萊鋼1080m3高爐高鋁低硅冶煉實踐

崔學峰

摘要：萊蕪分公司煉鐵廠在高爐渣中鋁達到15.38%的高鋁狀態下，通過優化高爐關鍵工藝參數，建立原燃料差錯考核體系、燒結配料模型分析體系、“隨機代碼”抽檢評價體系的措施，各高爐實現了長期穩定運行，取得了較好的技術指標。鐵水Si含量0.45%降至0.39%，燃料比由541kg/t降至528kg/t。

Abstract： In the high-aluminum state of blast furnace slag in which the aluminum in the blast furnace slag reaches 15.38% of the Iron Making Plant of Laiwu Branch， the original fuel error assessment system， the sintering batch model analysis system and the "random code" sampling evaluation system are established by optimizing the key process parameters of the blast furnace. Each blast furnace has achieved long-term stable operation， and achieved good technical indicators. The molten iron Si content is reduced to 0.39% from 0.45%， and the fuel ratio is reduced from 541 kg/t to 528 kg/t.

關鍵詞：高爐；渣中鋁；低硅冶煉

Key words： blast furnace；aluminum in slag；low silicon smelting

中圖分類號：TF54 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2019）02-0117-04

0 引言

為降低生鐵成本，2013年起蕪分公司煉鐵廠（以下簡稱煉鐵廠）在燒結混勻料中大比例配加高鋁經濟料—塞礦，使爐渣中的Al2O3含量由之前的14%左右升高至15%以上，粘度增大，流動性變差，給高爐生產帶來系列負面影響：初渣堵塞爐料間的空隙，使料柱透氣性變差，增加煤氣通過時的阻力，易在爐腹部位的爐墻結成爐瘤，引起爐料下降不順，形成崩料、懸料，破壞冶煉進程；爐渣過于粘稠終渣流動性差，不利于脫硫反應的擴散作用，尤其當Al2O3大于18%時，爐渣的脫硫能力大大降低；容易堵塞爐缸，使爐缸體積減小，造成高爐操作上的困難，嚴重時還會引起風口的大量燒壞；爐渣中Al2O3含量在10～15%時，有利于提高爐渣的穩定性，但當Al2O3含量繼續升高時，爐渣的穩定性變差。爐溫不足時，其流動性急劇變差，不僅會導致爐況惡化，而且會使渣鐵排放困難，引起爐缸溫度不足的渣鐵堆積。煉鐵廠在采取了降低綜合入爐品位、提高渣比，并相應提高爐溫改善渣鐵流動性的措施后，爐況雖然保持了長期的穩定順行，但鐵水Si含量及燃料比指標與行業先進水平存在較大的差距。為了進一步降低高鋁狀態下的鐵水Si含量及燃料比指標，2017年采取了優化高爐關鍵工藝參數，建立原燃料差錯考核體系、燒結配料模型大數據分析體系、“隨機代碼”抽檢評價體系等措施，實現了高爐在高鋁狀態下的低硅冶煉，鐵水Si含量由2016年的0.45%降至0.39%，燃料比由541kg/t降至528kg/t，具有較好的推廣價值。

1 主要措施

1.1 改善入爐焦炭質量

為了改善入爐焦炭的灰分、S含量、冷態及熱態指標，煉鐵廠依據公司印發的《大綱》內容，建立原燃料差錯考核體系，修訂了關于焦炭質量的考核標準，具體見表1、表2。

配合新的考核標準，對焦炭的熱態強度指標檢驗頻次做了相應的優化，增加1#、2#焦爐、3#、4#焦爐焦炭的熱態強度指標檢驗頻次，實行每天檢驗，每天出檢驗結果，有效指導高爐生產。通過增加焦炭的檢驗頻次、優化考核制度及督察流程，加強了督察力度，提高了督察效率，焦炭的各項指標有了不同程度的改善，2016年1#2#焦爐CRI為27.41%，CSR為64.02%，2017年CRI降低至26.75%，CSR提高至64.96%；2016年3#4#焦爐CSR為63.16%，2017年CSR提高至64.32%。焦炭的冷態指標M10雖然有所升高，但都符合《大綱》要求的M10≤6.9%。從自產焦差錯統計情況來看，2017年焦炭CSR差錯折算平均數比2016年降低了89%，灰分降低了30%，硫分降低了162%，焦炭熱態指標的改善，灰分、硫含量的降低有利于高爐在高鋁狀態下進行低硅冶煉。

