漢鋼2號高爐含鈦礦護爐分析

張 穎

（陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司， 陜西 勉縣 724200）

陜鋼集團漢鋼公司（全文簡稱漢鋼）2號高爐有效容積2280 m3，于2012年8月14日點火開爐，該高爐采用軟水密閉循環冷卻系統和陶瓷杯爐底爐缸結構。由于各種因素影響從2015年開始2號高爐爐缸側壁局部溫度緩慢上升，至2018年2月—7月份高爐本體標高9.394m07B 和05B 點（熱電偶插入深度540 mm）溫度最高分別為703 ℃和694 ℃；標高10.196m07B 點（熱電偶插入深度890 mm）溫度570 ℃。經測算高爐本體標高9.394m07B 點碳磚最薄處剩余厚度約740 mm。根據爐底爐缸熱流強度和溫度分布情況，結合爐缸寢室模型判斷該部位陶瓷杯已被大面積侵蝕，爐缸區域碳磚“蒜頭”侵蝕已形成，影響著高爐的安全生產，需要采取必要的護爐措施，經過研究決定在漢鋼2號高爐配加含鈦球團礦進行護爐。

1 入爐料中含鈦礦配加比例

1.1 含鈦礦護爐機理

爐料中的TiO2進入爐缸后被還原成Ti 元素，Ti元素在與爐內的C 元素和N 元素結合生成TiC、TiN及固溶體Ti（C,N），而TiC 的熔化溫度為3150 ℃，TiN 的熔化溫度為2950 ℃，這些高熔點物質在爐缸內很難被熔化。它們再與鐵水中析出的石墨結合在一起進入被侵蝕的磚縫，并在冷卻系統的作用下在爐底表面凝結成保護層，從而達到減緩侵蝕和對爐缸爐底起到保護作用。

1.2 入爐料中含鈦礦配加比例

本次護爐研究是在球團礦中配加不同比例的含鈦磁鐵礦粉，其中高鈦礦比例為30%，對應球團礦中的w（TiO2）約為3.5%，低鈦礦比例為15%，對應球團礦中的w（TiO2）約為0.5%，詳見表1、表2。當含鈦球團礦入爐后通過控制爐溫高低來控制鐵水中[Ti]的含量，并結合冷卻制度來實現護爐效果。

表1 含鈦磁鐵礦粉成分 %

表2 含鈦礦結構情況

1.3 護爐效果分析

第一階段試驗期為8 d（8月26日—9月2日），從2018年8月26日開始在高爐中使用高鈦球團礦（w（TiO2）為3.5%左右，見下頁圖1），2號高爐控制爐溫在0.45%左右，生鐵中[Ti]含量（質量分數）為0.22%左右（見下頁表3），鐵水的流動性較差，易出現爐況難行、鐵水粘溝粘罐等現象，但護爐效果較好。8月26日—8月30日高爐本體標高8.592m07B點、標高9.394m07B 點、標高10.196m07B 點溫度上升趨勢減緩，8月31日（6 d 后）3個高溫點溫度均呈下降趨勢，第8 天高溫點溫度下降43～47 ℃，護爐取得階段性進展，詳見下頁圖2。

圖1 實驗階段入爐球團礦中TiO2 含量

表3 2018年8—10月份護爐實驗情況

圖2 2018年2號高爐爐缸側壁高溫點變化趨勢

第二階段試驗期為6 d（9月3日—8日），為了減少爐況難行風險，防止出現爐缸熱結現象，此階段適當降低生鐵含硅量，控制爐溫為0.30%～0.35%左右。9月3日開始使用低鈦球團礦w（TiO2為0.5%左右），三個高溫點溫度略有回升，其中高爐本體標高8.592m07B 點溫度漲幅最高，至9月5日溫度由473℃升高至493 ℃，3 天漲幅20 ℃。

第三階段試驗期為4d（9月9日—12日），考慮到爐缸側壁溫度回升，再次使用高鈦球團礦，繼續控制爐溫（w（Si））在0.30%～0.35%，觀察3個高溫點情況發現溫度下降趨勢明顯。

第四階段試驗期為8 d（9月13日—21日），此階段使用低鈦球團礦，爐溫按0.35%左右控制，繼續觀察溫度波動情況。運行3 d 后發現除標高9.394m07B 點溫度下降外，其他兩點溫度又有上升趨勢，8月17日達到最大值后又有下降趨勢。

第五階段試驗期為2d（9月22日—25日），此階段增大系統冷卻水流量，即由4200 m3/h 增加到4500 m3/h，再次使用高鈦球團礦，爐溫按0.35%控制，爐缸側壁高溫點呈繼續下降趨勢。

