稳定高炉原料质量的生产实践

张文政，苗广志，陈 艳

（天津市新天钢联合特钢有限公司，天津 301500）

1 前 言

高炉稳定顺行降低消耗，保证高炉铁水产量的高效生产对企业意义重大。天津市新天钢联合特钢有限公司（简称联合特钢）炼铁厂主要任务是为炼钢提供优质的原料，主要产品有炼钢冶炼铁水、铁块，副产品有炉渣、高炉煤气等。提高入炉原料质量是保证高炉稳定顺行的必要条件。联合特钢炼铁厂采购的烧结矿粉种类多，未能实现矿粉分质分级管理，造成烧结矿质量不稳定，导致炼铁原料成分及性能波动幅度大，且炉料结构中块矿比例低，块矿含水量较高，存在粉末入炉情况，造成高炉透气性变差。联合特钢以稳定高炉入炉原料质量为基础，研发了烧结质量控制技术、块矿烘干技术、高镁球团制备技术等原料质量控稳技术，降低了入炉原料质量波动［1-5］。

2 高炉原料质量控稳技术

2.1 烧结矿质量控制技术

2.1.1 入炉烧结矿质量情况

烧结矿一直是国内高炉炼铁的主要原料。烧结矿的质量对高炉炼铁的产量、能耗、生铁质量和高炉寿命均起着关键影响。联合特钢烧结矿配矿比例均在60%以上，烧结矿质量稳定性对高炉顺行影响极大。

烧结矿品位提高和渣量降低能提高高炉炼铁的产量，燃料比降低，烧结矿的品位变动1%，将会影响高炉燃料比1.0%～1.5%，影响产量2.0%～2.5%；烧结矿的SiO2含量变动1%，影响吨铁渣比30～35 kg；烧结矿的碱金属和锌超标，其化合物在高炉下部高温区还原后形成K、Na、Zn蒸汽，随煤气上升在炉身中、下部循环富集、冷凝破坏炉料的强度，影响料柱的透气性，还会造成高炉结瘤、腐蚀耐火材料和金属结构。强度和粒度是烧结矿的主要物理性能，是烧结矿的重要质量指标，影响高炉上部的透气性。不同容积的高炉对烧结矿的强度和粒度都有一定的要求，烧结矿的强度不够就会发生粉化现象，经验数据证明，＜5 mm的粉末每增加1%，燃料比会升高0.5%，产量降低0.5%～1%。

烧结矿的质量对高炉炼铁的作用和影响不能忽视，烧结矿质量提高对改善高炉炼铁技术经济指标，实现低成本、低燃料比高效炼铁有着重大的经济价值。联合特钢烧结矿存在质量波动较大问题，2018 年TFe 含量的方差0.178，标准差0.422；P 含量最大值与最小值之间相差0.38%，S 含量最大值与最小值相差0.01%，K2O 的最大值与最小值相差0.23%。2018 年烧结矿强度均大于76%，标准差为0.276，烧结矿强度指标相对稳定。

2.1.2 稳定烧结生产的措施

（1）烧结优化配矿。根据高炉精料方针，烧结矿的含铁品位要高，脉石含量要少，有害元素含量要低。在烧结配矿设计时应注意选择含铁品位高的铁矿粉；SiO2含量则要适宜，过低的SiO2含量不仅不利于烧结必要的液相需求，而且也无助于配矿成本的降低；Al2O3、碱金属、P、S等的含量要低。粒度组成是衡量铁矿粉品质的一项重要指标，铁矿粉的粒度组成直接与其烧结过程的制粒行为密切相关，粗粒的核矿石多，烧结料层透气性好，中间颗粒的比例多，则影响混合料制粒效果，对烧结矿的产量及质量均有负面影响。各种铁矿粉的粒度组成有明显差异，烧结配矿时应注意互相搭配，确保合适的混匀矿粒度组成。

联合特钢建立了烧结矿粉的三级分类标准，分类标准以矿粉品位这一核心参数作为分类指标，实现了烧结矿粉的分质分类管理。采用一体化配矿技术，建立了以巴西粗粉、超特、PB 粉、卡粉、精粉为主的烧结成分构造，并采取高品、中品和低品矿相互搭配的方式。同时，基于各类矿粉化学成分、高温性能，并且合理控制各类矿粉的加入量，合理利用矿粉的互补特性，实现矿粉搭配的最优解，保障烧结矿品位在55%以上，转鼓指数73%以上。建立高炉运行反馈机制，高炉运行不畅时，及时反馈高炉运行情况至烧结矿生产车间，烧结车间依据高炉生产情况及时调整生产参数，通过改善烧结矿有害元素等措施维护高炉稳定顺行。

