1 000 m3高炉高铝矿冶炼生产实践

2017-12-21赵洪雨姬光刚

山东冶金 2017年5期

关键词：配矿塞拉利昂炉况

赵洪雨，王辉，姬光刚

（山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东莱芜271104）

1 000 m3高炉高铝矿冶炼生产实践

赵洪雨，王辉，姬光刚

（山钢股份莱芜分公司炼铁厂，山东莱芜271104）

针对高铝炉渣难以熔化、黏度增大、流动性变差的缺点，通过改善并优化烧结配矿模型，改善配料结构、稳定炉料结构、改善焦炭质量、控制渣中镁铝比、控制渣比等优化并稳定高炉炉料结构，保证好渣铁热量，优化高炉上下部调剂等措施，提高烧结矿产量3%、转鼓指数0.4%的同时，使高炉适应了渣中铝提高对炉况的影响，保证了炉况的稳定顺行。

高炉；高铝矿；配矿；炉渣性能

1 前言

2013年，山钢股份莱芜分公司炼铁厂高炉配加塞拉利昂矿、高铝镍矿及印尼海砂等高铝经济矿粉作为降低生铁成本的重要手段，但是塞拉利昂矿、高铝镍矿及印尼海砂等矿粉中Al2O3含量高，而之前高炉一直坚持低铝冶炼的方式。2012年渣中铝含量仅为14.68%，在实际生产中渣中铝最高达到18.8%。塞拉利昂矿为块、粉混合矿，矿中块、粉比例波动较大，为降低成本，没有对塞拉利昂矿石进行分级和破碎，直接配加到烧结矿中使用；而塞拉利昂矿做为山钢自己的矿山资源，必然会长期使用。配加塞拉利昂矿后，渣相发生了较大变化，需要探讨适应目前高炉高铝渣冶炼的操作制度，适应渣中铝提高对炉况的影响，以确保炉况稳定顺行。

2 塞矿特点及其影响

塞矿的特点是低硅、高铝、高烧损，其成分组成如表1所示。

表1 塞拉利昂矿成分 %

Al2O3＜15%时为低铝渣，能够改善炉渣的稳定性，有利于高炉操作，但炉渣中Al2O3含量一般在16%左右，高Al2O3炉渣难以熔化，并且黏度增大，流动性变差，会产生以下负面影响：

1）高Al2O3炉渣的初渣堵塞炉料间的空隙，使料柱透气性变差，增加煤气通过时的阻力。同时，该炉渣在高炉内易在炉腹部位的炉墙结成炉瘤，引起炉料下降不顺，形成崩料、悬料，破坏冶炼进程。

2）由于高Al2O3炉渣过于黏稠，其终渣流动性差，不利于脱硫反应的扩散作用，脱硫效果变差。一般当Al2O3＞18%时，炉渣的脱硫能力大大降低。

3）高Al2O3炉渣终渣流动性差，容易堵塞炉缸，不宜从炉缸中流出，使炉缸壁结厚，缩小炉缸的体积，造成高炉操作上的困难。严重时还会引起风口的大量烧坏。

4）高炉炉渣中Al2O3含量在10%～15%时，有利于提高炉渣的稳定性，但当Al2O3含量继续升高时，炉渣的稳定性变差，炉温不足，其流动性急剧变差，不仅顺行不好，有时放渣出铁也会困难。当炉温不足时，极易引起炉缸炉温不足的渣铁堆积。

5）配加塞拉利昂矿后，渣中Al2O3又明显升高，导致炉渣黏度增大，流动性更差，引起炉墙粘结与炉缸堆积，直接影响高炉炉况。

配加塞拉利昂矿本身就是为了降低生铁成本，而以前没有高铝冶炼的经验，因此在配加塞拉利昂矿、高铝镍矿及印尼海砂等后，首先要采取优化改进措施以保证炉况的稳定顺行。

3 优化改进措施

3.1 优化烧结配矿技术

为保证高炉、烧结生产顺行，实现经济矿料结构优化目标，确保矿料成本受控和原料条件的稳定，根据当前生产实际情况，优化调整矿粉评价体系，建立科学合理的评价模型，及时动态分析评价不同时期各种矿石的性价比关系，进行单料种烧结性能试验，掌握料种烧结性能。

