1000m3高炉高铝矿冶炼技术的研究和应用

1000m³高炉高铝矿冶炼技术的研究和应用

赵洪雨  姬光刚  王辉

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司炼铁厂，山东莱芜271104）

摘  要：针对高铝炉渣难以熔化，并且粘度增大，流动性变差的缺点，通过改善并优化烧结配矿模型，优化并稳定高炉炉料结构通过改善配料结构、稳定炉料结构、改善焦炭质量、控制渣中镁铝比、控制渣比，保证好渣铁热量、优化高炉上下部调剂等措施，有效适应了渣中铝提高对炉况的影响，保证了炉况的稳定顺行。

关键词：高铝矿    配矿    炉渣性能    

1 前言

随着我国钢铁产业的迅速发展，对炼铁原料的需求日益扩大，并且矿粉价格节节攀升，而钢铁市场进入寒冬。2013年高炉配加塞拉利昂矿、高铝镍矿及印尼海砂等高铝矿粉的作为降低生铁成本的重要手段，但是塞拉利昂矿、高铝镍矿及印尼海砂等中的Al₂O₃高，而之前莱钢高炉一直坚持走低铝冶炼的路子，2012年渣中铝含量仅为14.68%，在实际生产中渣中铝最高达到18.8%。并且塞拉利昂矿为块、粉混合矿，且矿中块、粉比例波动较大，为降低成本，没有对塞拉利昂矿石进行分级和破碎，直接配加到烧结矿种使用。其成份与粒度组成如表1所示：

表1  塞拉利昂矿成分

Al₂O₃小于15％时为低铝渣能够改善炉渣的稳定性，有利于高炉操作，但炉渣中Al₂O₃含量一般在16％左右，高Al₂O₃炉渣难以熔化，并且粘度增大，流动性变差，会产生以下负面影响：

（1）高Al₂O₃炉渣的初渣堵塞炉料间的空隙，使料柱透气性变差，增加煤气通过时的阻力。同时，该炉渣在高炉内易在炉腹部位的炉墙结成炉瘤，引起炉料下降不顺，形成崩料、悬料，破坏冶炼进程。

（2）由于高Al₂O₃炉渣过于粘稠，其终渣流动性差，不利于脱硫反应的扩散作用，脱硫效果变差。一般当Al₂O₃大于18％时，炉渣的脱硫能力大大降低。

（3）高Al₂O₃炉渣终渣流动性差，容易堵塞炉缸，不宜从炉缸中流出，使炉缸壁结厚，缩小炉缸的体积，造成高炉操作上的困难。严重时还会引起风口的大量烧坏。

（4）高炉炉渣中Al₂O₃含量在10％～15％时，有利于提高炉渣的稳定性，但当Al₂O₃含量继续升高时，炉渣的稳定性变差。炉温不足，其流动性急剧变差，不仅顺行不好，有时放渣出铁也会困难。因此当炉温不足时，极易引起炉缸炉温不足的渣铁堆积。

（5）配加塞拉利昂矿后，渣中Al₂O₃有明显升高，高炉炉渣中Al₂O₃含量偏高易造成炉渣粘度增高，流动性变差，引起炉墙粘结与炉缸堆积，直接影响高炉炉况。

莱芜分公司炼铁厂配加塞拉利昂矿本身就是为了降低生铁成本，而以前没有高铝冶炼的经验，因此在配加塞拉利昂矿、高铝镍矿及印尼海砂等后，首先要保证炉况的稳定顺行。而塞拉利昂矿做为山钢自己的矿山资源，必然会长期配加，因此加强对高铝冶炼的研究是非常必要的。配加塞拉利昂矿后，渣相发生较大变化，需要探讨适应目前高铝渣冶炼的操作制度，有效适应渣中铝提高对炉况的影响，以确保炉况稳定顺行。

2 采取主要做法

2.1优化高铝矿条件下的烧结配矿技术

为实现高炉、烧结生产顺行、经济的矿料结构优化目标，确保矿料成本受控和原料条件的稳定。根据当前生产实际情况，优化调整矿粉评价体系，科学合理分析评价各种矿石的性价比关系，建立科学合理的评价模型，及时动态分析评价不同时期各种矿石的性价比关系，进行单料种烧结性能试验掌握料种烧结性能。

建立完善矿料结构配矿的混匀料配比模型，稳定主体料种的配加比例，为保证两区烧结生产的顺行，保证整个混匀料的烧结性能，主体料种配比按照105烧结50%以上，265烧结60%以上。烧结性能较好的主体料种纽曼、麦克、PB粉、巴粗等料种的使用比例根据每月性价比情况进行动态调整。

