高渣比高合金元素条件下高炉冶炼实践

张雷忠 胥广学 冯增铭 王洪瑞 齐永来

摘 要：高比例经济料的使用，使高炉炉内碱金属等有害元素负荷大幅度升高，渣比大幅度升高，对炉况造成多方面影响。我们通过思路创新，强化大风量、高风速操作，调整四大操作制度的合理匹配，使炉况顺行得以保证，指标得以改善。

关键词：风量 高渣比 合金元素 低硅冶炼

1、前言

自2008年下半年开始，由于金融危机影响，以及国内产能扩大，资源供应方控制价格等多种原因，经济料冶炼开始出现并且逐渐强化。从目前情况看，所谓经济料应该是相对低价格下尚能保持一定品质原料及燃料的总称，随时间及市场而变化，并非特指某几种料，而是一种战略局面的考虑。

传统炼铁理论的要求是同经济料冶炼背道而驰，不能说哪一种就是绝对错误或者正确，更多的是要看当时的现实考虑。当生存成为第一要务，成本压力高于一切时，经济料就成为必然选择。

济钢近几年经济料的基本特点：

含铁料：低还原性、低品位、高Al2O3、高铬、高砷，高钛、高碱金属（包括锌、铅），即“四高二低”。

燃料：高灰份、高硫、低固定碳，即“两高一低”。

当然所有这些特点并非同时出现，而是一种或几种特点表现较明显，其他特点表现稍弱。在长期生产中，我们总结出影响大的两个方面：高Ai2O3影响、低品位高渣比影响以及合金元素影响。

图1 近年来渣比和铁水中合金元素变化图：Gr、As、P，Ti。2、 经济料对炉况的综合影响：

总的影响是造成炉缸工作不活，风量小，压差高，顺行程度差，燃料消耗高。

具体影响：

2.1、高Al2O3的影响：经济料最大的特点就是炉渣中Al2O3急剧升高，Al2O3升高，在碱度一定的情况下，会使粘度升高，这是冶炼的核心问题所在。当渣中Al2O3超过18.5%水平时，有以下几个作用：初渣流动性变差，粘度增加，成渣带透气性恶化炉腹、风口区在温度不足情况下极易粘结；炉缸内炉渣流动性差，炉缸不活跃，极易形成中心堆积或局部堆积。

2.2 锌元素的影响

以硫酸盐或硅酸盐形式存在的锌矿物，入炉后很快分解成ZnO，在≥1000℃高温区还原成Zn。锌熔点419℃，沸点为907℃，也就是还原后立即以气体形式上升，一部分溢出炉外，一部分在管道中凝集。大部分在上部又被氧化成ZnO随炉料下降再度还原，形成循环，也即形成上部循环富集。当Zn蒸汽沉积在上部炉衬中或炉墙上时，氧化后体积膨胀，形成结瘤。也就是说，锌最大的危害是改变上部炉型，形成粘结，甚至结瘤，使炉况不可控。

2.3 铬元素的影响

铬元素大约45%最高炉内被还原出来，进入铁水中。铬熔点是1900℃，沸点是2640℃。是一种难还原的金属。在我们的实际生产中，明显感觉到铬水平上来时，渣铁温度严重不足，炉缸热量下降，持续时间长即会影响到炉况，应该同还原铬大量消耗热有关。而此种情况同高Al2O3渣冶炼相作用，对炉况影响是直接而叠加的。生产中，当[Cr]处于0.70%以下水平时，炉况反应不明显。当[Cr]>1.0%以上，持续2～3个班时，即可感觉到渣铁流动性降低，炉缸不活等征兆。

2.4磷的影响

磷对铁水的影响与铬类似，影响渣铁温度。在高炉中磷几乎是100%被还原并进入生铁，冶炼中无法控制，近年来我们铁水中磷基本达到0.120—0.130%水平。磷酸铁（FeO）3.P2O5还原反应过程大量吸收热量，时造成渣铁温度损失的直接原因。

2.5钛的影响

钛目前对后期炉役时有益元素，其还原过程也需要吸收热量，需要炉缸有充足的热量储备。当炉缸热量不足时，容易造成炉缸不活跃。

2.6高渣比影响

渣比升高，高炉下部软熔带和滴落带煤气通道“拥挤”，透气透液性变差，威胁高炉顺行和强化；同时造成煤气利用变差，消耗升高。

3、对高渣比高合金元素的应对思路

在长期的生产过程中，我们总结经验教训，逐步形成较为合理的应对思路：即以送风制度优化为突破，以布料制度、热制度、造渣制度的合理匹配为手段，以活跃炉缸为核心，实现大风量、高风速、高动能，高风温大富氧操作，化解高渣比、高碱金属、高有害元素高炉冶炼技术难题，实现强动力冶炼，实现炉况长期高效、稳定。

