王強(qiáng) 田蘇東 孫萬(wàn)明 田利國(guó)
(永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠 河北 邯鄲 056000)
摘 要：永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠研究了燒結(jié)礦在不同的MgO含量條件下對(duì)燒結(jié)性能的影響,并對(duì)高爐爐渣鎂鋁比的降低進(jìn)行了實(shí)踐。實(shí)現(xiàn)了中大型高爐爐渣鎂鋁比在0.37—0.46理論最低條件下的高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行及指標(biāo)優(yōu)化, 高爐爐渣鎂鋁比控制水平在行業(yè)內(nèi)同級(jí)別高爐處于領(lǐng)先水平，通過(guò)降低鐵水成本增強(qiáng)了企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,創(chuàng)造了較大經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠；低鎂鋁比； MgO ; 燒結(jié)質(zhì)量 ;爐渣粘度；爐渣堿度。
1 前言
隨著國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)鐵礦資源比例使用逐步減少和市場(chǎng)壓力的逐步增大，努力降低鐵水成本成為鐵前核心工作內(nèi)容，通過(guò)配加高鋁的鐵礦石降低成本是降低鐵水成本的重要手段。但是高爐使用高Al2O3鐵礦石后高爐爐渣(Al2O3)逐步增加，高(Al2O3)爐渣給高爐操作帶來(lái)了困難，甚至個(gè)別高爐出現(xiàn)難行問(wèn)題，因此部分高爐操作者提高爐渣(MgO)控制水平降低爐渣黏度為解決高(Al2O3)爐渣冶煉問(wèn)題成為常態(tài)。隨著渣中(MgO)的添加，各廠的鎂鋁比控制水平也高低不一，高的0.6甚至0.7以上造成了不必要的浪費(fèi),使得探討高爐爐渣適宜鎂鋁比（MgO/Al2O3%）的問(wèn)題日漸凸顯。很多學(xué)者對(duì)(MgO)具有改善爐渣黏度功效的歷史演變過(guò)程及鎂鋁比問(wèn)題進(jìn)行了非常有益的探討,永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠在生產(chǎn)中不斷優(yōu)化逐步實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了在0.37—0.45低鎂鋁比條件下的高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行及指標(biāo)優(yōu)化，降低了生鐵成本。
2 永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠對(duì)低鎂鋁比冶煉進(jìn)行的工業(yè)實(shí)踐:
永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠一期退城搬遷項(xiàng)目于2017年10月投產(chǎn)，主要生產(chǎn)裝備是一座1260m3高爐和一臺(tái)180m2燒結(jié)機(jī)。公司在2022年初建立了鐵前實(shí)驗(yàn)室，煉鐵廠結(jié)合公司技術(shù)中心開展了一系列的研究工作。
2.1 燒結(jié)礦降低MgO 含量之后的對(duì)燒結(jié)冶金性能的影響研究：
對(duì)燒結(jié)礦不同的MgO 含量做的部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總情況,具體數(shù)據(jù)見表1及表2。
表1 部分實(shí)驗(yàn)燒結(jié)成分和還原性及轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度匯總表
|
編號(hào) |
燒結(jié)礦成分（%） |
