阳春新钢铁提高块矿使用比例的研究与实践

程 祥，魏大胜

（阳春新钢铁有限责任公司，广东 阳春 529600）

近几年，由于进口矿普氏指数持续下降，以及国家对钢铁企业烧结、球团工序环保要求的逐步提高，进口球团矿的性价比逐步降低，反之，天然块矿始终保持着较高性价比。各钢铁企业为提高产品的市场竞争力，都在努力降低生产成本，而铁前成本在钢铁生产成本中占比达60%以上。而高炉炉料结构又是影响铁水成本的一个重要因素[1]。

阳春新钢铁有限责任公司（全文简称“新钢铁”）1号高炉炉容1 250 m3，开炉后生产一直较稳定，传统的炉料结构为“82%烧结+6%球团+12%块矿”，熟料率一般在88%。但为适应市场经济需要，实施经济冶炼，降低配矿成本，近年来逐步减少甚至停用进口酸性球团矿，提高块矿比例。至2021年，烧结熟料比降低至78%～79%，块矿比例提高约21%～22%，但在此条件下，考虑到提高块矿比对1号高炉产生的不利影响，针对性采取提高烧结矿质量、合理上下部调节、加强炉前操作等有效措施，同时结合四高一低的操作方针，在铁水成本降低约130元/t的同时，铁水产量也创下历史最高，新钢铁近几年的熟料率与铁水产量情况如图1所示。

图1 近几年新钢铁1号高炉的熟料率与铁水产量

1 块矿比例提高对高炉生产的不利影响

1.1 块矿的热爆性

天然块矿中的结晶水具有热爆性，在低温区水分挥发，加热后会裂化，裂化影响程度随块矿使用比例的增加而愈发明显。块矿热爆后会引起高炉上部块状带透气性下降，堵塞煤气上升通路，增加煤气上升阻力，进而造成高炉炉内压差上升，影响高炉顺行和炉况稳定。根据一些钢厂的使用经验，块矿比例每增加10%，煤气利用率下降1%～2%，焦比升高10～15kg/t[2]。

1.2 块矿的软化温度较低

新钢铁使用的块矿初始软化温度较低，多在950~1 030℃间，初始软化温度较低，容易造成软融带上移或黏附于炉墙而影响炉况，甚至形成炉墙结厚。同时表现出边缘气流不稳，炉墙渣皮容易脱落，对炉型稳定、煤气流稳定均造成一定影响，使炉内操作难度增大。

1.3 块矿的水分、粉末较高

新钢铁使用的块矿运输经过码头倒换，倒换期间矿石露天存放，且南方多雨，天气湿润，使块矿粉末不易筛分去除，以致入炉含粉率偏高。高炉配吃后会恶化料柱透气性，使高炉压差升高，并造成顶温偏低，影响除尘设备正常运转。

2 提高块矿使用比例后采取的措施

2.1 提高焦炭质量

在块矿比例提高后，必然会影响到炉内透气性，这个时候焦炭的骨架作用显得更加重要。鉴于新钢铁近几年建立了较为完善的焦炭管理制度，CSR和CRI等指标均有了改观，尤其是加强了焦炭的碱金属及焦炭泡水实验数据管理后，对减少焦炭中碱金属入炉起了重大作用，焦炭整体质量明显优化，为提高块矿比创造了条件。阳春新钢铁近年来的CSR（≥60%）、CRI（≤30%）情况如图2所示。

图2 阳春新钢铁焦炭热性能

2.2 提高烧结矿的低温还原粉化率

通过烧结杯对不同的物料进行试验，摸索出由较低成本组合出较高低温还原粉化率的配矿结构。烧结矿的低温还原粉化率的提高，一方面可降低高炉入炉小粒级率，另一方面可弥补块矿热爆性带来的影响，维持较合适的透气性指数，具体情况如图3、图4所示。

图3 阳春新钢铁2021年烧结低温还原粉化率

图4 2021年烧结矿小粒级（≤10 mm）占比情况

2.3 调整风口尺寸，提高风速和鼓风动能

在以“以中心气流为主、适当抑制边缘气流”的煤气流为总体方针的基础上，为适应提高块矿比例后透气性下降影响，必须在下部调节中使风口结构朝“统一长度、缩小面积”方向发展。在逐步提高块矿比例以来，风口长度由原来的585 mm全换为630 mm，风口面积缩小约11%，除了铁口区4个风口为直风口外，其余全为斜5°风口。整个调整体现了“均等圆周进风，加强鼓风动能，注重铁口区域”的思路。

2.4 合理进行上部调节

块矿比例提高后，上部透气性指数通常会降低，因此在下部强调中心气流的同时，上部调节要注意矿批及角度的灵活调节。

1号高炉在选择矿批时，一般采用临界矿批中的“缓变区”为主矿批。主矿批维持在40～43 t间，原燃材料较好时增大矿批，原燃料材料变差时缩小矿批，以维持顺行、护炉及煤气利用率三者间平衡。角度选择过程中，经过技术人员对该指标的不断优化，将布矿矩阵O2345644322最大矿角确定在43.6°～43.8°间，总角差在9°～10°间；布焦矩阵为C2345610222223~5，次小焦角在31.2°～34.6°间，最小焦角在11°～15°间，中心加焦的环数也由最初的6环逐步减小至3环。

