莱钢1080m3高炉排碱操作研究

王庆会

莱钢1080m3高炉排碱操作研究

王庆会

文章介绍了莱钢1号1080m3高炉Zn元素及碱金属富集炉况表现，通过分析，探索了高炉排碱操作制度，并对排碱过程进行跟踪和归纳排碱结果，得出了在保证渣铁热量的前提下，降低炉渣碱度，控制合适炉温，可以提高排碱效率，为同类型相关操作提供了借鉴案例。

高炉 碱金属 炉渣碱度

1.前言

受钢铁产能过剩影响，钢铁企业利润空间越来越小。为降低高炉生产成本，莱钢高炉被迫配加部分经济矿来拉低高炉矿料成本。但是受经济料成分复杂和碱金属含量高等特点影响，高炉操作难度越来越大，高炉出现Zn元素及碱金属等有害元素富集问题严重，影响了高炉顺行和各项经济技术指标。

有害元素富集危害加剧C02对焦炭的气化反应，焦炭破损严重；缩小了间接还原区，扩大直接还原区，进而引起焦比升高；软熔温度降低，料柱透气性，特别是软熔带气窗的透气性变差，引起风口大量破损；加剧球团矿灾难性的膨胀和多数烧结矿中温还原粉化，使气流分布失常；引起高炉料柱透气性恶化，压差梯度升高，如不适当控制冶炼强度，容易频繁地引起高炉崩、悬料乃至结瘤；另外碱金属引起硅铝质耐火材料异常膨胀、热面剥落和严重侵蚀，从而大大缩短了高炉内衬寿命，严重时还会胀裂炉缸、炉底钢壳。

2.排碱前期炉况表现及指标情况

2.1 炉况表现

2008年6月，莱钢1号1080m3高炉大修开炉后顺行程度良好，但自2015年高炉配吃国内经济料种后，高炉顺行程度下降，高炉经济技术指标逐步下降。见表1。

表1 2016年2月与11月高炉指标对比情况

表2 风口喷出物成分表 %

从表上可以看出，1号高炉11月份与2月份相比，高炉生产指标相差较大，产量大幅下降，燃料消耗大幅上升。主要表现为风压波动大，压量关系紧张，料柱透气性差，煤气利用不稳定，风量维持困难，探尺下料不均匀，崩塌料频繁。炉缸工作状态不易恢复，炉缸中心点温度上下反复，炉缸热量储备一直较差，中心气流不稳定，渣皮稳定性差，煤气流分布紊乱。处理炉况过程中，两次被迫堵风口恢复炉况。焦比被迫退守400kg/tfe，燃料消耗上升到553kg/tfe，产量大幅下降，生产成本大幅上升。高炉抗波动能力差，难以保持长期稳定顺行和指标优化。

由于有害元素富集严重，导致风口中套小套变形，风口跑风严重。高炉休风更换小套过程中，风口常流出银白色液体和粉末。甚至正常生产过程中中套与大套间隙喷出银白色液态金属。经化验得出风口喷出物成份，见表2。

由分析得出，风口区域锌元素，碱金属等有害元素富集严重，严重影响风口区域工作状态，风口频繁损坏。2015年1号高炉前6个月风口无异常损坏情况，而进入四季度后，风口开始频繁损坏，影响高炉顺行。

2.2 碱金属及锌富集原因分析

入炉碱金属主要靠碱金属硅酸盐随炉渣排出炉外，其余部分主要沉积在炉料，到达高温区后再挥发，随着向上的煤气流又沉积在低温区的炉料中。此过程不断循环往复，最终导致碱金属富集。Zn的排出主要依靠Zn蒸气随着煤气一起上升，从炉顶溢出炉外，在炉内的循环富集与碱金属类似。只是从炉顶排出的zn进入瓦斯灰和除尘灰，参与烧结矿的配料，又形成一个炉外的Zn循环。

烧结矿带入的碱金属负荷占全部原料带入碱金属的60%左右。近期烧结混匀料配比，其中杂矿一项代表回收尘灰类，其比例一直较高，是引起高炉碱金属及锌富集严重的重要原因。见表3。

表3 高炉配料成分列表 %

图1 排碱操作前高炉有害元素排出率折线图 %

由图1看出，排碱操作之前高炉有害元素大部分时间处于富集状态，尤其是锌元素一直处于富集状态。因此，高炉原料有害元素负荷一直较高，加上高炉有害元素排出比例低于进入量，由此导致高炉有害元素不断富集，进而影响炉况顺行及指标提升。

