高爐使用低品位高鉀原礦的生產實踐

楊  斌,妥建德

（酒鋼集團宏興股份公司鋼鐵研究院，甘肅,嘉峪關，735100）

摘  要：酒鋼煉鐵廠使用低品位髙鉀原礦冶煉，帶來高爐鉀負荷升高，鉀對焦炭粉化加劇，高爐為了保證順行，又要排堿，導致產量下降、燃料消耗升高等，使用這種低品位髙鉀礦對高爐四大操作制度影響較大，通過不斷優化各項操作制度，逐步探索完善了使用該礦的操作制度。

關鍵詞：高爐煉鐵；鐵原礦；操作參數

Theproduction practice of blast furmace usin glow grade high potassium ore

YANG Bin ,TUO Jian-de

(Iron and Steel Research Institute of Hongxing Iron & Steel Co. Ltd., Jiuquan Iron and Steel (Group) Corporation, Jiayuguan, Gansu, 735100)

Abstract: Plant of Jiuquan Iron and steel using low grade high potassium ore smelting, bring blast loads of sulfur and iron potassium sulfur increased, blast furnace in order to ensure the quality of molten iron, but also the alkali, resulting in yield and decreasing fuel consumption rise higher, use the low grade and high potassium ore of blast furnace four big operating system effects of larger, through continuous optimization of the operating system, and gradually explore perfected the use of the mine operation system.

Key words: Blast furnace；iron ore；Operating parameters

1  前  言

近幾年的鋼鐵市場形勢，決定了高爐冶煉逐步以使用低品位含雜質高的塊礦代替高價的球團礦，酒鋼周邊的原礦含有害元素較高，特別是含鉀、硫，原礦直接入爐，對高爐爐況影響較大，現對原礦的化學成分檢測和冶金性能進行檢測，滿足高爐使用條件后，在高爐使用，使用過程進行跟蹤，不斷完善操作規程。

2  低品位髙鉀原礦和寶山塊礦質量和冶金性能對比

通過對低品位髙鉀原礦取樣進行化驗和冶金性能實驗進行對比，具體見表1。

表1  低品位髙鉀原礦和寶山塊礦質量對比情況

從表1看出，低品位髙鉀原礦品位（39.98%）比寶山塊礦低15.15%，替代寶山塊礦后，影響高爐入爐品位；原礦中含SiO2（23.67%）高，堿度1.29/23.67=0.054倍比寶山塊礦堿度2.1/13.08=0.16倍低，有利于平衡高爐爐渣堿度，減少高爐硅石使用量；原礦中含硫（0.676%）比寶山塊礦高0.586%，影響高爐鐵水質量；原礦中含鉀（0.668%）比寶山塊礦高0.228%，鉀帶入高爐后對焦炭粉化增加，破壞焦炭在高爐內骨架。

表2  低品位髙鉀原礦和寶山塊礦冶金性能

從表2看出，低品位髙鉀原礦粉化指數（85.85%）比寶山塊礦低6.22%，影響高爐透氣；低品位髙鉀原礦還原度（95.93%）比寶山塊礦高29.23%，有利高爐直接還原，降低燃料比；原礦700℃爆裂率0.27%，和寶山塊礦一樣均處于極低水平，有利于改善高爐上部透氣性。

3  酒鋼450m³高爐使用前后爐料結構變化及指標的影響

3.1  使用寶山塊礦和低品髙鉀原礦爐料結構變化情況

高爐使用寶山塊礦的爐料結構和堿金屬及硫負荷情況，配加低品位髙鉀原礦后，高爐爐料結構發生較大變化，料種多，對高爐影響因素增多，使用低品位髙鉀原礦爐料結構發生變化情況，具體見表3。

表3  高爐爐料結構和鐵料成本變化情況

備注：參考價格--低品位髙鉀原礦145元/噸，寶山塊礦399.51 元/噸。

從表3看出高爐入爐品位下降0.96%、鉀負荷升高0.63kg/t、鈉負荷降低0.06kg/t、鋅負荷升高0.01kg/t、硫負荷升高1.35kg/t，高爐減少硅石使用，對高爐調劑帶來好處，原礦替代高價塊礦帶來高爐鐵料成本降低了33.059元/噸。

3.2 高爐使用低品位髙鉀原礦帶入的硫和鉀情況

高爐配加10%的低品位髙鉀原礦后，高爐的硫負荷和鉀負荷大幅度升高，見圖1和圖2。

由于原料的質量下降導致帶入高爐內的有害元素升高。尤其是K含量的升高，高爐鉀負荷由5.44kg/t升高至6.07kg/t，升高了0.34kg/t，鉀對爐內焦炭粉化比鈉較大，影響焦炭的骨架。K主要是以硅酸鹽（k₂SiO₃）的形態存在于爐料中，當爐料下到高溫區或爐缸時，k₂SiO₃將進行以下反應：