做好预知预控管理程序，本着“科学预测、定期调整” 的原则，在混匀料堆封堆后，两区供料混匀车间及时将混匀料新堆封堆配比情况传送技术科和相关车间单位，技术科根据配比情况及时对新料堆成分和性能做出预测；混匀料换堆前，由技术科召集，生产科和相关车间，对新料堆的配矿情况、成分计算结果、新料堆化验成分等进行分析研究，提前将预测文件通过OA等文件下发到生产单位，指导换堆后的生产。

通过调整，烧结矿的冶金性能基本满足了高炉顺行的需求，但是烧结矿的粒度明显要差于配加塞矿以前，其中5—10mm比例上升3.64%，＜5mm比例上升2.57%。烧结矿粒度对比见下表2：

表2  烧结矿粒度对比

烧结矿成分对比见下表3：

表3 烧结矿成分对比

通过高炉的实际生产情况来看，烧结矿的粒度与性能可以满足高炉长期稳定顺行的要求。

2.2实施风机改造，增加入炉风量，提高鼓风动能

银前风机长期因耐压能力受限，严重制约高炉送风参数，体现高炉热风压力和风量严格受限，风机频繁因到达警戒线，要求给高炉减风降压，导致高炉送风制度不稳定。同时高炉因工艺和操作所需，要求提高冶炼强度，即提高风压和风量水平，迫切需要风机改造，以此达到高炉所需水平。

改造前冷风耐压能力上限380kpa，高炉侧热风压力上限370kpa，实际供应风量2350-2400m³/min，在正常生产中，风机工况点一旦距离防喘线很近时，风机操作人员需要给高炉减风来确保风机安全，一旦风机防喘，将会给高炉造成大幅放风，严重影响高炉生产稳定。

改造后冷风耐压能力上限420kpa，高炉侧热风压力上限410kpa，实际供应风量可以达到2700m³/min以上。在正常生产中，风机工况点接近防喘线几率大幅降低，因风机原因给高炉减风次数明显减少，同时风机在达到警戒线时，可以实现自动调整，大大保证了风机安全和高炉送风参数的稳定。

2.3缩小进风面积，保证炉缸均匀活跃

由于各种因素的制约，高炉正常生产时为保证有足够的鼓风动能，一般采取堵风口的方式生产。但堵风口导致高炉圆周方向进风量偏差大，带来的弊端是高炉炉缸工作不均匀、高炉内煤气流不稳定和经常性的崩滑料，并且由于被堵风口无法喷煤，限制了煤比的提升。炼铁厂保证风口全开，但在原有风口小套内加风口衬套，缩小高炉风口的进风面积，在不改变高炉风量的同时，达到提高鼓风动能的目的，以减少因渣中铝升高引起的渣铁流动性差来活跃炉缸，保证炉缸工作的均匀性。

2.4多环布料技术的改进与应用

要达到高炉长期稳定顺行，高炉抗波动能力较强，在送风制度与装料制度要相互匹配。原先料制如表4所示：

表4 原先料制

对原有料制进行调整如表14所示：

表5 改进后料制

高炉鼓风动能提高后，中心下料速度变快，要适当扩大角差，增加布向中心的矿焦的数量，根据中心与边缘气流变化，调整中间矿石档的环数保证气流的合理分布。

2.5选择适宜的造渣制度，使炉渣具有良好的理化性能

Al₂O₃含量升高后，对终渣性能影响比较大，除在烧结过程中控制其含量外，在高炉生产中，调整造渣制度适应目前高Al₂O₃渣的生产现状。

高炉顺行与炉渣的黏度密切相关。随着高炉冶炼原、燃料的变化，尤其是大量使用高Al₂O₃含量的塞拉利昂矿，炉渣的流动性已成为影响高炉顺行的主要因素。同时，随着对生铁质量要求的进一步提高，高炉生产对炉渣的黏度相应地提出了更高的要求，即炉渣要有适宜的黏度或流动性。炉渣的黏度受诸多因素的影响，其中主要的因素是炉渣温度和炉渣的化学成分。在高炉生产条件下，炉温相对稳定时，炉渣黏度主要受其成分的影响。随着渣中Al₂O₃增加，炉渣粘度增高，但合理选择造渣制度，可以有效降低炉渣粘度。由于高炉炉渣主要成分是由CaO－SiO₂－MgO－Al₂O₃四元系组成的，因此要想炉渣具有良好的理化性能，须调整它们的组成比例和存在状态。

2.5.1 炉渣碱度的确定

通过实验表明，随Al₂O₃的量增加，矿相结构也稍有变化，硅酸盐玻璃质的量明显增多。通过生产实践来看，渣中Al₂O₃的量在16％－17％时，铁中硫磺在相同的范围内时，终渣状态较低Al₂O₃时发生较大变化，基本为玻璃渣。因此在实际生产中，要改变以前根据终渣状态调整碱度的做法，须同时考虑碱度与生铁中硫含量来判断。

