李 磊，豆遠(yuǎn)波，王 宇，張志斌，高向洲

( 內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司煉鐵廠(chǎng)，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

摘 要: 包鋼 2 200 m³ 高爐在環(huán)保限產(chǎn)、燒結(jié)礦緊張的情況下，使用大比例球團(tuán)礦正在成為煉鐵爐料結(jié)構(gòu)發(fā)展的新趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)布料矩陣帶寬、中心焦量和料段排料順序、風(fēng)口直徑和長(zhǎng)度、爐缸熱量?jī)?chǔ)備、爐渣堿度的調(diào)整和控制，操作上積極應(yīng)對(duì)球團(tuán)比例增加后爐況出現(xiàn)的變化，高爐爐況保持了穩(wěn)定順行的局面，包鋼在2 200 m³ 級(jí)高爐上成功實(shí)現(xiàn)了大比例球團(tuán)礦的應(yīng)用，球團(tuán)礦比例最高達(dá)到 50% 。

關(guān)鍵詞: 大比例球團(tuán); 高爐; 節(jié)能降耗

合理的爐料結(jié)構(gòu)是高爐冶煉獲得優(yōu)質(zhì)、低耗、高效、長(zhǎng)壽、低成本鐵水的重要因素之一，以往我國(guó)高爐爐料結(jié)構(gòu)的組成中，燒結(jié)礦占比約 70% 以上，以高堿度燒結(jié)礦為主^［1］。在鋼鐵行業(yè)中，主要的污染環(huán)節(jié)為燒結(jié)工序，據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼鐵行業(yè)中 75. 97% 的SO₂、73. 09% 的 NO_x、55. 38% 的煙粉塵均來(lái)自于燒結(jié)工序。隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，燒結(jié)限產(chǎn)已成為常態(tài)，降低高爐爐料結(jié)構(gòu)中的燒結(jié)礦配比，增加球團(tuán)礦比例逐步成為我國(guó)煉鐵發(fā)展的新趨勢(shì)。發(fā)展大比例高品質(zhì)球團(tuán)礦為主的高爐爐料結(jié)構(gòu)不僅是包鋼綠色發(fā)展的需要，也是我國(guó)未來(lái)高爐煉鐵合理爐料結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)^［2］。目前，我國(guó)已有部分高爐實(shí)現(xiàn)了較高比例的球團(tuán)礦入爐。其中，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司高爐球團(tuán)礦的使用比例達(dá)到了57. 55% ，八鋼高爐球團(tuán)礦的使用比例高達(dá) 80%^［3］。 北美 25 座高爐中 13 座高爐使用 100% 球團(tuán)礦; 歐州瑞典 SSAB 廠(chǎng)高爐使用 100% 球團(tuán)礦; 亞州日本某高爐使用 70% 球團(tuán)礦^［4］。國(guó)際上大比例球團(tuán)礦生產(chǎn)實(shí) 踐 表 明，各種不同比例的球團(tuán)礦，甚至包括100% 球團(tuán)礦，均可達(dá)到在高爐冶煉條件下穩(wěn)定運(yùn)行。高爐配料正經(jīng)歷著從用塊礦代替球團(tuán)礦的模式向使用大比例球團(tuán)礦模式的轉(zhuǎn)變。

1 現(xiàn)狀

隨著環(huán)保形勢(shì)日益嚴(yán)峻，鋼鐵企業(yè)不得不尋求突破，相繼開(kāi)展高比例球團(tuán)爐料結(jié)構(gòu)的研究及實(shí)踐，以降低對(duì)燒結(jié)礦的依賴(lài)，謀求可持續(xù)發(fā)展空間。包鋼股份煉鐵廠(chǎng)燒結(jié)一部 2# 燒結(jié)機(jī)關(guān)停后，燒結(jié)礦不足，高爐需增加球團(tuán)礦配比。

公司通過(guò) 1# 、3# 、5# 高爐大比例球團(tuán)礦冶煉技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)高爐在 50% 球團(tuán)礦比例的條件下，酸性球團(tuán)礦與堿性球團(tuán)礦合理搭配，將熔劑配加量降到零，高爐實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善。

