凌钢5 号高炉高钛负荷下的操作技术优化

李 亮 马晓勇 戴田军 鞠春明

（凌源钢铁股份有限公司）

0 引言

凌钢5 号高炉设计炉容2 300 m3，设有3 个铁口，30 个风口，配备3 座旋切顶燃式热风炉，PW串罐无料钟炉顶，环保新嘉恒法渣处理系统，炉体6～9 段采用铜冷却壁的全冷却壁薄内衬结构等，于2012 年10 月12 日投产。由于没有配套的焦化工序，凌钢5 号高炉全部使用外购焦炭，80%水熄焦+20%干熄焦，焦炭的供货厂家有6 家，焦炭品种多，各家焦炭的水分、质量波动很大。凌钢铁前配备3 台烧结机和年产200 万t 链篦机-回转窑一座，烧结机分别为1 号烧结机（240 m2），2 号烧结机（180 m2），3 号烧结机（320 m2）。入炉原料由自产烧结矿和球团矿组成，所需矿粉为自产精矿、地方矿粉、澳大利亚FMG、WPF 及铁谷粉。

2020 年，为降低铁前配矿成本，大幅度提高了钛含量较高的地方矿粉的使用量，导致高炉入炉钛负荷（TiO2）持续处于高位。钛负荷的升高引起了炉缸工作状态下滑，表现为炉温稳定性差、炉缸活跃性降低、炉缸易堆积，影响了高炉的技术经济指标。通过积极调整工艺参数、优化操作制度, 凌钢5 号高炉的稳定性明显提升，技术经济指标持续改善，为生铁成本的降低奠定了基础。

1 5 号高炉钛负荷现状

高炉钛负荷即每吨铁由炉料带入高炉的TiO2含量。2020 年9 月，对凌钢5 号高炉的入炉原料进行取样，并分析了其TiO2含量，结果见表1。

表1 5 号高炉钛负荷及来源

由表1 可知，钛负荷为9.02 kg/t，其中烧结矿带入的TiO2的量为4.79 kg/t，球团矿带入的TiO2的量为4.23 kg/t，烧结矿与球团矿的TiO2含量分别达到了0.45%、0.70%，处于国内高炉中的较高水平。烧结矿因配比高，带入的TiO2量最多，占比达53.1%，球团矿因配加含TiO2较高的地方矿粉，使得带入的TiO2的占比达到了46.9%。根据河北承钢的经验[1]，烧结矿中TiO2含量升高会导致烧结冷强度降低，会造成高炉块状带透气性变差。2020 年凌钢5 号高炉钛负荷变化趋势如图1 所示。

图1 2020 年凌钢5 号高炉钛负荷变化趋势

2 5 号高炉钛在渣铁间的分布

铁水[Ti]含量与炉渣中的（TiO2）均来源于含钛炉料中的TiO2。对于护炉操作来说，TiO2的带入量一般是3～5 kg/t，在这种情况下，铁水中的[Ti]含量为0.1%以下，而渣中的TiO2含量为1.0%～1.5%。炉渣中的（TiO2）在炉内的高炉还原气氛条件下，可生成熔点2 000 ℃以上的TiN、TiC及Ti（CN）连接固熔体[2]，在炉缸内呈颗粒状，悬浮、弥散在渣铁中，造成铁水、炉渣粘度升高，流动性变差。铁水中[Ti]含量升高后会导致铁水黏稠，铁水罐易粘罐、易结壳、罐容变小，铁水罐下线处理和钩罐的次数增加，高炉兑罐正点率下降，出不净铁频率升高，制约了高炉的正常生产，并将会对炉缸活跃程度造成不利影响。2020 年凌钢5 号高炉铁中的[Ti]含量与炉渣中的（TiO2）含量的变化趋势如图2 所示。

从图2 可以看出，1～12 月份的[Ti] 含量在0.119%～0.176%之间，炉渣中的（TiO2）含量在1.46%～2.28%之间。这些都说明凌钢高炉生铁含钛量偏高，高炉常年处于护炉状态。

图2 5 号高炉2020 年铁水中[Ti]与渣中（TiO2）含量的变化趋势

3 操作技术优化

3.1 加强原燃料管理

通过调整焦炭筛孔规格，加强焦炭筛分效果，提高焦炭粒度，将优质焦炭布到中心，增加高炉中心死焦堆的透气性、透液性。5 号高炉设置5 个焦槽，焦筛尺寸为25 mm，焦丁比为40～45 kg/t，将5 号焦炭筛棒条间距调整为30 mm，焦丁筛棒条间距由10 mm 改为8 mm，增加了焦丁回收量，焦丁比达到50～60 kg/t。焦丁随球团矿布入高炉中间环带，焦丁比的提高改善了料柱中间环带的透气性，既节约了焦炭量，同时中心焦的粒度又得到了保证，利于开放并稳定中心气流。

1 号烧结机和5 号高炉的距离达2 km 左右，且经多个转运站，加剧了烧结矿的破碎。为了最大限度降低入炉粉末，采取烧结矿槽位下限值预警机制，烧结矿槽位下限值不准低于5 m（满槽位9 m），槽位临界预警时采取停槽或及时补加落地烧结矿等措施。同时，5 号高炉制定了原燃料监控体系，通过微信平台及时上传原燃料信息。针对原燃料异常情况，提前采取控制手段，防止炉况出现波动，保障了高炉的长期稳定运行。高炉烧结矿入炉粒级组成见表2。

