玉鋼煉鐵廠釩鈦礦冶煉爐前技術(shù)進(jìn)步

楊敬

（玉溪新興鋼鐵有限公司煉鐵廠）

1 前言

玉鋼兩座450 m3高爐先后于2008 年1 月和5月開始冶煉釩鈦礦，初期因原燃料條件差，設(shè)備設(shè)施不全，釩鈦礦冶煉操作經(jīng)驗(yàn)不足，造成爐內(nèi)易憋風(fēng)，崩、滑料和掛料較多，爐溫波動(dòng)相當(dāng)大，風(fēng)、渣口破損頻繁。由于釩鈦礦冶煉的特殊性，品位低、渣量大、渣鐵流動(dòng)性差，易粘溝，經(jīng)常出現(xiàn)渣鐵溝放死，渣鐵不能及時(shí)排凈，爐前勞動(dòng)強(qiáng)度大幅增加，整個(gè)高爐生產(chǎn)極為被動(dòng)，一度影響到釩鈦礦冶煉進(jìn)程及生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的突破。隨著爐前操作過程嘗試及管理經(jīng)驗(yàn)的積累，爐況逐步得到穩(wěn)定提升，加之爐前體系制度的建立，從操作和管理水平上都得到提高，再通過配備機(jī)械設(shè)備及系統(tǒng)升級(jí)改造等措施，為大高爐順利開展釩鈦礦冶煉及提升冶煉強(qiáng)度改善經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)積累了經(jīng)驗(yàn)。

2 爐前操作技術(shù)管理

2.1 主鐵溝保溫措施改進(jìn)

玉鋼以前的兩座450 m3高爐都只有一個(gè)出鐵口和一個(gè)出渣口，由于釩鈦礦冶煉的特殊性，釩鈦鐵水與普通礦鐵水相比粘度大，流動(dòng)性差，溫降快，容易粘溝粘壩，造成鐵損增加，人工清理困難，耗時(shí)長，增加了爐前工勞動(dòng)強(qiáng)度，有時(shí)因爐前不能按時(shí)具備出鐵條件造成爐內(nèi)被動(dòng)減風(fēng)操作，一度影響釩鈦礦冶煉進(jìn)程及突破；1 080 m3高爐設(shè)計(jì)有兩個(gè)鐵口和一個(gè)事故渣口，由于產(chǎn)量提升，出鐵時(shí)間延長，兩個(gè)鐵口交叉出鐵，為了減少溫降，降低爐前工勞動(dòng)強(qiáng)度，傳統(tǒng)的小高爐主鐵溝、鐵溝的耐火材料及貯鐵方式是不能滿足大高爐釩鈦礦冶煉實(shí)際保溫要求。

耐火材料選擇上可與耐材供應(yīng)廠家溝通，根據(jù)釩鈦渣鐵侵蝕機(jī)理對(duì)主鐵溝耐火澆注料進(jìn)行專業(yè)配制，選用理化性能具備耐渣鐵沖刷、防爆、抗侵蝕，又能起到保溫且使用壽命長的Al2O3-SiC碳質(zhì)快干澆注料作為主鐵溝耐火材料，提高抗渣性，降低氣孔率（詳見表1）。

表1 耐火澆注料理化性能

貯鐵方式選擇上玉鋼小高爐主鐵溝采用傳統(tǒng)分段成型溝設(shè)計(jì)，未采用貯鐵式設(shè)計(jì)，冶煉釩鈦礦后也嘗試進(jìn)行改造使用貯鐵式主鐵溝，但由于鐵水產(chǎn)量低，單鐵口出鐵間隔時(shí)間長，主溝內(nèi)渣鐵溫降快，加之主溝短，渣鐵不能得到很好的分離，渣中帶鐵多，鐵損上升，貯鐵式主鐵溝沒有使用成功；大高爐主鐵溝考慮到這幾點(diǎn)改造采用了使用壽命長、渣鐵分離好的高爐爐前貯鐵式主溝，它分為主溝前段、后段、中間段及沙壩段構(gòu)成，在澆注主溝過程中有意加厚落鐵點(diǎn)的溝幫厚度，主溝前段的溝幫寬度略小于主溝后段的溝幫寬度，中間段的溝道寬度為擴(kuò)展的梯形連接主溝前段和后段，沙壩段接主溝后段的側(cè)方，中心垂直于主溝后段的中心軸線，沙壩段的溝幫寬度為倒梯形。通常情況下主溝內(nèi)貯部分鐵水，在出鐵時(shí)鐵口噴出的渣鐵不直接沖擊溝底內(nèi)襯，減輕了主溝耐材受沖擊和磨損程度，每次出完鐵后可選用碳化谷殼（詳見表2）或焦粉在主鐵溝內(nèi)覆蓋增加保溫效果，同時(shí)增加溝蓋板，減少溝襯急冷急熱的影響，通過提高澆注時(shí)水量控制、烘烤步驟時(shí)間等操作，延長主溝使用時(shí)間從而提升保溫效果減少耐材的消耗。

