魏 堯，胡金波，司新國

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責(zé)任公司，河北唐山 063600）

0 引言

唐鋼新區(qū)高爐采用高堿度燒結(jié)礦+酸性球團礦+自熔性球團礦+塊礦的爐料結(jié)構(gòu)。由于球團礦的冶金性能存在先天的劣勢，特別是軟化和熔滴特性，無論是酸性球團還是自熔性球團均不能和高堿度燒結(jié)礦相比擬。球團礦比例增加勢必會造成高爐的軟熔帶變化，同時球團礦的自然堆角遠小于燒結(jié)礦，隨著其入爐比例增加，已經(jīng)影響了高爐布料，使得高爐上部兩股氣流控制難度加大，布料的影響和高爐軟熔帶的變化二者均不利于高爐氣流的穩(wěn)定。唐鋼新區(qū)高爐陸續(xù)投產(chǎn)后，高爐入爐球團礦比例逐步提高，高比例球團礦冶煉帶來的弊端逐步顯現(xiàn)。其主要表現(xiàn)為局部氣流不穩(wěn)定，爐身靜壓周向不均，嚴重時竄氣，造成頂壓波動；料尺行走狀況差，多滑尺和塌料；爐身中下部容易黏結(jié)，高爐操作爐型維護困難、操作區(qū)間窄、操作難度大。由于高爐順行狀態(tài)差，強化冶煉受限，各指標(biāo)均不同程度受影響。

為了消除高比例球團礦給高爐冶煉帶來的影響，本文結(jié)合高爐高比例球團礦冶煉特點，從煉鐵技術(shù)管理角度，制定了提升高比例球團礦高爐操作穩(wěn)定性的工藝措施，重點從高爐物料質(zhì)量監(jiān)控、物料質(zhì)量穩(wěn)定、物料質(zhì)量異常波動反饋及有害元素控制等方面制定了改進措施。

1 高爐物料質(zhì)量指標(biāo)監(jiān)控

2020年9月至2021年4月，唐鋼新區(qū)三座2922m3高爐陸續(xù)點火投產(chǎn)，高爐投產(chǎn)穩(wěn)定運行后，爐料結(jié)構(gòu)為50%燒結(jié)礦+40%球團礦+10%塊礦，和傳統(tǒng)爐料結(jié)構(gòu)相比燒結(jié)礦比例降低了20%～25%，球團比例提高了將近30%，為高爐操作帶來了不便。這就需要嚴把高爐入爐物料的質(zhì)量關(guān)，穩(wěn)定提升高爐入爐物料質(zhì)量，為高爐順行提供條件。高爐入爐物料主要包括：焦炭、燒結(jié)礦、球團、塊礦、煤粉，不同物料的質(zhì)量變化對高爐影響不盡相同。結(jié)合高爐高比例球團冶煉特點，根據(jù)物料和某個指標(biāo)的影響大小，將其分為主要物料的關(guān)鍵指標(biāo)、主要物料的一般指標(biāo)和一般物料的質(zhì)量指標(biāo)。焦炭冷強度、熱性能，燒結(jié)礦的低溫還原粉化指數(shù)、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)，球團礦的膨脹指數(shù)，熔劑球的低溫還原粉化指數(shù)等指標(biāo)，對高比例球團的高爐冶煉有著至關(guān)重要的影響，因此作為主要物料的關(guān)鍵指標(biāo)重點關(guān)注。塊礦、煤粉質(zhì)量，以及主要原料中的化學(xué)成分指標(biāo)對高爐順行影響相對較小，或者影響溫和，常規(guī)跟蹤監(jiān)測即可。

1.1 一般質(zhì)量指標(biāo)控制

由于唐鋼新區(qū)高爐使用塊礦為長協(xié)進口礦，物化性質(zhì)穩(wěn)定，高爐噴吹煤粉的煤源固定，噴吹性能、化學(xué)成分、熱值能保持穩(wěn)定，并且二者本身對高爐冶煉影響權(quán)重較小，所以把化學(xué)成分作為常規(guī)檢測項目，可以滿足高爐日常生產(chǎn)的工藝需要。同時主要物料的化學(xué)成分作為一般質(zhì)量指標(biāo)，同樣作為日常跟蹤檢測項目。以上指標(biāo)出現(xiàn)異常、超出控制范圍，根據(jù)具體影響情況，通過高爐的工藝調(diào)整完全可以應(yīng)對。除此之外，開發(fā)新煤種時，需要對煤粉的噴吹性能做檢測，包括煤粉灰熔點、黏結(jié)性指數(shù)、爆炸性、著火點溫度等，綜合評價其品質(zhì)。