還原性 |
轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度 |
|||||||
|
|
TFe |
FeO |
SiO2 |
CaO |
MgO |
Al2O3 |
R2 |
還原度 |
還原速率指數(shù) |
|
|
1 |
55.31 |
8.89 |
5.22 |
10.74 |
2.78 |
2.08 |
2.06 |
78.09 |
0.46 |
75.53 |
|
2 |
54.91 |
8.62 |
5.89 |
10.66 |
2.09 |
2.17 |
1.98 |
76.89 |
0.50 |
75.45 |
|
3 |
55.05 |
11.05 |
5.89 |
11.00 |
1.98 |
2.42 |
1.82 |
73.30 |
0.41 |
75.38 |
|
5 |
56.10 |
9.07 |
6.02 |
9.63 |
1.55 |
2.19 |
1.60 |
69.25 |
0.31 |
75.45 |
|
6 |
56.92 |
9.61 |
5.46 |
9.93 |
1.01 |
2.18 |
1.82 |
—— |
—— |
75.53 |
表2 部分燒結(jié)礦燒結(jié)實(shí)驗(yàn)室研究冶金性能數(shù)據(jù)匯總表：
|
|
軟熔滴落實(shí)驗(yàn) |
還原粉化指數(shù)（RDI） |
||||||||||
|
編號(hào) |
軟化開始溫度（℃） |
軟化終了溫度（℃） |
熔化開始溫度（℃） |
滴落溫度（℃） |
軟化溫度區(qū)間（℃） |
軟熔溫度區(qū)間（℃） |
熔滴溫度區(qū)間（℃） |
熔落帶厚度（mm） |
最大壓差（KPa） |
﹢6.30 |
﹢3.15 |
﹣0.5 |
|
1 |
1248 |
1321 |
1342 |
1504 |
73 |
256 |
162 |
43.2 |
18.23 |
46.40 |
73.57 |
6.22 |
|
2 |
1247 |
1316 |
1347 |
1530 |
69 |
283 |
183 |
37.6 |
33.02 |
28.94 |
62.70 |
7.74 |
|
3 |
1277 |
1337 |
1350 |
1514 |
60 |
237 |
164 |
40.9 |
24.83 |
—— |
—— |
—— |
|
5 |
1260 |
1318 |
1333 |
1481 |
58 |
221 |
148 |
32.3 |
22.25 |
26.77 |
60.34 |
10.52 |
|
6 |
1259 |
1315 |
1337 |
1530 |
56 |
271 |
193 |
39.8 |
27.85 |
26.87 |
60.24 |
9.45 |
通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)降低燒結(jié)礦氧化鎂之后燒結(jié)低溫還原粉化率呈現(xiàn)增高趨勢(shì),在2.0%以下影響不大，但是燒結(jié)強(qiáng)度影響不明顯。
2.2 實(shí)現(xiàn)低鎂鋁比冶煉采取的主要措施：
2.2.1 對(duì)實(shí)際高爐爐渣成分的研究：
根據(jù)東北大學(xué)沈峰滿教授針對(duì)高Al2O3%鐵礦石高爐冶煉開展的適宜鎂鋁比理論與實(shí)踐的研究，應(yīng)用相圖理論分析，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，構(gòu)建的協(xié)同優(yōu)化—功效最大化的適宜鎂鋁比理論體系得到的結(jié)論：
定量給出了適宜鎂鋁比三段式精細(xì)化控制方針:①當(dāng)爐渣Al2O314%時(shí),爐渣的鎂鋁比不受限,可根據(jù)原燃料條件和生產(chǎn)成本等條件添加MgO;②當(dāng)爐渣Al2O3=15%～17%時(shí),爐渣適宜的鎂鋁比為0.40～0.50,但需注意爐渣對(duì)溫度的敏感性;③當(dāng)爐渣Al2O318%時(shí),爐渣適宜的鎂鋁比為0.45～0.55.
