淺析煉鐵廠高爐強化冶煉與節能

劉玉臣 時仁英

1.簡述

隨著行業競爭的加劇，先進的冶金技術手段和高效的管理模式不斷在高爐上應用，高爐強化方法和強化水平不斷提高。目前，高爐生產進入了以精料為主，高富氧、高頂壓、高冶強結合的高爐強化時期，全國部分300立方級的高爐利用系數接近或已超過4.0，單位爐容冶煉強度在2.0以上，而且高爐順行指數和能耗都取得較好水平（見表1）。

2.精料

2.1 提高入爐料品位

隨著高爐生產的不斷強化，促使入爐料綜合品位的不斷提高，高爐根據自身條件合理調配用料的同時，更多的以進口高品位礦粉和進口礦代替國產礦來提高入爐料品位，雖然進口礦到岸單價較高，但與入爐品位提高后高爐順行的改善，以及降低燃料消耗所產生的效益相比，仍有較大的利益空間。但入爐礦品位提高的同時，由于混合用料成份結構的變化，導致爐料冶金性能的改變。例如進口礦粉比例提高使入爐料AL2O3含量增加，高爐為適應爐況造渣需要，要求增加渣中MgO含量以提高R3改善爐渣性能。為提高燒結品位，會導致混合料中SiO2含量降低引起燒結強度下降，返礦和入爐粉末增加，不利于高爐順行和降耗。需要改進燒結工藝，采用厚料層，低溫點火，小球燒結等先進技術，以適應高品位高強度的需求。高爐用料結構的改變，使得燒結堿度不斷提高，各項冶金性能改善的同時，也為增加高品位酸性料創造了條件，無論是堿度改善還是品位的提高都是為高爐順行服務的，所以燒結礦選用應以強度和最佳冶金性能為指標來合理確定。

表1 2001-2017年煉鐵廠高爐技經指標

2001年燒結礦品位超過58%，小于5mm粉末含量為7.2%左右，高爐綜合入爐品位58.01%，隨著高爐強化的需要，燒結品位下降到2017年的56.28%，粉末低于2.22%，入爐料綜合品位為58.19%，但高爐順行數及各項指標均有提高（見表2）。

實踐證明只強調品位的提高反而會導致燒結礦強度下降，不利于爐況順行和綜合指標的提升，只有在保證燒結結構強度，保證高爐順行的情況下提高品位才有意義。

2.2 加強槽下篩分，減少入爐粉末

燒結礦小于5mm的粉末變化1%影響焦比0.5%影響產量0.5%-1%。入爐粉末不僅影響高爐順行，造渣消耗焦炭，同時易使爐墻結厚結瘤。加強過篩減少粉末入爐尤為必要，煉鐵廠通過篩分整粒技術，對篩型及篩網等進行改造，由最初的單層篩發展到多層篩，不同的爐料采用不同的篩型、篩網，提高篩分整粒的能力及效率，減少入爐含粉，改善爐料的透氣性，高爐順行狀況得到改善，煤氣分布及利用更加合理。經過改造原料給料速度和篩分料層厚度可自由調節，篩分效率在80%以上。對焦炭實行每班不低于三次的清篩管理，隨時保持篩面的最大篩分效率。

2.3 改善焦炭質量

焦炭是高爐的發熱劑、滲碳劑、還原劑和料柱骨架，提高焦炭質量，保證高爐順行不僅有利于高爐強化還能為提高高爐噴煤量創造條件。由于南鋼自產焦炭不能滿足高爐生產需要，外購焦成分波動大性能不穩定，高爐順行狀況完全依靠自產焦質量的提高。表3為近幾年南鋼5座高爐焦炭質量指標。由表3可知近年高爐所用焦炭多項指標均有不同程度下滑，目前的高爐強化水平可以看到，如果焦炭質量能得到明顯改善，我們的高爐順行等指標將會得到進一步提高，節能降耗會更為明顯。