2k₂SiO₃+2C=4K↑+2SiO₂+2CO↑    ①

4K↑+2SiO₂+2FeO=2k₂SiO₃+2Fe    ②

由式（1）可知，產生的鉀蒸汽隨煤氣上升，到中溫區與渣中FeO和SiO₂反應又生產成k₂SiO₃，反應式（2）的產物k₂SiO₃和鐵（Fe）被下降的爐料所吸收，因而使下降爐料中K₂O含量增加，并且又隨同爐料下降到高溫區，鉀含量高的爐料中的爐料的k₂SiO₃，下到高溫區后，又被還原成鉀蒸汽，再次隨煤氣流上升到中溫，又與下降過程含大量FeO與SiO₂的爐料相遇，鉀蒸汽與SiO₂將生產更多的硅酸鉀，硅酸鉀再次隨著爐料下降到高溫區，不斷下降上升與氣化吸收，不斷循環之后，爐料中K₂O含量在爐內不斷增加，最終導致爐料與煤氣中K₂O含量增加，惡化爐料透氣性，容易導致高爐崩料、滑尺、懸料，嚴重時導致高爐結厚和結瘤，對爐況生產嚴重影響 ^[1]。

從圖1和圖2看出，高爐入爐鉀原礦占23.3%、燒結礦占68.4%、球團礦占8.2%，原礦含硫較高占入爐料51.3%、燒結礦占47.8%、球團礦占0.9%。

4  高爐使用低品位髙鉀原礦前后各項指標對比分析

4.1 使用低品位髙鉀原礦前后高爐各項指標變化情況。

配加低品位高爐原礦后，各項參數變化，具體見表4。

表4  高爐使用低品位髙鉀原礦指標變化情況

從表4看出，使用低品位髙鉀原礦期間，爐溫控制比使用前高0.08%，爐渣堿度控制偏大0.03倍，高爐風量回縮19m³/min，鼓風動能降低0.75 kJ/s，產量下降58噸/日，煤氣利用下降1%，高爐燃料比升高12kg/t。

4.2高爐爐況分析

圖3  高爐使用原礦的風量和爐溫變化趨勢

從圖3看出，高爐使用低品位高鉀期間，高爐風量波動最大1208m³/min、最小1177m³/min，爐溫波動最高1.06%、最小0.86%。原因分析：①高爐的鉀負荷升高（0.63kg/t），對焦炭粉化加劇，焦炭在高爐沒有起到骨架作用；②入爐品位降低，高爐渣量升高（26t），渣子密度小，占爐缸體積增大，影響高爐透氣性；③入爐硫負荷升高（1.35kg/t），高爐保證鐵水質量，爐溫控制偏高（0.94%）；④使用原礦前期，工長操作和對爐況變化掌控不好，煤量調節幅度較大，在爐溫上返時，風量回縮。

4.3高爐熱制度變化

從表3看出，高爐入爐硫負荷升高1.35kg/t，為保證鐵水質量，爐溫控制比配加寶山塊礦高0.08%，鐵水穩定制度高7℃，風溫維持在1200℃以上，爐缸熱量升高，爐內渣鐵體積膨脹，軟熔帶上移，影響高爐透氣性和風量及渣鐵流動性。

4.4 高爐爐渣性能變化

高爐使用低品位髙鉀原礦后，高爐硫負荷升高了1.35kg/t，為保證鐵水質量，爐溫控制偏高（0.94%），渣鐵流動性變差，軟熔帶變寬，影響高爐透氣性指數，風量回縮（由1208m³/min回縮至1189m³/min），鼓風動能降低（由44.87kJ/s降低至43.66kJ/s），吹不透中心，容易造成爐缸堆積，破壞高爐順行。

高爐綜合品位降低、渣比升高使滴落帶中渣占焦炭中氣孔，造成渣液在焦炭縫隙中的滯留量增加，影響高爐的透氣性，爐內風量回縮，中下壓差升高，容易形成液泛增多、下部懸料、滑尺^[2]。

4.5高爐煤氣利用下降分析

高爐使用低品位髙鉀原礦后，高爐鉀負荷升高，鉀對焦炭粉化加劇，將高爐焦炭負荷調輕（焦炭負荷由4.2kg/t調輕至4.1kg/t），噴吹煤量下降后，煤比降低2kg/t，高爐加入的礦石和焦炭的冶金物理性能都不同程度下降，爐缸死料柱加大，高爐初始煤氣流發生變化，煤氣利用率下降（40%下降至39%），爐缸的透氣性、透液性降低后，爐缸活躍性下降，燃燒帶縮短，爐缸中心溫度降低，導致初始煤氣分布變化，導致煤氣利用下降，影響高爐燃料比升高（576kg/t升高至588kg/t）。