建立完善矿料结构配矿的混匀料配比模型，稳定主体料种的配加比例。主体料种配比按照105 m2烧结机50%以上，265 m2烧结机50%以上。烧结性能较好的主体料种纽曼、麦克、PB粉、巴粗等料种的使用比例根据每月性价比情况进行动态调整。

做好预知预控管理程序，本着“科学预测、定期调整”的原则，在混匀料堆封堆后，根据配比情况及时对新料堆成分和性能做出预测；混匀料换堆前，对新料堆的配矿情况、成分计算结果、新料堆化验成分等进行分析，指导换堆后的生产。

通过调整，烧结矿的冶金性能基本满足高炉顺行的需求，但是烧结矿的粒度明显要差于配加塞矿以前，其中5～10 mm比例上升3.64%，＜5 mm比例上升2.57%。烧结矿粒度及成分对比见表2。

表2 配加塞矿前后烧结矿粒度及成分对比

通过高炉的实际生产情况来看，烧结矿的粒度与性能可以满足高炉长期稳定顺行的要求。

3.2 改造风机，提高鼓风动能

银前风机长期因耐压能力受限严重制约高炉送风参数，体现高炉热风压力和风量受限，风机频繁因到达警戒线而给高炉减风降压，导致高炉送风制度不稳定。同时高炉因工艺和操作所需，要求提高冶炼强度，即提高风压和风量水平，迫切需要风机改造。

改造前冷风耐压能力上限为380 kPa，高炉侧热风压力上限370 kPa，实际供应风量2 350～2 400 m3/min。在正常生产中，风机工况点一旦距离防喘线很近时，需要给高炉减风来确保风机安全，严重影响高炉生产稳定。

改造后冷风耐压能力上限为420 kPa，高炉侧热风压力上限410 kPa，实际供应风量可以达到2 700 m3/min以上。在正常生产中，风机工况点接近防喘线概率大幅降低，因风机原因导致高炉减风的次数明显减少，同时风机在达到警戒线时，可以实现自动调整，保证了风机安全和高炉送风参数的稳定。

3.3 缩小进风面积，保证炉缸均匀活跃

由于各种因素的制约，高炉正常生产时为保证有足够的鼓风动能，一般采取堵风口的方式生产。但堵风口导致高炉圆周方向进风量偏差大，带来的弊端是高炉炉缸工作不均匀，高炉内煤气流不稳定和经常性的崩滑料，并且由于被堵风口无法喷煤，限制了煤比的提升。为此，保证风口全开，只是在原有风口小套内加风口衬套，以缩小高炉风口的进风面积，在不改变高炉风量的同时，达到提高鼓风动能的目的，以应对因渣中铝升高引起的渣铁流动性差的问题，活跃炉缸，保证炉缸工作的均匀性。

3.4 改进应用多环布料技术

要达到高炉长期稳定顺行，高炉应有较强的抗波动能力，送风制度与装料制度应相互匹配。改进前后料制如表3所示。

高炉鼓风动能提高后，中心下料速度变快，要适当扩大角差，增加布向中心的矿焦的数量，根据中心与边缘气流变化，调整中间矿石档的环数以保证气流的合理分布。

表3 改进前后料制对比

3.5 选择适宜的造渣制度

Al2O3含量升高后，对终渣性能影响较大，除在烧结过程中控制其含量外，在高炉生产中，通过调整造渣制度来适应目前高Al2O3渣的生产现状。

高炉顺行与炉渣的黏度密切相关。随着高炉冶炼原燃料的变化，尤其是大量使用高Al2O3含量的塞拉利昂矿，炉渣的流动性已成为影响高炉顺行的主要因素。同时，随着对生铁质量要求的进一步提高，高炉生产对炉渣的黏度相应地提出了更高的要求，即炉渣要有适宜的黏度或流动性。炉渣的黏度受诸多因素的影响，其中主要的因素是炉渣温度和炉渣的化学成分。在高炉生产条件下，炉温相对稳定时，炉渣黏度主要受其成分的影响。随着渣中Al2O3含量增加，炉渣黏度增高，但合理选择造渣制度，可以有效降低炉渣黏度。高炉炉渣主要由CaO-SiO2-MgO-Al2O3四元系组成，要保证炉渣具有良好的理化性能，就要调整它们的组成比例和存在状态。