1.2 優化入爐原料質量

1.2.1 穩定入爐燒結礦質量

1.2.1.1 提高燒結配料的計劃性

為提高原料采購數量的準確性，確保燒結配料庫存充足，避免因非計劃配比調整影響燒結礦質量，實施了以下措施：

①定期召開礦料平衡會議，對當前礦料需求預知預判，為原料采購部門提供礦料采購策略。

②進一步細化礦料庫存信息，為生產管理部門及采購部門提供持續動態化庫存信息，為采購計劃的制定提供可靠的數據保障。

③每月中旬根據已有數據預計全月各種礦料配比，為采購部門提供參考。

④周日統計本周各種進廠物料的現有庫存，依據優化大綱差錯考核標準進行差錯統計，并由公司主管生產部門進行考核。

1.2.1.2 優化燒結配料模塊，建立燒結配料模型分析體系

①針對燒結配礦結構做出重要優化。形成并固化以澳礦比例、巴西礦比例、褐鐵礦比例、細粉比例、渣中鋁比例五大要素為主，同時兼顧燒結煙氣SO2濃度、鐵水P含量的配礦模型。

優化混勻料配比調整方式，實行“以穩為首、逐步調節”的策略，當計劃停配某種現用比例較大的礦料或者大幅調整燒結礦成分時，提前3-4堆料開始漸進式調整，杜絕“大起大落、一次到位”的調整方式，給高爐充足的時間適應新的配礦結構。

燒結礦成分預測方面，考慮了燒結礦堿度、MgO實際檢驗與預期的差值對TFe的影響，使燒結礦TFe預測精度有了較大提高；另外，對燒結礦SiO2修正值對應的熔劑配比進行了反推，使熔劑的理論計算配加比例更加接近實際配加比例，能更好地指導生產調節。

②建立燒結配料模型分析體系。體系內容包括統計每一堆混勻料的實際配比情況、對應本堆燒結礦的產質量情況、高爐使用本堆燒結礦時的各項技術指標情況、高爐生產中出現的影響產量的因素等，該體系能夠直觀的反映每堆混勻料的使用效果，根據數據客觀地對混勻料配礦結構做出系統評價，對燒結配料提供更好的指導。

1.2.1.3 建立“隨機代碼”抽檢評價體系

體系中最重要的環節為原料大堆抽檢取樣。督察人員每周對兩區原料一次料場的原料進行抽查取樣，并拍照留存。樣品從原料場大堆多點取樣混勻，對取出的樣品進行隨機編號“11、12、13、14……”送質檢化驗，化驗結果公布后再對應附上礦料名稱，每次抽檢結束后根據化驗結果對本次抽查礦料進行評價。大堆抽檢取樣的督察方式，能夠對化驗部門的化驗結果進行核對，防止化驗成分出現大的偏差。礦粉督察方式的優化，使原料的有害元素得到了有效控制。2017年國內粗粉系列K2O+Na2O含量最大值為0.2532，PbO含量最大值為0.0270，ZnO含量最大值為0.0945，As含量最大值為0.0538；燒結精粉系列K2O+ Na2O含量最大值為0.1811，PbO含量最大值為0.0270，ZnO含量最大值為0.0495，As含量最大值為0.0204。燒結礦的有害元素全部達標，避免了高爐出現堿負荷失控進而影響整個體系的穩定。改善后，燒結礦質量有了明顯的改善，轉鼓指數合格率達到99.7%，轉鼓指數及篩分指數的改善，有利于降低燒結礦粉末，為高爐高鋁低硅冶煉提供了有利條件。

1.2.2 對原料場塊礦篩進行改造，提升入爐塊礦質量

2016年高爐配加塊礦比例為16%，為進一步降低生鐵成本，2017年塊礦配加比例要繼續提升。隨著塊礦比例的提升，高爐對入爐塊礦質量的要求也越來越高。因此，2017年對二區原料塊礦篩分系統進行了改造。將之前的一條等厚橢圓振動篩工藝線改造為大傾角棒條篩，提高了篩分效率，過篩塊礦的粉末明顯減少。入爐塊礦質量的改善為高爐爐況的長期穩定順行奠定了基礎。

