穩定高爐原料質量的生產實踐

張文政，苗廣志，陳 艷

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

1 前 言

高爐穩定順行降低消耗，保證高爐鐵水產量的高效生產對企業意義重大。天津市新天鋼聯合特鋼有限公司（簡稱聯合特鋼）煉鐵廠主要任務是為煉鋼提供優質的原料，主要產品有煉鋼冶煉鐵水、鐵塊，副產品有爐渣、高爐煤氣等。提高入爐原料質量是保證高爐穩定順行的必要條件。聯合特鋼煉鐵廠采購的燒結礦粉種類多，未能實現礦粉分質分級管理，造成燒結礦質量不穩定，導致煉鐵原料成分及性能波動幅度大，且爐料結構中塊礦比例低，塊礦含水量較高，存在粉末入爐情況，造成高爐透氣性變差。聯合特鋼以穩定高爐入爐原料質量為基礎，研發了燒結質量控制技術、塊礦烘干技術、高鎂球團制備技術等原料質量控穩技術，降低了入爐原料質量波動［1-5］。

2 高爐原料質量控穩技術

2.1 燒結礦質量控制技術

2.1.1 入爐燒結礦質量情況

燒結礦一直是國內高爐煉鐵的主要原料。燒結礦的質量對高爐煉鐵的產量、能耗、生鐵質量和高爐壽命均起著關鍵影響。聯合特鋼燒結礦配礦比例均在60%以上，燒結礦質量穩定性對高爐順行影響極大。

燒結礦品位提高和渣量降低能提高高爐煉鐵的產量，燃料比降低，燒結礦的品位變動1%，將會影響高爐燃料比1.0%～1.5%，影響產量2.0%～2.5%；燒結礦的SiO2含量變動1%，影響噸鐵渣比30～35 kg；燒結礦的堿金屬和鋅超標，其化合物在高爐下部高溫區還原后形成K、Na、Zn蒸汽，隨煤氣上升在爐身中、下部循環富集、冷凝破壞爐料的強度，影響料柱的透氣性，還會造成高爐結瘤、腐蝕耐火材料和金屬結構。強度和粒度是燒結礦的主要物理性能，是燒結礦的重要質量指標，影響高爐上部的透氣性。不同容積的高爐對燒結礦的強度和粒度都有一定的要求，燒結礦的強度不夠就會發生粉化現象，經驗數據證明，＜5 mm的粉末每增加1%，燃料比會升高0.5%，產量降低0.5%～1%。

燒結礦的質量對高爐煉鐵的作用和影響不能忽視，燒結礦質量提高對改善高爐煉鐵技術經濟指標，實現低成本、低燃料比高效煉鐵有著重大的經濟價值。聯合特鋼燒結礦存在質量波動較大問題，2018 年TFe 含量的方差0.178，標準差0.422；P 含量最大值與最小值之間相差0.38%，S 含量最大值與最小值相差0.01%，K2O 的最大值與最小值相差0.23%。2018 年燒結礦強度均大于76%，標準差為0.276，燒結礦強度指標相對穩定。

2.1.2 穩定燒結生產的措施

（1）燒結優化配礦。根據高爐精料方針，燒結礦的含鐵品位要高，脈石含量要少，有害元素含量要低。在燒結配礦設計時應注意選擇含鐵品位高的鐵礦粉；SiO2含量則要適宜，過低的SiO2含量不僅不利于燒結必要的液相需求，而且也無助于配礦成本的降低；Al2O3、堿金屬、P、S等的含量要低。粒度組成是衡量鐵礦粉品質的一項重要指標，鐵礦粉的粒度組成直接與其燒結過程的制粒行為密切相關，粗粒的核礦石多，燒結料層透氣性好，中間顆粒的比例多，則影響混合料制粒效果，對燒結礦的產量及質量均有負面影響。各種鐵礦粉的粒度組成有明顯差異，燒結配礦時應注意互相搭配，確保合適的混勻礦粒度組成。

聯合特鋼建立了燒結礦粉的三級分類標準，分類標準以礦粉品位這一核心參數作為分類指標，實現了燒結礦粉的分質分類管理。采用一體化配礦技術，建立了以巴西粗粉、超特、PB 粉、卡粉、精粉為主的燒結成分構造，并采取高品、中品和低品礦相互搭配的方式。同時，基于各類礦粉化學成分、高溫性能，并且合理控制各類礦粉的加入量，合理利用礦粉的互補特性，實現礦粉搭配的最優解，保障燒結礦品位在55%以上，轉鼓指數73%以上。建立高爐運行反饋機制，高爐運行不暢時，及時反饋高爐運行情況至燒結礦生產車間，燒結車間依據高爐生產情況及時調整生產參數，通過改善燒結礦有害元素等措施維護高爐穩定順行。