1.2 主要物料的關(guān)鍵指標(biāo)控制

1.2.1 焦炭質(zhì)量關(guān)鍵指標(biāo)的控制

由于球團礦比例增加，高爐料柱的構(gòu)成以及礦石的軟熔特性發(fā)生變化，需要焦炭提供支撐。保持高爐料柱的透氣性，需要良好的焦炭粒度和強度，尤其是保持爐身中下部至爐缸焦炭的整體粒徑，維持其功能的完整性。其目的在于為煤氣上升、熔融礦石以及初成渣鐵下降提供通道，同時改善爐缸的透氣、透液性，活躍爐缸，促進渣鐵排放。新區(qū)高爐投產(chǎn)之初焦炭轉(zhuǎn)鼓M10一直在6.5%左右，熱性能CSR在65%左右，球團礦比例提升后,高爐的順行狀況受到影響。為解決這一問題，將焦炭入爐質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提升，從焦化配煤結(jié)構(gòu)調(diào)整入手，配合工藝控制優(yōu)化，提升入爐焦炭的轉(zhuǎn)鼓、熱性能指標(biāo)。唐鋼新區(qū)高爐焦炭的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)如表1所示。

表1 唐鋼新區(qū)高爐焦炭的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo) %

1.2.2 球團礦關(guān)鍵指標(biāo)的控制

由于球團礦比例逐步提升，其質(zhì)量對高爐影響權(quán)重相對更高，所以對球團礦的質(zhì)量要求要更加嚴格。球團礦比例增加后高爐料柱構(gòu)成和軟熔特性發(fā)生變化，氣流分布受到影響，故作為影響較大的主要物料重點監(jiān)控。其中酸性球團礦低溫還原粉化指標(biāo)較好并且穩(wěn)定，所以每月抽查一次；因自溶性球團粉化指標(biāo)不穩(wěn)定并且低溫區(qū)更容易粉化，現(xiàn)改為每天一次常規(guī)檢測；球團還原膨脹指數(shù)作為關(guān)鍵指標(biāo)重點監(jiān)測控制，之前指標(biāo)控制為≤18%，目前下調(diào)至≤15%，實際控制值在10%左右，減小其對高爐氣流分布影響，減少爐墻黏結(jié)；球團抗壓、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)均作為關(guān)鍵指標(biāo)控制在較高水平，減少球團在料柱中形成粉末。唐鋼新區(qū)高爐球團礦的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)如表2所示。

表2 唐鋼新區(qū)高爐球團礦的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)

1.2.3 燒結(jié)礦關(guān)鍵指標(biāo)的控制

唐鋼新區(qū)綜合考慮燒結(jié)礦的性能和高爐的酸堿平衡，控制燒結(jié)礦堿度在2.0～2.15，在此基礎(chǔ)上，進一步提高燒結(jié)礦的冶金性能。燒結(jié)礦冶金性能優(yōu)勢在于高溫冶金性能突出，比還原性較球團礦和塊礦要好，然而低溫還原粉化和冷態(tài)強度要弱于球團礦和塊礦,因此燒結(jié)礦重點監(jiān)控低溫還原粉化和轉(zhuǎn)鼓指標(biāo)。其中低溫還原粉化指標(biāo)對于高爐中上部低溫區(qū)料柱的透氣性有著至關(guān)重要的影響，燒結(jié)礦在高爐的低溫區(qū)更容易粉化，故此唐鋼新區(qū)燒結(jié)礦嚴格控制RDI-3.15這一指標(biāo)在35%以下，為兼顧還原性，一般控制在30～35%之間，此時還原性能保持在85%左右。唐鋼新區(qū)高爐燒結(jié)礦的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)如表3所示。

表3 唐鋼新區(qū)高爐燒結(jié)礦的關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo) %

2 高爐入爐物料質(zhì)量穩(wěn)定措施

高爐一方面要求物料質(zhì)量好，滿足入爐標(biāo)準(zhǔn)，另一方面要求物料質(zhì)量穩(wěn)定，盡量減少波動頻率和波動幅度。高爐物料在一個基本質(zhì)量水平的穩(wěn)定相比在一個較高水平上大幅度波動，更有利于高爐的長周期穩(wěn)定順行，故高爐要取得較好的指標(biāo)更加依賴于物料質(zhì)量的穩(wěn)定。然而受經(jīng)營成本以及物料資源限制，高爐入爐焦炭、燒結(jié)礦、球團礦的配料結(jié)構(gòu)不會一成不變，另外優(yōu)質(zhì)資源供給更是有限，二者都導(dǎo)致了高爐的主要原燃料質(zhì)量會不可避免地波動。高爐物料穩(wěn)定對于每個鋼鐵企業(yè)來說都是控制重點，也是控制難點。