1.3 優化煤比指標

1.3.1 穩定入爐煤粉的質量

每月召開專題會，研究煤粉使用問題。定期測量煤種發熱值，送樣到技術中心、焦化廠檢驗煤種粘結性指數、膠質層厚度和可磨性指數等技術指標，并結合日常使用情況，全面掌握各種煤種性價比，根據性價比不斷優化煤種配比。

地方汽運煤取樣方式由人工取樣全部改為自動取樣，并對取樣深度、取樣點等進行優化，提高取樣代表性；增加人工大堆抽查頻次，保證了汽運煤質量的穩定。2017年入爐煤粉的灰分、S含量指標較2016年降低，固定碳略有升高（見表3）。

1.3.2 優化關鍵操作參數

高爐煤比提升后，爐內冶煉進程發生了一系列變化。高爐爐缸熱制度方面，風口前理論燃燒溫度下降；煤粉熱滯后作用延長；煤氣流分布上，隨著煤比上升，煤氣發生量增加，煤氣流發生再分布；焦窗減小，煤氣阻損加大；煤粉利用方面，煤粉燃燒率下降，煤粉置換比降低。針對這些變化，采取了以下改善措施：

1.3.2.1 優化熱制度，提升風溫、提高富氧

2017年高爐平均風溫由1140℃提升至1159℃，平均富氧由2667m3/h提升至4020m3/h。風溫和富氧的提升，為煤比的提升奠定了良好的基礎。

1.3.2.2 優化布料制度，使用“大礦批、大礦角”布料

很多的模型實驗及高爐解剖已經表明，高爐內部的爐料在到達風口軟熔帶之前，一直保持著爐喉的布料狀態，具有明顯的層次。而礦石層與焦炭層的透氣性指數有明顯區別，焦炭多的地方，煤氣流易發展，焦炭少的地方，煤氣流難發展。礦石與焦層的厚度比的改變，明顯改變了煤氣流的發展，而礦批的大小直接影響了煤氣流的分布，煤氣流的分布又影響著煤氣的利用率。隨著煤比的增加，料柱透氣性變差，中心氣流變弱，邊緣氣流增強，采用大料批裝料有利于壓制邊緣氣流。在大煤比時，由于礦焦比的大幅提高，爐內焦窗變薄，不利于氣流通過。采用大料批能確保焦窗厚度，提高爐料透氣性，穩定氣流，優化爐內氣流的二次分布，改善煤氣利用率，從而達到降低燃料消耗，節約成本的目的。

大礦角布料使礦石環帶整體外移，即在ɑ（最大礦）外移的同時，ɑ最小礦也隨之外移。為了保持一定的邊緣通路，最大礦角的礦石初始落點，距爐墻大約0.5m。同時為了降低爐喉礦石層的厚度，改善料柱透氣性，礦角差根據各高爐實際情況進行調整。優化布料制度后，高爐的中心溫度有所提升，料柱透氣性也有所改善，對煤比的提升創造了有利條件。

1.3.3提高煤粉利用率

結合煤粉的品種及發熱量、設備的制粉能力及制粉成本及高爐的實際使用情況，將噴吹煤粉的-200目指標及高爐煤槍的直徑納入工藝考核范圍，由督察部門定期抽查，相關單位嚴格執行。各高爐平均煤比由2016年的145kg/t提高到2017年的151kg/t。

1.4 高鋁狀態下的造渣制度的優化

燒結混勻料配礦計算中引入了對高爐渣中鋁的計算，針對每堆混勻料燒成燒結礦進入高爐形成爐渣后的鋁含量系統的進行預測，配礦要求預測渣中鋁低于16.5%，有效的從源頭上控制了高爐的爐渣鋁含量。