結(jié)合圖1的相圖分析對(duì)于（Al2O3）=15%~17%爐渣，也可以得到結(jié)論滿足爐渣黏度為0.3~0.4Pa•s的鎂鋁比為0.35~0.8。因此為了在確保高爐正常冶煉前提下最大限度地降低生產(chǎn)成本與工序能耗，適宜的鎂鋁比應(yīng)為0.4~0.5。
SiO2-CaO-Al2O3-MgO渣系等黏度圖（1500℃，SiO2=35%)
圖1
永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠爐渣成分（SiO2）、（CaO）（Al2O3）在此范圍內(nèi)適用該相圖。從圖1上可以看出，在一定的范圍內(nèi)降低（MgO），適當(dāng)提升堿度R2，可以維持粘度不變,因此理論上降低爐渣鎂鋁比是可行的。
在理論研究的基礎(chǔ)上煉鐵廠進(jìn)行了工業(yè)實(shí)踐,具體指標(biāo)見下圖:
2021年4月以來(lái)永洋特鋼煉鐵廠高爐爐渣堿度和鎂鋁比實(shí)際控制水平：
圖2、永洋特鋼煉鐵廠高爐爐渣成分圖（2021年4月到2022年8月）
|
爐渣成份 |
|||||||
|
Cao |
SiO2 |
MgO |
Al2O3 |
鎂鋁比 |
R2 |
R3 |
R4 |
|
40.49 |
30.86 |
5.77 |
15.32 |
0.377 |
1.31 |
1.50 |
1.00 |
|
40.28 |
30.91 |
5.64 |
15.25 |
0.370 |
1.30 |
1.49 |
0.99 |
|
40.56 |
31.11 |
5.69 |
15.34 |
0.371 |
1.30 |
1.49 |
1.00 |
|
40.51 |
30.85 |
5.78 |
15.15 |
0.382 |
1.31 |
1.50 |
1.01 |
|
40.22 |
31 |
5.98 |
15.27 |
0.392 |
1.30 |
1.49 |
1.00 |
|
40.17 |
30.85 |
6.13 |
15.05 |
0.407 |
1.30 |
1.50 |
1.01 |
|
39.99 |
30.76 |
5.92 |
15.06 |
0.393 |
1.30 |
1.49 |
1.00 |
圖3、2022.4.16典型日爐渣成分
|
爐渣成份 |
|||||||
|
Cao |
SiO2 |
MgO |
Al2O3 |
鎂鋁比 |
R2 |
R3 |
R4 |
|
39.38 |
30.04 |
7.01 |
15.5 |
0.452 |
1.31 |
1.54 |
1.02 |
|
39.24 |
29.91 |
6.95 |
15.36 |
0.452 |
1.31 |
1.54 |
1.02 |
|
39.58 |
29.84 |
6.88 |
15.4 |
0.447 |
1.33 |
1.56 |
1.03 |
|
39.06 |
29.34 |
6.76 |
14.62 |
0.462 |
1.33 |
1.56 |
1.04 |
|
39.44 |
29.65 |
6.82 |
15.27 |
0.447 |
1.33 |
1.56 |
1.03 |
圖4、2022.8.26典型日爐渣成分
從圖2上可以看出永洋特鋼集團(tuán)煉鐵對(duì)于鎂鋁比控制在0.37—0.50的區(qū)域，始終處于較低水平，并且呈現(xiàn)逐步降低的趨勢(shì)。在2022年4月16日最低0.37，圖4是高爐爐渣成分的典型日水平控制保持在0.44-0.46水平。此期間始終保持了爐況穩(wěn)定順行，未發(fā)生爐況問(wèn)題。
2.2.2 原料管理方面的主要措施:堅(jiān)持精料方針，確保原料條件穩(wěn)定:
