趙雪斌，路振毅，唐順兵

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠，山西 太原 030003）

自2013年太鋼袁家村鐵礦投產(chǎn)后，太鋼1800 m3高爐球團(tuán)比例由20%逐步提高至30%。進(jìn)入2019年，在嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，公司生產(chǎn)物流組織模式發(fā)生巨大變化，高爐使用球團(tuán)比例進(jìn)一步提高至35%～40%。球團(tuán)比例升高后，其軟熔性能差、滾動(dòng)性強(qiáng)、平均粒度小等特點(diǎn)對(duì)煤氣流分布產(chǎn)生不良影響，造成生產(chǎn)中壓差升高，爐況穩(wěn)定性變差。通過(guò)對(duì)1 800 m3高爐合理匹配造渣制度與熱制度，裝料制度與送風(fēng)制度，消除了高比例球團(tuán)對(duì)爐況的影響，保證了爐況在大比例球團(tuán)條件下的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。

1 1 800 m3高爐原料條件

1.1 爐料結(jié)構(gòu)

太鋼1800m3高爐爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦+球團(tuán)礦+少量生礦。2013年以前，主要的原料質(zhì)量配比為74%～79%的燒結(jié)礦、16%～21%的球團(tuán)礦、0～6%的生礦。2013年以后，由于太鋼袁家村鐵礦投產(chǎn)，太鋼高爐提高球團(tuán)礦比例至30%左右，同時(shí)基本停用生礦。太鋼1 800 m3高爐爐料結(jié)構(gòu)變化情況如圖1所示。

圖1 2007年—2結(jié)01構(gòu)9變年化太情鋼況1 800 m3高爐爐料

2019年以來(lái)，受到環(huán)保管控的影響，太鋼燒結(jié)機(jī)產(chǎn)量降低，各高爐提高球團(tuán)礦比例，1 800 m3高爐球團(tuán)礦比例升高至31%～35%，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到41%。2019年1800m3高爐爐料結(jié)構(gòu)變化情況如圖2所示。

圖2 2019年1月結(jié)—構(gòu)10變?cè)禄殇摏r1 800 m3高爐爐料

1.2 球團(tuán)礦冶金性能

太鋼自產(chǎn)袁家村球團(tuán)礦為酸性球團(tuán)礦，高溫冶金性能不佳，軟熔溫度偏低，成渣早。袁家村球團(tuán)抗壓強(qiáng)度不高，大于2 000 N/個(gè)的比例為72%～77%，滾向邊緣和中心的球團(tuán)礦會(huì)過(guò)早熔化，易與爐墻形成黏結(jié)，影響爐料透氣性。1 800 m3高爐使用的袁家村球團(tuán)礦成分及冶金性能指標(biāo)如表1所示。

表1 袁家村球團(tuán)礦成分及冶金性能指標(biāo)

1.3 燒結(jié)礦冶金性能

目前太鋼有450 m2與600 m2兩臺(tái)燒結(jié)機(jī)，使用自產(chǎn)全精粉燒結(jié)。由于缺少適當(dāng)大小的富礦粉作為核心，導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度較低，返礦比例較高。1 800 m3高爐使用的燒結(jié)礦成分及冶金性能指標(biāo)如表2所示。

表2 燒結(jié)礦礦成分及冶金性能指標(biāo)

2 大比例球團(tuán)礦對(duì)高爐生產(chǎn)的影響

2.1 布料影響

1）球團(tuán)礦自然堆角小，僅24°～27°，而燒結(jié)礦自然堆角為31°～35°。因球團(tuán)滾動(dòng)性好，安息角小，在高爐布料時(shí)易使?fàn)t料滾向中心和邊緣，當(dāng)球團(tuán)礦作為高爐主要爐料時(shí)，會(huì)引起高爐料層分布不均勻，從而造成高爐內(nèi)兩股氣流逐漸減弱。若長(zhǎng)期進(jìn)行此操作，會(huì)導(dǎo)致煤氣流不穩(wěn)定，引發(fā)邊緣煤氣流波動(dòng)，熱負(fù)荷升高，甚至發(fā)生崩料管道等異常爐況。

2）球團(tuán)礦直徑為8～12 mm，而燒結(jié)礦平均粒級(jí)為20～22 mm，隨著球團(tuán)比例的增加，爐料的平均粒徑降低。不同球團(tuán)礦比例的高爐爐料粒度組成如表3所示。在焦炭粒級(jí)不變的條件下，隨著球團(tuán)礦比例的增加，高爐塊狀帶爐料粒度差別（即礦石的平均粒徑/焦炭平均粒徑，dp/Dp）值減小，塊狀帶爐料空隙度呈下降趨勢(shì)。

