玉钢3号高炉钒钛矿冶炼时炉况波动的原因分析及解决措施

何飞宏，薛 锋，黄德才

（玉溪新兴钢铁有限公司，云南 玉溪 653100）

为了增强企业的市场竞争力，玉钢3号高炉于2019年8月6日恢复钒钛矿冶炼，10月份为提高“钒”效能，在烧结混匀料中配加了10%比例的钒钛精，使渣中w（TiO2）达到18%，高炉呈现出显著的中、高钛渣冶炼特色；2020年2月份后，炉况频繁出现低炉温憋风、铁水排Zn升高（铁水w（Zn）由正常时的0.010%以下上升到0.100%~0.215%），造成钒钛矿冶炼难以为续的被动局面，经系统性分析找出了炉况波动的本质原因，采取了相应的解决措施，使炉况逐步恢复稳定。

1 钒钛矿冶炼后的炉况分析

第一阶段：2019年8月—10月。2019年8月份恢复钒钛矿冶炼后，炉况稳定顺行，指标较好（见表1），10月中旬烧结矿中配加10%比例的钒钛精后，渣中w（TiO2）达到18%，炉况稳定性逐步下滑，10月下旬高炉整体状态及稳定性已明显变差。

表1 2019年8月—10月指标情况 kg/t

第二阶段：2019年11月—12月。11月2日高炉第一次出现低炉温憋风、铁水含Zn量急剧升高现象，采取常规的提温措施，效果不明显，后又采取集中加焦提温及降低喷煤比的措施，炉况才逐渐恢复。12月12日再次出现集中铁水排Zn现象，造成炉况出现较大波动，各项经济技术指标大幅下滑。

第三阶段：2020年1月。炉况总体稳定顺行，虽然1月18日也出现了1次集中排Zn现象，调整用焦结构后，炉况恢复正常，经济技术指标也有所好转。

第四阶段：2020年2月—4月。2月份出现2次集中排Zn现象，且持续时间较长，因此在2月24日—3月9日切换普通矿冶炼来恢复炉况。3月份集中排Zn次数增加到4次，炉况波动次数显著增多，3月下旬尤为频繁，由之前7~10 d/次，增加至3~5 d/次，炉况稳定性急剧下降，炉缸工作状态大幅下滑，出现局部堆积现象。4月1日进行查水检漏，发现封堵的渣口小套烧损漏水，休风715 min进行处理，复风后炉况逐步恢复正常。11日再次出现集中排Zn现象，因处于普通冶炼恢复期间，对炉况影响程度不严重，因此采取集中加焦并将师宗二级焦的使用比例由70%调整为30%后，炉况稳定性逐步提升，经济指标也得到逐步改善。

2 炉况波动的原因分析

针对炉况频繁波动，以及在2020年4月11日炉况恢复期间，在矿焦负荷（3.68倍）较轻情况下，仍然发生低炉温憋风、集中排Zn现象，为找到发生这一现象的本质原因，组织相关人员对影响炉况顺行的设备、炉料、操作制度、燃料四大影响因素进行了分析。

2.1 设备因素

因2019年11月份曾出现风口有水迹现象，但休风后未查出漏点，首先推测炉况波动是漏水所致。但2020年1月份炉况较为稳定，指标也较好，加上4月11日在已处理漏水渣口小套的情况下，再次出现集中排Zn的情况（铁水中w（Zn）=0.111%），可以排除漏水是主要原因。

2.2 炉料因素

2.2.1 Zn负荷

由于铁水集中排Zn时铁水含Zn量急剧升高，首先怀疑是Zn负荷过高所致，但从入炉Zn负荷（图1）可以看出，2019年8月Zn负荷为1.01 kg/t，炉况较为稳定，指标也较好，未出现铁水含Zn异常升高等情况。加上2014年—2015年冶炼钒钛矿期间Zn负荷均在0.80 kg/t以上，均未出现铁水中含Zn急剧升高现象，且在此期间炉况、指标也较好，因此排除Zn负荷高是主要原因。

图1 2019年8月—2020年3月Zn负荷趋势图

2.2.2 烧结矿质量

对2019年8月份以来烧结矿的核心三大指标进行分析，烧结矿转鼓指数及FeO含量虽然有所波动，但整体未出现较大的偏离；自11月份配加钒钛精及用印度粉后，低温还原粉化性总体呈下降趋势（见图2），但1月份炉况较为稳定，可排除烧结矿质量下滑是主要原因，3月份低温还原粉化性比较差（仅为45.55%），加剧了炉况的恶化程度。

图2 2019年8月—2020年4月RDI+3.15 mm趋势图

2.2.3 球团矿质量

自2019年8月份以来，球团矿的质量差异不大，除华翔球w（Zn）偏高，部分品种的攀西球抗压强度偏低外，并未发现其他严重的质量问题，可以判定球团矿质量不是影响炉况波动的主要因素。

