼓風動能改善爐缸死料堆透氣透液性，以維持爐缸的高物理熱和穩定的煤氣流上升通道。

經過煉鐵廠及5號高爐技術人員攻關調整，實現了高爐在使用全精粉燒結礦時，穩定中心和邊緣兩股氣流，增加了煤氣流的穩定性。

從2013年全年指標完成情況分析，產量月均水平穩定，鼓風動能穩定，全年平均燃料比515 kg。2014年受鋼鐵經濟形勢影響，控制產量9 600 t，加上全精粉的使用，平均燃料比為525 kg，但經過多方努力，高爐穩定性尚可。具體高爐經濟技術指標見表6。

2.5 爐缸排放管理

爐缸焦炭狀態除受爐底深度、焦炭負荷、軟熔層形狀與位置影響外（上述幾點在高爐正常生產時變化不大），對爐缸焦炭狀態影響最大的因素主要為渣鐵排放和爐缸爐底侵蝕狀態。鑒于此，5號高爐及煉鐵廠相關技術人員特制定了以下出鐵措施，以穩定爐缸焦堆在渣鐵中的懸浮狀態，改善透液性和爐缸整體活躍度。

1）加強鐵口維護，保證鐵口見吹堵口，一天出鐵總爐數控制在10～12次以內。

2）穩定鐵口深度在3 600 mm，且爐缸內渣鐵體積保持在20～60 m3，穩定爐缸內渣鐵液位。

3 結論

1）燒結礦二元堿度控制在2.05～2.15范圍內，隨著堿度升高，機械強度增高，粉率減少。

2）爐料結構方面，保持爐料結構穩定，且相對單一，有利于高爐操作者控制高爐煤氣流的分布。

3）當入爐原料粉率高，機械強度差時，需綜合上下部調劑，保證煤氣流中心和邊緣兩條通路，增加煤氣流穩定性。

4）加強爐缸排放管控有利于改善爐缸透液性和爐缸整體活躍度。

表6 太鋼5號高爐主要經濟技術指標

[1]林成城，項鐘庸.寶鋼高爐爐型特點及其對操作的影響[J].寶鋼技術，2009（2）：49-56.

[2]劉琦.高爐強化后的基本操作制度選擇[J].鋼鐵，2004，39（3）：4-13.

[3]楊維元，謝明輝.爐料結構對高爐順行的影響[J].鞍鋼技術，2008（5）：41-44.

[4]張先卓.冶金傳輸原理[M].北京:冶金工業出版社，2000.