大型高爐強化冶煉技術措施分析

修 鶴

（河鋼承鋼煉鐵事業部，河北 承德 067102）

隨著高爐煉鐵技術的發展，高爐正向大型化方向發展，裝備水平不斷提高，高爐爐頂采用PW無料鐘爐頂設備，爐身中下部采用銅冷卻壁，熱風爐采用助燃風及煤氣雙預熱的高風溫技術等。然而，隨著高爐的大型化，對原燃料質量的要求也越來越高。本文探討了大型高爐強化冶煉技術措施。

1 高爐強化冶煉的現實意義

高爐強化冶煉是指提高高爐生產質量，從而實現高產、優質、低耗等目標的措施，其所應用的手段包括多種，如高風溫、提高煤炭噴煤比等。另外，高爐強化冶煉是提高生產系統效率、嚴格管控高爐操作狀態的一個重要指標，同時也是實現降低能耗、提高高爐燃料比的一項重要技術，不但能使利用系數得到顯著提升，并且能有效降低各種溶劑消耗，有效縮短整個冶煉周期，簡化各項工序流程，是冶煉技術邁向現代化過程中的一項重要內容。高爐主要由多個設備共同構成，一般情況下，高爐均呈圓形，其不但存在排風口、出風口，并且還配設有若干個排氣孔，在具體應用中，僅需從爐頂位置把原料倒進即可，然后通過多個工序進行煉制處理。但在具體冶煉過程中，高爐需承受較高溫度，所以對高爐來講，其不但要具備合理、科學的架構，同時還應具備較強的耐高溫性、耐火性。在高爐冶煉技術逐步深化、能源日益短缺的時代環境下，高爐冶煉技術被越來越多的人所重視，該方面的研究也日益增多。對高爐強化冶煉技術來講，其是實現增產、節能、降本的關鍵，同時也是推動冶煉技術快速發展的重要驅動力。

2 國內2000m3以上高爐用焦炭的質量

（1）焦炭質量要求。焦炭在高爐中起骨架、還原劑、燃料的作用，對大型高爐而言，骨架作用尤為重要。高爐內下降的液態爐渣和鐵需通過焦炭料柱的孔隙落入爐缸。上升的氣流需通過焦炭料柱的孔隙到達爐頂，因此，為保證高爐冶煉過程的順利進行，必須要良好強度的焦炭料柱。高爐爐容增大后，延長了爐料在高爐中的停留時間。焦炭與煤氣反應時間長，會加劇焦炭的氣化反應，從而惡化焦炭性質，因此，高爐內焦炭料柱必須具有足夠的反應后強度，即焦炭的熱性能要好。我國2000m3級部分高爐原燃料質量指標見表1。

表1 國內2000m3以上高爐用焦炭質量

由表1可看出，2000m3級高爐所用焦炭中M40大于80%，M107.8～5.3%，反應性(CRI)<30%、反應后強度(CSR)>60%。

（2）提高焦炭質量的技術措施。近年來，在資源供給不足的情況下，各企業煉焦煤出現煤質下降、波動加大、品種不平衡、煤場庫存少，出現備煤煉焦生產組織困難加大的局面。因此，必須通過工藝優化來提高焦炭質量。①優化配煤。根據各地區煉焦煤資源情況，通過優化配煤生產大型高爐用焦炭，開展煉焦用煤系統和優化配煤提高焦炭質量的研究，提高配煤的粘結性，降低其堿金屬含量和堿度指數，從而降低反應性，提高反應后強度。②用型煤煉焦。型煤煉焦新工藝是將一部分裝爐煤料在裝入焦爐前配入粘結劑壓制成型煤，然后與大部分散煤原料按比例配合后裝爐煉焦。配型煤煉焦作用相當于在配煤中添加肥煤和肥氣煤，配型煤煉焦可使焦炭M40提高1%～3%，M10降低2%～4%，CSR提高1%～10%。③干熄焦。干熄焦不僅能回收紅焦的顯熱，而且可改善焦炭質量，減少濕法熄焦對大氣的污染。干熄焦技術能顯著提高焦炭質量，一般認為，與濕法熄焦相比，干熄焦的M40提高3%～8%，M10降低0.3%～0.8%。另外，干熄焦可使焦炭CSR提高1%～2%。

