袁 宇 皓

（山東鋼鐵集團(tuán)有限公司 研究院，山東 濟(jì)南 250101）

摘 要：通過對轉(zhuǎn)爐爐渣成分及礦物組成的分析，認(rèn)為：在特定情況下，高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣可以促進(jìn)煤粉燃燒率、改善高爐冶煉條件，能夠取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。目前，在中國高爐現(xiàn)有的原料、燃料條件下，高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣，不具備可行性。同時，目前的工藝流程、裝備條件，無法支撐高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐；爐渣；催化劑；燃燒率

1  前 言

日本某鋼鐵企業(yè)成功開發(fā)了高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)。經(jīng)風(fēng)口向高爐噴吹15 kg/t左右的轉(zhuǎn)爐爐渣，提高了煤粉燃燒率，降低了一定數(shù)量焦比；改善了渣鐵流動性，提高了高爐透氣性指數(shù)。

針對日本某鋼鐵企業(yè)開發(fā)的高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)，通過從機(jī)理上對高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)進(jìn)行了分析，同時，結(jié)合國內(nèi)高爐噴吹工藝、裝備等現(xiàn)狀，對國內(nèi)高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了可行性分析，國內(nèi)企業(yè)對日本某企業(yè)高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)應(yīng)認(rèn)真研究，通過掌握其高爐原燃料背景，結(jié)合企業(yè)自身實(shí)際情況，慎重推行。

2 轉(zhuǎn)爐爐渣成分

轉(zhuǎn)爐爐渣成分隨原料、煉鋼方法、生產(chǎn)階段等條件變化而不同，主要由 CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃、 FeO、Fe₂O₃、fCaO（游離態(tài)氧化鈣）等氧化物組成。

通過礦物巖相分析，轉(zhuǎn)爐爐渣中氧化物主要以鐵酸鈣的形態(tài)存在，游離態(tài)的氧化物很少，主要為游離態(tài)氧化鈣，其他游離態(tài)氧化物很少存在。

3  高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)機(jī)理分析

3.1 轉(zhuǎn)爐爐渣對煤粉的催化作用

研究表明^［1］：Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺ 等金屬氧化物離子，對無煙煤等低揮發(fā)分煤粉在高爐噴吹時有一定的催化作用，但對高揮發(fā)分煤粉的催化燃燒性能的提高極為有限。

氧化鈣、鐵氧化物對煤粉燃燒有催化作用，這方面研究在國內(nèi)已經(jīng)很成熟^［2］，同時在上世紀(jì)后期得到廣泛應(yīng)用，也取得了非常不錯的效果，但這些都是基于高爐噴吹單種無煙煤的基礎(chǔ)上實(shí)施的提高煤粉燃燒率的措施。隨著煉鐵技術(shù)的不斷進(jìn)步，不同的煤種不斷開發(fā)用于高爐噴吹生產(chǎn)，其中較為典型的是貧煤及貧瘦煤的使用^［3］。同時，高爐冶煉環(huán)境的改善，如富氧率的提高、風(fēng)溫的提高等措施，使高爐噴吹煤粉的燃燒性能得到極大改善，煤粉催化劑的使用大為降低，尤其在使用了揮發(fā)分較高的長焰煤、貧煤、貧瘦煤以后，煤粉的揮發(fā)分得到明顯的提高，這時催化劑的使用基本沒有明顯提高煤粉燃燒率的效果，目前鮮有使用煤粉催化劑的廠家。

日本某鋼鐵企業(yè)高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣后，由于轉(zhuǎn)爐爐渣中存在一定量游離態(tài)氧化鈣對煤粉燃燒起到了催化作用，煤粉的燃燒率得到提高，進(jìn)而高爐焦比有所降低。

3.2 轉(zhuǎn)爐爐渣對高爐風(fēng)口區(qū)冶煉環(huán)境的改善

轉(zhuǎn)爐爐渣中，含有一定量的氧化鎂，氧化鎂能有效改善高爐爐渣流動性，降低高爐爐渣對煤氣的阻力，提高透氣性。日本某鋼廠正是利用了轉(zhuǎn)爐爐渣的這種性能。北美和北歐一些國家的高爐實(shí)現(xiàn)了全球團(tuán)高爐冶煉技術(shù)，在這種冶煉條件下，要獲得合格的鐵水，一是隨同高爐入爐料配加一定比例的含氧化鈣的熔劑，二是通過風(fēng)口噴吹含有效成分為氧化鈣的粉狀熔劑。轉(zhuǎn)爐爐渣中含有大量的氧化鈣，理論上可以作為高爐熔劑使用，北歐一些國家就有噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣的經(jīng)歷，這里高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣的目的僅僅是優(yōu)化酸性爐料條件下的高爐渣系。