2.1 高爐主要入爐物料的穩(wěn)定措施

（1）高爐主要入爐物料的穩(wěn)定關(guān)鍵在于資源的穩(wěn)定，而資源平衡受限較多，需制定計劃，有序安排焦炭、燒結(jié)礦、球團礦生產(chǎn)所用原料的采購入廠，同時還要考慮庫存合理。重點要管控環(huán)保限產(chǎn)期間的焦煤、白灰、石灰石用料需求和資源平衡，盡量減少因資源供給造成的配煤、配礦結(jié)構(gòu)調(diào)整，對高爐入爐原燃料質(zhì)量的影響。

（2）優(yōu)化物料配料結(jié)構(gòu)不能單純從成本考慮，還要結(jié)合性能綜合考慮，要滿足各工序正常工藝參數(shù)的控制，保證產(chǎn)品質(zhì)量是首要條件。

（3）對影響生產(chǎn)工藝控制的設(shè)備進行積極維護，尤其是涉及設(shè)備功能精度的圓輥、布料閘門、皮帶秤、測量儀表等關(guān)鍵設(shè)備，杜絕因設(shè)備問題造成的焦炭、燒結(jié)礦、球團礦質(zhì)量波動。

（4）從各工序工藝參數(shù)控制到各成品物料槽位控制等進行全方位重新梳理，制定標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的操作要求，通過不斷完善標(biāo)準(zhǔn)化操作，實現(xiàn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

2.2 物料波動后高爐的應(yīng)對措施

從資源結(jié)構(gòu)上可以減小高爐用料的質(zhì)量波動，但是不會完全消除。因為不可避免的資源結(jié)構(gòu)調(diào)整，或者某一種礦粉、煤種質(zhì)量異常引起的焦炭、燒結(jié)礦或者球團礦質(zhì)量變化，都會造成高爐用料質(zhì)量的波動，這就需要從技術(shù)管理上弱化這種影響，同時向高爐發(fā)出預(yù)警。

（1）對燒結(jié)礦、球團礦用礦粉，焦炭用煤進行質(zhì)量評估分級。將對煉鐵過程質(zhì)量影響權(quán)重較大的和本身質(zhì)量不穩(wěn)定的列為一類資源，作為重點監(jiān)控對象；將對煉鐵過程質(zhì)量影響權(quán)重較小的和本身質(zhì)量相對穩(wěn)定的列為二類資源，對其進行常規(guī)檢測跟蹤。將原燃料質(zhì)量評估分級重心放在一類資源上，在實現(xiàn)資源質(zhì)量有效控制的同時，可以減少人力的浪費；同時當(dāng)過程質(zhì)量出現(xiàn)波動后，可以快速找出癥結(jié)所在，并予以糾正。

（2）建立質(zhì)量反饋機制。在監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)某一種礦粉或者煤粉質(zhì)量異常，立即向相應(yīng)用戶，即焦炭、燒結(jié)礦或者球團礦生產(chǎn)工序發(fā)出預(yù)警，后者根據(jù)原料異常變化的幅度和時間進行評估，分析可能引起的質(zhì)量指標(biāo)變化，有針對性地進行工藝調(diào)整。對其產(chǎn)品相應(yīng)質(zhì)量指標(biāo)進行全方位檢測，對質(zhì)量變化情況進行評價并向高爐預(yù)警，使高爐主動采取應(yīng)對措施，減小影響。另外，由于質(zhì)檢取樣不是在線動態(tài)監(jiān)測取樣，現(xiàn)行的取樣密度決定了物料質(zhì)量異常存在漏檢可能，故在對高爐主要用料檢測時發(fā)現(xiàn)異常，要快速向上反饋，找出質(zhì)量變化原因并予以糾正，同時向高爐發(fā)出預(yù)警。

（3）當(dāng)高爐入爐物料質(zhì)量波動不可避免時，質(zhì)量異常的物料和正常物料要區(qū)分對待。高爐料倉要單獨存放質(zhì)量波動物料，和正常物料搭配入爐，并根據(jù)其質(zhì)量狀況決定其入爐配比，將集中大量配吃改為少量、長時間配吃，將質(zhì)量波動風(fēng)險降至最低。同時獨立存放質(zhì)量波動物料的料倉，在管理上和正常料倉要區(qū)別對待，嚴格控制篩分速度，調(diào)整存放焦炭和燒結(jié)礦料倉的閘門開度，控制焦炭篩分速度≯1.5t/min，燒結(jié)礦篩分速度≯3t/min,為正常篩分速度的70%，最大限度減少粉末入爐。高爐應(yīng)根據(jù)物料變化的幅度進行基本制度調(diào)整，以負荷調(diào)整為主，上部裝料應(yīng)有針對性地對邊緣和中心進行疏導(dǎo)。

