張俊偉 王榮剛 羅德慶 林春山 宋小來
（北京首鋼股份有限公司）
摘 要:首鋼股份3號高爐進行了持續(xù)18天高球團礦配比冶煉試驗，最高球團礦比例達到 38 ％， 并持續(xù)了6天。 針對球團礦比例由27％提高到38％后，高爐煤氣流分布 、 Z值 、 W值、軟水溫差、透氣性指數等操作參數的變化， 通過高爐基本操作制度的調整，實現(xiàn)了球團礦在爐內布料平臺的準確控制，改善煤氣流分布， 保證了高爐穩(wěn)定順行。 球團礦比例提高后，燃料比略有所上升。
關鍵詞:大型高爐；球團礦；煤氣流分布；操作制度
首鋼股份3號高爐 （4000ｍ3）主要采用66％高堿度燒結礦+27％普通酸性球團礦+7％塊礦的爐料結構。 燒結礦生產能耗高、氣體污染物排放多，且遷安境內鐵礦石資源多為貧礦，選礦所得精礦粉粒度較細，更適合生產球團礦，且大比例球團礦冶煉具有高品位、低渣比、低能耗、低排放的特點，節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢明顯。根據公司生產經營計劃和資源平衡安排， 3號高爐于2019 年8月4日開展高球團礦配比冶煉試驗。 球團礦比例由27％提高到38％后，由于球團礦堆角小，易滾動，軟熔溫度低的缺點，影響了高爐煤氣流分布，造成爐況波動。 通過各種調整，實現(xiàn)了球團礦在爐內布料平臺的準確控制，改善煤氣流分布，保證了高爐穩(wěn)定順行。
１ 高球團礦配比對高爐冶煉的影響
與燒結礦相比，球團礦具有含鐵品位高、 粒度均勻、 冷態(tài)強度高、FeO 含量低等優(yōu)點，但是球團礦的缺點也十分明顯：
（1） 球團礦堆角小，易滾動［1］。隨著球團礦比例不斷增加，這種滾動更為明顯，從而使得料面形狀難以穩(wěn)定，煤氣穩(wěn)定性降低。
（2） 球團礦受熱還原時容易發(fā)生膨脹，影響高爐下料的均勻性，進而影響高爐爐況的穩(wěn)定。
（3） 球團礦的軟熔溫度較低，在爐料下降過程中，過早的軟化造成軟熔區(qū)間變寬，軟熔帶變厚，且軟培帶根部整體上移，使得料柱的透氣性惡化，高爐壓差升高，影響煤氣流分布。
（4） 球團礦比例提高后，含鐵爐料的粒度降低，與焦炭層的“界面效應”增加，影響高爐的順行狀況 。
２ 主要原料成分及性能
普通酸性球團礦高溫冶金性能較差，難以滿足大高爐高球團礦配比冶煉試驗的要求。 經 與公司協(xié)調， 給3號高爐調配京唐堿性球團礦，采用燒結礦配加京唐堿性球團礦、 酸性球 團礦、 生礦的爐料結構。 試驗用主要原料成分及性能見表１。 與普通酸性球團礦相比，京唐堿性球團礦的還原膨脹率降低到平均17.4％，成品球1014mm粒級比例達到77％。球團礦質量的改善，為高爐高球團礦配比冶煉試驗提供了有力支撐。
3 高球團礦配比冶煉試驗
3.1 試驗簡況
３號高爐高球團礦配比冶煉試驗，計劃采用兩步走策略：
（1）以提高球團礦比例為主，不過分追求技術經濟指標，給冶煉試驗創(chuàng)造寬松條件。
（2） 球團礦比例達到45％后，通過優(yōu)化高爐操作制度改善技術經濟指標。實際上，由于京唐堿性球團礦斷供，球團礦比例只提高至38％。試驗期間球團礦比例的變化如圖１ 所示。
