自产含钛球团冶金性能及护炉实践

自产含钛球团冶金性能及护炉实践

马泽军  武建龙  陈辉  王伟  梁海龙  孙健

（首钢技术研究院，北京，10043）

摘  要：通过使用钛资源维护炉底、解决炉缸危机从而延长高炉使用寿命已经得到了广大炼铁人员的认可，且护炉理念也逐步演变为常态化护炉。为了解决钛资源价格日趋升高带来护炉成本升高，以及钛资源种类繁多品质不一带来高炉难适应的问题，开发了一种通过在球团生产过程中添加钛精粉的自产钛球。与国内常用几种钛资源相比，自产钛球冶金性能优异，且投入使用后对于炉缸高温点控制有着非常明显效果。

关键词：炉缸侧壁温度高；加钛护炉；高炉长寿

Metallurgical Properties and Furnace Protection

Practice of Self Produced Titanium Pellets

MA Zejun，WU Jianlong，CHEN Hui，WANG Wei, LIANG Hailong，SUN Jian

（Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100041，China）

Abstract：In recent years, with the increase of the intensity of the blast furnace, the issues of the hearth burn occurs and blast furnace sidewall temperature rapid rise increased significantly. In order to solve the problem that the price of titanium resources is increasing, the cost of furnace is raised, and the variety of titanium resources and the difficulty of adapting the blast furnace with different quality, we developed a titanium ball produced by adding titanium powder in the process of pelletizing production. Compared with the commonly used titanium resources in China, the self made titanium ball has excellent metallurgical properties, and has a very obvious effect on the control of the high temperature point of the hearth.

Key Word: high temperature of the hearth sidewall; titanium furnace protection; BF longevity

1 前言

通过使用钛资源维护炉底、解决炉缸危机从而延长高炉使用寿命已经得到了广大炼铁人员的认可[1,2]，已成为高炉生产中维护炉缸的一项主要措施。面对发生炉缸高温点出现问题的高炉，常用措施主要有提高冷却强度、控制冶炼强度、加钛护炉和堵风口休风等[3]。然而随着国内出现炉缸温度升高的高炉越来越多，优质的钛资源愈发紧缺，一方面导致价格猛增护炉成本愈发升高，另一方面品质参差不齐的钛资源使得高炉难以适应导致炉况波动恶化。

2 自产钛球冶金性能分析

以国内某大型高炉为例，近些年常用钛资源类型有外购钛资源C钛球、J钛矿、G钛矿、D钛矿及自主研发的自产钛球（后文简称为Z钛球），并在后期主要以Z钛球为主。以上五种常用钛资源成分及还原性能如表 2.1所示。

表 2.1常用护炉钛资源成分及还原度

由表 2.1可以看出，C钛球、J钛矿、G钛矿、D钛矿中含TiO2量较高，铁品位偏低，属于专用护炉用钛料，使用时难免降低综合入炉品位加大渣量。而Z钛球TiO2含量偏低，但铁品位却远超其它几种专用护炉钛料，大量使用也不会对综合品位产生影响。

如图 2.1所示，为不同类型钛资源还原度。从还原度来看，Z钛球还原度位居首榜达80.58%，而C钛球还原度次之为65.92%，其它J钛矿、G钛矿、D钛矿还原度依次降低为58.84%、52.14%、49.85%。

以国内某大型高炉目前炉料结构为例，对不同类型钛资源进行熔滴性能实验研究，所用炉料结构配比如表2.2所示。

表2.2 料综合冶金性能试验结构配比

其中方案1采用的是目前大型高炉常用的炉料结构，采用的钛资源为G钛矿，比例占3%。方案2-4为高炉常用其他含钛炉：D钛矿和J钛矿C钛球，采用比例仍为3%。方案5为Z钛球替代所有普通球及钛资源后，炉料结构冶金性能的考察。

表2.3为综合炉料熔滴性能试验结果。

表2.3 综合炉料熔滴试验结果

如图2.2所示，为综合炉料熔滴性能总体特征值S，它可以综合考虑熔滴区间宽度与料柱透气性之间的关系，是综合评价炉料性能的一个指标，其值越低表示炉料熔滴性能越好。

由图2.2可以非常明显得出，使用钛块矿资源的综合炉料其S值都处于较高水平，均在120以上；相反，使用熟料钛资源的炉料结构其S值都处于较低水平，其中使用C钛球的炉料结构S值在40左右，而使用Z钛球的炉料结构其S值仅仅为13。