3 堿金屬、鋅的控制

堿金屬、鋅對高爐冶煉危害極大，當(dāng)入爐負荷超出高爐本身的代謝能力后，其影響會逐步顯現(xiàn)。最直接的影響是：堿金屬和鋅元素持續(xù)在高爐循環(huán)富集，造成高爐上部以及煤氣管道黏結(jié)，影響操作爐型，同時堿金屬和鋅蒸汽隨煤氣進入耐火材料縫隙和風(fēng)口套間隙，遇冷析出并膨脹，對耐火材料和風(fēng)口組件造成不可逆的損壞，影響高爐長壽。其間接的影響是：堿金屬在高爐內(nèi)加快了焦炭劣化反應(yīng)進程，影響了高爐料柱透氣性和爐缸工作狀態(tài)，同時會導(dǎo)致球團“災(zāi)難性膨脹”，影響高爐的冶煉進程，對于唐鋼新區(qū)高爐高比例球團冶煉影響更甚。唐鋼新區(qū)高爐采取疏導(dǎo)兩股氣流的裝料制度，爐頂溫度在100～160℃之間，當(dāng)冶煉強度較高時，爐頂溫度在100～120℃之間，氣流狀態(tài)和爐頂溫度水平均不利于有害元素排出。

唐鋼新區(qū)全部投產(chǎn)后，在不同時間段和不同爐況狀態(tài)下，對三座高爐入爐有害元素收入、支出進行校核，同時參考行業(yè)控制標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)得出唐鋼新區(qū)高爐有害元素入爐控制標(biāo)準(zhǔn)為：堿負荷≤3.5kg/t（其中鉀負荷要求小于2kg/t）、鋅負荷≤0.2kg/t。在此標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，可以實現(xiàn)有害元素收支平衡，避免形成堿、鋅災(zāi)害。表4為2022年1月份高爐有害元素收支平衡校核。

表4 高爐有害元素收支平衡校核

為降低高爐有害元素負荷，將富含有害元素的高爐干法除塵灰和燒結(jié)機頭一、二電場除塵灰外售，減少有害元素在工藝內(nèi)的循環(huán)，增加工序上的排堿、鋅渠道，分擔(dān)高爐負擔(dān)。2021年7月份以后有害元素入爐負荷能控制在入爐標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。有害元素入爐趨勢如圖1所示。

圖1 有害元素入爐趨勢

4 控制措施實施效果

由于高爐原燃料質(zhì)量的改善，并且在一定水平上保持穩(wěn)定，消除了因球團礦入爐比例增加帶來的消極影響，高爐操作空間更加廣闊，氣流穩(wěn)定性增強。首先有高質(zhì)量焦炭做支撐，同時高爐整體爐料質(zhì)量穩(wěn)定、可控，高爐爐缸活躍、中心料柱透氣性好，這為高爐中心氣流穩(wěn)定提供保了障。高爐中心氣流自下而上地“通透”，使上部疏導(dǎo)邊緣成為可能。另外通過裝料制度的調(diào)整，減輕了高爐邊緣負荷，實現(xiàn)了塊狀帶對氣流進行的三次分配優(yōu)化，提高了煤氣利用率。高爐整體順行狀況大幅度改善，各主要指標(biāo)顯著提升，高爐現(xiàn)主要指標(biāo)如表5所示。

表5 高爐現(xiàn)主要指標(biāo)

5 結(jié)語

高爐原料是順行的基礎(chǔ)，其中主要物料的關(guān)鍵指標(biāo)和質(zhì)量短板是重點監(jiān)控對象。高比例球團冶煉帶來的影響可以通過對主要物料的質(zhì)量控制，利用技術(shù)手段使其質(zhì)量和性能穩(wěn)定，能夠在高比例球團礦的條件下保證高爐順行和進一步強化指標(biāo)。

高爐煉鐵技術(shù)管理要放眼鐵前全流程，從單品種料，即礦粉、原煤、熔劑等質(zhì)量控制開始，到焦炭、燒結(jié)礦、球團礦配料結(jié)構(gòu)以及生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品控制，再到高爐入爐原燃料質(zhì)量控制，最終到高爐的工藝質(zhì)量管理，實現(xiàn)了高爐煉鐵技術(shù)管理的完整性、系統(tǒng)性，保證整個煉鐵工序的穩(wěn)定。