（2）燒結精確配水技術。聯合特鋼研制了燒結混合料水分含量控制技術，并發表相關專利（一種燒結混合料水分快速調節裝置，202220130789.2）。燒結混合料水含量控制在（8.5±0.5）%，通過高水分配來改善燒結混合料的粒度組成，提高燒結料層的透氣性，并且為抑制高水分條件下的過濕現象，將結混合料料溫控制在76～82 ℃，高于結露溫度，以充分發揮水分在燒結料層中的潤滑作用，進一步改善燒結料層的透氣性，從而實現固體燃料消耗降低至42 kg/t以下，有效實現燒結過程CO2減排。通過設置水分測定儀對混合料中的水分進行檢測，有效保證了混合料快速均勻地烘干，實現了快速、準確地檢測混合料水分，同時將數據傳遞至控制器；設置控制器與加水管路上的調節閥實現聯動，可以動態調節混合料的水分，使其達到生產要求，不僅結果準確、減少了人員的參與，且極大提高了工作效率。聯合特鋼開發了燒結混合料自動加水控制系統并申請專利（一種燒結混合料自動加水控制系統，202121786073.X），以解決現有對于燒結混合料水分含量不能有效控制，進而影響生產效率的問題。

（3）厚料層燒結技術。厚料層燒結是節能減排的重要技術之一。聯合特鋼為了提高燒結機的料層厚度，對燒結機臺車設備進行了欄板加高改造，料層厚度700 mm增加到1 000 mm［1］；將布料器的輥間隙進行調整，從而減小了燒結機混合料的布料粒度偏析情況；對燒結機的平料器進行改造，由之前的一體式改為分段式，提高了燒結機的料面平整度，使燒結速度在臺車橫斷面上均勻一致；將臺車寬度由4 m加寬至4.5 m，在接觸面制作迷宮型接觸裝置，將欄板厚度提高至30 mm，整體更換燒結機滑道，全部補齊滑道下缺失的墊片；增加燒結臺車的強度，減少臺車的漏風量。通過燒結臺車的改造，提高了燒結料層的厚度，使燒結機的產量提高了10.32%。

（4）穩定燒結礦質量指標。聯合特鋼通過對高爐燒結鐵礦粉的質量控制及燒結技術的改進，實現了燒結礦質量長期穩定。燒結礦品位長期保持在55%以上，FeO 含量控制在10%以內，MgO 及Al2O3含量保持在2.25%以下，堿度控制在2.0左右，轉鼓強度大于75%。相較于2018 年，2022 年燒結礦的TFe含量略有提高，MgO含量降低0.11%，P含量降低0.005%，S含量降低0.001%，燒結礦整體質量有所提高。由燒結礦指標方差與標準差計算結果可知，調整優化之后，燒結礦的方差由0.178降低至0.014，標準差由0.422降低至0.120，入爐指標保持穩定。

2.2 塊礦烘干技術

高爐煉鐵作為鋼鐵生產工序最大的能源消耗源。近年來，鋼鐵行業為降低污染物排放以及壓縮煉鐵成本，逐步向精料方向發展，合理的爐料結構是高爐有效提高技術和經濟性的重要手段。在優化爐料結構中，天然塊礦較球團礦占有較大價格優勢，天然塊礦使用率的提高明顯降低噸鐵的生產成本。同時，提高高爐煉鐵時的塊礦使用比例也可以減少其他原料的比例，進而提高資源利用率，減少污染物的排放。但是天然塊礦未經過高溫處理過程，在進入高爐后，由于礦石中物理水和結晶水的迅速排出以及礦石結構沿各晶面的熱膨脹不同，導致熱爆裂，其熱爆裂指數（DI）越大，礦石產生的粉末就越多，從而越容易堵塞煤氣流通道以及爐墻結厚等不良現象。因此，塊礦的入爐比例受到限制。

聯合特鋼使用的塊礦主要是紐曼塊和鐵礦石sp10 粉，含水率3%～5%，含粉率20%～30%，由于露天堆放，雨季含水率還會升高。由于含粉和含水率較高，粉塵及黏土黏附在塊礦表面，不容易分離，直接進入高爐影響高爐的透氣性，高爐最多配加8%左右塊礦，不利于鐵前成本的優化。