針對(duì)高鋁爐渣所帶來(lái)的的透氣性劣化問(wèn)題，從原料入手，按照原料管理“高、穩(wěn)、勻、凈、熟、小”的原則認(rèn)真做好原料管理。公司層面的原料管理，結(jié)合公司制定了《鐵前用料采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)以及讓步接收條件》從采購(gòu)上確保原料穩(wěn)定。煉鐵廠內(nèi)部制定了《煉鐵廠原料管理辦法》，形成廠級(jí)、車間、班組，三級(jí)立體管理體系，每一級(jí)都有具體負(fù)責(zé)人和具體負(fù)責(zé)任務(wù)，而且要求下到工序?qū)ι系焦ば蜓由旃芾怼４_保無(wú)論是原料進(jìn)廠還是生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，第一時(shí)間處理。避免因?yàn)樵喜▌?dòng)問(wèn)題影響高爐。
2.2.3 操作制度上的調(diào)整：
送風(fēng)制度上的調(diào)整:逐步縮小風(fēng)口面積，由開爐初期全部22個(gè)直徑115mm風(fēng)口，逐步減少到5個(gè)115mm風(fēng)口，其余均是110mm風(fēng)口。標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速260m/s以上，實(shí)際風(fēng)速280m/s以上，鼓風(fēng)動(dòng)能在12000kg.m/s確保了爐缸活躍。為提高渣鐵物理熱風(fēng)溫逐步提升穩(wěn)定在1240 ℃以上。
布料矩陣的逐步優(yōu)化，對(duì)于布料上堅(jiān)持穩(wěn)定中心照顧邊緣的原則對(duì)于布料矩陣逐步優(yōu)化。目前長(zhǎng)期使用的布料矩陣如下：
表3 高爐典型布料矩陣：
|
礦角 |
39.0 37.5 35.5 33.5 31 |
|
2 3 3 2 2 |
|
|
焦角 |
38.5 36.5 34.5 32.0 29.5 16 |
|
2 2 2 2 2 3 |
|
|
料線 |
1.6米 |
遇檢修以及因外部原因長(zhǎng)時(shí)間慢風(fēng)，直接去掉最外環(huán)礦，以疏導(dǎo)邊緣，利于爐況穩(wěn)定以及快速恢復(fù)。
2.2.4、高爐工長(zhǎng)操作上加強(qiáng)管控：
鎂鋁比降低后爐渣流動(dòng)性變差，特變是低熱狀態(tài)下更加明顯，充足爐缸熱量為保證爐渣流動(dòng)性保持順行第一保障。操作上適當(dāng)提升二元堿度確保脫硫效果和鐵水熱量為降低成本熱量不能控制過(guò)高，否則會(huì)造成一定浪費(fèi)，物理熱最佳控制范圍1485-1500 ℃，這樣使高爐操作空間變窄，因此對(duì)三班操作進(jìn)行了統(tǒng)一要求，按照標(biāo)準(zhǔn)化操作原則制定了詳細(xì)的操作方針。典型的操作方針如下：
表4 高爐常用操作方針表
|
操 作 方 針 |
||
|
項(xiàng)目 |
控制范圍 |
|
|
操作風(fēng)量 |
3320-3350m3/min |
|
|
爐溫 |
【Si】0.3--0.4% |
|
|
料批 |
料批98.5-99.0批 |
|
|
物理熱 |
嚴(yán)禁＜1490℃；連續(xù)兩爐低于1490℃進(jìn)行考核；連續(xù)＞1515℃考核 |
|
|
煤量控制 |
28.0±0.3 噸 |
根據(jù)爐溫涼熱趨勢(shì)加減煤量，調(diào)劑幅度0.3-0.5t/次 |
|
參照操作燃料比 |
525±2kg/t |
|
|
富氧 |
8500m3/h |
爐況正常不做為爐況、爐溫調(diào)劑手段 |
|
風(fēng)溫 |
1240℃ |
正常爐況風(fēng)溫不做調(diào)劑手段 |
|
堿度R2 |
爐渣實(shí)際堿度：1.30±0.01倍（變料計(jì)算si按照0.3校核），根據(jù)實(shí)際生鐵S含量調(diào)整 |
|
|
【S】 |
0.025-0.035% |
|
|
壓差 |
≤187KPa |
不允許超壓差5分鐘 |
|
頂壓 |
240KPa |
爐況正常不做為調(diào)劑手段（大量吃落地?zé)陂g，根據(jù)風(fēng)量做相應(yīng)調(diào)劑） |
2.2.5、強(qiáng)化出鐵組織：
爐前出鐵質(zhì)量是爐況的重要保障，爐前鐵口保持深度3.2-3.4m，鐵間隔由15分鐘縮短到10分鐘以內(nèi)，鉆頭直徑由45mm改為38mm螺紋鋼,確保及時(shí)排凈渣鐵。低鎂鋁比冶煉若渣鐵熱量不足，出現(xiàn)爐溫波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致渣鐵排放困難等情況，此時(shí)爐前可適當(dāng)重疊出鐵確保出凈渣鐵。