通过生产实践来看，在正常炉温水平下，炉渣碱度控制在1.15左右，铁中硫0.02－0.03％，既满足生铁质量要求，并且根据首钢所做的试验，碱度在1.15，热量在1500℃时，炉渣黏度最低的，渣铁具有良好的流动性。

保证渣铁有良好的热量，控制炉温下限，下限定在0.4%左右，碱度的控制可以根据老区、二区的硫负荷稍有差别，二区硫负荷稍低在4.5kg/t，碱度在1.1-1.15即可；老区硫负荷偏高，碱度控制值稍高些，在1.15-1.2.当然，碱度的控制不是固定，可以根据原燃料质量、炉况水平及生铁质量情况综合判断。

2.5.2 高炉渣中MgO含量的确定

由于矿料资源问题，当前高炉炉渣Al₂O₃含量保持高位，目前为15-16%，导致高炉冶炼过程中出现炉渣粘稠现象，影响高炉渣铁排放及炉况的稳定性。为了保证高炉合理渣相，改善炉渣的流动性，促进高炉炉况稳定顺行及指标优化，适当提高渣中MgO含量。

通过生产实践证明，提高渣中MgO含量可以提高炉渣的脱硫能力、降低炉渣黏度，因此，调整渣中MgO含量是高Al₂O₃含量条件下保证高炉冶炼顺行的有效途径，因而确定渣中适宜的MgO含量对选择冶炼参数至关重要。

以当前炉渣R₂=1.15-1.2进行分析，在此区间范围内，当炉渣熔化温度在1500℃时，对应的（MgO）含量为15%，因此渣中（MgO）含量以不超过15%为宜。从等温线来看，在（MgO）含量低于12%时，随着（MgO）含量的提高，炉渣的熔化性温度逐步降低；如果再增加（MgO）含量，炉渣的熔化性温度呈上升趋势。同时为增加（MgO）含量，只有两个途径，一是在烧结系统配加，烧结矿中MgO过高会使得烧结机的生产效率下降、烧结矿的机械强度下降、烧结配碳量上升，烧结工序能耗增加；二是在高炉系统配加，在高炉冶炼过程中，如果无限制的提高（MgO），不但增加了渣比及工序能耗，同时也造成镁资源的浪费，还有可能是炉渣融点大幅升高，造成炉渣在炉缸内不能完全融化，反而加剧排渣的困难，据此把（MgO）含量上限定在12%。

在上图中的虚影部分的炉渣处于镁蔷薇辉石区域，在此区域内，炉渣的熔化温度低、稳定性好，此区域对应的（MgO）含量最低点为8%。

通过以上分析，渣中（MgO）含量理论控制范围为8%--12%。

在目前铝负荷条件下，对炉渣成分进行如下要求：1）（MgO）含量达到9.0±0.5%；2）渣中MgO/ Al₂O₃按照0.55-0.6范围控制；3） R₃﹥1.42。

2.6 保证适宜的炉温，保证好渣铁热量

对于1000m3立级的高炉，目前实际生产中炉渣中Al₂O₃含量一般高于16％，通过试验得知，热量较低时，炉渣黏度大于1Pa·s，基本不符合高炉冶炼对炉渣黏度的要求。当渣温升至1500℃时，炉渣黏度随渣中Al₂O₃含量的增加而升高的趋势放缓，即使Al₂O₃含量达到18％，仍可获得较低的炉渣黏度。可见，在实际生产中，要保证渣铁有良好的流动性，必须有足够的物理热。对于1000m3立级的高炉渣铁物理热控制在1500℃左右就足够，虽然提高热量黏度降低，但从实践来看超过1500℃的热量后，实际炉温相对偏高，不利于燃耗的降低，同时铁水流动性也不好。

3 实施效果

3.1烧结矿产质量提升

通过高铝矿条件下的烧结配矿技术的创新开发与应用，研究各类铁矿粉焙烧性能和综合性价比，降本增效。在成分预算和定期调整的基础上优化与固化烧结配矿结构，实现了高效低成本烧结配矿，保证了烧结矿产质量稳定，改进后产量提高了3%、转股指数提高0.4%。

3.2实现高炉稳定顺行

通过一系列措施的实施基本能保持炉况长期稳定顺行。但由于为了适应高铝渣冶炼的特点，采取了降低品位、提高渣比，并相应提高炉温的措施，焦比及燃料比较去年略有提高

表15  焦比、煤比及燃料比对比

4 结论

通过对工艺参数的调整，克服了大幅配加塞矿等高铝矿之后渣中铝上升对高炉冶炼的影响，针对渣中铝升高后的生产特点，从稳定炉料结构入手，系统分析高炉生产关键控制点，为保证渣中铝升高后，高炉冶炼能正常进行，开发应用了“一种高铝矿高炉冶炼方法”，创新开发了高铝矿条件下的烧结配矿新技术，开发并应用炉缸活跃新技术，保证了炉缸均匀活跃，实现了1000m3高炉长期高效稳定生产。