高炉经济炉料冶炼分析

钱 堃

（新余钢铁股份有限公司， 江西 新余 338000）

随着钢铁事业的蓬勃发展，资源问题已然成为大生产的主要矛盾。直至今日，企业面临着炼铁所需铁矿石和焦炭严重短缺的困境，价格高昂的原燃料难以收获理想的回报，使得精料计划很难实施。对此，国内外许多钢铁企业不断尝试经济炉料冶炼，降低炼铁成本，从而达到效益最大化。这对于高炉操作是个不小的考验，在保证高炉长期稳定顺行的同时，要不断优化操作水平和思路，从而增强高炉的适应能力，做到效益最大化。本旨通过结合新钢11号高炉（1 469 m3）的生产实践，对高炉经济炉料冶炼做了全面的分析[1]。

1 经济炉料的特征

1.1 经济炉料品种多、更换频繁

新钢公司采取经济炉料冶炼后，矿石品种多样，其中块矿包括南非块、云浮块、海南块、中磷铁矿、纽曼澳矿等，这些矿石的成分和冶金性能各有差异（见表1），且品种更换频繁，容易造成高炉软熔带的物理特性和化学性能发生改变，影响煤气流分布，炉况稳定性变差。

表1 新钢11号高炉块矿主要成分及高温冶金性能%

1.2 经济炉料综合品位低、渣比高

在使用经济炉料期间，矿石的品位往往会比我们的预期低很多。新钢公司自2010年起，在烧结矿配料结构中使用大量低价位、低品位的铁矿资源，使烧结矿品位降低了近2.5个百分点，并且不断减少进口矿的采购比例，增加国内周边块矿的使用量（比如海南块、云浮块等，周边块品位较低，仅有35%～46%之间）。从表2可以看出，高炉入炉品位呈下降趋势且偏低，与同行业相比差距较大。这使得渣比不断升高，严重影响了炉况顺行和渣皮的稳定[2]。

表2 新钢11号高炉入炉品位（Fe质量分数）及渣比情况

1.3 经济炉料Al2O3偏高、转鼓强度较差

以低价位铁矿资源为配料生产出来的烧结矿，Al2O3含量往往会很高。据统计，新钢公司在2011—2016年间，烧结矿中Al2O3的质量分数由2.0%提升至2.8%，转鼓强度由80%降至74%～76%，低温还原粉化指数由78%降至73%左右（见表3）。从表3中可以看出，m（Al2O3）/m（SiO2）≫（0.1～0.35），这不利于烧结矿中铁酸钙的形成，易生成更多的玻璃质，使烧结矿强度和低温还原粉化性能变差。不仅如此，高Al2O3炉渣冶炼，当炉温控制偏低时，易引起炉渣黏稠，造成炉缸不活或堆积，使风量萎缩[3-4]。

表3 新钢烧结矿的主要指标 %

1.4 经济炉料入炉有害元素超标

经济炉料中的有害元素主要指碱金属和锌，它们在炉内循环富集，对高炉危害极大。新钢11号高炉入炉碱负荷、Zn负荷与国际标准（碱金属负荷不超过3.0 kg/t，Zn负荷不超过0.15 kg/t）相比较高（见表4），这给高炉冶炼带来了不小的影响。

表4 新钢11号高炉历年有害元素负荷 kg/t

例如碱金属在炉料孔隙或炉衬缝隙中氧化沉积，则伴随着碳素沉析引起的膨胀，会使料块或砖衬破裂。焦炭吸收碱金属后，可能会生成KC8和KC24等化合物，降低焦炭强度并使其反应性提高，促进碳素溶解反应的发展。高炉上升煤气中，气态锌在高炉上部较低温度区域内，冷凝成细小颗粒或再被氧化成ZnO，沉积于炉料孔隙中，使炉料透气性变差，炉料下降困难，甚至造成悬料[5]。

2 适应经济炉料的措施

2.1 控制合适的炉腹煤气指数

炉腹煤气指数的定义为单位炉缸面积上通过的炉腹煤气量。一般认为，过低的煤气流速将会导致高炉炉缸中心不活，死料柱增大和炉缸堆积；而过高的煤气流速将会导致高炉内三相反应传输矛盾激化，煤气流难以控制。经济炉料冶炼，由于矿石品位低、Al2O3偏高，导致炉腹渣量大、炉腹渣黏度高；以及过量的碱金属增强了焦炭的气化反应能力，使焦炭在炉腹处的粒度及孔隙度下降，限制了炉腹煤气指数的提升。当炉腹煤气指数过高时，煤气在炉内的流速急剧增加，在高炉下部易形成液泛，表现为下部压差升高，整体风压也显著升高，严重时出现崩料或悬料，而在高炉上部，则易导致炉料的流态化，形成偏料或管道，风压稳定性明显变差。