3.5.1 炉渣碱度的确定

试验表明，随Al2O3量增加，矿相结构也稍有变化，硅酸盐玻璃质的量明显增多。通过生产实践来看，渣中Al2O3的量在16%～17%时，铁中硫磺在相同的范围内，终渣状态较低Al2O3时会发生较大变化，基本为玻璃渣。因此在实际生产中，须同时考虑碱度与生铁中硫含量。

在正常炉温水平下，炉渣碱度控制在1.15左右，铁中硫0.02%～0.03%，满足生铁质量要求。根据首钢试验结果，碱度在1.15、热量在1 500℃时，炉渣黏度最低，渣铁具有良好的流动性。保证渣铁有良好的热量，控制生铁[Si]含量下限0.3%左右。二区硫负荷稍低（4.5 kg/t），碱度在 1.1～1.15即可；老区硫负荷偏高，碱度控制值稍高些，在1.15～1.2。碱度的控制可以根据原燃料质量、炉况水平及生铁质量情况综合判断。

3.5.2 高炉渣中MgO含量的确定

生产实践证明，提高渣中MgO含量可以提高炉渣的脱硫能力，降低炉渣黏度。以当前炉渣碱度1.15～1.2进行分析，在此区间范围内，当炉渣熔化温度在1 500℃时，对应的（MgO）含量为15%，因此渣中（MgO）含量以不超过15%为宜。从等温线来看，在（MgO）含量低于 12%时，随着（MgO）含量的提高，炉渣的熔化性温度逐步降低；如果再增加（MgO）含量，炉渣的熔化性温度呈上升趋势。

增加（MgO）含量有两个途径：一是在烧结系统配加，烧结矿中MgO过高会使得烧结机的生产效率下降，烧结矿的机械强度下降，烧结配碳量上升，烧结工序能耗增加；二是在高炉系统配加，在高炉冶炼过程中，但过高提高（MgO）含量，不但增加渣比及工序能耗，同时也造成镁资源的浪费，还有可能使炉渣熔点大幅升高，造成炉渣在炉缸内不能完全熔化，反而加剧排渣的困难。据此把（MgO）含量上限定在12%。根据（Al2O3）含量为15%时的CaO-SiO2-MgOAl2O3四元渣系相图，炉渣的熔化温度低、稳定性好区域对应的（MgO）含量最低点为8%。因此，渣中（MgO）含量理论控制范围为8%～12%。

在目前铝负荷条件下，对炉渣成分要求如下：1）（MgO）含量达到 9.0%±0.5%；2）渣中 MgO/Al2O3按照 0.55～0.6 范围控制；3）3＞1.42。

3.6 保证适宜的炉温，保证渣铁热量

对于1 000 m3级的高炉，目前实际生产中炉渣中Al2O3含量一般高于16%，试验得知，热量较低时，炉渣黏度＞1 Pa·s，基本不符合高炉冶炼对炉渣黏度的要求。当渣温升至1 500℃时，炉渣黏度随渣中Al2O3含量的增加而升高的趋势放缓，即使Al2O3含量达到18%，仍可获得较低的炉渣黏度。可见，在实际生产中，要保证渣铁有良好的流动性，必须有足够的物理热。对于1 000 m3级的高炉渣铁物理热控制在1 500℃左右已足够，虽然提高渣铁温度后炉渣黏度降低，但从实践来看渣铁温度超过1 500℃后，实际炉温相对偏高，不利于燃耗的降低，同时影响铁水流动性。