王強(qiáng) 田蘇東 孫萬明 田利國
(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了困難，甚至個(gè)別高爐出現(xiàn)難行問題，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程及鎂鋁比問題進(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)高鋁爐渣所帶來的的透氣性劣化問題，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《鐵前用料采購標(biāo)準(zhǔn)以及讓步接收條件》從采購上確保原料穩(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?。確保無論是原料進(jìn)廠還是生產(chǎn)過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題第一時(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。
通過以上的管控措施永洋特鋼集團(tuán)煉鐵廠實(shí)現(xiàn)了長期低鎂鋁比冶煉和技術(shù)指標(biāo)的進(jìn)步一年來主要指標(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