在高炉操作上，通过控制风量、适当提高富氧率和炉顶压力，将炉腹煤气指数控制在一定范围内，实现低燃料比生产。为了更好的适应当前生产需要，降低新钢11号高炉炉腹煤气指数，由之前的60～63调整为55～58。从炉顶成像可以看出，气流乱串现象明显减少，确保了高炉下料的稳定性以及料柱良好的透气性。

2.2 合理运用“中心加焦”布料模式

适宜的中心加焦量是稳定煤气流、提高煤气利用率的关键。过大的中心加焦量容易导致死料柱肥大，不利于炉缸中渣铁的运动；不仅如此，由于大量的焦炭加在中心，导致矿平台区焦层较薄，矿焦比非常高，上升煤气流难以与矿层中的矿充分接触进行还原和预热，使得软熔带增厚，透气性变差，对高炉冶炼不利。而过小的中心加焦量则起不到稳定和疏导中心煤气流的作用。

新钢11号高炉采用“中心加焦”布料模式，当炉况适应能力强时，适当减少中心焦量，提高煤气利用率；当炉况变差时，适当增加中心焦量，保持炉况顺行，效果尤为显著。为了更好地形成窄而有力的中心气流，适时将矿带向内环延伸，逐步缩小中心无矿区面积，增加中心区域渣铁量，使渣铁有机会从上部直接滴落至中心死区，逐步化开死焦堆。但随着矿角的内缩，中心死焦堆尚未化开时，内移矿角会使煤气流混乱。为此，采取先适当打开边缘，再逐步向中心移矿角的做法，减少煤气对中心透气环区的过度依赖，以保障内缩矿角的实施。而其他几座高炉采用“平台+漏斗”的布料模式，中心气流未能有效打开，边缘气流过于强劲，渣皮稳定性较差，且伴有崩料现象发生。高炉长期处于这种状态，会由于锌元素的循环富集导致炉墙结厚。由此看来，“中心加焦”布料模式更适合经济炉料冶炼[6]。

2.3 低硅冶炼

使用经济炉料期间，高炉抗波动的能力较差，当炉温过高时，炉内煤气体积增大，压差升高，炉况顺行变差。如果不采取任何措施，可能会造成崩料、悬料的发生；如果采取控氧、减风等方式保持炉况顺行，势必会造成高炉下料速度变慢，炉温持续上行，以及长时间边缘气流过分发展的结果，易引起掉渣皮等一系列问题，同时由于炉温上行，炉前出铁时间变短，渣铁出净情况较差，导致炉缸不活。另外，炉温控制偏高时，使得原燃料中的有害元素还原率提高，尤其是碱金属化合物的还原。随着[Si]含量的升高，生成的K、Na蒸汽就越多，料柱透气性就越差，并且进入炉渣中的碱金属化合物就越少，导致炉渣的排碱率下降。所以[Si]含量适当降低，有利于高炉顺行，有利于排碱。

3 结语

1）经济炉料能大幅度降低高炉的炉料结构成本，但炉况的操作难度较大，不利于操作炉型的维护。

2）当炉腹煤气指数过低时，可通过增大风量提高炉腹煤气量来增产；当炉腹煤气指数过高时，可通过提高富氧率和炉顶压力，降低燃料比和低硅冶炼来增产。

3）“中心加焦”与“平台+漏斗”两种布料模式的选择，要根据高炉的原燃料条件决定。原燃料条件不太好的高炉，最好用“中心加焦”布料模式。

4）低硅冶炼有利于增强高炉的稳定性，有利于活跃炉缸，但原燃料质量波动较大时，要及时调整，避免炉温连续低于下限。

[1]周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2002：113.

[2]王筱留.炼铁冶金学（炼铁部分）[M].北京：冶金工业出版社，2000：127.

[3]项钟庸，王筱留.高炉设计—炼铁工艺设计理论与实践[M].北京：冶金工业出版社，2007：166-168.

[4]孟令君，刘德楼，张小伟，等.济钢1 750 m3高炉经济炉料冶炼实践[J].炼铁，2010，29（1）：11-13.

[5]卫继刚.大型高炉合理炉腹煤气量指数的控制及探讨[J].钢铁，2012，47（3）：32-35.

[6]郑玉平.首钢京唐2号高炉适宜中心加焦量的探索[J].炼铁，2016，35（4）：48-51.