高炉使用低品位高钾原矿的生产实践

高炉使用低品位高钾原矿的生产实践

杨  斌,妥建德

（酒钢集团宏兴股份公司钢铁研究院，甘肃,嘉峪关，735100）

摘  要：酒钢炼铁厂使用低品位髙钾原矿冶炼，带来高炉钾负荷升高，钾对焦炭粉化加剧，高炉为了保证顺行，又要排碱，导致产量下降、燃料消耗升高等，使用这种低品位髙钾矿对高炉四大操作制度影响较大，通过不断优化各项操作制度，逐步探索完善了使用该矿的操作制度。

关键词：高炉炼铁；铁原矿；操作参数

Theproduction practice of blast furmace usin glow grade high potassium ore

YANG Bin ,TUO Jian-de

(Iron and Steel Research Institute of Hongxing Iron & Steel Co. Ltd., Jiuquan Iron and Steel (Group) Corporation, Jiayuguan, Gansu, 735100)

Abstract: Plant of Jiuquan Iron and steel using low grade high potassium ore smelting, bring blast loads of sulfur and iron potassium sulfur increased, blast furnace in order to ensure the quality of molten iron, but also the alkali, resulting in yield and decreasing fuel consumption rise higher, use the low grade and high potassium ore of blast furnace four big operating system effects of larger, through continuous optimization of the operating system, and gradually explore perfected the use of the mine operation system.

Key words: Blast furnace；iron ore；Operating parameters

1  前  言

近几年的钢铁市场形势，决定了高炉冶炼逐步以使用低品位含杂质高的块矿代替高价的球团矿，酒钢周边的原矿含有害元素较高，特别是含钾、硫，原矿直接入炉，对高炉炉况影响较大，现对原矿的化学成分检测和冶金性能进行检测，满足高炉使用条件后，在高炉使用，使用过程进行跟踪，不断完善操作规程。

2  低品位髙钾原矿和宝山块矿质量和冶金性能对比

通过对低品位髙钾原矿取样进行化验和冶金性能实验进行对比，具体见表1。

表1  低品位髙钾原矿和宝山块矿质量对比情况

从表1看出，低品位髙钾原矿品位（39.98%）比宝山块矿低15.15%，替代宝山块矿后，影响高炉入炉品位；原矿中含SiO2（23.67%）高，碱度1.29/23.67=0.054倍比宝山块矿碱度2.1/13.08=0.16倍低，有利于平衡高炉炉渣碱度，减少高炉硅石使用量；原矿中含硫（0.676%）比宝山块矿高0.586%，影响高炉铁水质量；原矿中含钾（0.668%）比宝山块矿高0.228%，钾带入高炉后对焦炭粉化增加，破坏焦炭在高炉内骨架。

表2  低品位髙钾原矿和宝山块矿冶金性能

从表2看出，低品位髙钾原矿粉化指数（85.85%）比宝山块矿低6.22%，影响高炉透气；低品位髙钾原矿还原度（95.93%）比宝山块矿高29.23%，有利高炉直接还原，降低燃料比；原矿700℃爆裂率0.27%，和宝山块矿一样均处于极低水平，有利于改善高炉上部透气性。

3  酒钢450m³高炉使用前后炉料结构变化及指标的影响

3.1  使用宝山块矿和低品髙钾原矿炉料结构变化情况

高炉使用宝山块矿的炉料结构和碱金属及硫负荷情况，配加低品位髙钾原矿后，高炉炉料结构发生较大变化，料种多，对高炉影响因素增多，使用低品位髙钾原矿炉料结构发生变化情况，具体见表3。

表3  高炉炉料结构和铁料成本变化情况

备注：参考价格--低品位髙钾原矿145元/吨，宝山块矿399.51 元/吨。

从表3看出高炉入炉品位下降0.96%、钾负荷升高0.63kg/t、钠负荷降低0.06kg/t、锌负荷升高0.01kg/t、硫负荷升高1.35kg/t，高炉减少硅石使用，对高炉调剂带来好处，原矿替代高价块矿带来高炉铁料成本降低了33.059元/吨。

3.2 高炉使用低品位髙钾原矿带入的硫和钾情况

高炉配加10%的低品位髙钾原矿后，高炉的硫负荷和钾负荷大幅度升高，见图1和图2。

由于原料的质量下降导致带入高炉内的有害元素升高。尤其是K含量的升高，高炉钾负荷由5.44kg/t升高至6.07kg/t，升高了0.34kg/t，钾对炉内焦炭粉化比钠较大，影响焦炭的骨架。K主要是以硅酸盐（k₂SiO₃）的形态存在于炉料中，当炉料下到高温区或炉缸时，k₂SiO₃将进行以下反应：