第六階段試驗期為29 d（9月25日—10月24日），使用低鈦球團礦，爐溫按0.35%控制。此階段前期高爐本體標高9.394m07B 點溫度下降，其余兩點溫度穩定在430～480 ℃之間波動，此后三個高溫點溫度呈下降趨勢。10月25日高爐休風以后，各高溫點溫度急劇下降。

通過生產實踐后發現從8月26 至10月24日這2個月來，高爐本體標高8.592m07B 點溫度由703 ℃降至450 ℃，降低了166 ℃；標高9.394m07B 點溫度由558 ℃降至404 ℃，降低了154 ℃；標高10.196m07B 點溫度由694 ℃降至382 ℃，降低了172 ℃。

2 爐溫與鐵水中鈦含量變化關系

通過2018年8月底到10月下旬的生產實踐發現鐵水中的鈦含量與生鐵中含硅量呈正相關關系，且球團礦中鈦含量和爐溫越高，鐵水中鈦含量也越高，詳見圖3。

圖3 生鐵中硅含量和鈦含量的變化曲線

當入爐球團礦中w（TiO2）為3.5%時，控制爐溫在w(Si)為0.32%～0.45%時，生鐵中w（Ti）在0.14%～0.22%左右，詳見表3。當入爐球團礦中w（TiO2）為0.5%時，控制爐溫w(Si)在0.3%～0.35%時（爐溫為什么是%），生鐵中w[Ti]在0.11%～0.16%左右。當入爐球團礦中w（TiO2）為3.5%，爐溫w(Si)由0.45%升高到0.9%時，生鐵中w[Ti]由0.22%升高至0.34%左右。當入爐球團礦中w（TiO2）由3.5%降低至0.5%，生鐵中w[Si]從0.45%下降至0.33%時，生鐵中w[Ti]由0.22%下降至0.16%左右，下降約0.06%左右。

當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.5%時，鐵水流動性開始變差；當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.6%時，鐵水流動性明顯變差，出現鐵溝和粘溝現象；當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.8%時，鐵水流動性極差，出現鐵溝和粘溝嚴重現象；當生鐵中w[Si]+w[Ti]＞0.9%時，嚴重影響正常生產，高爐容易出現難行、懸料現象。

3 含鈦礦護爐所需周期

通過2018年8月—10月份的生產實踐發現，當在球團礦中配加w(TiO2)為3.5%時，控制爐溫在0.45%左右，第6 d 爐缸側壁溫度開始下降，第7 d 可降低高溫點溫度43 ℃，初步達到護爐效果。

當控制球團礦中配加w（TiO2）為0.5%時，控制爐溫w(Si)在0.35%左右，第12d 爐缸側壁溫度開始下降，第19 d 可降低高溫點溫度50 ℃以上，達到護爐效果。

當反復控制球團礦中配加w（TiO2）為3.5%或0.5%時，控制爐溫w(Si)在0.3%～0.35%左右，此時鐵水中w[Ti]約為0.11%～0.16%，爐缸側壁高溫點溫度有波動，但仍然能夠保持護爐效果，詳見圖4。

圖4 2018年8月—2019年9月2號高爐爐缸異常點溫度趨勢

4 結論

通過2018年8月—2019年9月為期一年的護爐實踐，漢鋼公司煉鐵廠2號高爐目前標高9.394m05B 和07B 點，標高10.196m07B 點的溫度由最高703 ℃、694 ℃、570 ℃逐步下降至366 ℃、430 ℃、371 ℃，目前基本保持在450 ℃以下，經生產實踐總結：

1）在冷卻制度不變的情況下，爐料中的w（TiO2）達到18～20 kg/t 時護爐效果明顯，7～10 d 左右可完成護爐。

2）入爐料中w（TiO2）在10～12 kg/t 時，鐵水中w[Ti]約在0.11%～0.16%左右，仍然能夠長期達到護爐效果。

3）當生鐵中w[Si]在0.40%～0.70%時，鈦的回收率在18%～30%之間，隨爐溫升高基本呈正比遞增關系。

4）當生鐵中w[Ti]在0.10%～0.15%之間，護爐作用明顯且對生產影響較小，爐溫控制過高雖然鈦的回收率升高，但對正常生產有很大影響作用。

5）當生鐵中w[Ti]在0.2%～0.3%之間，雖然護爐效果更好，但容易破壞爐況順行，甚至造成“爐缸熱結”，并黏鐵水罐和鐵溝嚴重，會對正常生產有嚴重影響。