凌鋼5 號(hào)高爐高鈦負(fù)荷下的操作技術(shù)優(yōu)化

李 亮 馬曉勇 戴田軍 鞠春明

（凌源鋼鐵股份有限公司）

0 引言

凌鋼5 號(hào)高爐設(shè)計(jì)爐容2 300 m3，設(shè)有3 個(gè)鐵口，30 個(gè)風(fēng)口，配備3 座旋切頂燃式熱風(fēng)爐，PW串罐無料鐘爐頂，環(huán)保新嘉恒法渣處理系統(tǒng)，爐體6～9 段采用銅冷卻壁的全冷卻壁薄內(nèi)襯結(jié)構(gòu)等，于2012 年10 月12 日投產(chǎn)。由于沒有配套的焦化工序，凌鋼5 號(hào)高爐全部使用外購焦炭，80%水熄焦+20%干熄焦，焦炭的供貨廠家有6 家，焦炭品種多，各家焦炭的水分、質(zhì)量波動(dòng)很大。凌鋼鐵前配備3 臺(tái)燒結(jié)機(jī)和年產(chǎn)200 萬t 鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯一座，燒結(jié)機(jī)分別為1 號(hào)燒結(jié)機(jī)（240 m2），2 號(hào)燒結(jié)機(jī)（180 m2），3 號(hào)燒結(jié)機(jī)（320 m2）。入爐原料由自產(chǎn)燒結(jié)礦和球團(tuán)礦組成，所需礦粉為自產(chǎn)精礦、地方礦粉、澳大利亞FMG、WPF 及鐵谷粉。

2020 年，為降低鐵前配礦成本，大幅度提高了鈦含量較高的地方礦粉的使用量，導(dǎo)致高爐入爐鈦負(fù)荷（TiO2）持續(xù)處于高位。鈦負(fù)荷的升高引起了爐缸工作狀態(tài)下滑，表現(xiàn)為爐溫穩(wěn)定性差、爐缸活躍性降低、爐缸易堆積，影響了高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過積極調(diào)整工藝參數(shù)、優(yōu)化操作制度, 凌鋼5 號(hào)高爐的穩(wěn)定性明顯提升，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)持續(xù)改善，為生鐵成本的降低奠定了基礎(chǔ)。

1 5 號(hào)高爐鈦負(fù)荷現(xiàn)狀

高爐鈦負(fù)荷即每噸鐵由爐料帶入高爐的TiO2含量。2020 年9 月，對(duì)凌鋼5 號(hào)高爐的入爐原料進(jìn)行取樣，并分析了其TiO2含量，結(jié)果見表1。

表1 5 號(hào)高爐鈦負(fù)荷及來源

由表1 可知，鈦負(fù)荷為9.02 kg/t，其中燒結(jié)礦帶入的TiO2的量為4.79 kg/t，球團(tuán)礦帶入的TiO2的量為4.23 kg/t，燒結(jié)礦與球團(tuán)礦的TiO2含量分別達(dá)到了0.45%、0.70%，處于國內(nèi)高爐中的較高水平。燒結(jié)礦因配比高，帶入的TiO2量最多，占比達(dá)53.1%，球團(tuán)礦因配加含TiO2較高的地方礦粉，使得帶入的TiO2的占比達(dá)到了46.9%。根據(jù)河北承鋼的經(jīng)驗(yàn)[1]，燒結(jié)礦中TiO2含量升高會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)冷強(qiáng)度降低，會(huì)造成高爐塊狀帶透氣性變差。2020 年凌鋼5 號(hào)高爐鈦負(fù)荷變化趨勢(shì)如圖1 所示。

圖1 2020 年凌鋼5 號(hào)高爐鈦負(fù)荷變化趨勢(shì)

2 5 號(hào)高爐鈦在渣鐵間的分布

鐵水[Ti]含量與爐渣中的（TiO2）均來源于含鈦爐料中的TiO2。對(duì)于護(hù)爐操作來說，TiO2的帶入量一般是3～5 kg/t，在這種情況下，鐵水中的[Ti]含量為0.1%以下，而渣中的TiO2含量為1.0%～1.5%。爐渣中的（TiO2）在爐內(nèi)的高爐還原氣氛條件下，可生成熔點(diǎn)2 000 ℃以上的TiN、TiC及Ti（CN）連接固熔體[2]，在爐缸內(nèi)呈顆粒狀，懸浮、彌散在渣鐵中，造成鐵水、爐渣粘度升高，流動(dòng)性變差。鐵水中[Ti]含量升高后會(huì)導(dǎo)致鐵水黏稠，鐵水罐易粘罐、易結(jié)殼、罐容變小，鐵水罐下線處理和鉤罐的次數(shù)增加，高爐兌罐正點(diǎn)率下降，出不凈鐵頻率升高，制約了高爐的正常生產(chǎn)，并將會(huì)對(duì)爐缸活躍程度造成不利影響。2020 年凌鋼5 號(hào)高爐鐵中的[Ti]含量與爐渣中的（TiO2）含量的變化趨勢(shì)如圖2 所示。