聯合特鋼通過技術攻關，研制了球團余熱烘干塊礦技術。球團從豎爐內焙燒結束后，溫度在600 ℃左右，而皮帶的耐受溫度在150 ℃左右，因此不能采用皮帶運輸直接送往高爐，需要將球團最終溫度降低至150 ℃以下。球團余熱烘干塊礦技術則是皮帶上預先鋪上一層塊礦，然后鋪上球團，利用成品球余熱對塊礦表皮水分進行烘干處理，并且提高了塊礦的入爐溫度。另外采用該方案使得球團最終溫度提高至200 ℃，球團溫降減小，減少所開風機數量，降低降溫電耗。采用球團余熱烘烤之后，塊礦水分降至0.6%，塊礦水分及含粉率等問題得到有效解決，為高爐配加調整塊礦比例創造了優良條件。利用球團余熱加熱塊礦直接供應高爐，提高了塊礦的合理配加量，降低高價外購球的使用量，同時提高了高爐產量。

2.3 高鎂球團制備技術

2.3.1 采用高鎂球團的作用

球團礦作為高爐煉鐵的主要原料之一，具有含鐵品位高、強度高、還原性好、便于貯存和運輸等優勢，高鎂球團還具有改善高爐鎂鋁比及爐渣流動性的優勢。隨著外礦比例的增加，高爐渣中的氧化鋁含量不斷升高，導致爐渣流動性變差。要改善高爐渣的流動性需要增加爐渣氧化鎂含量，保證鎂鋁比在合適范圍，來降低高爐渣的熔化溫度，改善燒結礦性能。改善爐渣流動性，通常的做法就是提高入爐燒結礦中的氧化鎂含量，但在燒結礦中添加氧化鎂過量將會與Fe3O4生成鎂磁鐵礦，阻礙Fe3O4轉化為Fe2O3，影響鐵酸鈣的形成，降低燒結礦質量。添加MgO 能很好地改善球團礦的高溫冶金性能。隨著MgO 的增加，球團礦的高溫還原度得到改善，低溫還原粉化率和膨脹率均有明顯下降，其軟熔和滴落性能也得到很好的改善［3-5］。

2.3.2 高鎂球團生產技術

聯合特鋼將高鎂球團實踐至球團礦生產中，取得了顯著成果并發表專利（一種高鎂球團礦及其生產方法，ZL201911357206.9）。該高鎂球團專利技術的生產原料包括：15%～40%精粉，60%～80%卡拉拉粉，1.5%～2.0%鎂粉，其余為皂土。高鎂球團礦生產方法為：將原料充分混合后烘干，烘干溫度控制在（850±50）℃，經過潤磨機潤磨的原料粒度要求74 μm 百分比大于80%；將原料進行造球，生球水分控制8.5%～9.5%，粒度15～20 mm 百分比大于90%，生球每米落下強度不低于5 次；生球均勻布置在烘干床上，豎爐的烘干床溫度控制在（500±50）℃，燃燒室溫度控制在（1 060±20）℃，煙罩溫度控制在90～120 ℃。最終球團礦MgO 含量為1.33%～1.41% ，轉鼓指數為93.07%～93.29%，球團礦的轉鼓指數和氧化鎂含量明顯升高，有利于高爐的強化冶煉。

添加MgO有效提升了球團礦的高溫冶金性能，球團礦的高溫還原度得到改善，低溫還原粉化率和膨脹率均有明顯下降。因此，通過優化MgO的加入工藝來改善球團礦的性能，提高高爐爐渣流動性，促進高爐穩定順行。聯合特鋼在球團礦配加鎂粉，減少在燒結礦配加鎂粉，以解決燒結礦配加鎂粉導致燒結礦強度降低的問題，從而提高燒結礦的冶金性能，降低燒結礦返礦率2%。

3 結 語

聯合特鋼以穩定入爐原料質量為基礎，研發了燒結質量控制技術、塊礦烘干技術和高鎂球團技術，通過加強原料粒度、有害元素及水分控制等工業實踐，在高爐降本增效方面取得一定效果。

（1）建立了基于品位的燒結礦粉三級分類標準，實現了燒結配料的穩定；研發了超厚料層燒結技術，料層厚度由700 mm增加至1 000 mm，并結合燒結漏風改造，使得提高燒結產量10.32%；研發了燒結水分自動控制技術，保持燒結噴水量穩定在（8.5±0.5）%，并且實現了燒結含水量的自動化調節。

（2）開發了球團余熱烘干塊礦技術，提高了球團余熱利用效率，塊礦含水量由5%左右降低至0.6%，有效改善了塊礦的爆裂性能，促進了塊礦入爐比例的提高，降低煉鐵成本。

（3）開發了高鎂球團制備工藝，研制出MgO 含量為1.33%～1.41%，轉鼓指數為93.07%～93.29%的高鎂球團，有效提高了球團MgO 含量，有助于改善爐渣流動性，提高爐缸活躍狀態，并且避免了MgO對燒結礦質量的影響。