理論上，高品位球團礦比例提高后，爐料整體品位提高，渣比降低，高爐燃料比應該下降。但實際上，由于球團礦比例提高后，煤氣流分布不穩(wěn)定，熱負荷頻繁波動，爐溫波動大，燃料比并沒有降低，而略有所上升，從 512—516ｋｇ／ｔ 上升至517—525ｋｇ／ｔ。 試驗期間，燃料比及入爐焦比的變化如圖2所示。
3.2 主要操作參數的變化
3號高爐高球團礦配比冶煉試驗期間，重點觀察了煤氣流分布、Ｚ值、 W值、軟水差、透氣性指數等操作參數的變化。
（1）煤氣利用率。由圖3可知，球團礦比例提高后，煤氣利用率變化明顯，煤氣穩(wěn)定性變差。其主要原因是：布料時球團礦頻繁滾動，料面不穩(wěn)定，造成煤氣流不穩(wěn)；球團礦受還原時容易發(fā)生膨脹，料柱透氣性惡化，爐況波動。
（2）Ｚ值、 W值。試驗前期，隨著球團礦比例逐步提高，高爐中心溫度逐漸降低，中心加重，Ｚ值震蕩走低。中后期調整，中心漸開，Z值升高。試驗中期適度發(fā)展邊沿氣流，高爐的W值逐漸走高。試驗后期穩(wěn)定邊沿，W值趨于平穩(wěn)。3號高爐Ｚ值和W值變化如圖4所示。
（3）上部軟水溫差。由圖5可看出，試驗前期球團礦比例提高，高爐上部軟水溫差升高，表明邊沿氣流發(fā)展，爐身中下部渣皮脫落嚴重，爐墻溫度升高。試驗中后期邊沿氣流趨穩(wěn)定，上部軟水溫差震蕩下降。
（4） 透氣性指數。由圖６可看出，隨著球團礦比例逐步提高，高爐透氣性指數趨小。試驗后期，球團礦比例≥35％，并持續(xù)６天后，高爐透氣性指數急劇減小，說明大比例配吃球團礦，對高爐透氣性的影響有一定的累積效應，這種累積效應在大高爐冶煉中尤為明顯。主要是球團礦比例提高后，含鐵爐料與焦炭層的“界面效應”累積增加，加之大高爐的冶煉“慣性”，料柱透氣性嚴重惡化。
3.3 高爐操作的調整
（1）原燃料調整。球團礦比例提高后，爐渣（Al2O3）含量上升幅度較大，（MgO）含量呈下降趨勢。為改善爐渣流動性，將燒結礦（MgO）含量適當上調，爐渣中（MgO、（Al2O3）和爐渣堿度控制在合理范圍。試驗前后高爐爐渣中（MgO）、（Al2O3）、鎂鋁比及堿度的變化如圖７所示。由圖可知，爐渣鎂鋁比、堿度均基本穩(wěn)定。
試驗期間，保持焦炭質量穩(wěn)定，入爐一級焦比例≥75％，波動要小。燒結礦以自產燒結礦為主，保持燒結礦質量穩(wěn)定，不配吃外購燒結礦，二燒比例英≥85％，不發(fā)生大的波動。加強現(xiàn)場取樣管理，確保原燃料質量不發(fā)生大的波動。加強原燃料篩分力度，減少粉末入爐 。
（2） 操作制度調整。根據相關操作參數變化，爐內操作制度也做出了相應調整。
一是調整料罐放料方式。球團礦易滾動，在布料時容易滾向中心漏斗和邊沿爐墻處，使中心和邊沿兩股氣流均有所減弱，不利于爐況順行。為此：①調整放料延時，適當延長球團礦在Ｎ１皮帶上的長度，使球團礦與燒結礦充分混勻；②調整料罐放料順序，盡量將球團礦放在礦料批中段，布料時球團礦落在礦石環(huán)帶的中，燒結礦分布在礦石環(huán)帶兩端，減少球團礦往邊沿和中心滾動［2］，減輕對軟熔帶和煤氣分布的影響。