3 國內2000m3以上高爐用燒結礦的質量

（1）燒結礦質量要求。高爐爐容增大，爐料所承受的荷重增加，為確保在爐料下降中能保持足夠粒度及料柱的透氣性，燒結礦也必須有足夠的強度。高爐爐容增大后，高爐內塊狀帶的區域相應增大，燒結礦在塊狀帶中的停留時間延長，爐料間的擠壓及相對運動時間延長。這些運動將導致燒結礦破碎，從而影響爐料透氣性，因此燒結礦必須具有足夠強度，以保證爐料在下降時不破壞料柱的透氣性。我國部分大型高爐燒結礦質量要求見表2。

從表2可看出，各公司燒結礦質量也不盡相同。其TFe及轉鼓強度較高，燒結礦品位達56%～59%，轉鼓強度一般>75%。

表2 國內部分大型高爐燒結礦質量

（2）提高燒結礦質量的技術措施。提高燒結礦質量的技術措施主要有強化制粒、厚料層小球燒結、燃料二次分加、熱風燒結、高堿度燒結等，當前燒結設備和工藝發展的主流是設備大型化、自動化程度高。我國許多中小型燒結機在配合高爐擴容后，已轉向大型燒結機。

實施厚料層作業是國內燒結企業提高燒結礦質量的主要技術措施，厚料層作業的關鍵條件是燒結過程透氣性的提高、抽煙機能力的匹配、燒結機臺車欄板高度能滿足要求。提高燒結過程透氣性的關鍵是加強燒結混合料制粒，通過合理控制原燃料的粒度組成、添加復合粘結劑、適當延長制粒時間等，實現了強化燒結混合料的制粒。

國內多家企業在燒結礦噴灑CaCl2試驗中取得了成功，燒結礦低溫還原粉化指標得到了顯著提高，如馬鋼RDI-315從35.05%下降到23.93%，在相同條件下，高爐風量增加147m3/min，系數增加0.09t/m3·d，燃料比下降5kg/t Fe。

4 大型高爐冶煉的強化技術措施

（1）提高入爐料含鐵品位。優化入爐料結構高爐入爐品位的提高，可減少渣量，有利于提高煤比，改善透氣性，減少軟熔帶的位置。燒結球團礦的成功使用，有效地減少了生礦入爐量，提高了熟料率。在高堿度燒結礦生產中，適當添加外購高品位的富礦粉，以提高燒結礦品位，使爐料結構更加合理，優化了爐料結構。

（2）提高焦炭質量，特別是焦炭的高溫性能。大型高爐對焦炭質量的要求越來越高，其強度對料柱的透氣性、透液性和煤氣流的二次分布起著決定性的作用。通過控制來煤灰分和硫含量，調整配煤結構，延長結焦時間，提高焦炭質量。

從煉焦配煤控制入手，努力提高焦炭的高溫性能，降低焦炭灰分及硫分。焦炭的高溫性能得到明顯改善，為高爐的強化特別是負荷水平的提高提供了可靠的依據。

馬鋼在日常生產中特別注重焦炭的高溫性能，當焦炭的反應性超過28%時，反應后強度小于63%，極易出現爐缸堆積。

（3）采用高頂壓、高風溫、高噴煤比技術。當前，國內大型高爐已淘汰了鐘式爐頂，采用無料鐘爐頂，爐頂壓力已從原來的低壓(通常約0.12MPa)增加到約0.2MPa的高壓。頂壓的增加意味著煤氣密度的增加，是加強高爐生產的有效途徑。高風溫為高煤比創造了有利條件，有利于提高爐缸顯熱和風口理論燃燒溫度，而高煤比吸熱降低燃燒溫度，有利于調節爐缸工作溫度，使爐缸工作狀態更加均勻穩定。增加噴煤量，不僅可節焦，而且可充分利用高風溫，高爐操作調節更為靈活。

武鋼高爐因完全淘汰了鐘式爐頂，頂壓從0.135MPa增加到0.2MPa左右，大修或新建高爐采用高溫內燒式熱風爐，通常風溫在1200℃左右。

鞍鋼10#高爐大修后，新建了4座新日鐵外燃式熱風爐，采用熱風爐自身預熱技術，并進行熱風爐自預熱工業試驗。助燃空氣按常溫200、300、400、500、600℃幾個階段升溫，高爐煤氣預熱溫度150℃。試驗表明，在配有煙氣預熱煤氣換熱器的情況下，僅利用低熱值高爐煤氣，自身預熱技術可獲得1200℃的風溫。鞍鋼10#高爐自投運以來，逐步提高噴吹量，強化效果明顯。

