高碱度负荷条件下昆玉高炉造渣制度实践及分析

陈玉成，赵金巍，王庆鲲

（新疆昆玉钢铁有限公司）

昆玉钢铁现有二座450m3高炉，受疆内原燃料资源的限制，高炉炉料碱金属（K2O＋Na2O）含量偏高，高炉入炉碱负荷长期居高不下，吨铁碱负荷4.5～5.2kg/t，是行业标准碱负荷≤3.0kg/t的1.5～1.73倍，碱金属含量过高对高炉生产造成较大的困扰，影响经济技术指标的进步。

昆玉钢铁使用一种镁含量较高含铁料资源，其性价比优异，对降低铁水冶炼成本做出了突出贡献。铁前工序取消含镁熔剂配料，配料时配加25%～35%比例的高镁含铁料，生产出的烧结矿MgO含量平均2.24%，球团矿MgO含量平均1.86%。导致高炉炉渣中MgO含量平均9.90%，波动范围8.13%～11.89%，因烧结矿、球团矿中Al2O3含量低，炉渣Al2O3含量平均11.48%，波动范围9.43%～14.02%。高炉炉渣镁铝比0.69～1.14，昆玉高炉炉渣镁铝比较高。

因无相关高镁铝比炉渣在高碱负荷条件下的高炉冶炼经验，昆玉炼铁厂开展了相关的高镁铝渣生产实践探索，确定了昆玉高炉适宜的高镁铝比炉渣范围，以及不同二元碱度、镁铝比水平下的炉渣排碱能力。应用于高炉生产，保证了高炉顺行。因此，对昆玉高炉在高碱负荷冶炼条件下造渣制度进行分析，为获得更经济的铁水冶炼成本提供技术参考。

1 分析数据的选取原则

1.1 入炉碱负荷选取

入炉碱负荷的高低对炉渣中碱金属含量有影响。一般情况下[1]，同等炉渣碱度、镁铝比条件下，入炉碱负荷高时炉渣的碱金属含量相对高，为剔除碱负荷不同给结论的影响，按昆玉高炉入炉碱负荷4.8±0.1kg/t的月份数据为统计,平均入炉碱负荷4.85kg/t。

选择 2017年4～9月，2018年 4～5月、8～10月，2019年5～7月的数据，高炉碱负荷情况见图1。

图1 昆玉高炉入炉碱负荷

1.2 炉渣成分的选取

碱金属硅酸盐的还原是一个强吸热过程，高温有利于反应向右进行，炉温越高，生成的K、Na蒸汽越多，进入炉渣中的硅酸盐越少，导致炉渣排碱能力下降。较低的铁水温度有利于K、Na、Zn等有害元素的排放,但K、Na、Zn这些元素的氧化物比FeO难还原,只能在高温区进行直接还原,需吸收大量热量[2]。因此，可能破坏炉缸热量平衡，导致炉凉事故。

因此，选取铁水[Si]0.30%～0.50%铁次相对应的炉渣成分，进行统计比对分析。

基于上述两点共同考虑后，合计选取3570个铁次对应的炉渣成分数据进行分析。

2 炉渣碱度与炉渣排碱能力的关系

碱度对昆玉高炉炉渣排碱能力的影响见图2、图3和表1。由图2、图3和表1可以看出：随着炉渣碱度的提高，炉渣中碱金属含量逐渐降低。不同镁铝比条件下，随炉渣碱度的提高，炉渣中碱金属含量逐渐降低。表明了炉渣的排碱能力随着碱度的提高而减弱，这是因为参加反应的K2O、Na2O都是强碱性物质，当炉渣碱度提高后，炉渣中CaO的含量升高，导致渣中SiO2活度降低，这将影响炉渣中碱金属硅酸盐的还原，加速碱金属在炉渣中的还原和挥发，从而减少了炉渣中的碱金属含量，即碱金属的溶解度是随着渣中的碱度提高而降低的[3]。

2K2SiO3＋2C＝4K（g）＋2SiO2＋2CO（g）反应式表明，炉渣碱度高时化学反应向右进行，碱金属的还原和挥发增加，导致炉渣中碱金属含量减少。

结合近几年的生产实践，昆玉高炉目前基本保持炉渣碱度在1.00～1.05，既保证了炉渣排碱能力，还能兼顾炉渣脱硫能力，保持铁水硫含量低于0.055%。在图2和表1的数据也得以证实，炉渣中碱金属平均含量达到了1.56%，炉渣排碱能力较强。长期稳定此碱度范围内的造渣制度，昆玉高炉实现长期的常规性排碱的高炉冶炼操作，基本杜绝了碱害对高炉生产的不利影响。

表1 不同碱度条件下的炉渣中碱金属含量

图2 碱度对昆玉高炉炉渣排碱能力的影响

图3 不同镁铝比下碱度对昆玉高炉炉渣排碱能力的影响

从表1可以看出，炉渣碱度＜1.00范围，炉渣中碱金属含量平均1.69%，较炉渣碱度在1.00～1.05炉渣中平均碱金属含量仅提高了8.33%，排碱能力的提高幅度有限。在炉渣碱度低于1.0的条件下，炉温下行时，很容易发生铁水硫超标，造成生产成本的增加与炼钢生产组织的困难。