通過精料，高爐順行改善煤氣利用率提高。煤氣得到合理利用是高爐強化的一個重要指標，也是先進高爐發展間接還原，降焦節能的方向。高爐獲得合理的煤氣曲線是指在保證高爐順行的情況下，煤氣的熱能和化學能得到最大化利用，除了依靠日常的布料調節外主要由高爐原燃料條件決定。煤氣曲線的“雙峰式”時期，高爐使用熱燒結礦品位低，強度等冶金性能差，焦炭強度也不好。隨著燒結冷卻、整粘技術普遍推廣應用，焦炭質量也得到改善，在保證高爐順行的前提下，上下部調劑，高爐由兩道氣流變為以中心為主適當發展邊緣，高爐煤氣利用得到提高，形成“喇叭花式”的煤氣曲線。近年來精料技術不斷改進，原燃料條件大為改善，各種先進的操作技術不斷應用，高煤順行和煤氣利用水平都得到大幅度提高，煤氣曲線向“平峰式”的理想狀態發展，節能效果更為顯著。

3.高富氧

高風溫、富氧噴煤是高爐強化和節能降耗的有效措施。風溫每變化100攝氏度影響風口區理論燃料溫度80攝氏度，影響焦比20kg-30kg，影響產量4%-6%。富氧每變化1%影響理論燃料溫度35℃-45℃，影響焦比0.5%，影響產量2.5%-3%，噴煤比每增加10kg/t可使理論燃料溫度降低20℃-30℃。提高噴煤量，發展以煤代焦，必然以高爐強化和高風溫，高富氧為條件。做到“上穩下活”是高爐強化的保障，活躍的爐缸需要風溫補充足夠的理論燃燒溫度。也是高爐發展富氧噴煤的基礎，目前300m3-400m3級高爐強化程度較好的風溫水平能常年穩定在1170攝氏度左右，富氧3%以上，噴煤年均超過150kg/t。南鋼五座高爐2009年平均風溫達1080攝氏度，富氧2.35%，噴煤達157.99kg/t，為歷史最好水平。因此，2009年節能降耗指標取得史無前例的好水平，噸鐵入爐焦比較2001-2008年均有不同程度的下降（除2008年全球金融危機不可比外），比2006年最好水平相比下降10.23kg/t，節約冶金焦炭量2.32萬噸。按動態1781.2元/噸價格計算，年創效益達4126.19萬元。由于老區改造受限，平均風溫水平還未能突破1100攝氏度，風溫水平不高，是降焦比薄弱環節。在現有條件下建議5座高爐均引入焦爐煤氣，目前，南鋼煉鐵廠2號高爐1座引入少量焦爐煤氣，富化高爐煤氣以提高煤氣發熱值。同時降低煤粉灰粉，噴吹優質煤粉，提高噴煤置換比，能減少爐內未然煤粉對料柱透氣性和爐渣性能的影響，有利于高爐順行（見表3、表4）。

表2 2001年與2017年燒結礦質量對比 %

表3 2002-2017年南鋼五座高爐焦炭質量情況 %

表4 南鋼五座高爐噴煤成分 %

4.高壓

高爐冶煉是一個逆流反應過程，主要依靠上升煤氣與下降爐料的充分接觸完成冶煉過程，目前條件下高爐強化的目標是發展間接還原，提高煤氣能量利用。頂壓每變化10KPa影響焦比0.5%，影響產量2%-3%。高壓操作就是要提高爐頂壓力，充分發揮小高爐的頂壓環境優勢，延長煤氣與爐料接觸時間，提高煤氣熱能和化學能的利用效率。隨著高爐強化水平的提高，對先進技術設備的引進，特別是無料鐘的應用，為小高爐的高頂壓操作創造了條件。

5.其他

低硅冶煉不僅為高爐煉鐵節約成本，供優質生鐵的同時也降低了下道工序的能量消耗。生鐵含硅每升高0.1個百分點，煉鐵焦比升高4kg/t，煉鋼成本增加15元/噸。控制鐵水硅含量的方法主要有：

（1）減少爐原燃料SiO2含量。

（2）降低軟熔帶控制滴落帶位置，控制滴落帶高度，減少鐵水中[C]SiO接觸的機會。

（3）提高終渣氧化性。降低風口區溫度，提高爐渣堿度，促進鐵水脫硅。

高爐強化就是在現有技術裝備條件下運用精料、高頂壓、高富氧等先進技術操作手段提高冶煉強度，實現高爐高產、優質高效、低能耗、長壽的目標，以最低的投入獲得最高的效益，實現節能降耗的目的。