3 使用自产钛球护炉实践

以国内某大型高炉的高温点为例，阐述其高温点变化情况以及使用自产钛球以后炉缸高温点变化情况。如图2.3所示，为国内某大型高炉常出现的高温点变化以及不同时期所用钛资源情况。

由图2.3可以看出此高温点自2012年9月开始至今，存在着上下波动起伏现象。

以2014年为分界线，此高温点变化可以明显分为两个阶段：

第一阶段为2014年之前，为高温点剧烈爆发期，其主要特点为：

①热电偶所测温度峰值越来越高，由开始的248℃上升至将近400℃，炉缸侧壁侵蚀现象愈加严重；

②高温点出现的时间间隔越来越短，由开始的139天逐步降低至30天，甚至于后来的连续性爆发；

③高温点爬升越来越迅速，直接在一到两天内攀升至最高温度，给提前实施控制手段预留时间越来越少，给实际操作带来较大困难。

在这个阶段，如图所示的A、B两个阶段并未采取加钛护炉措施，而是采取了加强冷却和控制冶炼强度方面进行控制；而当处于C点高温时，温度愈发不可控制，首次加入了“加钛护炉”方式进行护炉，并且由高温点快速下降来看效果较好。但是在停用钛矿后，不到两个月时间此点温度再次攀升。

第二阶段为进入2014年之后，为补炉护炉期，其主要特点为：

①在进入2014年后转变了护炉理念，在如图7所示E点处开始长期加钛护炉生产。虽然高温点并未恢复到正常水平，但其峰值温度明显下降；

②投入自主研发的自产钛球，基础炉料球团中的TiO2含量可达1.2%水平，使得基础的生产炉料具有护炉效果，常态化护炉理念得以更好实施。从图2.3可以看出，高温点明显下降，由300℃下降至50℃左右，且后续保持良好状态。

为此认为，加钛护炉有利于降低炉缸侧壁高温现象，但如果想要长期维持较好炉缸状态，就必须要转变护炉理念，常态化的加钛护炉，使得炉缸内钛处于动态平衡当中，时时刻刻护炉。

在炉内加入钛资源护炉，主要起作用的为析出的粘附在炉缸侧壁的含Ti物质[4]。为此，直接考察不同类型钛资源护炉效果指标为残留在炉内的TiO2量，主要是由入炉的总钛量减去由渣、铁所带出去的钛量。为此，提出了吨铁残留炉内TiO2量的指标，经过计算，吨铁炉缸残留的TiO2量如图2.4所示。

如图2.4所示，为不同钛负荷、钛资源类型下吨铁炉缸残留钛量的变化。综合而言，低钛负荷条件下炉缸内残留钛量较少，护炉效果较差，而在高钛负荷条件下残留在炉缸内钛量增加有利于护炉。吨铁炉缸内残留钛越多，护炉效果越好，在相同钛负荷条件下钛资源利用率也就越高。综合以上分析，可以得出，在相同钛负荷条件下，护炉效果好利用率高的钛资源由高到低依次为：Z钛球、C钛球、J钛矿、G钛矿、D钛矿。

4 结论

本文对比了自产钛球与国内常用几种护炉料冶金性能，并以国内某大型高炉为例对使用不同类型钛资源时候炉缸高温点情况进行对比，得出结论如下：

（1）自产钛球还原性能、熔滴性能均优于国内市场上常见的几种钛资源，虽其TiO2含量偏低，但铁品位却远超其它几种专用护炉钛料，大量使用也不会对综合品位产生影响。

（2）通过对国内某大型高炉高温点现象分析及加钛护炉理念转变得出，依靠短时期加钛护炉虽然可以快速控制侧壁温度但维持时间不长容易反复，而采用常态化加钛护炉则可以长期有效对炉缸高温点进行控制。

（3）自产钛球投入使用后，在相同钛负荷下其残留在炉缸内钛量最多，护炉效率最好，且从炉缸侧壁高温点持续降低并保持稳定也表现了自产钛球护炉的良好效果。

参考文献

[1] 汤清华.高炉炉缸炉底烧穿事故分析及解决对策[J].鞍钢技术, 2012，375(3)：1-6.

[2] 张贺顺，马洪斌，任健. 首钢高炉使用承德球团矿护炉的研究[J]. 钢铁研究，2010, 38 (4): 5-8.

[3] 霍吉祥，黄俊杰.首钢京唐2号高炉护炉措施 [J].炼铁, 2013，32(3)：14-16.

[4] 李杨，程树森，蔡皓宇. 高炉内Ti（C,N）生成的热力学分析[J]. 钢铁研究，2013, 41(5): 14-18.