2k₂SiO₃+2C=4K↑+2SiO₂+2CO↑    ①

4K↑+2SiO₂+2FeO=2k₂SiO₃+2Fe    ②

由式（1）可知，产生的钾蒸汽随煤气上升，到中温区与渣中FeO和SiO₂反应又生产成k₂SiO₃，反应式（2）的产物k₂SiO₃和铁（Fe）被下降的炉料所吸收，因而使下降炉料中K₂O含量增加，并且又随同炉料下降到高温区，钾含量高的炉料中的炉料的k₂SiO₃，下到高温区后，又被还原成钾蒸汽，再次随煤气流上升到中温，又与下降过程含大量FeO与SiO₂的炉料相遇，钾蒸汽与SiO₂将生产更多的硅酸钾，硅酸钾再次随着炉料下降到高温区，不断下降上升与气化吸收，不断循环之后，炉料中K₂O含量在炉内不断增加，最终导致炉料与煤气中K₂O含量增加，恶化炉料透气性，容易导致高炉崩料、滑尺、悬料，严重时导致高炉结厚和结瘤，对炉况生产严重影响 ^[1]。

从图1和图2看出，高炉入炉钾原矿占23.3%、烧结矿占68.4%、球团矿占8.2%，原矿含硫较高占入炉料51.3%、烧结矿占47.8%、球团矿占0.9%。

4  高炉使用低品位髙钾原矿前后各项指标对比分析

4.1 使用低品位髙钾原矿前后高炉各项指标变化情况。

配加低品位高炉原矿后，各项参数变化，具体见表4。

表4  高炉使用低品位髙钾原矿指标变化情况

从表4看出，使用低品位髙钾原矿期间，炉温控制比使用前高0.08%，炉渣碱度控制偏大0.03倍，高炉风量回缩19m³/min，鼓风动能降低0.75 kJ/s，产量下降58吨/日，煤气利用下降1%，高炉燃料比升高12kg/t。

4.2高炉炉况分析

图3  高炉使用原矿的风量和炉温变化趋势

从图3看出，高炉使用低品位高钾期间，高炉风量波动最大1208m³/min、最小1177m³/min，炉温波动最高1.06%、最小0.86%。原因分析：①高炉的钾负荷升高（0.63kg/t），对焦炭粉化加剧，焦炭在高炉没有起到骨架作用；②入炉品位降低，高炉渣量升高（26t），渣子密度小，占炉缸体积增大，影响高炉透气性；③入炉硫负荷升高（1.35kg/t），高炉保证铁水质量，炉温控制偏高（0.94%）；④使用原矿前期，工长操作和对炉况变化掌控不好，煤量调节幅度较大，在炉温上返时，风量回缩。

4.3高炉热制度变化

从表3看出，高炉入炉硫负荷升高1.35kg/t，为保证铁水质量，炉温控制比配加宝山块矿高0.08%，铁水稳定制度高7℃，风温维持在1200℃以上，炉缸热量升高，炉内渣铁体积膨胀，软熔带上移，影响高炉透气性和风量及渣铁流动性。

4.4 高炉炉渣性能变化

高炉使用低品位髙钾原矿后，高炉硫负荷升高了1.35kg/t，为保证铁水质量，炉温控制偏高（0.94%），渣铁流动性变差，软熔带变宽，影响高炉透气性指数，风量回缩（由1208m³/min回缩至1189m³/min），鼓风动能降低（由44.87kJ/s降低至43.66kJ/s），吹不透中心，容易造成炉缸堆积，破坏高炉顺行。

高炉综合品位降低、渣比升高使滴落带中渣占焦炭中气孔，造成渣液在焦炭缝隙中的滞留量增加，影响高炉的透气性，炉内风量回缩，中下压差升高，容易形成液泛增多、下部悬料、滑尺^[2]。

4.5高炉煤气利用下降分析

高炉使用低品位髙钾原矿后，高炉钾负荷升高，钾对焦炭粉化加剧，将高炉焦炭负荷调轻（焦炭负荷由4.2kg/t调轻至4.1kg/t），喷吹煤量下降后，煤比降低2kg/t，高炉加入的矿石和焦炭的冶金物理性能都不同程度下降，炉缸死料柱加大，高炉初始煤气流发生变化，煤气利用率下降（40%下降至39%），炉缸的透气性、透液性降低后，炉缸活跃性下降，燃烧带缩短，炉缸中心温度降低，导致初始煤气分布变化，导致煤气利用下降，影响高炉燃料比升高（576kg/t升高至588kg/t）。