表2 碳化谷殼理化指標(biāo)

2.2 鐵口維護(hù)

連續(xù)生產(chǎn)的高爐為了保持爐況穩(wěn)定，均衡穩(wěn)定的出鐵目標(biāo)必須按照規(guī)定時(shí)間打開鐵口出鐵，鐵口維護(hù)的好壞直接影響到出鐵的效果。玉鋼小高爐只有一個(gè)鐵口靠勤放上渣減少釩鈦爐渣對(duì)鐵口的侵蝕，但是由于釩鈦爐渣粘稠、夾鐵多，容易造成渣口冷卻水套頻繁破損，高爐被動(dòng)頻繁加減風(fēng)更換操作，鐵口出鐵壓力增加，維護(hù)困難，嚴(yán)重影響了高爐爐況順行和指標(biāo)強(qiáng)化。大高爐雖然不放上渣，利用多鐵口交替出鐵方式，但釩鈦爐渣對(duì)鐵口的侵蝕性較強(qiáng)，容易出現(xiàn)鐵口淺、見渣率下降、二次開口、噴濺嚴(yán)重的情況，不僅大大增加爐前工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且打亂了出鐵秩序，給正常的出鐵安排帶來困難。玉鋼冶煉釩鈦礦的高爐由于入爐原料品位低、渣量大、炮泥質(zhì)量差、鐵口深度控制、鉆頭大小使用、操作維護(hù)等原因都會(huì)對(duì)鐵口維護(hù)存在很大影響，從而制約高爐強(qiáng)化冶煉的順利進(jìn)行，因此維護(hù)好鐵口對(duì)釩鈦礦的強(qiáng)化冶煉意義十分重大。

2.2.1 炮泥質(zhì)量提升

無水炮泥質(zhì)量是玉鋼釩鈦礦冶煉高爐鐵口維護(hù)首先考慮的問題，普通礦冶煉使用的炮泥是不能滿足釩鈦礦冶煉要求的，要改進(jìn)無水炮泥配方以適應(yīng)釩鈦礦的冶煉，使鐵口深度合理，鐵口過淺或過深都會(huì)對(duì)爐況造成影響，一般合理鐵口深度應(yīng)大于鐵口區(qū)爐襯的厚度1.2～1.5 倍。考慮到釩鈦礦渣鐵特性，選擇無水炮泥要具有快干、速硬性能，能在較短時(shí)間內(nèi)硬化，以及良好的塑性，具有較高強(qiáng)度，對(duì)泥炮磨損小，堵口容易，開口性能好，能順利地從泥炮中推入鐵口，填滿鐵口通道深度。玉鋼大高爐還考慮耐高溫渣鐵長時(shí)間的沖刷和侵蝕，在出鐵過程中，保證鐵流穩(wěn)定，不發(fā)生鐵口通道孔徑擴(kuò)大、渣鐵流量加大，體積穩(wěn)定性能好，具有一定的氣孔率，不漏鐵，中途不易斷，保證鐵口密封好，揮發(fā)分低，有較好的透氣性，黏附強(qiáng)度高，易形成磨菇狀侵蝕面，延長鐵口深度，保護(hù)爐缸，壓炮時(shí)間短、燒結(jié)速度快，不發(fā)生噴濺等異常情況。有時(shí)還要根據(jù)大高爐冶煉強(qiáng)度的不同，隨時(shí)調(diào)整炮泥的配比，以滿足高爐強(qiáng)化冶煉，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，為爐前工創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。玉鋼小高爐鐵口深度控制在1.5～1.8 m 左右，確保每天出鐵15～19爐，大高爐控制在2.8～3.1 m 左右，每天出鐵13～16 爐。玉鋼高爐通過試驗(yàn)摸索選擇無水炮泥的理化性能指標(biāo)如下（見表3）。

表3 無水炮泥理化指標(biāo)

2.2.2 鐵口深度控制

高爐堵口時(shí)精準(zhǔn)打泥量控制是鐵口深度的關(guān)鍵。釩鈦礦冶煉的高爐鐵口堵口打泥時(shí)阻力大，考慮填充鐵口通道及形成保護(hù)泥包，打泥量控制在合適的范圍，打入太多，多余的泥會(huì)被壓入爐缸將混合粘稠的釩鈦渣鐵增加下次出鐵難度，還會(huì)導(dǎo)致泥包過度向爐內(nèi)延伸，出現(xiàn)鐵口太深難開情況，影響高爐及時(shí)出凈渣鐵。為精確控制打泥量，大高爐在2 臺(tái)泥炮上安裝了兩套打泥流量標(biāo)尺，爐前堵口時(shí)可以根據(jù)標(biāo)尺精確控制打泥量。