（2）烧结精确配水技术。联合特钢研制了烧结混合料水分含量控制技术，并发表相关专利（一种烧结混合料水分快速调节装置，202220130789.2）。烧结混合料水含量控制在（8.5±0.5）%，通过高水分配来改善烧结混合料的粒度组成，提高烧结料层的透气性，并且为抑制高水分条件下的过湿现象，将结混合料料温控制在76～82 ℃，高于结露温度，以充分发挥水分在烧结料层中的润滑作用，进一步改善烧结料层的透气性，从而实现固体燃料消耗降低至42 kg/t以下，有效实现烧结过程CO2减排。通过设置水分测定仪对混合料中的水分进行检测，有效保证了混合料快速均匀地烘干，实现了快速、准确地检测混合料水分，同时将数据传递至控制器；设置控制器与加水管路上的调节阀实现联动，可以动态调节混合料的水分，使其达到生产要求，不仅结果准确、减少了人员的参与，且极大提高了工作效率。联合特钢开发了烧结混合料自动加水控制系统并申请专利（一种烧结混合料自动加水控制系统，202121786073.X），以解决现有对于烧结混合料水分含量不能有效控制，进而影响生产效率的问题。

（3）厚料层烧结技术。厚料层烧结是节能减排的重要技术之一。联合特钢为了提高烧结机的料层厚度，对烧结机台车设备进行了栏板加高改造，料层厚度700 mm增加到1 000 mm［1］；将布料器的辊间隙进行调整，从而减小了烧结机混合料的布料粒度偏析情况；对烧结机的平料器进行改造，由之前的一体式改为分段式，提高了烧结机的料面平整度，使烧结速度在台车横断面上均匀一致；将台车宽度由4 m加宽至4.5 m，在接触面制作迷宫型接触装置，将栏板厚度提高至30 mm，整体更换烧结机滑道，全部补齐滑道下缺失的垫片；增加烧结台车的强度，减少台车的漏风量。通过烧结台车的改造，提高了烧结料层的厚度，使烧结机的产量提高了10.32%。

（4）稳定烧结矿质量指标。联合特钢通过对高炉烧结铁矿粉的质量控制及烧结技术的改进，实现了烧结矿质量长期稳定。烧结矿品位长期保持在55%以上，FeO 含量控制在10%以内，MgO 及Al2O3含量保持在2.25%以下，碱度控制在2.0左右，转鼓强度大于75%。相较于2018 年，2022 年烧结矿的TFe含量略有提高，MgO含量降低0.11%，P含量降低0.005%，S含量降低0.001%，烧结矿整体质量有所提高。由烧结矿指标方差与标准差计算结果可知，调整优化之后，烧结矿的方差由0.178降低至0.014，标准差由0.422降低至0.120，入炉指标保持稳定。

2.2 块矿烘干技术

高炉炼铁作为钢铁生产工序最大的能源消耗源。近年来，钢铁行业为降低污染物排放以及压缩炼铁成本，逐步向精料方向发展，合理的炉料结构是高炉有效提高技术和经济性的重要手段。在优化炉料结构中，天然块矿较球团矿占有较大价格优势，天然块矿使用率的提高明显降低吨铁的生产成本。同时，提高高炉炼铁时的块矿使用比例也可以减少其他原料的比例，进而提高资源利用率，减少污染物的排放。但是天然块矿未经过高温处理过程，在进入高炉后，由于矿石中物理水和结晶水的迅速排出以及矿石结构沿各晶面的热膨胀不同，导致热爆裂，其热爆裂指数（DI）越大，矿石产生的粉末就越多，从而越容易堵塞煤气流通道以及炉墙结厚等不良现象。因此，块矿的入炉比例受到限制。

联合特钢使用的块矿主要是纽曼块和铁矿石sp10 粉，含水率3%～5%，含粉率20%～30%，由于露天堆放，雨季含水率还会升高。由于含粉和含水率较高，粉尘及黏土黏附在块矿表面，不容易分离，直接进入高炉影响高炉的透气性，高炉最多配加8%左右块矿，不利于铁前成本的优化。