通过一系列的调整，尤其是强化下部调节吹透中心后，减少中心加焦，将原中心加焦的部分焦炭分配到其他位置，形成更合理的焦窗，更高的煤气利用率，同时提高了煤气流的稳定性及对抗原燃材料波动的能力。

2.5 控制适宜的渣铁热量和炉渣碱度

因块矿软化温度低，易黏结炉墙影响炉况顺行。提高块矿比后，高炉在日常操作中做到低w（Si）不低热，综合运用高风温、高富氧、高煤比、高顶压等四高调剂手段，保证理论燃烧温度满足高炉冶炼需求，并严格控制炉渣R2，同时要求严格控制R4，并将渣中m（MgO）/m（Al2O3）严格控制在0.42～0.46，使渣铁具有良好流动性，且可减小炉墙黏结率，具体指标如图5所示。

图5 近几年的R2及m（MgO）/m（Al2O3）

2.6 加强块矿的筛分管理

块矿含粉较高，且雨季时更因为黏结导致入炉粉末过多。因此，阳春新钢铁一方面建立了块矿储存全封闭系统，避免雨水对储存块矿的影响；另一方面组织物流，实施“全干块矿入炉”措施，确保将在码头转运过程中对块矿的影响降到最低。如果其他原因造成块矿过湿，则先将块矿平铺堆放在料场，边晾干边增加一道筛分装置，最后再入高炉筛分，以确保精料工作。

2.7 加强铁口出铁管理

提高块矿使用后，高炉入炉品位下降至2%，铁比上升约20~30 kg/t。炉前渣铁排放直接关系到炉况的稳定。一方面将1号高炉炉前出铁时间间隔由20 min缩短至15 min，另一方面狠抓铁口合格率，减少铁口冒泥、烧氧的情况出现。铁口深度保持在3200～3400 mm，见渣率达到80%以上，单次出铁时间稳定在1.5～2.0 h，日出铁次数9～10次。近几年铁口深度合格率及冒泥+烧氧次数如图6所示。

图6 近几年铁口深度合格率及冒泥+烧氧次数

2.8 锌和碱金属的入炉、残留、排出的计算控制

自2014年因锌、碱金属超标造成炉况一段时间失常后，公司高度重视炼铁原燃材料中锌、碱金属的控制。从原燃材料来源上就要求尽可能采购低锌、碱金属含量的原燃物料，并多次对样品进行采样化验，还每天计算入炉锌、碱金属量及排出锌、碱金属量和尚存炉内富集的锌、碱金属量等，对入炉锌、碱金属量实现全面监管。另外还要求在高炉工艺操作中，根据锌、碱金属的富集情况，不定期实行降低炉渣碱度的排碱操作，以及利用高温高速中心气流吹出锌、碱金属等措施，有效降低了入炉锌、碱负荷，确保了高炉顺行，从而确保了炉墙冷却壁热负荷的稳定。近几年新钢铁入炉锌、碱金属情况如下页表1所示。

表1 近几年新钢铁入炉锌碱金属

2.9 优化“四高一低”操作，提升技经指标

在提高使用块矿比例后，通过采取各种措施，高炉仍然保持较为顺行，因此可以逐步推进高富氧、高风温、高煤比、高顶压的四高操作，这四高操作相辅相成，相互推进，可以进一步提高技经指标。

在稳定炉况、炉温的基础上，降硅操作对技经指标的提升也非常有意义。理论上每降低w（Si）=0.1%，可增产0.5%～0.7%，降低焦比4～6 kg/t，在四高操作后，相同w（Si）的铁水具有更高的物理热，为降硅操作创造了条件。新钢铁1号高炉于2021年开始逐步实施降硅操作，平均w（Si）从去年0.51%下降至0.39%，具体如图7所示。

图7 2020年至2021年w（Si）趋势图

3 提高块矿比例后生产情况

新钢铁在2021年提升块矿比至22%后，通过采取各种有效措施，在保持高炉稳定顺行的同时，优化“四高一低”操作方针，使各经济指标得到更大突破。其中产量比去年提高8万t，焦比比去年降低约34 kg/t，煤比比去年提高20 kg/t，具体技经指标如表2所示。

表2 1号高炉2021年与2020年技经指标对比

4 结语

1）提高块矿比例对高炉冶炼存在诸多不利因素，但针对性采取合理有效措施后，并不会对高炉顺行和指标造成较大影响。

2）提高块矿使用，对高炉降低铁水成本有显著成效。

3）在提高块矿比例后仍然保持高炉顺行的同时，进行四高一低操作，能取得更良好效果。