自產(chǎn)含鈦球團(tuán)冶金性能及護(hù)爐實(shí)踐

馬澤軍，武建龍，陳輝，王偉，梁海龍，孫健

（首鋼技術(shù)研究院，北京，10043）

摘要

通過使用鈦資源維護(hù)爐底、解決爐缸危機(jī)從而延長高爐使用壽命已經(jīng)得到了廣大煉鐵人員的認(rèn)可，且護(hù)爐理念也逐步演變?yōu)槌�態(tài)化護(hù)爐。為了解決鈦資源價(jià)格日趨升高帶來護(hù)爐成本升高，以及鈦資源種類繁多品質(zhì)不一帶來高爐難適應(yīng)的問題，開發(fā)了一種通過在球團(tuán)生產(chǎn)過程中添加鈦精粉的自產(chǎn)鈦球。與國內(nèi)常用幾種鈦資源相比，自產(chǎn)鈦球冶金性能優(yōu)異，且投入使用后對于爐缸高溫點(diǎn)控制有著非常明顯效果。

關(guān)鍵詞：爐缸側(cè)壁溫度高；加鈦?zhàn)o(hù)爐；高爐長壽

Metallurgical Properties and Furnace Protection Practice of Self Produced Titanium Pellets

MA Zejun，WU Jianlong，CHEN Hui，WANG Wei, LIANG Hailong，SUN Jian

（Shougang Research Institute of Technology，Beijing 100041，China）

Abstract:

In recent years, with the increase of the intensity of the blast furnace, the issues of the hearth burn occurs and blast furnace sidewall temperature rapid rise increased significantly. In order to solve the problem that the price of titanium resources is increasing, the cost of furnace is raised, and the variety of titanium resources and the difficulty of adapting the blast furnace with different quality, we developed a titanium ball produced by adding titanium powder in the process of pelletizing production. Compared with the commonly used titanium resources in China, the self made titanium ball has excellent metallurgical properties, and has a very obvious effect on the control of the high temperature point of the hearth.

Key Word: high temperature of the hearth sidewall; titanium furnace protection; BF longevity

1.前言

通過使用鈦資源維護(hù)爐底、解決爐缸危機(jī)從而延長高爐使用壽命已經(jīng)得到了廣大煉鐵人員的認(rèn)可[1,2]，已成為高爐生產(chǎn)中維護(hù)爐缸的一項(xiàng)主要措施。面對發(fā)生爐缸高溫點(diǎn)出現(xiàn)問題的高爐，常用措施主要有提高冷卻強(qiáng)度、控制冶煉強(qiáng)度、加鈦?zhàn)o(hù)爐和堵風(fēng)口休風(fēng)等[3]。然而隨著國內(nèi)出現(xiàn)爐缸溫度升高的高爐越來越多，優(yōu)質(zhì)的鈦資源愈發(fā)緊缺，一方面導(dǎo)致價(jià)格猛增護(hù)爐成本愈發(fā)升高，另一方面品質(zhì)參差不齊的鈦資源使得高爐難以適應(yīng)導(dǎo)致爐況波動惡化。

2.自產(chǎn)鈦球冶金性能分析

以國內(nèi)某大型高爐為例，近些年常用鈦資源類型有外購鈦資源C鈦球、J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦及自主研發(fā)的自產(chǎn)鈦球（后文簡稱為Z鈦球），并在后期主要以Z鈦球?yàn)橹鳌Ｒ陨衔宸N常用鈦資源成分及還原性能如表 2.1所示。

表 2.1常用護(hù)爐鈦資源成分及還原度

由表 2.1可以看出，C鈦球、J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦中含TiO₂量較高，鐵品位偏低，屬于專用護(hù)爐用鈦料，使用時(shí)難免降低綜合入爐品位加大渣量。而Z鈦球TiO₂含量偏低，但鐵品位卻遠(yuǎn)超其它幾種專用護(hù)爐鈦料，大量使用也不會對綜合品位產(chǎn)生影響。

如圖 2.1所示，為不同類型鈦資源還原度。從還原度來看，Z鈦球還原度位居首榜達(dá)80.58%，而C鈦球還原度次之為65.92%，其它J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦還原度依次降低為58.84%、52.14%、49.85%。