表3 不同球團(tuán)礦比例高爐爐料粒度組成

2.2 料柱軟熔性能影響

球團(tuán)礦還原性好，但酸性球團(tuán)礦的還原軟熔溫度一般較低，個(gè)別球團(tuán)礦在還原時(shí)出現(xiàn)異常膨脹或還原遲滯現(xiàn)象。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)球團(tuán)比例逐步由25%增加至35%時(shí)，爐料的軟化開(kāi)始溫度、軟化結(jié)束溫度和滴落溫度均有所降低，且壓差增大，使軟熔區(qū)間變窄。不同球團(tuán)礦比例爐料結(jié)構(gòu)的熔滴性數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 不同球團(tuán)礦比例爐料結(jié)構(gòu)的熔滴性數(shù)據(jù)

2.3 熱制度與造渣制度影響

球團(tuán)礦品位高達(dá)65%左右，而燒結(jié)礦品位為57.4%，隨著球團(tuán)礦比例的提高，爐料綜合品位提高，渣比降低。渣比的降低可使熔化爐渣熱量支出減少，當(dāng)溫度為1450～1500℃時(shí)，爐渣的熱焓約1770～1855kJ/kg，每降低10 kg/t的渣比會(huì)使焦比降低1.8 kg/t，焦比的降低使噸鐵煤氣量下降，此外，渣量的減少還有利于提高料柱的透氣性，尤其是對(duì)焦床透氣性的提高效果更為明顯。因此，熱制度和造渣制度的共同作用使軟熔帶以下部位的料柱透氣性大大提高。

隨著球團(tuán)比例的提高，渣比下降，爐渣的脫硫能力下降，生鐵w（S）升高，因此，需提高爐渣堿度以維持足夠的脫硫能力。

3 大比例球團(tuán)生產(chǎn)中的問(wèn)題解決

為解決球團(tuán)礦比例提高帶來(lái)的諸多問(wèn)題，通過(guò)研究1 800 m3高爐上下部操作制度的匹配關(guān)系，在布料排料、送風(fēng)參數(shù)匹配、選擇合理渣型等方面做出了諸多改進(jìn)，同時(shí)加強(qiáng)了設(shè)備與原燃料管理，內(nèi)外結(jié)合以減少大球團(tuán)比例對(duì)高爐運(yùn)行的影響，實(shí)現(xiàn)了在大比例球團(tuán)生產(chǎn)條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 裝料制度

1）使用中心加焦技術(shù)，保持中心氣流的穩(wěn)定，兼顧邊緣氣流。生產(chǎn)中控制十字測(cè)溫中心點(diǎn)溫度為400～450℃，次中心溫度為240～280℃，邊緣溫度為50℃左右，中心溫度比重Z值為11.5%～12.5%，邊緣溫度比重W值為0.38%～0.44%。目前1800m3高爐的布料矩陣為焦炭角度一般不做調(diào)整，以保持焦炭平臺(tái)的穩(wěn)定。氣流出現(xiàn)變化時(shí)，優(yōu)先通過(guò)調(diào)整焦炭第6檔圈數(shù)來(lái)調(diào)整中心焦量，當(dāng)?shù)?檔圈數(shù)為3.0～3.5時(shí)，對(duì)應(yīng)中心焦量比例為21.4%～24.1%。當(dāng)中心焦量調(diào)整不能滿足需求時(shí)，通過(guò)平移礦石角度來(lái)調(diào)整邊緣與中心的氣流分布，變動(dòng)幅度為0.1°～0.2°，基本能滿足需求。

2）優(yōu)化槽下球團(tuán)和燒結(jié)的排料順序。利用槽下設(shè)備分散稱(chēng)量的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出“燒結(jié)+球團(tuán)+燒結(jié)+球團(tuán)+燒結(jié)”的布料方式。這種布料方式的優(yōu)點(diǎn)是將易于流動(dòng)的球團(tuán)分割，減少了大量球團(tuán)集中布入后對(duì)高爐料面穩(wěn)定性的沖擊，大大降低了料面的流動(dòng)性，提高了氣流分布的穩(wěn)定性。同時(shí)焦丁排在礦石前部，與球團(tuán)礦混合后有效地降低了球團(tuán)礦的滾動(dòng)性，有利于在邊緣形成一個(gè)小斜坡，提高了邊緣的透氣能力，從而起到降低壓差，促進(jìn)順暢下料的作用。