通過(guò) 2020 年 7 月份以來(lái)在 5# 高爐開(kāi)展的提高球團(tuán)礦比例冶煉試驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)，球團(tuán)礦比例達(dá)到了 50% ( 堿性球團(tuán)礦配比達(dá)到了 32% ，酸性球團(tuán)礦配比達(dá)到了 18% ) ，熔劑量控制到了最小。此次按照公司進(jìn)一步提高煉鐵廠(chǎng)煉鐵一部 1# 、3# 高爐球團(tuán)礦比例到 50% 的總體要求，煉鐵廠(chǎng)根據(jù)目前堿性球團(tuán)礦及酸性球團(tuán)礦的實(shí)際生產(chǎn)供應(yīng)量，結(jié)合 5# 高爐的提高球團(tuán)礦比例冶煉技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，計(jì)劃在 1# 高爐開(kāi)展提高球團(tuán)礦比例的冶煉試驗(yàn)。

由表 1 可知，過(guò)去幾年包鋼 2 200 m³ 爐料結(jié)構(gòu)還是以燒結(jié)礦為主，搭配部分酸性球團(tuán)礦和澳礦。

2 球團(tuán)礦的優(yōu)勢(shì)

球團(tuán)礦與燒結(jié)礦相比，具有品位高、氣孔率低、FeO 含量低、冷強(qiáng)度好、自然堆角小等特點(diǎn)，作為高爐煉鐵優(yōu)質(zhì)原料，球團(tuán)礦比燒結(jié)礦更能滿(mǎn)足高爐精料的要求。同時(shí)，球團(tuán)生產(chǎn)工序能耗較低，污染物排放量少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在鋼鐵企業(yè)中 SO₂ 的排放量球團(tuán)工序僅為燒結(jié)工序的 1 /8，NO_x 的排放量球團(tuán)工序僅為燒結(jié)工序的 1 /32，煙粉塵排放量球團(tuán)工序僅為燒結(jié)工序的 2 /11。燒結(jié)工序是鋼鐵生產(chǎn)中主要的廢氣污染源，所以綜合比較，球團(tuán)工序更符合鋼鐵綠色發(fā)展戰(zhàn)略的需要。

3 包鋼 2 200 m ³ 高爐原燃料條件

包鋼 2 200 m³ 高爐試驗(yàn)期間按時(shí)間段共分為四個(gè)階段，第一階段為 1 月 16 日至 1 月 30 日，第二階段為 1 月 31 日至 2 月 15 日，第三階段為 2 月 16日至 2 月 28 日，第四階段為 3 月 1 日至 3 月 15 日。

大比例球團(tuán)試驗(yàn)階段，高爐使用燒結(jié)一部燒結(jié)礦、西區(qū)堿性球團(tuán)礦、固陽(yáng)酸性球團(tuán)礦、自產(chǎn)焦。由表 2 可知，試驗(yàn)期間西區(qū)堿性球團(tuán)礦堿度波動(dòng)比較大，膨脹率、抗壓強(qiáng)度不是很穩(wěn)定。

由表 3 可知，試驗(yàn)期間固陽(yáng)酸性球團(tuán)礦 FeO 含量波動(dòng)比較大，呈逐步上升趨勢(shì)，膨脹率、抗壓強(qiáng)度不是很穩(wěn)定。

由表 4 可知，試驗(yàn)期間燒結(jié)礦成分整體穩(wěn)定，轉(zhuǎn) 鼓強(qiáng)度有變好的趨勢(shì)，為試驗(yàn)順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。

由表 5 可知，試驗(yàn)期間焦炭水分波動(dòng)幅度較大，且呈下降趨勢(shì)，焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度呈上升趨勢(shì)，總體趨勢(shì)看對(duì)試驗(yàn)的進(jìn)程是有利的。

