提高鐵水質量的實踐

張文政

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

天津天鋼聯合特鋼有限公司（聯合特鋼）煉鐵廠現有500 m3高爐兩座，1 080 m3高爐三座，年產鐵432 萬噸。高爐采用頂燃式熱風爐、料車斜橋上料、并罐無料鐘爐頂，煤氣系統采用重力除塵器加布袋除塵器。近年來鋼鐵企業經營壓力不斷加大，高爐主要以低成本模式來組織生產，為了降低原燃料的采購成本，導致進廠原燃料種類增多，品質差異大，已經影響到了高爐的正常生產。同時受特殊時期環保限產的影響，燒結階段性停機已成為鋼鐵企業的常態，導致燒結礦生產波動性大、質量穩定性差。如何在目前的條件下提高鐵水質量成為聯合特鋼面臨的新的課題。

面對這種非穩態的生產外部條件，聯合特鋼積極組織應對，圍繞提高鐵水質量、降低焦比、增加鐵水產量展開了技術攻關，明確了以降低鐵水硅及硫含量為技術攻關的首要目標。通過分析目前高爐原料供應和生產現狀，找出了影響降低鐵水硅及硫含量的關鍵因素，提出了改進方向和措施。據行業經驗，鐵水含硅量每降低0.1%，焦比降低6 kg/t，產量提升0.6%。

1 影響高爐鐵水質量的因素分析

1.1 入爐焦炭質量影響

隨著日益嚴峻的環保形勢,上游焦化工序，以及相關輔料等相關產業受到環保減排和限產的壓力,使得高爐入爐原燃料質量波動加大。由于鋼聯合特鋼高爐的焦炭100%依賴外購，焦炭的種類和質量均受行業的生產形勢制約。特別是環保限產期間，上游焦化廠受環保減排影響，導致焦炭供貨量不足，同時由于延長熄焦時間造成了焦炭質量不穩定，給高爐的穩定順行造成影響。

1.2 入爐含鐵料結構不穩定的影響

受特殊時期環保限產的影響，燒結階段性停機已經成為常態，使得燒結礦供應量受到限制。為了保證燒結礦的供應，需要調整入爐料結構，降低燒結礦配比，配加一定比例的球團礦或者塊礦，同時燒結礦的堿度也要做出相應的調整，造成高爐爐料結構不穩定。

綜上所述，高爐焦炭和爐料結構的頻繁變化，是制約高爐穩定順行和鐵水質量的關鍵因素之一。因此，要采取相應措施來減少和避免入爐焦炭熱強度的波動，提高主要入爐原料的質量，以及保持爐料結構的相對平穩變化，從而保證鐵水質量的穩定。

2 提高鐵水質量的主要方向和措施

2.1 高爐鐵水硫含量的研究與控制

目前聯合特鋼高爐入爐硫負荷月平均值在4.4 kg/t，最高時甚至達到5.59 kg/t。為了分析鐵水中硫的分布情況，選取聯合特鋼2019 年11 月1#高爐的生產數據進行硫平衡的計算，如表1 所示。

表1 1#高爐硫的輸入輸出分布情況

如表1 所示，高爐硫負荷的80%是焦炭燃燒帶入的，12%是高爐噴吹煤粉帶入的，6%是塊礦帶入的。為了降低生產成本，高爐配吃部分天然塊礦，配吃比例10%～20%之間，塊礦帶入一定比例的硫。燒結工藝生產過程，能夠去除混合料中以硫化物形態存在的硫達90%以上，所以燒結礦帶入的硫負荷較少。目前由于聯合特鋼外購的焦炭、高爐噴吹煤、生礦的供應量和質量并不穩定，造成了高爐硫負荷的波動較大，鐵水質量不穩定。

鐵水中的硫含量主要與硫負荷的高低、渣量的多少和硫在渣鐵中的分配系數有關，這三個參數之間相互作用共同導致鐵水硫的高低。渣量和硫負荷是由入爐原燃料條件決定的，因此，提高硫在渣鐵間的分配系數（S）/[S]，是實際生產中控制硫含量的主要研究方向和內容。

2.1.1 爐渣堿度的控制

鐵水硫含量與爐渣堿度密切相關，爐渣堿度提高有利于提高硫在渣鐵間的分配系數（S）/[S]，降低鐵水中的硫含量。但是，堿度過高使渣的流動性變壞，使脫硫反應的動力學條件變差，反而使爐渣的脫硫能力降低，高堿度渣只有在保證良好流動性的前提下才能發揮作用。因此在保證爐渣流動性的前提下適當提高爐渣堿度。

2.1.2 渣量的控制

鐵水硫含量的高低與爐渣的多少表面上呈反比，渣量越大，越有利于脫除鐵水中的硫，但渣量多了，消耗的熱量就增加了，熱量降低不利于鐵水的硫的去除。綜合分析減少渣量對于鐵水脫硫是比較有利的，這也是大多數企業提倡提高綜合入爐品位的原因。

2.1.3 渣鐵溫度的控制

由于脫硫反應是吸熱反應，提高渣鐵溫度有利于提高硫在渣鐵間的分配系數（S）/[S]，對脫硫反應有利。同時高的渣鐵溫度可以降低爐渣黏度，對脫硫反應也是有利的。因此在燃料比不變的情況下通過提高熱風溫度，可以有效提高渣鐵溫度。聯合特鋼通過增加熱風爐自動燒爐控制系統，空氣、煤氣雙預熱技術改造，充分的利用了高爐煤氣，使熱風溫度平均控制在1 185 ℃以上。

