凌鋼5 號高爐高鈦負荷下的操作技術優化

李 亮 馬曉勇 戴田軍 鞠春明

（凌源鋼鐵股份有限公司）

0 引言

凌鋼5 號高爐設計爐容2 300 m3，設有3 個鐵口，30 個風口，配備3 座旋切頂燃式熱風爐，PW串罐無料鐘爐頂，環保新嘉恒法渣處理系統，爐體6～9 段采用銅冷卻壁的全冷卻壁薄內襯結構等，于2012 年10 月12 日投產。由于沒有配套的焦化工序，凌鋼5 號高爐全部使用外購焦炭，80%水熄焦+20%干熄焦，焦炭的供貨廠家有6 家，焦炭品種多，各家焦炭的水分、質量波動很大。凌鋼鐵前配備3 臺燒結機和年產200 萬t 鏈篦機-回轉窯一座，燒結機分別為1 號燒結機（240 m2），2 號燒結機（180 m2），3 號燒結機（320 m2）。入爐原料由自產燒結礦和球團礦組成，所需礦粉為自產精礦、地方礦粉、澳大利亞FMG、WPF 及鐵谷粉。

2020 年，為降低鐵前配礦成本，大幅度提高了鈦含量較高的地方礦粉的使用量，導致高爐入爐鈦負荷（TiO2）持續處于高位。鈦負荷的升高引起了爐缸工作狀態下滑，表現為爐溫穩定性差、爐缸活躍性降低、爐缸易堆積，影響了高爐的技術經濟指標。通過積極調整工藝參數、優化操作制度, 凌鋼5 號高爐的穩定性明顯提升，技術經濟指標持續改善，為生鐵成本的降低奠定了基礎。

1 5 號高爐鈦負荷現狀

高爐鈦負荷即每噸鐵由爐料帶入高爐的TiO2含量。2020 年9 月，對凌鋼5 號高爐的入爐原料進行取樣，并分析了其TiO2含量，結果見表1。

表1 5 號高爐鈦負荷及來源

由表1 可知，鈦負荷為9.02 kg/t，其中燒結礦帶入的TiO2的量為4.79 kg/t，球團礦帶入的TiO2的量為4.23 kg/t，燒結礦與球團礦的TiO2含量分別達到了0.45%、0.70%，處于國內高爐中的較高水平。燒結礦因配比高，帶入的TiO2量最多，占比達53.1%，球團礦因配加含TiO2較高的地方礦粉，使得帶入的TiO2的占比達到了46.9%。根據河北承鋼的經驗[1]，燒結礦中TiO2含量升高會導致燒結冷強度降低，會造成高爐塊狀帶透氣性變差。2020 年凌鋼5 號高爐鈦負荷變化趨勢如圖1 所示。

圖1 2020 年凌鋼5 號高爐鈦負荷變化趨勢

2 5 號高爐鈦在渣鐵間的分布

鐵水[Ti]含量與爐渣中的（TiO2）均來源于含鈦爐料中的TiO2。對于護爐操作來說，TiO2的帶入量一般是3～5 kg/t，在這種情況下，鐵水中的[Ti]含量為0.1%以下，而渣中的TiO2含量為1.0%～1.5%。爐渣中的（TiO2）在爐內的高爐還原氣氛條件下，可生成熔點2 000 ℃以上的TiN、TiC及Ti（CN）連接固熔體[2]，在爐缸內呈顆粒狀，懸浮、彌散在渣鐵中，造成鐵水、爐渣粘度升高，流動性變差。鐵水中[Ti]含量升高后會導致鐵水黏稠，鐵水罐易粘罐、易結殼、罐容變小，鐵水罐下線處理和鉤罐的次數增加，高爐兌罐正點率下降，出不凈鐵頻率升高，制約了高爐的正常生產，并將會對爐缸活躍程度造成不利影響。2020 年凌鋼5 號高爐鐵中的[Ti]含量與爐渣中的（TiO2）含量的變化趨勢如圖2 所示。

從圖2 可以看出，1～12 月份的[Ti] 含量在0.119%～0.176%之間，爐渣中的（TiO2）含量在1.46%～2.28%之間。這些都說明凌鋼高爐生鐵含鈦量偏高，高爐常年處于護爐狀態。

圖2 5 號高爐2020 年鐵水中[Ti]與渣中（TiO2）含量的變化趨勢

3 操作技術優化

3.1 加強原燃料管理

通過調整焦炭篩孔規格，加強焦炭篩分效果，提高焦炭粒度，將優質焦炭布到中心，增加高爐中心死焦堆的透氣性、透液性。5 號高爐設置5 個焦槽，焦篩尺寸為25 mm，焦丁比為40～45 kg/t，將5 號焦炭篩棒條間距調整為30 mm，焦丁篩棒條間距由10 mm 改為8 mm，增加了焦丁回收量，焦丁比達到50～60 kg/t。焦丁隨球團礦布入高爐中間環帶，焦丁比的提高改善了料柱中間環帶的透氣性，既節約了焦炭量，同時中心焦的粒度又得到了保證，利于開放并穩定中心氣流。

1 號燒結機和5 號高爐的距離達2 km 左右，且經多個轉運站，加劇了燒結礦的破碎。為了最大限度降低入爐粉末，采取燒結礦槽位下限值預警機制，燒結礦槽位下限值不準低于5 m（滿槽位9 m），槽位臨界預警時采取停槽或及時補加落地燒結礦等措施。同時，5 號高爐制定了原燃料監控體系，通過微信平臺及時上傳原燃料信息。針對原燃料異常情況，提前采取控制手段，防止爐況出現波動，保障了高爐的長期穩定運行。高爐燒結礦入爐粒級組成見表2。