從圖2 可以看出，1～12 月份的[Ti] 含量在0.119%～0.176%之間，爐渣中的（TiO2）含量在1.46%～2.28%之間。這些都說明凌鋼高爐生鐵含鈦量偏高，高爐常年處于護(hù)爐狀態(tài)。

圖2 5 號(hào)高爐2020 年鐵水中[Ti]與渣中（TiO2）含量的變化趨勢(shì)

3 操作技術(shù)優(yōu)化

3.1 加強(qiáng)原燃料管理

通過調(diào)整焦炭篩孔規(guī)格，加強(qiáng)焦炭篩分效果，提高焦炭粒度，將優(yōu)質(zhì)焦炭布到中心，增加高爐中心死焦堆的透氣性、透液性。5 號(hào)高爐設(shè)置5 個(gè)焦槽，焦篩尺寸為25 mm，焦丁比為40～45 kg/t，將5 號(hào)焦炭篩棒條間距調(diào)整為30 mm，焦丁篩棒條間距由10 mm 改為8 mm，增加了焦丁回收量，焦丁比達(dá)到50～60 kg/t。焦丁隨球團(tuán)礦布入高爐中間環(huán)帶，焦丁比的提高改善了料柱中間環(huán)帶的透氣性，既節(jié)約了焦炭量，同時(shí)中心焦的粒度又得到了保證，利于開放并穩(wěn)定中心氣流。

1 號(hào)燒結(jié)機(jī)和5 號(hào)高爐的距離達(dá)2 km 左右，且經(jīng)多個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)站，加劇了燒結(jié)礦的破碎。為了最大限度降低入爐粉末，采取燒結(jié)礦槽位下限值預(yù)警機(jī)制，燒結(jié)礦槽位下限值不準(zhǔn)低于5 m（滿槽位9 m），槽位臨界預(yù)警時(shí)采取停槽或及時(shí)補(bǔ)加落地?zé)Y(jié)礦等措施。同時(shí)，5 號(hào)高爐制定了原燃料監(jiān)控體系，通過微信平臺(tái)及時(shí)上傳原燃料信息。針對(duì)原燃料異常情況，提前采取控制手段，防止?fàn)t況出現(xiàn)波動(dòng)，保障了高爐的長期穩(wěn)定運(yùn)行。高爐燒結(jié)礦入爐粒級(jí)組成見表2。

表2 凌鋼5 號(hào)高爐燒結(jié)礦的粒度組成 %

3.2 裝料制度優(yōu)化

3.3 大風(fēng)量高壓差操作

高爐在高鈦負(fù)荷下冶煉的核心問題是如何保證爐缸工作狀態(tài)活躍[3]。保證足夠的入爐風(fēng)量是保證爐缸活性的前提，2020 年5 號(hào)高爐突破常規(guī)，歷史性的將風(fēng)量提高至5 000 Nm3/min，高爐實(shí)際風(fēng)速維持在290～295 m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能突破15 000 kgm/s。爐頂壓力由200 kPa 提高至220 kPa，高爐壓差控制上限由180 kPa 放寬至190 kPa。風(fēng)量和鼓風(fēng)動(dòng)能的提高對(duì)高爐爐況的改善發(fā)揮了巨大的作用。

（1）有利于吹透中心和中心氣流的發(fā)展，改善了爐缸的工作狀態(tài)，為高爐長周期穩(wěn)定順行打下基礎(chǔ)。

（2）隨著風(fēng)量的提高，產(chǎn)量大幅度增加，加快了爐內(nèi)各類物理、化學(xué)反應(yīng)，爐缸渣鐵溫度更加均勻，進(jìn)一步促進(jìn)了爐缸的活躍，使得高爐各項(xiàng)指標(biāo)明顯改善。

（3）促進(jìn)了鋅等有害元素的上部排出，對(duì)爐況順行有積極作用。

5 號(hào)高爐2020 年各月份送風(fēng)參數(shù)變化見表3。

表3 2020 年5 號(hào)高爐送風(fēng)參數(shù)變化

3.4 熱制度與造渣制度優(yōu)化

因入爐鈦負(fù)荷高致使高爐冶煉受爐溫影響較大，爐溫高易生成TiN、TiC 和Ti（CN）連接固熔體，導(dǎo)致渣鐵黏稠、渣鐵分離困難、流動(dòng)性變差，造成出鐵時(shí)間延長，渣鐵不易出凈，全爐壓差升高，爐況波動(dòng)。