2.1.4 高爐操作的控制

當高爐不順行、煤氣流分布失常，爐缸工作不均勻時，高爐脫硫效果降低，生鐵含硫量升高。因此，正確運用高爐各種上下調節方法，保證高爐順行，是充分發揮爐渣脫硫能力，降低生鐵含硫量的重要手段。

2.1.5 爐前出鐵操作的控制

爐前出鐵方面，維護合理的鐵口深度，根據冶煉強度確定出鐵流速[1]，合理的控制出鐵時間，保持爐缸內渣鐵液面幅度波動不大。通過穩定爐前出鐵操作，消除高爐虧鐵對高爐熱制度的影響，減小不同出鐵場的鐵水溫度波動。

綜上所述，適當提高爐渣堿度、提高渣鐵溫度、保持高爐順行和穩定爐前出鐵操作，可以降低鐵水硫的含量。另外大渣量可以脫硫，但不能提高（S）/[S]，還會影響鐵水溫度的提高，所以不建議采用。

2.2 鐵水硅含量的研究與控制

鐵水硅的來源主要由燒結礦、球團礦、塊礦的脈石和入爐燃料焦炭、煤粉的灰分共同帶入。其次鐵水硅含量控制取決于高爐穩定順行程度，只有在高爐爐況穩定順行的前提下，鐵水硅含量才能實現穩定降低。通過加強入爐原燃料質量控制，強化高爐操作，合理搭配入爐料的結構，可實現高爐穩定順行和低硅冶煉。

2.2.1 入爐原燃料質量的控制

在高爐操作中特別注重入爐原料質量控制，俗話說高爐操作七分靠原料，三分靠操作，可見入爐料質量控制的重要性。因此鐵水降硅主要從焦炭質量控制和原料質量控制開展工作。

（1）入爐焦炭質量的控制。焦炭的質量是造成高爐爐況和鐵水質量波動的主要原因。通過跟蹤焦炭指標（焦炭熱強度、粒度、水份、灰分、硫分）的變化，及時發現焦炭的質量波動，通過合理搭配焦炭種類，確保入爐焦炭質量穩定。

（2）入爐原料質量的控制。一是要加強入爐燒結礦質量控制，燒結礦作為高爐煉鐵的主要原料[2]，其配比高達70%以上，燒結礦的質量對高爐的影響非常大，因此要加強料場管理，提高混勻料質量，摸索合理的燒結熱工參數，控制合適的水分含量和碳含量，使燒結礦的堿度穩定性、亞鐵含量、低溫還原粉化指數（+3.15）、燒結礦＜10 mm 粒度占比等理化指標得到穩步提高。二是要加強入爐球團礦質量控制，重點對球團抗壓強度＜2 200 N 的個數、球團礦堿金屬（Na2O+K2O）和球團礦鋅（Zn）進行跟蹤，出現異常及時進行調整。三是要加強入爐塊礦質量控制，對入爐塊礦進行熱爆性實驗，通過性價比測算，選擇熱爆性低的塊礦進行合理配加，降低高爐上部原料的粉化，提高高爐的透氣性。

2.2.2 高爐操作的控制

高爐操作者根據高爐各方向不同高度的靜壓差的變化以及高爐總體壓差的變化情況，利用數據挖掘技術及時識別高爐氣流和料柱的運動分布情況，推斷影響爐況變化的時間和大小，進而采取有效措施將爐況及時恢復到正常狀態，保證高爐的穩定和順行。

當高爐向熱時，容易引起爐身靜壓差的波動，爐腹部位的靜壓差升高，同時爐身中下部壓差也逐漸爬坡，整體料柱壓差上升，料速變慢。此時應采取降低爐溫的措施，降低高爐壓差，保證高爐的穩定順行。

2.2.3 入爐料結構的控制

高爐入爐料的結構組成，決定了高爐爐渣成分的組成。通過調整入爐料的結構，在保證順行的基礎上適當提高爐渣堿度，控制渣中合理的鎂鋁比，它不僅抑制SiO2的還原反應，還可以保證爐渣的良好流動性，而且能提高爐渣脫硫能力和熔化溫度，有利于保持充足的爐缸溫度，為低硅冶煉創造了條件。

3 提高鐵水質量的效果

通過對非穩態條件下高爐鐵水質量控制的研究和措施的實施，天津天鋼聯合特鋼高爐鐵水質量控制水平有了大幅提高，目前鐵水硫含量平均值在0.025%以下，鐵水硅含量平均值在0.35%以下。鐵水硅含量的過程控制水平PPK 和PPU 指數均在1.33以上，說明鐵水硅含量的過程控制能力充足。

4 結論

通過對鋼聯合特目前的高爐原料供應和生產現狀的分析，找到了影響鐵水質量的關鍵因素，制定了降低鐵水硅及硫含量的方向和主要措施。通過加強入爐原燃料質量控制，強化高爐操作，優化合理的入爐料結構等一系列措施，高爐鐵水質量得到有效控制和明顯改善。目前高爐鐵水的硅和硫的含量能夠滿足轉爐冶煉的需要，使得煉鋼的成本和生產效率明顯改善。