表2 凌鋼5 號高爐燒結礦的粒度組成 %

3.2 裝料制度優化

3.3 大風量高壓差操作

高爐在高鈦負荷下冶煉的核心問題是如何保證爐缸工作狀態活躍[3]。保證足夠的入爐風量是保證爐缸活性的前提，2020 年5 號高爐突破常規，歷史性的將風量提高至5 000 Nm3/min，高爐實際風速維持在290～295 m/s，鼓風動能突破15 000 kgm/s。爐頂壓力由200 kPa 提高至220 kPa，高爐壓差控制上限由180 kPa 放寬至190 kPa。風量和鼓風動能的提高對高爐爐況的改善發揮了巨大的作用。

（1）有利于吹透中心和中心氣流的發展，改善了爐缸的工作狀態，為高爐長周期穩定順行打下基礎。

（2）隨著風量的提高，產量大幅度增加，加快了爐內各類物理、化學反應，爐缸渣鐵溫度更加均勻，進一步促進了爐缸的活躍，使得高爐各項指標明顯改善。

（3）促進了鋅等有害元素的上部排出，對爐況順行有積極作用。

5 號高爐2020 年各月份送風參數變化見表3。

表3 2020 年5 號高爐送風參數變化

3.4 熱制度與造渣制度優化

因入爐鈦負荷高致使高爐冶煉受爐溫影響較大，爐溫高易生成TiN、TiC 和Ti（CN）連接固熔體，導致渣鐵黏稠、渣鐵分離困難、流動性變差，造成出鐵時間延長，渣鐵不易出凈，全爐壓差升高，爐況波動。

5 號高爐將生鐵[Si] 含量控制標準由0.35%～0.50%降低至0.30%～0.45%，鐵水物理熱由1 480 ℃降低至1 470 ℃。5 號高爐爐渣堿度由1.20±0.05 降低至1.15±0.05，同時將爐渣中的（MgO）含量提高至9%～10%，控制爐渣W（MgO）/W(Al2O3）＞0.65。降低鐵水溫度可抑制TiN、TiC和Ti（CN）的生成，改善渣鐵流動性，促進渣鐵分離，而適當降低爐渣堿度和提高鎂鋁比也可改善爐渣的流動性能，降低渣鐵在料柱中的停留時間，提高料柱透氣性。2020 年爐渣成分控制見表4。

表4 凌鋼5 號高爐爐渣成分

3.5 建立鈦的收支平衡體系

建立了TiO2在高爐內的收支平衡體系。利用入爐的TiO2總量減去進入鐵水中的[Ti]（轉化為TiO2）及進入爐渣中的TiO2含量，分析Ti 在爐內的富集情況。Ti 在高爐內主要以TiC、TiN 和Ti（CN）的形式富集。高爐操作者每天要做Ti 在高爐內的平衡計算工作，及時掌握Ti 在高爐內的富集情況。在入爐鈦負荷一定的情況下，鐵水中的[Ti]高，則進入爐渣中的TiO2的量會減少；鐵水中的[Ti]低，則進入爐渣中的TiO2的量會增加，日常生產應密切關注TiO2在爐內的富集情況，如果Ti 在高爐內的富集總量呈上升趨勢，應密切關注，防止出現爐缸堆積，必要時配加錳礦或螢石進行洗爐。

3.6 加強爐前出鐵管理

隨著生鐵產量的提高，渣鐵能否及時排凈直接影響到爐況的穩定順行。加上鈦負荷較高，導致鐵中[Ti]及渣中（TiO2）含量較高，造成渣鐵分離困難、產生泡沫渣等，渣鐵在爐內時間越長，渣鐵流動性越差。為了適應生產的需要，5 號高爐樹立憋渣憋鐵就是事故的理念，首先，從改善炮泥質量入手，保障鐵口的工作狀態，有效保證了鐵口深度和出鐵的均勻性；其次，由兩個鐵口輪流出鐵改為三個鐵口輪流出鐵，采取零間隔出鐵模式，縮短渣鐵在爐內的停留時間；提高爐前主鐵溝的壽命，必保過鐵量15 萬t 以上，減少主鐵溝檢修頻率；爐前工作的細化有力保障了爐內操作優化的順利進行。

4 取得的效果

通過優化操作技術，實現了5 號高爐的長周期穩定順行，主要經濟指明顯改善，特別是高爐產量，實現了跨越式的突破，創造歷史最好水平，燃料比、煤比等主要經濟指標也都處于歷史較好水平，取得了明顯的經濟效益，具體見表5。

表5 凌鋼5 號高爐操作優化前后的主要指標變化

5 結語

因使用地方礦粉比例較高，導致凌鋼高爐入爐原料中鈦負荷較高，使得高爐生鐵中鈦含量偏高。為了確保爐況穩定順行，在鐵前配礦不能有效降低入爐鈦負荷的情況下，結合5 號高爐生產操作實踐，建議關注以下幾點：

（1）高鈦負荷冶煉應使用“開放中心，兼顧邊緣”的布料制度，平衡好兩道煤氣流。

（2）在送風制度方面，應提高風量和實際風速，維持較高的鼓風動能，確保爐缸工作狀態活躍。

（3）優化爐渣成分，控制適宜的爐渣鎂鋁比，適當降低爐渣的二元堿度以提高爐渣的流動性。

（4）在保持鐵水物理熱充沛的前提下，適當降低生鐵[Si]含量，利于改善鐵水的流動性能。

（5）爐前渣鐵排放對于高爐冶煉非常重要，及時排凈渣鐵是高鈦負荷下爐況穩定順行的必要條件。