4、具体应对措施：

4.1操作应对整体理念：

以强动力冶炼为目标，提升风量，实现高风速、高动能，真正打开中心，疏导气流。

4.2活跃炉缸：

通过积极造渣，改善炉渣流动性，提升炉缸热量水平，提高鼓风动能，实现炉缸真正活跃。基本操作思路：小矿批、低炉温、高碱度、低料线、随时处理炉缸、定期回调炉况。

因为高炉冶炼过程高温下炉渣粘度是铁水粘度2次方数量级，即100倍，所以高渣比冶炼，势必帶来透气透液性的下降，高炉压差升高风量减小。但有没有克服该技术难题的办法？

4.3应对高渣比，改善透气性：

软熔带及滴落带，即所谓的“湿区”是改善高炉气体动力学条件，提高透气透液性、提升风量的关键部位。基本思路是通过技术手段实现低压差、高风速、大风量，靠风量吹透炉缸及中心，达到改善透气性目的。

4.4应对高As、Cr、Cu、Ni、P冶炼

在实践中，我们总结出来，通过提高铁水Mn到0.5%活跃炉缸，提高渣铁物理热到1510℃水平，可以有效化解As、Cr、Cu、Ni、P、等有害元素含量高造成热量损失、炉缸堆积的技术难题。

4.5应对高Ti冶炼

由于2#1750高炉近几年长期处于护炉状态，应对高Ti冶炼是重中之重。

TiO2、Al2O3、MgO渣系研究结果

图2 1500℃时炉渣TiO2变化对炉渣粘度的影响由图2、3可以看出：炉渣Ti02含量在4%以内，提高TiO2含量有利于降低炉渣粘度和增加炉渣脱硫性能，但当Ti02含量超过4%时，则炉渣粘度直线上升，同时炉渣脱硫能力明显下降。炉渣中Ti02<4%时粘度下降，脱硫系数增大，而渣中Ti02>4%时，粘度出现直线上升，脱硫系数减小，这与大量资料报道一致，主要原因是大量悬图3 炉渣TiO2变化对脱硫系数的影响浮状态的钛化物导致炉渣变稠。说明炉渣中的Ti02应控制在4%以内。

高【Ti】操作时关于炉温控制：

根据高铝渣冶炼经验，在Al2O3含量达到18%以上时，要把物理热作为热制度评价的第一标准，要求其范围为1500℃左右。高炉原料含钛高，炉温的控制就应该按[si+Ti]为标志，只要保证物理热1500℃就可以。

2#1750高炉实践证明，铁水【Ti】0.15～0.2%，渣系中的Ti02≯4%情况下，既起到了护炉作用，又保证了高炉的正常冶炼和指标改善。

5、低硅冶炼操作思路的形成与固化：

2013年底以来，我们通过思路创新，逐步推行了低硅冶炼技术路线，其技术要点是：高碱度，高温度，高Mgo，大风量，高风速，炉温系数逐步降低到0.35—0.40%水平，物理温度保持在1510—1520℃水平，极大地促进了风温使用水平的提高，冷风大闸逐步全关，促进了操作水平的提高。同时渣铁温度充沛、流动性良好，炉缸工作长期活跃，很好地应对高合金因素、高渣比的变化趋势，达到了理想效果。

5.1参数调整

我们经过探讨，对重点参数做出规定：配料碱度1.20—1.22，实际碱度1.18—1.20；渣中Mgo含量控制11.5±0.5；物理温度保持1500—1520℃间；炉温【Si】控制0.30—0.40%水平。

5.2矩阵调整

坚持中心加焦的矩阵结构，适当控制边缘，保证足够的透气性，开放中心。中心加焦矩阵目前原燃料条件下有其优势，我们一直使用，并根据炉況变化，炉型变化不断调整。目前常用矩阵为C40.3338.3335.8232.8229.82126O40.3338.3335.8332.8229.81

5.3风口布局

均匀圆周气流。炉缸活跃与否，炉况是否顺行，很大程度上决定于圆周的均匀程度。我们通过分析炉身温度变化，下料情况，铁口表现，采取堵风口措施，有效地处理了局部气流，达到均匀圆周的目的。因231750高炉两个铁口间隔90°同侧布置，圆周气流不好均匀。从高炉圆周气流的长期表现看，缩小、加长铁口侧风口，扩大铁口对侧风口，效果十分明显。

6、效果检验与下一步调整

6.1 高渣比高合金因素冶炼对炉况的影响是巨大的，我们的综合应对措施也是很有成效的。

6.2 坚持强动力冶炼，争取大风量、高风速，一切参数调整服从风量，是活跃炉缸、改善透气性的关键。

6.3 冶炼条件变化后，需要对技术细节做调整，对技术参数要及时修改。

参考文献：

[1]周传典.高炉炼铁生产技术手册.

[2]高炉过程气体动力学.

[3]张寿荣等.高炉失常与事故处理.