5  采取措施

5.1高炉使用低品高钾原矿后，高炉钾负荷升高，钾对焦炭粉化加剧，影响高炉炉况稳定顺行，通过调整装料制度，装料制度由〔a=35°（3）33°（3）31°（3）29°（2）；j=35°（2）33°（2）31°（2）29°（3）27°（2）〕调整为：〔a=35°（2）33°（3）31°（3）29°（2）；j=35°（3）33°（2）31°（2）29°（2）27°（3）〕，在低品位冶炼条件下，打通中心气流显得尤为重要。适当的边缘发展中心煤气流，炉缸中心热量充足、活跃炉缸，焦炭负荷由4.2倍调轻至4.1倍，一方面是增加焦炭在高炉起到骨架作用；另一方面是改善高炉的透气性。确保高炉炉况稳定顺行^[3]。

5.2  稳定热制度，高炉热制度变化反映高炉炉缸的工作状况，炉缸热量充足是保证高炉炉况稳定的重要手段，作业区规定：①铁水温度控制大于1470℃，炉温由0.0.70%～1.0%；②高炉低品位大渣量冶炼，炉内软熔带上移，高炉透气性指数下降，再加出铁期间大渣量带走的热量大大增加，高炉的风温维持在1200℃以上，限制煤比不超过120kg/t，减少煤粉不完全燃烧，影响高炉透气性，理论燃烧温度控制在2280℃～2350℃，确保炉缸热量充足，提高炉脱硫能力；③工长调剂煤量由原来每次加煤500kg/h调整为300kg/h，避免炉温大起大落，确保炉温稳定。

5.3 合理的造渣制度。在造渣制度方面，针对高炉原燃料条件和渣铁流动性变差，在保证铁水质量的前提下，适当降低炉渣碱度适当调整由1.09倍调整1.07倍，作业区规定：二在碱度调整上，根据出炉渣碱度与上仓原料碱度分析相结合的方式进行调整，稳定碱度。随时跟踪炉渣里的镁铝比，镁铝比达到0.8，保持炉渣既具有良好的脱硫性能，又具有良好的流动性和有利高炉排碱^[4]。

5.4 加强炉前出铁管理。高炉入炉品位降低后，炉渣量明显增加，尤其是炉前出铁极其重要，避免因排渣铁不及时、排不净，造成高炉憋风，影响炉况稳定顺行，加强铁口维护，确保泥套的完整，稳定打泥量，统一打泥量，维持合适的铁口深度，保证铁口合格率。稳定炮泥质量则是维护好铁口和出净渣铁的关键。严禁闷炮，采用二次钻口，防止潮铁口出铁，杜绝铁口大喷溅，铁口深度由1.8m～2.0m提高至1.9m～2.1m，一方面保证出铁时间，炉内渣铁排尽；另一方面减少炉渣对铁口冲刷，有利高炉长寿。提高出铁正点率，为及时排尽渣铁和碱金属，出铁间隔时间由45分钟调整为20分钟，出铁时间由原来的60min延长至90min，炉内没有出现大幅度憋风，炉温和风量相对稳定^[5]。

6  结  论

低品位髙钾原矿的物理化学性能均较差，有害元素含量高，在生产过程中矿耗较高，燃料消耗增加，产量降低，但是生铁铁料成本也随之降低较多（33.05元/t）。

6.1高炉使用原矿前，必须对原矿的化学成分检测和冶金性实验，满足高炉入炉标准和高炉技术人员制定原矿入炉措施后，方可入炉，使用过程随时跟踪，出现问题及时调整。

6.2高炉钾、硫负荷升高，高炉炉温控制偏高，炉缸热量充足，炉渣碱度控制偏低，一方面保证高炉脱硫效果，另一方面保证高炉排碱，避免钾富集对焦炭粉化，影响高炉透气性。

6.3高炉调剂时，要多看少动，对症下药，在调剂一次到位，避免因频繁调整装料制度，造成炉内煤气分别发生变化，影响高炉炉况稳定。

6.4高炉使用原矿期间，加强对炉前出铁和设备管理，不能因铁口出铁不正常和设备故障，造成炉内憋风和高炉非计划休风，影响高炉炉况顺行。

参考文献

[1] 周传典.高炉炼铁生产技术手册.北京:冶金工业出版社,2008.3.5。

[2] 宋建成,高炉炼铁理论与操作.北京:冶金.

[3] 李淼.李晓东. 昆钢2500m³高炉低品位冶炼操作实践；全国大高炉炼铁学术年会论文集.

[4] 张寿荣,于仲洁.高炉失常与事故处理.北京:冶金工业出版社,2013.

[5] 李信平,刘鑫.大高炉低品位操作实践:炼铁学术论.