由表 6 可 知，試驗(yàn)期間入爐自產(chǎn)礦比例由41. 76% 增加到 48. 66% ，球團(tuán)礦比例由 28% 增加到50% 。堿負(fù)荷處于穩(wěn)定下降趨勢(shì)，但是相比于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，含量依然偏高，尤其是堿金屬在高爐內(nèi)循環(huán)富集，對(duì)焦炭的強(qiáng)度有著嚴(yán)重的破壞作用，主要是會(huì)使焦炭的反應(yīng)性明顯增強(qiáng)，焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度將明顯降低，焦炭質(zhì)量惡化; 使球團(tuán)異常膨脹，引起嚴(yán)重粉化，惡化高爐料柱透氣性; 使燒結(jié)礦低溫還原粉化加劇，影響爐況順行。

4 高爐爐況的變化及操作技術(shù)調(diào)整

4． 1 高爐指標(biāo)變化

由表 7 數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，試驗(yàn)進(jìn)行到第二階段末期，球團(tuán)礦配比增加至 45% 時(shí)，煤氣利用率下降，負(fù)荷下降，全干熄焦條件下燃料比仍然偏高。雖然爐況整體處于可控狀態(tài)，但是為了保證順行，決定調(diào)整裝料制度，開(kāi)邊緣與中心氣流。

球團(tuán)礦比例 2 月 22 日達(dá)到 50% ，2 月 22 日—28 日酸性球團(tuán)比例由 17% 調(diào)整到 10% ，堿性球團(tuán)比例由 33% 調(diào)整到 40% ，期間逐步停止加灰石，由于堿性球團(tuán)礦堿度持續(xù)波動(dòng)大，球團(tuán)礦碎球偏多，抗壓指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，造成入爐粉末多。入爐自產(chǎn)礦比例由 41. 76% 調(diào)整到 48. 66% ，有害元素 Zn 負(fù)荷由 0. 557 kg /t 增加到 0. 933 kg /t，給高爐實(shí)際操作帶來(lái)困難，最終影響高爐產(chǎn)量水平。

4． 2 操作技術(shù)調(diào)整

4． 2． 1 送風(fēng)制度

由于球團(tuán)礦的自然堆角小，滾動(dòng)性好，易向高爐中心滾動(dòng)，在布料時(shí)隨著球團(tuán)礦比例的提高，會(huì)導(dǎo)致高爐中心負(fù)荷過(guò)重、氣流受阻，進(jìn)而抑制高爐中心氣流發(fā)展。為了降低球團(tuán)礦滾向中心對(duì)中心煤氣流的影響，隨著球團(tuán)礦比例的增加，在下部送風(fēng)制度上，包鋼 2 200 m³ 高爐通過(guò)調(diào)整壓力、壓差以及風(fēng)口直徑和長(zhǎng)度來(lái)促進(jìn)中心氣流發(fā)展、活躍爐缸。

4． 2． 2 裝料制度

試驗(yàn)初期，調(diào)整思路主要是找準(zhǔn)外環(huán)布料角度控制合適的邊緣氣流，通過(guò)減少中心焦量和增加中心環(huán)帶礦量( 充分利用次中心環(huán)帶截面積) 的手段適當(dāng)抑制中心氣流，同時(shí)利用整體環(huán)帶向中心平移，達(dá)到中心帶變窄，中心氣流聚而強(qiáng)，以達(dá)到改善煤氣利用的目的。但是為了減少球團(tuán)礦比例增加對(duì)中心氣流的影響，隨著球團(tuán)礦比例的不斷提高，對(duì)礦石和焦炭布料矩陣進(jìn)行了調(diào)整，通過(guò)布料平臺(tái)外移開(kāi)放中心氣流，以減少球團(tuán)礦對(duì)中心的抑制和向邊緣滾動(dòng)的幅度，布料矩陣調(diào)整見(jiàn)表 8。

裝料制度調(diào)整的目的是為了保高爐順行，改善指標(biāo)。前期球團(tuán)礦比例小于 45% ，調(diào)整矩陣帶寬，減少中心焦量，增加中心礦石量，改善煤氣利用，效果可以。

球團(tuán)礦比例達(dá)到 50% 后，裝料制度調(diào)整上抑制中心導(dǎo)致風(fēng)量減小，壓力高，穩(wěn)定性下降。以中心、邊緣疏導(dǎo)為主，保證中心、邊緣氣流穩(wěn)定，從效果看，爐況順行，但是冶煉強(qiáng)度下降，煤氣利用率、負(fù)荷下降，燃料比升高。