為了獲得合適的爐渣粘度等冶金性能，采取了增加渣量保證高鋁渣MgO/Al2O3達到在0.5以上的措施。然而過度增加渣量會導致燃耗的增加，不利于高爐的低硅冶煉，因此渣量的多少要結合高爐的實際情況綜合考慮。爐渣中的MgO含量主要以燒結生產中配加白云石為調劑手段，必要的時候在高爐爐料中配加蛇紋石為進行調劑。通過對入爐MgO和Al2O3成分的控制，2017年平均渣中鎂鋁比為0.51，達到了控制要求。

爐渣中的Al2O3高時，其熔化性溫度及粘度會升高，適當提高二元堿度，可以改善熔化性溫度，降低高溫區粘度。2017年通過長期實踐，對于Al2O3含量在15.5%以上的高鋁爐渣，R2控制在1.15-1.20，MgO/Al2O3控制在0.5以上，能夠滿足高爐冶煉需求，以此渣系進行高爐生產，可以使高爐獲得良好的技術經濟指標。

1.5 提高煤氣利用率

上部堅持使用“大礦批、大礦角”布料，確保焦窗厚度，提高爐料透氣性，穩定氣流，優化爐內氣流的二次分布，改善煤氣利用率。下部采取縮小進風面積，適當加長風口長度的措施，保持較高的風速和理論燃燒溫度，在風口前形成較長的循環區，使煤氣的初始分布向中心延伸，減少中心死料柱，改善爐缸中心的透氣性和透液性，形成“下活，上穩”的冶煉環境。通過以上措施的實施，高爐的煤氣利用率由44.62%提升至45.45%，為高爐高鋁低硅冶煉提供足夠的溫度條件。

1.6 提高爐頂壓力

根據以往高爐頂壓條件下（170-180kPa）的設備運行情況，對高爐系統相關設備和自動化程序進行了檢驗、調整，并制定了日常點檢維護方案，確保高爐提頂壓操作順利進行。

制定了高爐提高頂壓應急預案，并由專人值守，處理突發情況。

改善噴吹煤粉-200目指標，提高煤焦置換比和燃燒率。

根據季節特點調整了原燃料存放方案，減少混料對高爐的影響。

優化布料制度，使用“大礦批、大礦角”布料。

以上措施為高爐提升爐頂壓力創造了有利條件，2017年高爐爐頂壓力由0.171MPa提升至0.175MPa。高頂壓降低了高爐內煤氣流速，改善了煤氣流分布，提高煤氣利用率，降低焦比，減少了焦炭灰分的入爐量，有利于高爐在高鋁狀態下進行低硅冶煉。

1.7 使用新的主溝溝壁侵蝕厚度測量方法

高爐爐前主溝需要隨時測量溝內最大耐材損耗處水平內徑尺寸（監測主溝溝壁侵蝕厚度），一旦發現主溝損耗超標，就需要盡快進行澆筑處理，否則極易發生漏鐵、跑鐵類重大安全事故。

針對如何安全準確的測量高爐主溝溝壁侵蝕厚度，采取了新的測量方法（此方法已獲得了國家實用新型專利，授權公告號：CN 204924128 U），通過日常對主溝的維護，結合使用新的主溝溝壁侵蝕厚度測量方法，徹底杜絕了主溝漏鐵事故，消除了安全隱患，減少了高爐的無計劃休風次數，為高爐指標的提升提供了保障。

2 效果

在渣中Al2O3含量達到15.38%的高鋁狀態下，2017年各高爐爐況保持了長期穩定順行，鐵水S含量平均值為0.027%；Si含量由0.45%降至0.39%，燃料比由541kg/t降至528kg/t（見表4）。高爐在高鋁狀態下達到了較好的燃料比指標，實現了在高鋁狀態下降低鐵水Si含量的目標。

3 結論

中小型高爐在高鋁狀態下，采取改善原燃料質量、提高煤比、優化造渣制度、提高煤氣利用率、提高爐頂壓力、減少無計劃休風次數等措施，能夠實現在高鋁狀態下降低鐵水Si含量的目標，同時也可以降低高爐的燃料比指標。2017年高爐渣中鋁平均值為15.38%，鐵水Si含量由2016年的0.45%降至0.39%，燃料比由541kg/t降至528kg/t，高爐在高鋁狀態下取得了較好的技術指標。

參考文獻：

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