（4）加強原燃料篩選。隨著高爐大型化和冶煉的日益強化，對料柱透氣性的要求越來越高。強化篩分和減少粉末是簡便且行之有效的精料手段。當焦炭質量無明顯改善(M40約為80%)時，加強粒度控制，提高高爐透氣性，這是強化冶煉的一項措施。

武鋼在改進礦、焦篩方面做出了不懈努力，從單層篩、雙層篩、梳齒篩到懸臂防堵篩，篩分效率不斷提高，入爐含粉量(小于5mm)穩定控制在5%以下。高爐改造大修后，在高爐礦、焦槽下設置振動篩對礦石、焦炭進行篩分。礦石篩出≤5mm粉末，焦炭篩出≤25mm焦丁，使礦石入爐粉末明顯減少。

（5）取消渣口，停止放上渣。隨著入爐原料的改善，高爐渣量大幅減少。隨著渣量的減少和爐頂壓力的升高，上渣困難，不利于生產的順利進行。因此，必須取消渣口，停止放上渣。武鋼高爐中老系統均設有上渣口。上世紀80年代以后新建的高爐取消了放上渣，同時，2#、3#高爐在同一出鐵場設置兩個出鐵口，可倒換使用，減少偏料，并采取增加出鐵次數、調整進風面積等技術措施，有效維持高爐的強化生產。

（6）采用中心加焦、大批重分裝技術。中心加焦就是在高爐中心加入適量的焦炭，以保證爐內形成倒“V”形軟熔帶，從而保證高爐的平穩運行。同時，利用中心添加的焦炭更新爐缸焦炭床，提高其透氣性和透液性，使爐缸更加活躍，以達到長壽、低耗、高產的效果。為控制中心氣流，鞍鋼10#高爐批重由42.0t擴大到50.0t，增加礦石批重可穩定上部煤氣流，增加煤氣與礦石接觸面積，提高煤氣利用率。批重越大，料層越厚，軟熔帶焦炭夾層厚度相應增大，也能提高料柱透氣性。同時，增加礦石批重后，整個料柱礦焦層數會減少。因此，界面效應減小，有利于高爐透氣性的提高。

（7）加強高爐操作。高爐強化冶煉主要采用高風速、高風溫、高富氧率、高煤比等措施，達到吹透中心、活躍爐缸、適當抑制邊緣氣流的目的。通過生產實踐，如馬鋼2500m3高爐上下部調劑原則，即開放中心、吹活爐缸，適當抑制邊緣氣流，可獲得高產、優質、低耗的良好效果。

5 結論

（1）隨著高爐容積的增大，2000m3以上大型高爐對原燃料質量的要求也越來越高：焦炭M40>85%，M10<6.5%，反應性(CRI)<30%，反應后強度(CSR)>60%；燒結礦TFe>57%左右，轉鼓強度一般>76%。

（2）提高焦炭質量的措施包括優化配煤結構、配型煤煉焦、干熄焦工藝等；提高燒結礦質量措施包括厚料層操作、小球燒結、高堿度燒結和強化制粒等，這些措施的應用，可全面提高入爐原燃料質量。

（3）進一步提高精料水平，努力提高原燃料質量，優化高爐爐料結構，加強高爐上下部調劑等是國內2000m3級以上高爐強化冶煉的主要技術措施。此外，廣泛采用大富氧、大噴煤、高風溫等強化措施，并取得了高產、優質、低耗的冶煉效果。

總之，高爐強化冶煉是指使高爐生產達到高產、優質、低耗的一系列技術措施，其是決定煉鐵生產系統及高爐操作狀態的重要指標，是一項重大的節能增產技術，既可降低高爐燃料比，又可提高利用系數，也可減少煉鋼熔劑消耗，縮短煉鋼冶煉時間，降低工序能耗，是煉鐵生產技術現代化的一項重要內容。隨著高爐冶煉技術的不斷革新進步，能源和資源的日益緊張和短缺，高爐強化冶煉技術越來越受到倍加重視。