5  采取措施

5.1高爐使用低品高鉀原礦后，高爐鉀負荷升高，鉀對焦炭粉化加劇，影響高爐爐況穩定順行，通過調整裝料制度，裝料制度由〔a=35°（3）33°（3）31°（3）29°（2）；j=35°（2）33°（2）31°（2）29°（3）27°（2）〕調整為：〔a=35°（2）33°（3）31°（3）29°（2）；j=35°（3）33°（2）31°（2）29°（2）27°（3）〕，在低品位冶煉條件下，打通中心氣流顯得尤為重要。適當的邊緣發展中心煤氣流，爐缸中心熱量充足、活躍爐缸，焦炭負荷由4.2倍調輕至4.1倍，一方面是增加焦炭在高爐起到骨架作用；另一方面是改善高爐的透氣性。確保高爐爐況穩定順行^[3]。

5.2  穩定熱制度，高爐熱制度變化反映高爐爐缸的工作狀況，爐缸熱量充足是保證高爐爐況穩定的重要手段，作業區規定：①鐵水溫度控制大于1470℃，爐溫由0.0.70%～1.0%；②高爐低品位大渣量冶煉，爐內軟熔帶上移，高爐透氣性指數下降，再加出鐵期間大渣量帶走的熱量大大增加，高爐的風溫維持在1200℃以上，限制煤比不超過120kg/t，減少煤粉不完全燃燒，影響高爐透氣性，理論燃燒溫度控制在2280℃～2350℃，確保爐缸熱量充足，提高爐脫硫能力；③工長調劑煤量由原來每次加煤500kg/h調整為300kg/h，避免爐溫大起大落，確保爐溫穩定。

5.3 合理的造渣制度。在造渣制度方面，針對高爐原燃料條件和渣鐵流動性變差，在保證鐵水質量的前提下，適當降低爐渣堿度適當調整由1.09倍調整1.07倍，作業區規定：二在堿度調整上，根據出爐渣堿度與上倉原料堿度分析相結合的方式進行調整，穩定堿度。隨時跟蹤爐渣里的鎂鋁比，鎂鋁比達到0.8，保持爐渣既具有良好的脫硫性能，又具有良好的流動性和有利高爐排堿^[4]。

5.4 加強爐前出鐵管理。高爐入爐品位降低后，爐渣量明顯增加，尤其是爐前出鐵極其重要，避免因排渣鐵不及時、排不凈，造成高爐憋風，影響爐況穩定順行，加強鐵口維護，確保泥套的完整，穩定打泥量，統一打泥量，維持合適的鐵口深度，保證鐵口合格率。穩定炮泥質量則是維護好鐵口和出凈渣鐵的關鍵。嚴禁悶炮，采用二次鉆口，防止潮鐵口出鐵，杜絕鐵口大噴濺，鐵口深度由1.8m～2.0m提高至1.9m～2.1m，一方面保證出鐵時間，爐內渣鐵排盡；另一方面減少爐渣對鐵口沖刷，有利高爐長壽。提高出鐵正點率，為及時排盡渣鐵和堿金屬，出鐵間隔時間由45分鐘調整為20分鐘，出鐵時間由原來的60min延長至90min，爐內沒有出現大幅度憋風，爐溫和風量相對穩定^[5]。

6  結  論

低品位髙鉀原礦的物理化學性能均較差，有害元素含量高，在生產過程中礦耗較高，燃料消耗增加，產量降低，但是生鐵鐵料成本也隨之降低較多（33.05元/t）。

6.1高爐使用原礦前，必須對原礦的化學成分檢測和冶金性實驗，滿足高爐入爐標準和高爐技術人員制定原礦入爐措施后，方可入爐，使用過程隨時跟蹤，出現問題及時調整。

6.2高爐鉀、硫負荷升高，高爐爐溫控制偏高，爐缸熱量充足，爐渣堿度控制偏低，一方面保證高爐脫硫效果，另一方面保證高爐排堿，避免鉀富集對焦炭粉化，影響高爐透氣性。

6.3高爐調劑時，要多看少動，對癥下藥，在調劑一次到位，避免因頻繁調整裝料制度，造成爐內煤氣分別發生變化，影響高爐爐況穩定。

6.4高爐使用原礦期間，加強對爐前出鐵和設備管理，不能因鐵口出鐵不正常和設備故障，造成爐內憋風和高爐非計劃休風，影響高爐爐況順行。

參考文獻

[1] 周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊.北京:冶金工業出版社,2008.3.5。

[2] 宋建成,高爐煉鐵理論與操作.北京:冶金.

[3] 李淼.李曉東. 昆鋼2500m³高爐低品位冶煉操作實踐；全國大高爐煉鐵學術年會論文集.

[4] 張壽榮,于仲潔.高爐失常與事故處理.北京:冶金工業出版社,2013.

[5] 李信平,劉鑫.大高爐低品位操作實踐:煉鐵學術論.