3.排碱操作制度

3.1 送风制度

高炉排碱期间，高炉维持正常送风制度，出现渣皮大幅度滑落、连续低炉温、连续物理热低于1480℃，要减风控制。

3.2 热制度

铁水物理热＞1480℃；

铁水硅含量0.6—0.8%，硅含量服从物理热，连续物理热不能满足要求时，提高铁水含硅量。

风温、富氧平衡火焰温度在正常控制水平。

3.3 造渣制度

（1）配料炉渣碱度分两步调整：

第一步：生铁硅含量较正常提高0.2%，配料碱度降低0.025%。

第二部：生铁硅含量较正常提高0.4%，配料碱度较正常降低0.06%。

（2）两次调整间隔要达到一个冶炼周期以上，在炉温、物理热生铁质量合格的情况下，进行下一次调整。

在排碱期间，铁水含硫量控制在0.060%以内，尽量不要出现号外铁。生铁质量不能保证时，首先靠进一步提高炉温来平衡，生铁硫含量低于0.03%时，可进一步降低生铁硅含量控制。

3.4 装料制度

排碱期间，保证中心气流，兼顾边缘气流，装料制度逐步做出调整。

通过操作制度的调整，即保证中心气流，又可保证一定的边缘气流，保证炉况稳定顺行。

3.5 负荷调整

排碱期间由于碱度降低，会造成燃料消耗升高，为保证排碱期间高炉炉况稳定性，在考虑燃耗较正常升高20kg的前提下，按照煤比不大于160kg/t调整焦比。

3.6 排碱期间，做好生铁、炉渣成分检验，做好对比统计工作。

4.排碱

排碱期间高炉热制度及造渣制度控制过程控制。

4.2 布料制度调整

排碱操作期间，采用保证中心气流，适当发展边缘气流的操作制度。通过布料制度的调整，高炉排碱效果后期较好，且高炉顺行良好，高炉接受风量能力逐步上升，后期逐步上升至高炉正常风量，适应炉况顺行需求。

表5 排碱期间参数控制列表 %

5.排碱过程评价

5.1 高炉排碱中期，因炉温达不到操作要求，影响排碱效果

高炉排碱中期，配料碱度下调滞后，生铁含硫量升高，由于高炉炉温没有及时上调，导致渣铁热量达不到排碱操作要求，而影响排碱效果。见图2。

图2 高炉排碱期间高炉排碱效果折线图 %

16日以后渣铁热量充足，炉渣碱度合适，高炉排碱效果明显，因此，排碱操作应关注渣铁热量控制。查阅文献表明，降低炉渣碱度有利于高炉排碱，同时[Si]越低，越有利于高炉排碱。但如果入炉碱金属负荷过高，会造成直接还原度升高，煤气的热能和化学能不能充分利用，使液态渣铁物理热下降，造成渣铁流动性不好，对良好的炉缸透液性不利，导致炉不活，甚至炉缸堆积。在采取降低炉渣碱度的措施后，若通过降低炉温来增加排碱，易对炉缸的工作状态造成负面影响，也对铁水脱硫和改善炉渣的流动性不利。在排碱操作前期出现这一问题，长时间低硅造成渣铁物理热过低，会使高炉顺行情况变差，造成高炉指标下降，成本上升。

5.2 原料质量无大改观，高炉排碱效果欠佳

原料质量没有大的改观，高炉有害元素负荷持续偏高，也是造成高炉排碱效果欠佳的主要原因。

5.3 高炉原料条件是控制高炉有害元素含量的最根本因素

采取排碱操作后，前期排碱效果并不好，有害元素排出量大部在100%以下，有害元素进入量大于排出量。见图3。

图3 排碱期间高炉碱负荷及Zn负荷折线图

12日以后，受烧结矿混匀料换堆影响，高炉碱负荷稍有下降，而高炉排碱率大部高于100%。而18日之后，随着高炉碱负荷上升，高炉排碱率又下到100%以下。

高炉排锌也服从这一规律，且烧结配料过程尘灰类回返废矿比例任然较高，由于锌类循环主要借助除尘灰类参与烧结配料完成循环富集，因此，现行烧结配料制度也为高炉锌富集创造了温床。

5.3 受高硫负荷影响，配料碱度下调力度不够

受炼钢生产组织影响，如果铁中硫长期偏高，则会造成炼钢生产周期延长，进而导致高炉配罐紧张，影响高炉正常的生产组织节奏，给高炉顺行带来影响。受此影响，高炉将[S]控制在二类铁，不能将碱度下调过多。这是生产组织的硬伤，不能在高炉排碱期间将部分脱硫过程转嫁至炼钢，而影响了有害元素的排除效果。

6.结语

1.排碱操作应关注渣铁热量控制，降低炉渣碱度有利于高炉排碱，同时[Si]越低，越有利于高炉排碱。

2.高炉应从原料端减少有害元素入炉量，高炉有害元素富集会严重影响高炉经济技术指标，高炉排碱操作为被迫应对，从长远看来，应从源头抓起，降低高炉碱负荷。

3.受大环境影响，高炉配吃含有碱金属等有害元素多的矿种时，高炉有害元素富集成为一个常态和必然，建议更加深入研究高炉排碱操作，建立高炉有害元素控制模型，做到定期进行排碱操作，以维持高炉的长期稳定顺行，建立高炉长寿模型。

（山东莱芜钢铁股份有限公司炼铁厂）