表2 凌钢5 号高炉烧结矿的粒度组成 %

3.2 装料制度优化

3.3 大风量高压差操作

高炉在高钛负荷下冶炼的核心问题是如何保证炉缸工作状态活跃[3]。保证足够的入炉风量是保证炉缸活性的前提，2020 年5 号高炉突破常规，历史性的将风量提高至5 000 Nm3/min，高炉实际风速维持在290～295 m/s，鼓风动能突破15 000 kgm/s。炉顶压力由200 kPa 提高至220 kPa，高炉压差控制上限由180 kPa 放宽至190 kPa。风量和鼓风动能的提高对高炉炉况的改善发挥了巨大的作用。

（1）有利于吹透中心和中心气流的发展，改善了炉缸的工作状态，为高炉长周期稳定顺行打下基础。

（2）随着风量的提高，产量大幅度增加，加快了炉内各类物理、化学反应，炉缸渣铁温度更加均匀，进一步促进了炉缸的活跃，使得高炉各项指标明显改善。

（3）促进了锌等有害元素的上部排出，对炉况顺行有积极作用。

5 号高炉2020 年各月份送风参数变化见表3。

表3 2020 年5 号高炉送风参数变化

3.4 热制度与造渣制度优化

因入炉钛负荷高致使高炉冶炼受炉温影响较大，炉温高易生成TiN、TiC 和Ti（CN）连接固熔体，导致渣铁黏稠、渣铁分离困难、流动性变差，造成出铁时间延长，渣铁不易出净，全炉压差升高，炉况波动。

5 号高炉将生铁[Si] 含量控制标准由0.35%～0.50%降低至0.30%～0.45%，铁水物理热由1 480 ℃降低至1 470 ℃。5 号高炉炉渣碱度由1.20±0.05 降低至1.15±0.05，同时将炉渣中的（MgO）含量提高至9%～10%，控制炉渣W（MgO）/W(Al2O3）＞0.65。降低铁水温度可抑制TiN、TiC和Ti（CN）的生成，改善渣铁流动性，促进渣铁分离，而适当降低炉渣碱度和提高镁铝比也可改善炉渣的流动性能，降低渣铁在料柱中的停留时间，提高料柱透气性。2020 年炉渣成分控制见表4。

表4 凌钢5 号高炉炉渣成分

3.5 建立钛的收支平衡体系

建立了TiO2在高炉内的收支平衡体系。利用入炉的TiO2总量减去进入铁水中的[Ti]（转化为TiO2）及进入炉渣中的TiO2含量，分析Ti 在炉内的富集情况。Ti 在高炉内主要以TiC、TiN 和Ti（CN）的形式富集。高炉操作者每天要做Ti 在高炉内的平衡计算工作，及时掌握Ti 在高炉内的富集情况。在入炉钛负荷一定的情况下，铁水中的[Ti]高，则进入炉渣中的TiO2的量会减少；铁水中的[Ti]低，则进入炉渣中的TiO2的量会增加，日常生产应密切关注TiO2在炉内的富集情况，如果Ti 在高炉内的富集总量呈上升趋势，应密切关注，防止出现炉缸堆积，必要时配加锰矿或萤石进行洗炉。

3.6 加强炉前出铁管理

随着生铁产量的提高，渣铁能否及时排净直接影响到炉况的稳定顺行。加上钛负荷较高，导致铁中[Ti]及渣中（TiO2）含量较高，造成渣铁分离困难、产生泡沫渣等，渣铁在炉内时间越长，渣铁流动性越差。为了适应生产的需要，5 号高炉树立憋渣憋铁就是事故的理念，首先，从改善炮泥质量入手，保障铁口的工作状态，有效保证了铁口深度和出铁的均匀性；其次，由两个铁口轮流出铁改为三个铁口轮流出铁，采取零间隔出铁模式，缩短渣铁在炉内的停留时间；提高炉前主铁沟的寿命，必保过铁量15 万t 以上，减少主铁沟检修频率；炉前工作的细化有力保障了炉内操作优化的顺利进行。

4 取得的效果

通过优化操作技术，实现了5 号高炉的长周期稳定顺行，主要经济指明显改善，特别是高炉产量，实现了跨越式的突破，创造历史最好水平，燃料比、煤比等主要经济指标也都处于历史较好水平，取得了明显的经济效益，具体见表5。

表5 凌钢5 号高炉操作优化前后的主要指标变化

5 结语

因使用地方矿粉比例较高，导致凌钢高炉入炉原料中钛负荷较高，使得高炉生铁中钛含量偏高。为了确保炉况稳定顺行，在铁前配矿不能有效降低入炉钛负荷的情况下，结合5 号高炉生产操作实践，建议关注以下几点：

（1）高钛负荷冶炼应使用“开放中心，兼顾边缘”的布料制度，平衡好两道煤气流。

（2）在送风制度方面，应提高风量和实际风速，维持较高的鼓风动能，确保炉缸工作状态活跃。

（3）优化炉渣成分，控制适宜的炉渣镁铝比，适当降低炉渣的二元碱度以提高炉渣的流动性。

（4）在保持铁水物理热充沛的前提下，适当降低生铁[Si]含量，利于改善铁水的流动性能。

（5）炉前渣铁排放对于高炉冶炼非常重要，及时排净渣铁是高钛负荷下炉况稳定顺行的必要条件。