5 號(hào)高爐將生鐵[Si] 含量控制標(biāo)準(zhǔn)由0.35%～0.50%降低至0.30%～0.45%，鐵水物理熱由1 480 ℃降低至1 470 ℃。5 號(hào)高爐爐渣堿度由1.20±0.05 降低至1.15±0.05，同時(shí)將爐渣中的（MgO）含量提高至9%～10%，控制爐渣W（MgO）/W(Al2O3）＞0.65。降低鐵水溫度可抑制TiN、TiC和Ti（CN）的生成，改善渣鐵流動(dòng)性，促進(jìn)渣鐵分離，而適當(dāng)降低爐渣堿度和提高鎂鋁比也可改善爐渣的流動(dòng)性能，降低渣鐵在料柱中的停留時(shí)間，提高料柱透氣性。2020 年?duì)t渣成分控制見表4。

表4 凌鋼5 號(hào)高爐爐渣成分

3.5 建立鈦的收支平衡體系

建立了TiO2在高爐內(nèi)的收支平衡體系。利用入爐的TiO2總量減去進(jìn)入鐵水中的[Ti]（轉(zhuǎn)化為TiO2）及進(jìn)入爐渣中的TiO2含量，分析Ti 在爐內(nèi)的富集情況。Ti 在高爐內(nèi)主要以TiC、TiN 和Ti（CN）的形式富集。高爐操作者每天要做Ti 在高爐內(nèi)的平衡計(jì)算工作，及時(shí)掌握Ti 在高爐內(nèi)的富集情況。在入爐鈦負(fù)荷一定的情況下，鐵水中的[Ti]高，則進(jìn)入爐渣中的TiO2的量會(huì)減少；鐵水中的[Ti]低，則進(jìn)入爐渣中的TiO2的量會(huì)增加，日常生產(chǎn)應(yīng)密切關(guān)注TiO2在爐內(nèi)的富集情況，如果Ti 在高爐內(nèi)的富集總量呈上升趨勢(shì)，應(yīng)密切關(guān)注，防止出現(xiàn)爐缸堆積，必要時(shí)配加錳礦或螢石進(jìn)行洗爐。

3.6 加強(qiáng)爐前出鐵管理

隨著生鐵產(chǎn)量的提高，渣鐵能否及時(shí)排凈直接影響到爐況的穩(wěn)定順行。加上鈦負(fù)荷較高，導(dǎo)致鐵中[Ti]及渣中（TiO2）含量較高，造成渣鐵分離困難、產(chǎn)生泡沫渣等，渣鐵在爐內(nèi)時(shí)間越長，渣鐵流動(dòng)性越差。為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要，5 號(hào)高爐樹立憋渣憋鐵就是事故的理念，首先，從改善炮泥質(zhì)量入手，保障鐵口的工作狀態(tài)，有效保證了鐵口深度和出鐵的均勻性；其次，由兩個(gè)鐵口輪流出鐵改為三個(gè)鐵口輪流出鐵，采取零間隔出鐵模式，縮短渣鐵在爐內(nèi)的停留時(shí)間；提高爐前主鐵溝的壽命，必保過鐵量15 萬t 以上，減少主鐵溝檢修頻率；爐前工作的細(xì)化有力保障了爐內(nèi)操作優(yōu)化的順利進(jìn)行。

4 取得的效果

通過優(yōu)化操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了5 號(hào)高爐的長周期穩(wěn)定順行，主要經(jīng)濟(jì)指明顯改善，特別是高爐產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了跨越式的突破，創(chuàng)造歷史最好水平，燃料比、煤比等主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也都處于歷史較好水平，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，具體見表5。

表5 凌鋼5 號(hào)高爐操作優(yōu)化前后的主要指標(biāo)變化

5 結(jié)語

因使用地方礦粉比例較高，導(dǎo)致凌鋼高爐入爐原料中鈦負(fù)荷較高，使得高爐生鐵中鈦含量偏高。為了確保爐況穩(wěn)定順行，在鐵前配礦不能有效降低入爐鈦負(fù)荷的情況下，結(jié)合5 號(hào)高爐生產(chǎn)操作實(shí)踐，建議關(guān)注以下幾點(diǎn)：

（1）高鈦負(fù)荷冶煉應(yīng)使用“開放中心，兼顧邊緣”的布料制度，平衡好兩道煤氣流。

（2）在送風(fēng)制度方面，應(yīng)提高風(fēng)量和實(shí)際風(fēng)速，維持較高的鼓風(fēng)動(dòng)能，確保爐缸工作狀態(tài)活躍。

（3）優(yōu)化爐渣成分，控制適宜的爐渣鎂鋁比，適當(dāng)降低爐渣的二元堿度以提高爐渣的流動(dòng)性。

（4）在保持鐵水物理熱充沛的前提下，適當(dāng)降低生鐵[Si]含量，利于改善鐵水的流動(dòng)性能。

（5）爐前渣鐵排放對(duì)于高爐冶煉非常重要，及時(shí)排凈渣鐵是高鈦負(fù)荷下爐況穩(wěn)定順行的必要條件。