3.2 送風(fēng)制度

3.2.1 大風(fēng)量及足夠的鼓風(fēng)動(dòng)能

堅(jiān)持使用大風(fēng)量，保持足夠的鼓風(fēng)動(dòng)能。由于大比例球團(tuán)礦生產(chǎn)時(shí)，球團(tuán)更易滾向中心與邊緣，造成氣流分布的不均衡，所以在壓差允許的情況下，應(yīng)盡可能使用較大風(fēng)量，保持足夠的鼓風(fēng)動(dòng)能，以維持合理的一次煤氣分布，保持穩(wěn)定的中心氣流。1 800 m3高爐在大比例球團(tuán)生產(chǎn)期間，逐步提高風(fēng)量，最終穩(wěn)定在3 250～3 300 m3/min。在提高風(fēng)量的同時(shí)，同步擴(kuò)大風(fēng)口面積，由0.247 3 m2擴(kuò)大至0.259 7 m2，鼓風(fēng)動(dòng)能由8 000 kg·m2/s2提高至9 000 kg·m2/s2，氣流穩(wěn)定性得到提升，保證了大比例球團(tuán)生產(chǎn)期間的爐況穩(wěn)定。2018年1月至2019年11月1 800 m3高爐風(fēng)量、風(fēng)口面積與鼓風(fēng)動(dòng)能變化情況如圖3所示。

圖3 2018年1月參至數(shù)2變01化9情年況11月1 800 m3送風(fēng)

3.2.2 高風(fēng)溫及高富氧

由于球團(tuán)礦的軟融溫度低，當(dāng)球團(tuán)比例增加時(shí)，軟融帶上移，壓差升高，破壞高爐順行。1 800 m3高爐富氧量由4000m3/h提高至7000m3/h左右，富氧率由2.0%提高至3.0%，同時(shí)維持風(fēng)溫在1 200～1 250℃，維持理論燃燒溫度在2 250～2 280℃左右，保證爐缸熱量集中，同時(shí)高溫帶下移，使軟熔帶保持在爐腹至爐腰間，有利于大球團(tuán)比例生產(chǎn)時(shí)的爐況穩(wěn)定。

3.2.3 壓差控制

大比例球團(tuán)易導(dǎo)致高爐壓差升高，因此，1 800 m3高爐在日常操作中應(yīng)嚴(yán)格控制壓差，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期摸索，確定高爐運(yùn)行的壓差不得超過(guò)165 kPa，一旦超過(guò)此值，極易發(fā)生邊緣氣流發(fā)展，出現(xiàn)熱負(fù)荷竄高，甚至形成邊緣管道。風(fēng)壓波動(dòng)壓差短期達(dá)到165kPa時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行減風(fēng)控制，如果風(fēng)壓平穩(wěn)但壓差接近165 kPa時(shí)，應(yīng)堅(jiān)決退礦批、退負(fù)荷，以保證爐況的順行。

3.3 造渣制度與熱制度

由于袁家村礦粉中，K、Na等堿金屬含量較高，增加球團(tuán)比例后，入爐堿負(fù)荷增加，對(duì)爐缸內(nèi)焦炭強(qiáng)度破壞性增強(qiáng)。排堿需要較低的渣堿度與較大的渣量，但隨著球團(tuán)比例的升高，渣比由310 kg/t降低到270～280 kg/t，過(guò)低的堿度既影響脫硫，又影響爐缸的熱量。在操作中將爐渣二元堿度控制在1.18～1.22，同時(shí)w（Si）控制在0.3%～0.5%范圍內(nèi)，鐵水測(cè)溫達(dá)1 470～1 490℃，w（Si）在0.020%～0.025%范圍內(nèi)，效果較好。

3.4 爐前出鐵管理

在大比例球團(tuán)礦生產(chǎn)實(shí)踐期間，存在鐵口炮泥質(zhì)量不穩(wěn)定，出鐵時(shí)間短，高爐易憋風(fēng)，料速不均，爐溫波動(dòng)等問(wèn)題，使得軟融帶位置不穩(wěn)定，影響爐況順行。由于焦炭質(zhì)量差、爐缸內(nèi)碎焦多，影響死焦堆的透氣性和透液性，造成爐缸不活躍。通過(guò)調(diào)整鉆頭尺寸、增加出鐵次數(shù)、縮短出鐵間隔時(shí)間、力求大吹鐵口等措施，克服了炮泥質(zhì)量差對(duì)出鐵的影響，穩(wěn)定了爐溫和熱量，降低了碎焦對(duì)爐缸的影響程度。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)理論分析和實(shí)踐證明，大比例球團(tuán)在2000m3級(jí)高爐上使用也是可行的。1 800 m3高爐充分考慮球團(tuán)易滾動(dòng)、易軟熔、高品位的特點(diǎn)，通過(guò)上下部操作制度的配合，穩(wěn)定煤氣流，通過(guò)匹配好造渣制度與熱制度，在高品位低渣比的生產(chǎn)條件下取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。