4 國內(nèi)高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)可行性分析

4.1 高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣前提條件

轉(zhuǎn)爐爐渣的催化作用適用于揮發(fā)分較低的煤種，目前國內(nèi)高爐噴吹用煤基本上以混合煤為主，揮發(fā)分在15%左右，同時，高爐的富氧率、風(fēng)溫較前些年有大幅提高，因此噴吹煤的燃燒已不成問題，在此條件下，使用催化劑作用已然不大。至于轉(zhuǎn)爐爐渣對高爐透氣性的改善作用沒有得到廣泛認(rèn)可，日本某鋼鐵企業(yè)高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣取得了不錯的效果，應(yīng)該與其高爐原燃料條件有關(guān)。其實(shí)，向高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣的效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有噴吹轉(zhuǎn)爐灰的效益大，轉(zhuǎn)爐灰除了具備催化燃燒和提高高爐透氣性作用外，由于含有60%左右的鐵，能有效提高產(chǎn)量，降低焦比。

4.2 轉(zhuǎn)爐渣噴吹方式的適宜性

煤粉催化劑必須盡可能要和煤粉混勻，否則其催化作用將不能充分發(fā)揮。因此要求轉(zhuǎn)爐爐渣和煤粉混合制粉才能達(dá)到充分混勻的目的。

轉(zhuǎn)爐爐渣堆密度是煤粉的3倍左右，大部分轉(zhuǎn)爐爐渣細(xì)粉會“沉淀”在煤粉倉的底部，因此混合噴吹時會造成轉(zhuǎn)爐爐渣過于集中，催化作用大打折扣。

同時轉(zhuǎn)爐爐渣中的氧化鈣、鐵氧化物等物質(zhì)主要以鐵酸鈣的形式存在，噴入高爐后有阻礙游離態(tài)氧化鈣催化煤粉燃燒的負(fù)效應(yīng)，此時，轉(zhuǎn)爐爐渣起不到對煤粉的催化作用，或者說，作用甚微；同時鐵酸鈣分解需要吸收大量的熱量，在目前國內(nèi)原燃料條件下，高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣從機(jī)理分析是行不通的。

4.3 轉(zhuǎn)爐爐渣磷含量

轉(zhuǎn)爐爐渣中磷含量高，高爐渣不具備脫磷能力。如果高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣時，帶入的磷除了少量隨高爐煤氣排除外，大部分又回到鋼水中，這樣造成鋼水脫磷成本上升。

4.4 對設(shè)備的損害

濟(jì)南某鋼鐵企業(yè)某高爐停產(chǎn)前噴吹過焦?fàn)t除塵灰，噴吹比例約10%左右，造成噴吹管道大面積磨損，曾造成停煤搶修，轉(zhuǎn)爐爐渣硬度更高，對管道的磨損將更甚。轉(zhuǎn)爐爐渣中含少量顆粒鐵，在制粉時會對磨機(jī)造成損壞。另外，轉(zhuǎn)爐爐渣硬度高、可磨性差，加工成本高。

5 結(jié) 論

5.1 目前國內(nèi)高爐噴吹煤燃燒性好、高爐富氧率、高爐風(fēng)溫較原來明顯提高，使用轉(zhuǎn)爐爐渣的催化作用意義不大，同時鐵酸鈣也會使游離態(tài)氧化鈣的催化作用大打折扣。

5.2 目前國內(nèi)高爐噴吹工藝裝備，難以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)爐爐渣和煤粉的均勻混合，催化燃燒作用弱化。

5.3 轉(zhuǎn)爐爐渣中磷含量太高，如果進(jìn)行高爐噴吹，會造成磷在高爐與轉(zhuǎn)爐間循環(huán)富集，增加鋼水脫磷的成本。

5.4 轉(zhuǎn)爐爐渣中的顆粒鐵對噴煤制粉磨機(jī)造成損傷，同時噴吹管道無法支撐轉(zhuǎn)爐爐渣的噴吹。

5.5 綜上分析認(rèn)為，目前國內(nèi)高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣催化提高煤粉燃燒率的意義不大，噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣經(jīng)濟(jì)上不合算，設(shè)備達(dá)不到噴吹要求，高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣技術(shù)不適合在國內(nèi)推廣。

5.6 日本某鋼鐵企業(yè)高爐噴吹轉(zhuǎn)爐爐渣能降低其高爐焦比，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)與其原燃料條件有直接關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 衛(wèi)廣運(yùn)，張建良，柴軼凡，等.氧化鈣催化煤粉燃燒失效機(jī)理 研究［J］.冶金能源，2015，34（4）：23-27.

［2］ 張輝，劉應(yīng)書，房連增，等.熱重分析法研究不同添加劑對煤粉的催化燃燒［J］.北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35（6）：818-825.

［3］ 劉仁生，趙兵，吳小軍 . 高爐噴吹煤燃燒促進(jìn)劑的優(yōu)化選擇 ［J］.煤炭加工與綜合利用，2009，23（5）：42-45.