以國內(nèi)某大型高爐目前爐料結(jié)構(gòu)為例，對不同類型鈦資源進(jìn)行熔滴性能實(shí)驗(yàn)研究，所用爐料結(jié)構(gòu)配比如表2.2所示。

表2.2 料綜合冶金性能試驗(yàn)結(jié)構(gòu)配比

其中方案1采用的是目前大型高爐常用的爐料結(jié)構(gòu)，采用的鈦資源為G鈦礦，比例占3%。方案2-4為高爐常用其他含鈦爐：D鈦礦和J鈦礦C鈦球，采用比例仍為3%。方案5為Z鈦球替代所有普通球及鈦資源后，爐料結(jié)構(gòu)冶金性能的考察。

表2.3為綜合爐料熔滴性能試驗(yàn)結(jié)果。

表2.3 綜合爐料熔滴試驗(yàn)結(jié)果

如圖2.2所示，為綜合爐料熔滴性能總體特征值S，它可以綜合考慮熔滴區(qū)間寬度與料柱透氣性之間的關(guān)系，是綜合評價(jià)爐料性能的一個指標(biāo)，其值越低表示爐料熔滴性能越好。

由圖2.2可以非常明顯得出，使用鈦塊礦資源的綜合爐料其S值都處于較高水平，均在120以上；相反，使用熟料鈦資源的爐料結(jié)構(gòu)其S值都處于較低水平，其中使用C鈦球的爐料結(jié)構(gòu)S值在40左右，而使用Z鈦球的爐料結(jié)構(gòu)其S值僅僅為13。

3.使用自產(chǎn)鈦球護(hù)爐實(shí)踐

以國內(nèi)某大型高爐的高溫點(diǎn)為例，闡述其高溫點(diǎn)變化情況以及使用自產(chǎn)鈦球以后爐缸高溫點(diǎn)變化情況。如圖2.3所示，為國內(nèi)某大型高爐常出現(xiàn)的高溫點(diǎn)變化以及不同時(shí)期所用鈦資源情況。

由圖2.3可以看出此高溫點(diǎn)自2012年9月開始至今，存在著上下波動起伏現(xiàn)象。

以2014年為分界線，此高溫點(diǎn)變化可以明顯分為兩個階段：

第一階段為2014年之前，為高溫點(diǎn)劇烈爆發(fā)期，其主要特點(diǎn)為：

①熱電偶所測溫度峰值越來越高，由開始的248℃上升至將近400℃，爐缸側(cè)壁侵蝕現(xiàn)象愈加嚴(yán)重；

②高溫點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間間隔越來越短，由開始的139天逐步降低至30天，甚至于后來的連續(xù)性爆發(fā)；

③高溫點(diǎn)爬升越來越迅速，直接在一到兩天內(nèi)攀升至最高溫度，給提前實(shí)施控制手段預(yù)留時(shí)間越來越少，給實(shí)際操作帶來較大困難。

在這個階段，如圖所示的A、B兩個階段并未采取加鈦?zhàn)o(hù)爐措施，而是采取了加強(qiáng)冷卻和控制冶煉強(qiáng)度方面進(jìn)行控制；而當(dāng)處于C點(diǎn)高溫時(shí)，溫度愈發(fā)不可控制，首次加入了“加鈦?zhàn)o(hù)爐”方式進(jìn)行護(hù)爐，并且由高溫點(diǎn)快速下降來看效果較好。但是在停用鈦礦后，不到兩個月時(shí)間此點(diǎn)溫度再次攀升。

第二階段為進(jìn)入2014年之后，為補(bǔ)爐護(hù)爐期，其主要特點(diǎn)為：

①在進(jìn)入2014年后轉(zhuǎn)變了護(hù)爐理念，在如圖7所示E點(diǎn)處開始長期加鈦?zhàn)o(hù)爐生產(chǎn)。雖然高溫點(diǎn)并未恢復(fù)到正常水平，但其峰值溫度明顯下降；

②投入自主研發(fā)的自產(chǎn)鈦球，基礎(chǔ)爐料球團(tuán)中的TiO2含量可達(dá)1.2%水平，使得基礎(chǔ)的生產(chǎn)爐料具有護(hù)爐效果，常態(tài)化護(hù)爐理念得以更好實(shí)施。從圖2.3可以看出，高溫點(diǎn)明顯下降，由300℃下降至50℃左右，且后續(xù)保持良好狀態(tài)。