為保證鐵口深度及泥包穩(wěn)定，大高爐經(jīng)過大量摸索嘗試，總結(jié)出了二次打泥技術(shù)。炮泥被打入鐵口后，壓力越大，炮泥在鐵口內(nèi)填充的密實(shí)度就越大，抗渣鐵水侵蝕的能力也就越好，出鐵時(shí)間就越長，二次打泥技術(shù)就是通過再次打泥提高打泥壓力，從而壓實(shí)孔道炮泥，形成穩(wěn)定的泥包，實(shí)現(xiàn)出鐵的穩(wěn)定。首先，高爐在兩個(gè)出鐵操作室安裝2個(gè)壓力表將打泥壓力實(shí)時(shí)值直接顯示，在堵口時(shí)能實(shí)時(shí)顯示。然后每次堵口時(shí)觀察打泥壓力情況，一旦打泥壓力低于210 bar，及系統(tǒng)上限壓力的80 %，就先打入正常泥量的80 %～90%，間隔20～30 s 之后進(jìn)行二次打泥，二次打泥時(shí)間控制30 s 左右，二次打泥后壓力如果仍然低于210 bar，可以進(jìn)行三次四次補(bǔ)壓，但最多不超過四次，盡量提高壓力到達(dá)系統(tǒng)壓力的80 %以上。通過堵口技術(shù)的改進(jìn)鐵口深度明顯好轉(zhuǎn)，深度合格率從87 %提高到95 %以上，過去開口時(shí)易在2.1 m 左右出現(xiàn)紅鐵口的現(xiàn)象也明顯減少。

2.3 日常操作技術(shù)進(jìn)步

為了維持合理的鐵口深度，爐外工長根據(jù)爐況及風(fēng)壓、風(fēng)量、爐溫、出鐵間隔時(shí)間等參數(shù)情況選擇安排適宜的開口機(jī)鉆頭大小，大于或小于控制的鐵口深度要選用直徑不同的鉆頭配合出鐵，鐵口淺易噴濺，鉆頭應(yīng)選小一點(diǎn)，一般選用55 mm 鉆頭開鐵口出鐵；鐵口深出鐵時(shí)間長應(yīng)選大一點(diǎn)，一般選用65 mm 鉆頭開鐵口出鐵。正常情況下玉鋼釩鈦礦冶煉為了提高一次開穿率，確保按時(shí)出鐵，采取分段開口技術(shù)，先選用65 mm 鉆頭開1.1 m 距離，再換成55 mm 鉆頭一次開穿。

當(dāng)?shù)V石品位較低，渣量較大時(shí)，釩鈦爐渣在爐內(nèi)停留時(shí)間越長將增加爐渣的黏度，進(jìn)一步導(dǎo)致渣鐵難以排放，因此必須增加出渣鐵次數(shù)。小高爐冶煉上渣排放情況直接影響爐況及出鐵，上渣放得好，能有效減小鐵口壓力，縮短爐渣在爐內(nèi)的停留時(shí)間，改善爐渣性能，使渣鐵易排凈，減少鐵口維護(hù)的同時(shí)減小勞動(dòng)強(qiáng)度，釩鈦礦冶煉的爐渣中帶鐵比普通礦冶煉多，特別是爐況欠順的情況下，極易燒壞渣口小套，因此需要適當(dāng)增加排放次數(shù)，減少單次排放時(shí)間，一旦發(fā)現(xiàn)渣中帶鐵應(yīng)立即封堵。大高爐不放上渣，有時(shí)采用兩鐵口無間隔出鐵模式盡快出凈渣鐵，保障爐況連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3 爐前機(jī)械設(shè)備改進(jìn)