联合特钢通过技术攻关，研制了球团余热烘干块矿技术。球团从竖炉内焙烧结束后，温度在600 ℃左右，而皮带的耐受温度在150 ℃左右，因此不能采用皮带运输直接送往高炉，需要将球团最终温度降低至150 ℃以下。球团余热烘干块矿技术则是皮带上预先铺上一层块矿，然后铺上球团，利用成品球余热对块矿表皮水分进行烘干处理，并且提高了块矿的入炉温度。另外采用该方案使得球团最终温度提高至200 ℃，球团温降减小，减少所开风机数量，降低降温电耗。采用球团余热烘烤之后，块矿水分降至0.6%，块矿水分及含粉率等问题得到有效解决，为高炉配加调整块矿比例创造了优良条件。利用球团余热加热块矿直接供应高炉，提高了块矿的合理配加量，降低高价外购球的使用量，同时提高了高炉产量。

2.3 高镁球团制备技术

2.3.1 采用高镁球团的作用

球团矿作为高炉炼铁的主要原料之一，具有含铁品位高、强度高、还原性好、便于贮存和运输等优势，高镁球团还具有改善高炉镁铝比及炉渣流动性的优势。随着外矿比例的增加，高炉渣中的氧化铝含量不断升高，导致炉渣流动性变差。要改善高炉渣的流动性需要增加炉渣氧化镁含量，保证镁铝比在合适范围，来降低高炉渣的熔化温度，改善烧结矿性能。改善炉渣流动性，通常的做法就是提高入炉烧结矿中的氧化镁含量，但在烧结矿中添加氧化镁过量将会与Fe3O4生成镁磁铁矿，阻碍Fe3O4转化为Fe2O3，影响铁酸钙的形成，降低烧结矿质量。添加MgO 能很好地改善球团矿的高温冶金性能。随着MgO 的增加，球团矿的高温还原度得到改善，低温还原粉化率和膨胀率均有明显下降，其软熔和滴落性能也得到很好的改善［3-5］。

2.3.2 高镁球团生产技术

联合特钢将高镁球团实践至球团矿生产中，取得了显著成果并发表专利（一种高镁球团矿及其生产方法，ZL201911357206.9）。该高镁球团专利技术的生产原料包括：15%～40%精粉，60%～80%卡拉拉粉，1.5%～2.0%镁粉，其余为皂土。高镁球团矿生产方法为：将原料充分混合后烘干，烘干温度控制在（850±50）℃，经过润磨机润磨的原料粒度要求74 μm 百分比大于80%；将原料进行造球，生球水分控制8.5%～9.5%，粒度15～20 mm 百分比大于90%，生球每米落下强度不低于5 次；生球均匀布置在烘干床上，竖炉的烘干床温度控制在（500±50）℃，燃烧室温度控制在（1 060±20）℃，烟罩温度控制在90～120 ℃。最终球团矿MgO 含量为1.33%～1.41% ，转鼓指数为93.07%～93.29%，球团矿的转鼓指数和氧化镁含量明显升高，有利于高炉的强化冶炼。

添加MgO有效提升了球团矿的高温冶金性能，球团矿的高温还原度得到改善，低温还原粉化率和膨胀率均有明显下降。因此，通过优化MgO的加入工艺来改善球团矿的性能，提高高炉炉渣流动性，促进高炉稳定顺行。联合特钢在球团矿配加镁粉，减少在烧结矿配加镁粉，以解决烧结矿配加镁粉导致烧结矿强度降低的问题，从而提高烧结矿的冶金性能，降低烧结矿返矿率2%。

3 结 语

联合特钢以稳定入炉原料质量为基础，研发了烧结质量控制技术、块矿烘干技术和高镁球团技术，通过加强原料粒度、有害元素及水分控制等工业实践，在高炉降本增效方面取得一定效果。

（1）建立了基于品位的烧结矿粉三级分类标准，实现了烧结配料的稳定；研发了超厚料层烧结技术，料层厚度由700 mm增加至1 000 mm，并结合烧结漏风改造，使得提高烧结产量10.32%；研发了烧结水分自动控制技术，保持烧结喷水量稳定在（8.5±0.5）%，并且实现了烧结含水量的自动化调节。

（2）开发了球团余热烘干块矿技术，提高了球团余热利用效率，块矿含水量由5%左右降低至0.6%，有效改善了块矿的爆裂性能，促进了块矿入炉比例的提高，降低炼铁成本。

（3）开发了高镁球团制备工艺，研制出MgO 含量为1.33%～1.41%，转鼓指数为93.07%～93.29%的高镁球团，有效提高了球团MgO 含量，有助于改善炉渣流动性，提高炉缸活跃状态，并且避免了MgO对烧结矿质量的影响。