高炉钛煤混喷护炉技术应用实践

周大勇 吕昌贺 夏中海

1.引言

高炉钛煤混喷技术在国外应用较广泛，但在国内尚未推广。工艺流程是：含钛原料在原煤场的料堆上进行配加，然后随原煤进入原煤仓，经磨煤机烘干和制粉后，经喷吹系统和煤粉一起由煤枪送入高炉。含钛矿粉在风口区域被还原后，直接进入炉缸，对高炉上部影响较小。

沙钢3号2680m3高炉二代炉役于2013年1月开炉，目前利用系数约2.42，燃料比约525kg/t。该高炉共有28个风口，2个铁口，炉缸直径为10.9m，死铁层深度为2.17m，炉缸侧壁采用大块碳砖和陶瓷杯壁结构，炉缸冷却水量4800m3/h。2018年以来，由于干熄焦检修，高炉频繁使用湿熄焦，导致炉缸中心透气透液性下降，炉缸环流增加，炉缸侧壁温度大幅升高，标高10.343m和9.243m热电偶温度大幅升高，其中10.343m处部分热电偶最高点达到800℃以上（插入深度500mm）。2019年3月以来，3号高炉炉况稳定，产量较高，但炉缸温度处于高位，因此开始使用钒钛矿护炉，主要方式为炉顶加入钒钛块。护炉期间铁水钛含量控制范围为0.08%～0.12%，起到了一定的护炉效果。由于钒钛块钛含量低，使用量大，也造成高炉渣比升高，影响了产量和燃料消耗。在分析了护炉成本和对炉况影响的情况后，决定对高炉进行钛煤混喷工业试验（见表1）。

表1 沙钢3号2680m3高炉试验期间操作参数

2.沙钢钛煤混喷试验方案

沙钢3号高炉钛煤混喷试验原料采用江苏某公司生产的含钛矿粉（简称ITIC），ITIC的TiO2含量超过51%，远高于沙钢高炉使用的钒钛块。全铁含量高于29%，S、P和有害元素含量较低，可以满足高炉生产需求。此外，ITIC粉的粒度较细，易于在炉内发生反应（见表2）。试验期间与此对应的ITIC粉在煤粉中的比例为2%-7%，各配比的喷吹过程见表3。

表2 ITIC粉和钒钛块成分分析 %

表3 试验喷吹ITIC粉的钛负荷 kg/t

3.钛煤混喷试验结果

3.1 喷煤系统情况

2019年3月底，沙钢在3号高炉进行了高炉钛煤混喷试验，试验期间对高炉的生产情况进行了跟踪。由于喷吹钛粉硬度较大，容易对管道造成磨损，因此安排每天对喷吹管道巡视。巡视部位包括：(1)可调煤粉给料机出口；(2)喷煤间喷吹直段管；(3)喷煤间外弯头；(4)炉基喷煤管道；(5)煤粉分配器出口处至各支喷枪的管道。整个试验过程中，喷煤主管和支管未发现因钛煤混喷而增加磨穿漏粉次数的现象。试验期间各风口工作状态正常，风口未出现损坏。

3.2 高炉炉况

试验期间，高炉炉况较好，顺行未受到影响。高炉风量、压差、十次测温曲线、铁水温度、炉渣碱度等参数均在正常水平（见表4）。

试验期间，除普通块矿取代原钒钛块外，高炉其余的炉料结构未发生变化。从表4可以看出试验期间产量有所提高，渣比和燃料比有所下降，压差、铁水[Si]含量、炉渣碱度未发生明显变化。入炉总钛负荷略有下降，但铁水中的钛含量略有提高。

表4 喷吹钛粉试验前后高炉参数对比

试验检测，钛在铁水和渣中的比例[Ti]/(TiO2)，由试验前0.06提高至0.072，约增长了20%，钛的利用率得到了明显提高。由于含钛矿粉的粒度较小，风口区域的温度较高，从风口加入含钛矿粉，从热力学和动力学上来说，均会提高TiO2生成Ti的反应速率，增加铁水中的钛含量。铁水的[Si]含量和炉渣碱度均变化不大。使用钛煤混煤工艺，可以使钛在铁水和渣中的比例得到大幅提高（见图1）。

图1 试验前后Ti在铁水和渣中的比例

在钛煤混喷期间，炉缸热电偶温度也出现了逐步下降的趋势，炉缸10.343m热电偶温度较高。3月10日，休风后炉缸温度虽然有所下降，随后又快速升高，达到了863℃。进入钛煤混喷试验期后，在不控制产量的前提下，该热电偶温度逐步下降，降至584℃，说明钛煤混喷起到了护炉效果。此外，炉缸9.243m的部分热电偶温度也有所下降（见图2）。

图2 炉缸10.343m 213C热电偶温度趋势 ℃

3.3 沙钢钛煤混喷的问题

3.3.1 铁水钛含量存在波动

喷吹钛粉试验期间，铁水中的钛含量有所波动。钛煤混喷期间，铁水Ti含量的方差高于使用钒钛块时的方差。主要原因：（1）由于内层包装袋落入料仓，导致钛粉仓下料口堵塞，配料不均匀。对包装袋进行改进后，该问题得到解决；（2）由于试验为摸索阶段，期间对配入含钛矿粉的钛负荷进行了多次调整，铁水的物理热和Si含量也存在波动（见表5）。

表5 铁水硅（0.4%～0.5%时）在不同钛负荷下的铁水钛含量

3.3.2 上料过程中扬尘现象

上料过程中，含钛矿粉在经过称重皮带落入下方的上煤皮带时，由于含钛矿粉的粒度较小，容易产生扬尘现象。解决方案可采取在称重皮带后端加装雾化喷头，同时，加强现有除尘挡板的密封性；也可在原料中加入适量水分，在湿基状态下装料。

4.结论

（1）钛煤混喷试验期间，高炉顺行良好，未发生炉况波动。由于含钛矿粉的钛品位较高，使得高炉渣比下降了7kg/t，高炉产量略有增加，燃料比略有下降。

（2）由于含钛矿粉的粒度较细，又从风口喷入高炉，在高温区发生还原反应，加快了反应速率，提高了钛在铁水和炉渣中的分配比，提高了钛的利用率。

（3）钛煤混喷期间，炉缸10.343m和9.243m部分热电偶出现了下降，说明含钛矿粉起到了护炉的作用。

通过沙钢3号2680m3高炉短期的钛煤混喷工业试验，获得了初步成果，取得了一定的护炉和降本效果。但由于该试验的时间较短，后续还将继续进行钛煤混喷工业试验研究，以便对该技术进行全面的评估。

参考文献略