通過(guò)以上的管控措施永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期低鎂鋁比冶煉和技術(shù)指標(biāo)的進(jìn)步一年來(lái)主要指標(biāo)匯總?cè)缦拢?/p>
表5、高爐近一年指標(biāo)匯總：
|
日期 |
焦比（公斤/噸鐵） |
煤比（公斤/噸鐵） |
利用 系數(shù) |
風(fēng)溫℃ |
爐溫【Si】% |
|
2021年8月 |
353 |
158 |
3.08 |
1235 |
0.28 |
|
2021年9月 |
348 |
166 |
3.24 |
1237 |
0.27 |
|
2021年10月 |
327 |
172 |
3.39 |
1237 |
0.24 |
|
2021年11月 |
375 |
141 |
3.11 |
1236 |
0.31 |
|
2021年12月 |
372 |
145 |
3.23 |
1239 |
0.36 |
|
2022年1月 |
361 |
122 |
3.01 |
1234 |
0.34 |
|
2022年2月 |
366 |
133 |
3.03 |
1238 |
0.37 |
|
2022年3月 |
334 |
140 |
3.50 |
1239 |
0.39 |
|
2022年4月 |
330 |
160 |
3.53 |
1235 |
0.33 |
|
2022年5月 |
333 |
156 |
3.46 |
1232 |
0.34 |
|
2022年6月 |
327 |
161 |
3.40 |
1240 |
0.30 |
|
2022年7月 |
330 |
166 |
3.17 |
1241 |
0.31 |
|
2022年8月 |
332 |
160 |
3.28 |
1242 |
0.34 |
3 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算：
燒結(jié)方面的效益：降低高爐渣鎂添加是通過(guò)燒結(jié)少加溶劑生白云粉實(shí)現(xiàn)的，燒結(jié)礦在堿度不變的情況下可以增加白灰配比。這樣利于使燒結(jié)產(chǎn)量增加，從而降低了燒結(jié)加工費(fèi)用，而且減少了生溶劑降低了燒結(jié)燃耗，最終結(jié)果燒結(jié)品位提升。高爐方面：減少高爐渣鎂相當(dāng)于降低了高爐渣量，按照15.5%(Al2O3)爐渣行業(yè)常見控制水平高爐爐渣（MgO）由9%降低到渣鎂7%對(duì)比，燒結(jié)氧化鎂可降低0.5%，品位相應(yīng)提升0.5%以上，高爐綜合入爐品位相當(dāng)于提升約0.35%，噸鐵約可降低3.7公斤燃料比，按照目前燃料價(jià)格核算噸鐵效益約9.6元/噸（不含稅）。一座1260m3高爐年效益約1500萬(wàn)元，效益相當(dāng)可觀，而且這不包括燒結(jié)的效益。而且降低高爐燃料比和燒結(jié)燃料消耗也符合目前低碳煉鐵的方向。
4 結(jié)論：
4.1 降低燒結(jié)礦氧化鎂對(duì)燒結(jié)低溫還原粉化率影響較大。
4.2 采取綜合措施高爐實(shí)現(xiàn)爐渣鎂鋁比在0.37-0.45的區(qū)間長(zhǎng)期冶煉是完全可行的，綜合措施包括下部調(diào)劑、上部調(diào)劑、以及出鐵和造渣制度，而且特別需要適當(dāng)提高爐渣堿度，加強(qiáng)原料管理以及操作把控。
4.3 高爐生產(chǎn)采取低鎂鋁比操作可明顯降低鐵水成本，符合低碳煉鐵方向，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。
5 下一步努力方向：進(jìn)一步降低鎂鋁比控制水平向理論最低逐步接近。
參考文獻(xiàn)
[1] 沈峰滿 姜鑫 高強(qiáng)健 鄭海燕 高爐爐渣適宜鎂鋁比的理論基礎(chǔ)[J].煉鐵2019,02,:5-8