為此認(rèn)為，加鈦?zhàn)o(hù)爐有利于降低爐缸側(cè)壁高溫現(xiàn)象，但如果想要長期維持較好爐缸狀態(tài)，就必須要轉(zhuǎn)變護(hù)爐理念，常態(tài)化的加鈦?zhàn)o(hù)爐，使得爐缸內(nèi)鈦處于動態(tài)平衡當(dāng)中，時(shí)時(shí)刻刻護(hù)爐。

在爐內(nèi)加入鈦資源護(hù)爐，主要起作用的為析出的粘附在爐缸側(cè)壁的含Ti物質(zhì)[4]。為此，直接考察不同類型鈦資源護(hù)爐效果指標(biāo)為殘留在爐內(nèi)的TiO2量，主要是由入爐的總鈦量減去由渣、鐵所帶出去的鈦量。為此，提出了噸鐵殘留爐內(nèi)TiO2量的指標(biāo)，經(jīng)過計(jì)算，噸鐵爐缸殘留的TiO2量如圖2.4所示。

如圖2.4所示，為不同鈦負(fù)荷、鈦資源類型下噸鐵爐缸殘留鈦量的變化。綜合而言，低鈦負(fù)荷條件下爐缸內(nèi)殘留鈦量較少，護(hù)爐效果較差，而在高鈦負(fù)荷條件下殘留在爐缸內(nèi)鈦量增加有利于護(hù)爐。噸鐵爐缸內(nèi)殘留鈦越多，護(hù)爐效果越好，在相同鈦負(fù)荷條件下鈦資源利用率也就越高。綜合以上分析，可以得出，在相同鈦負(fù)荷條件下，護(hù)爐效果好利用率高的鈦資源由高到低依次為：Z鈦球、C鈦球、J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦。

4.結(jié)論

本文對比了自產(chǎn)鈦球與國內(nèi)常用幾種護(hù)爐料冶金性能，并以國內(nèi)某大型高爐為例對使用不同類型鈦資源時(shí)候爐缸高溫點(diǎn)情況進(jìn)行對比，得出結(jié)論如下：

（1）自產(chǎn)鈦球還原性能、熔滴性能均優(yōu)于國內(nèi)市場上常見的幾種鈦資源，雖其TiO2含量偏低，但鐵品位卻遠(yuǎn)超其它幾種專用護(hù)爐鈦料，大量使用也不會對綜合品位產(chǎn)生影響。

（2）通過對國內(nèi)某大型高爐高溫點(diǎn)現(xiàn)象分析及加鈦?zhàn)o(hù)爐理念轉(zhuǎn)變得出，依靠短時(shí)期加鈦?zhàn)o(hù)爐雖然可以快速控制側(cè)壁溫度但維持時(shí)間不長容易反復(fù)，而采用常態(tài)化加鈦?zhàn)o(hù)爐則可以長期有效對爐缸高溫點(diǎn)進(jìn)行控制。

（3）自產(chǎn)鈦球投入使用后，在相同鈦負(fù)荷下其殘留在爐缸內(nèi)鈦量最多，護(hù)爐效率最好，且從爐缸側(cè)壁高溫點(diǎn)持續(xù)降低并保持穩(wěn)定也表現(xiàn)了自產(chǎn)鈦球護(hù)爐的良好效果。

5.參考文獻(xiàn)

[1]湯清華.高爐爐缸爐底燒穿事故分析及解決對策[J].鞍鋼技術(shù), 2012，375(3)：1-6.

[2] 張賀順，馬洪斌，任健. 首鋼高爐使用承德球團(tuán)礦護(hù)爐的研究[J]. 鋼鐵研究，2010, 38 (4): 5-8.

[3]霍吉祥，黃俊杰.首鋼京唐2號高爐護(hù)爐措施 [J].煉鐵, 2013，32(3)：14-16.

[4] 李楊，程樹森，蔡皓宇. 高爐內(nèi)Ti（C,N）生成的熱力學(xué)分析[J]. 鋼鐵研究，2013, 41(5): 14-18.