二是調整裝料制度（見表2）。試驗初期，球團礦比例＜30％，對高爐煤氣流影響并不明顯?？紤]到球團礦使軟熔帶上移，造成中心氣流受抑制，布料以拓寬焦炭平臺為主，讓 礦 料批中的球團礦布在礦石環(huán)帶中間，疏松中心氣流為主。球團礦比例提高至32％，由于球團礦易滾動的特性， 料面形狀開始不穩(wěn)定，十字測溫中心溫度下降。 將焦炭布料擋位6的 2圈焦炭改為擋位6 、7 各1圈焦炭，中心擋位焦炭不變，穩(wěn)定焦炭平臺。試驗后期， 球團礦比例≥ 35％ 邊沿氣流趨發(fā)展，中心氣流不足，采用適當發(fā)展中心氣流、穩(wěn)定邊沿氣流的裝料制度。布料調整為焦炭中心擋位7、8不動，其余礦焦擋位角度整體外移0.5°。
三是調整送風制度。送風制度決定了風口回旋區(qū)的大小、 形狀和煤氣流的一次分布， 對活躍爐缸起著重要作用。試驗后期，球團礦比例≥35％，中心氣流受壓制嚴重，邊沿氣流發(fā)展。為吹透中心，加大了實際風速，保證實際風速≥260 ｍ／ｓ，以提高鼓風動能，活躍中心爐缸。
四是調整熱制度。球團礦比例≥35％后，高爐操作爐型變化明顯，軟溶帶根部整體上移， 爐腹到爐身下部渣皮脫落嚴重，熱負荷頻繁波動，試驗期間高爐爐溫和物理熱控制在中上［3］，力求穩(wěn)定，減少波動 。
（3） 認真做好爐前出鐵工作，加強外圍設備的點檢和維護。球團礦比例提高后，邊沿氣流發(fā)展， 爐墻頻繁的脫落，尤其是下部爐墻脫落，也直接或間接造成了鐵口卡鐵流現(xiàn)象變多，使得鐵口不見渣、見渣晚、見渣后斷流的次數有所增加。 因此， 必須把握好出鐵節(jié)奏，保證重疊，杜絕間隔出鐵，保證渣鐵出凈。 同時，要加強外圍設備的點檢和維護，杜絕因設備故障影響髙爐整體生產。
4 小結
本次試驗，首鋼股份3號高爐進行了持續(xù)18天的燒結礦配加堿性團礦、酸性球團礦、 生礦的冶煉探索，最高球團礦比例達到38％，并持續(xù)了６天。試驗驗證了球團礦質量是髙球團礦比例冶煉是否成功的關鍵，基本掌握了高爐高球團礦配比冶煉時操作制度的調整規(guī)律， 為后續(xù)高球團礦配比冶煉生產的連續(xù)穩(wěn)定積累了寶貴經驗。
（1）試驗證明，球團礦比例＜30％，對高順行影響不大。球團礦比例≥35％，高爐操作爐型變化明顯，煤氣流分布不穩(wěn)。 通過調整料罐放料方式，實現(xiàn)了球團礦在爐內布 料平臺上的準確控制，穩(wěn)定了煤氣流分布，改善了煤氣利用率。
（2）布料調整上， 球團礦比例＜32％，以拓寬、穩(wěn)定焦炭平臺為主，穩(wěn)定煤氣流。球團礦比例≥35％， 以“發(fā)展中心，穩(wěn)定邊沿” 為主，活躍爐缸，力保順行。
（3）球團礦比例≥35％， 高爐中心氣流受到抑制，采用了加大實際風速，提高鼓風動能的操作對策，保證了中心煤氣通路。
（4）球團礦比例提高后，熱負荷頻繁波動，爐溫起伏明顯，燃料比略有所上升。
參考文獻
［1］ 周傳典．高爐煉鐵生產技術手冊［Ｍ］．北京：冶金工業(yè)出版社，2015 ：45．
［2］ 張文強，肖宏．唐鋼1號高爐髙比例球團礦冶煉工業(yè)試驗［Ｊ］．煉鐵，2019，38（2）：13－16
［3］ 高峰，張永忠．寶鋼３號 爐低燒結礦比例生產實踐［Ｊ］．煉鐵，2017，36（2） ： 43 －46．