2.3 操作制度因素

四大操作制度中，热制度、造渣制度与同类型钒钛矿冶炼高炉一致，可以排除这两个制度的影响；在送风制度方面，经过2012年3月调整风口小套的长度及斜度后，2013年—2015年冶炼钒钛矿期间炉况稳定顺行，证明送风制度是合理的；上部装料制度以发展边缘、中心两股煤气流为主，导致煤气利用率偏低（39.4%），高炉燃料消耗升高，从恢复钒钛矿冶炼后8—10月份炉况及指标来看，也不是导致炉况波动问题的主要原因。

2.4 焦炭质量因素

高炉从2019年10月开始使用师宗二级焦，特别是10月下旬将其使用比例提高到50%后，高炉炉况状态变差。自11月第一次出现集中排Zn现象以来，后续每次出现集中排Zn炉况波动现象时，均与焦炭质量变化有明显关系，特别是与师宗二级焦使用比例高和热态指标相关性较强（见表2）或反应性超过29%时，相关影响尤为明显。

表2 师宗二级焦使用比例、质量与排Zn影响炉况次数

由表2可知，2020年1月份师宗二级焦使用比例仅为20%，且反应性为28.4%，并搭配质量较好的干熄焦使用，虽然出现1次集中排Zn，但稍作提温就可将炉况恢复正常。特别是1月20日使用质量较好的30%的大为焦后，炉况稳定顺行程度提高，指标较好，焦比明显下降，小粒矿使用比例增加至10%。2月份后，受疫情影响，大为焦和干熄焦断供，因此增加了师宗二级焦使用比例，2月20日后，师宗二级焦使用比例上升至51%，加上物理性能及冶金性能较之前大幅下滑，使得CRI最高达33%以上，CSR最低不足57%，导致2月下旬至3月上旬期间转普通矿冶炼。3月份师宗二级焦热态反应性上升至30.41%，反应后强度61.16%，期间炉况波动频繁，出现4次集中排Zn现象。4月11日，在矿焦负荷较轻的情况，仍然再次出现1次集中排Zn现象，期间师宗二级焦使用比例为70%。

从以上焦炭质量与炉况对应关系可以看出，焦炭质量变差与高炉出现集中排Zn现象的相关性最强，在师宗二级焦质量下滑时更为明显。由此推断，大比例使用劣质二级焦是造成高炉集中排Zn、炉况波动的最主要原因。

3 解决措施

3.1 优化和稳定原燃料质量

找出导致炉况波动的主要原因后，逐步减少二级焦使用比例，根据焦炭库存条件，4月中旬将二级焦的使用比例控制在30%内，搭配使用一定比例的块矿，改善炉渣流动性，提高炉缸活跃度。5月8日将师宗二级焦比例减至8%，6月下旬停用师宗二级焦。采购焦种由7种减至3种，入炉焦炭品种由4种减为3种，优化前后焦炭的主要指标对比如表3所示。

表3 优化前后焦炭的主要指标对比 %

3.2 优化高炉操作

上部以发展中心气流为思路，逐步调整布料矩阵（见表4），抑制边缘气流，增大布料角度，将起始布料角度由原来的28°逐步增加至32°。下部以控制合理的理论燃烧温度为主，富氧量由10 000 m3/h减至9 000 m3/h，以降低下部压差，改善受风条件，增加风量、风速，提高炉缸活跃度。

表4 布料矩阵的调整情况

4 优化效果

通过优化原燃料质量和高炉操作，2020年4月下旬后消除了频繁憋风、持续低温以及铁水排Zn的问题；由发展边缘、中心两股煤气流调整为发展中心气流，煤气利用率由一季度的39.4%提升至43.85%，气流的稳定性明显提升，二季度入炉品位（全铁质量分数）为52.76%，较一季度下降0.49%，在品位下降的情况下，燃料比下降11kg/t；受风条件明显改善，平均风量由2630m3/min上升至2 728 m3/min，炉缸活跃度得到明显提升。

5 结论

1）焦炭质量是高炉稳定顺行的主要支撑，大量使用劣质的师宗二级焦及其热态指标下滑是造成玉钢3号高炉炉况波动的主要原因。在原料条件变差后，要确保“稳定、高效”的生产，保证焦炭质量是高炉顺行的最后一道“防线”。

2）玉钢高炉使用相对廉价的师宗二级焦，导致炉况频繁波动，生产成本大幅上升，故不能单纯以原燃料价格作为采购依据，应建立和采用以降低生铁成本为根本目标的原燃料性价比评估体系来指导原料采购。

3）通过优化用焦结构、稳定原燃料质量及优化高炉操作，消除了频繁低炉温憋风、排Zn等问题，炉况的稳定性大幅提升。

4）玉钢3号高炉一直发展中心、边缘两股煤气流，气流的稳定性较差，煤气利用率低，在上部制度调整后，以发展中心气流为主，煤气利用率由39.4%提升至43.85%。