由于粘度大，釩鈦渣鐵特別容易粘溝，渣中帶鐵較多，相同體積的爐渣比普通礦冶煉時(shí)的爐渣要重許多，尤其特殊爐況情況下造成爐前工作量大幅度增加，渣鐵溝清理困難，要保障釩鈦礦冶煉順利開展一般需要增加爐前操作人員數(shù)量并配備爐前機(jī)械設(shè)備配合處理，這樣一來爐前人工成本及設(shè)備備件費(fèi)用務(wù)必就會(huì)上升。玉鋼高爐通過摸索實(shí)踐，對(duì)爐前挖機(jī)、裝載機(jī)進(jìn)行相應(yīng)改造，提高了工作效率，也為爐前控制人工成本及設(shè)備備件費(fèi)用起到很好的作用。裝載機(jī)的改造只需要對(duì)鏟斗水平面的鋼板進(jìn)行增寬焊接處理即可，這樣既增加了鏟斗容積，也為收集釩鈦爐渣操作提供便利（見圖1）。挖機(jī)主要配合清理渣鐵溝粘結(jié)物，保持溝壩通暢，由于出鐵的需要，粘溝的高溫渣鐵人工難以清理，就急需挖機(jī)處理，挖機(jī)操作時(shí)合金釬桿就會(huì)長時(shí)間接觸高溫，釬桿頭就很容易燒壞增加成本，而且清理下來的渣鐵也很難拿出鐵溝，為了降低合金釬桿消耗及解決溝內(nèi)渣鐵，對(duì)廢舊釬桿進(jìn)行改造再利用（見圖2）。

圖1 裝載機(jī)鏟斗改造

圖2 廢舊釬桿改造

4 爐前特殊爐況操作

高爐長期休風(fēng)檢修或風(fēng)口冷卻設(shè)備損壞更換后復(fù)風(fēng)，爐況的恢復(fù)進(jìn)程快慢取決于能否及時(shí)將涼渣鐵排放出來。由于長時(shí)間休風(fēng)，爐缸內(nèi)渣鐵溫度低，尤其釩鈦礦冶煉的高爐，爐缸內(nèi)高熔點(diǎn)鈦混合粘結(jié)物偏多，復(fù)風(fēng)后爐缸溫度還不能快速達(dá)到正常溫度，渣鐵流動(dòng)性很差，以前爐前操作就是接到出鐵指令后，操作工利用開口機(jī)鉆開鐵口，鉆不動(dòng)時(shí)采取氧燒的方式操作，這樣的操作需要一定時(shí)間才能打開鐵口，對(duì)冶煉釩鈦礦的高爐有時(shí)不太適用，鐵口不能及時(shí)打開，會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)憋風(fēng)影響恢復(fù)進(jìn)程。玉鋼1 080 m3高爐通過摸索嘗試并形成體系制度，復(fù)風(fēng)前13 小時(shí)從兩個(gè)鐵口埋入氧槍對(duì)爐缸進(jìn)行加熱，大量氧氣進(jìn)入爐缸后能夠快速加熱焦炭和冷渣鐵，從而提高渣鐵溫度快速改善流動(dòng)性，同時(shí)也為復(fù)風(fēng)后能夠按時(shí)打開鐵口出鐵縮短爐況恢復(fù)時(shí)間提供保障（見表4）。

表4 特殊爐況恢復(fù)正常時(shí)間

5 技術(shù)進(jìn)步的效果

玉鋼1 080 m3高爐通過多年釩鈦礦冶煉的不斷摸索和創(chuàng)新，爐前管理體系完善，爐前操作技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，爐前事故大幅減少，出鐵實(shí)現(xiàn)了均衡穩(wěn)定，爐前各項(xiàng)操作指標(biāo)都取得了長足的進(jìn)步，主要的技術(shù)指標(biāo)見表5。

表5 玉鋼1 080 m3 高爐爐前主要操作指標(biāo)

6 結(jié)語

（1）改進(jìn)主鐵溝、鐵溝的耐火材料及貯鐵方式主溝溫降控制到30℃以內(nèi)；

（2）在主鐵溝內(nèi)覆蓋碳化谷殼或焦粉；同時(shí)增加溝蓋板，減少溝襯急冷急熱的影響；提高澆注時(shí)水量控制、烘烤步驟時(shí)間等操作，可延長主溝使用時(shí)間，從而提升保溫效果減少耐材的消耗；

（3）通過改善炮泥質(zhì)量，精確控制打泥量及堵口技術(shù)的改進(jìn)，小高爐鐵口深度控制在1.5～1.8 m 左右，確保每天出鐵15～19 爐，大高爐控制在2.8～3.1 m左右，保障了每天出鐵在13～16爐，可提升鐵口深度合格率從87 %提高到95 %以上；

（4）采取分段開口技術(shù)鐵口開穿率從85 %提高到93.7 %，兩鐵口無間隔出鐵模式可減少爐內(nèi)憋風(fēng)現(xiàn)象；

（5）長期休風(fēng)檢修或風(fēng)口冷卻設(shè)備損壞更換后復(fù)風(fēng)，復(fù)風(fēng)前13 小時(shí)從兩個(gè)鐵口埋入氧槍對(duì)爐缸進(jìn)行加熱，能夠快速加熱焦炭和冷渣鐵，可提高渣鐵溫度快速改善流動(dòng)性，可為復(fù)風(fēng)后能夠按時(shí)打開鐵口出鐵縮短爐況恢復(fù)時(shí)間提供保障。