从表1还可以看出，炉渣碱度1.06～1.106，较炉渣碱度1.00～1.05炉渣中平均碱金属含量减少0.24%，炉渣排碱能力降低15.38%；炉渣碱度＞1.10以上，炉渣碱度在 1.11～1.15、1.16～1.20、1.21～1.29的区间，较炉渣碱度1.00～1.05炉渣中平均碱金属含量分别减少0.46%、0.52%、0.64%，炉渣排碱能力分别降低29.49%、33.33%、41.03%。即昆玉高炉生产条件下，随着炉渣碱度的提高，炉渣排碱能力呈降低趋势。

从生产数据可得出，当炉渣碱度＞1.10后，碱金属在炉渣中的溶解度基本达到饱和，炉渣中碱金属平均含量由1.10%减少至0.92%，碱金属含量降低0.18%，炉渣碱度由1.10提高至1.29，炉渣碱度提高0.19，碱度的变化对炉渣排碱能力的影响已不明显，也可以说是炉渣碱度超过1.10后，炉渣基本失去了排碱能力。因此，必须尽量避免高碱度炉渣的高炉冶炼生产，以防止碱负荷循环富集对高炉生产的不利影响。

3 镁铝比与炉渣排碱能力的关系

昆玉高炉的炉渣镁铝比内地高炉的镁铝比高且处于上限，这与炉渣中Al2O3含量偏低有关，也与使用的高镁含铁料资源有关，最终导致了炉渣镁铝比基本在0.7以上，以炉渣镁铝比＞0.7的条件下的炉渣排碱能力进行分析。

3.1 同等碱度条件下镁铝比对炉渣排碱能力的影响

镁铝比对昆玉高炉炉渣排碱能力的影响见图4、图5和表2所示。由图4、图5和表2可以看出：同等碱度条件下，随着炉渣镁铝比的提高，炉渣中碱金属含量的总体趋势是逐渐降低的，表明炉渣镁铝比提高炉渣的排碱能力减弱。原因为MgO在高炉渣中显碱性，致使炉渣中SiO2的活度降低[4]，高温区促进了碱金属硅酸盐的还原反应向右侧方向进行，加大了碱金属在炉渣中的还原和挥发，从而降低炉渣中的碱金属含量，降低炉渣的排碱能力。

3.2 不同碱度条件下镁铝比对炉渣排碱能力的影响

随着炉渣碱度的提高，同等镁铝比条件下，炉渣中碱金属含量逐渐降低，炉渣的排碱能力减弱，碱度越高对炉渣的排碱能力影响越大；随着炉渣碱度的提高，在镁铝比也升高的情况下，炉渣中碱金属含量急剧降低，炉渣的排碱能力变得更差，高碱度、高镁铝比炉渣失去排碱的效果或意义。当炉渣碱度＞1.10时，炉渣中碱金属含量0.88%～1.16%，平均含量1.02%，炉渣中碱金属含量较低，此时炉渣已无排碱效果，决定因素在于炉渣碱度过高，与镁铝比的变化相关性不大。

3.3 昆玉高炉适宜炉渣碱度下镁铝比

见表2，炉渣碱度在1.00～1.05，以镁铝比0.7～0.8为对比基准，镁铝比每提高0.1，炉渣中碱金属含量分别减少0.06%、0.16%、0.26%，炉渣排碱能力分别降低3.61%、9.64%、15.66%。在1.00～1.05碱度条件下，炉渣中碱金属平均含量1.40%。按对应的统计日期，入炉碱负荷测算为4.79kg/t，渣铁比理论计算为345.97kg/t，计算得出炉渣碱金属含量为4.84kg/t，炉渣排碱率101.04%。

依据测算的数据，在考虑铁料性价比高的条件下，昆玉高炉炉渣镁铝比上限还可以有所提高。探索进一步增加铁前工序的高镁含铁料配比，来降低铁水冶炼成本。因同时满足 [Si]0.30%～0.50%与镁铝比1.00～1.05两个条件下的生产实践数据少，实施中还要密切的结合高炉运行状态来决定是否提高镁铝比。

表2 不同镁铝比条件下的碱金属含量（X：MgO/Al2O3）

图4 镁铝比与炉渣中碱金属的关系

图5 同等碱度下镁铝比与炉渣中碱金属的关系

4 结语

（1）昆玉高炉生产条件下，炉渣的排碱能力随着炉渣碱度的提高而降低，炉渣碱度超过1.10后，排碱能力减弱。生产实践证明，适宜的炉渣碱度范围在1.0～1.05时，炉渣的排碱能力较强，同时能够兼顾铁水的硫含量不超过0.055%。

（2）昆玉高炉生产条件下，同等炉渣碱度，镁铝比对炉渣排碱能力的影响随着镁铝比提高，炉渣的排碱能力逐步降低。炉渣碱度超过1.10后，炉渣排碱能力与镁铝比变化相关性不大。

（3）在昆玉高炉适宜炉渣碱度1.0～1.05，铁料性价比高的条件下，逐步提高镁铝比实现更加经济的铁水冶炼成本，但应注意结合高炉实际运行状态。