在調(diào)整裝料制度的同時(shí)，對(duì)槽下排料順序也進(jìn)行了調(diào)整，第一段燒結(jié)礦單獨(dú)排料 35 s，第二段球團(tuán)礦混燒結(jié)礦排料 85 s，第三段燒結(jié)礦單獨(dú)排料35 s，三段料基本達(dá)到無(wú)縫銜接，目的是料頭料尾都放燒結(jié)礦，料段中間燒結(jié)礦和球團(tuán)礦處于混裝的狀態(tài)，避免隨著球團(tuán)礦比例增加后球團(tuán)礦滾向中心，造成中心氣流減弱受阻，從而造成爐況波動(dòng)。

4． 2． 3 熱制度

為了活躍爐缸，制定了鐵水物理溫度和鐵水化學(xué)熱控制標(biāo)準(zhǔn)，鐵水物理溫度控制在( 1 500 ±10) ℃內(nèi)，鐵水 S 含量控制在 0. 40%0. 60% ，在實(shí)際生產(chǎn)中按上限控制。

4． 2． 4 造渣制度

為了能夠讓爐渣有良好的流動(dòng)性和脫硫能力，高爐爐渣的二元堿度控制在 1. 131. 18，生產(chǎn)過(guò)程中再根據(jù)入爐硫負(fù)荷變化情況及時(shí)對(duì)爐渣二元堿度進(jìn)行調(diào)整。

隨著環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，燒結(jié)機(jī)限產(chǎn)改造，焦炭結(jié)焦時(shí)間縮短，外部原燃料條件的惡化直接導(dǎo)致高爐穩(wěn)定性變差，降低了高爐煤氣利用率，高爐被迫降低焦炭負(fù)荷，焦比升高，焦炭帶入高爐中的硫增加，入爐硫負(fù)荷由 4. 44 kg /t 升高至 4. 90 kg /t。為了改善爐渣的脫硫能力，逐步提高爐渣堿度，爐渣堿度控在上限水平。

5 結(jié)論

( 1) 包鋼 2 200 m³ 高爐成功使用了球團(tuán)礦比例為 50% 的爐料結(jié)構(gòu)，證明發(fā)展大比例球團(tuán)礦為主的高爐爐料結(jié)構(gòu)是可行的。

( 2) 隨著球團(tuán)礦比例的提高，會(huì)導(dǎo)致高爐中心負(fù)荷過(guò)重和氣流不穩(wěn)，抑制高爐中心氣流發(fā)展，通過(guò)布料平臺(tái)外移、開(kāi)放中心氣流，可實(shí)現(xiàn)邊緣氣流和中心氣流的合理分布，保證爐況的穩(wěn)定順行。

( 3) 為了降低大比例球團(tuán)礦對(duì)煤氣流的影響，通過(guò)采取調(diào)整壓差及風(fēng)口尺寸的方式來(lái)促進(jìn)中心氣流發(fā)展，活躍爐缸。

( 4) 合理的熱制度，充足而穩(wěn)定的爐溫，是提高球團(tuán)礦比例時(shí)，高爐穩(wěn)定順行的保障。

( 5) 在原燃料條件惡化的情況下，高爐爐渣二 元堿度一般控制在 1. 131. 18，保證渣鐵流動(dòng)性和脫硫效果。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］ 周傳典． 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］． 北京: 冶金工業(yè)出版社，2005．

［2］ 許滿(mǎn)興，馮根生，祁成林． 論我國(guó)高爐爐料結(jié)構(gòu)的未來(lái)與高品質(zhì)球團(tuán)礦生產(chǎn)［N］． 世界金 屬導(dǎo)報(bào)，2019 － 12 － 03( B08) ．

［3］ 沈云． 八鋼 1 號(hào)高爐高比例球團(tuán)礦操作實(shí)踐［J］． 山西冶金，2010，33( 1) : 66 － 67．

［4］ 沙永志，馬丁·戈德斯，宋陽(yáng)升． 我國(guó)高爐使用高比例球團(tuán)礦的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性分析［J］． 煉鐵，2019，38( 6) : 1 － 5．