萊鋼1080m3高爐排堿操作研究

王慶會

萊鋼1080m3高爐排堿操作研究

王慶會

文章介紹了萊鋼1號1080m3高爐Zn元素及堿金屬富集爐況表現(xiàn)，通過分析，探索了高爐排堿操作制度，并對排堿過程進行跟蹤和歸納排堿結(jié)果，得出了在保證渣鐵熱量的前提下，降低爐渣堿度，控制合適爐溫，可以提高排堿效率，為同類型相關(guān)操作提供了借鑒案例。

高爐 堿金屬 爐渣堿度

1.前言

受鋼鐵產(chǎn)能過剩影響，鋼鐵企業(yè)利潤空間越來越小。為降低高爐生產(chǎn)成本，萊鋼高爐被迫配加部分經(jīng)濟礦來拉低高爐礦料成本。但是受經(jīng)濟料成分復(fù)雜和堿金屬含量高等特點影響，高爐操作難度越來越大，高爐出現(xiàn)Zn元素及堿金屬等有害元素富集問題嚴(yán)重，影響了高爐順行和各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)。

有害元素富集危害加劇C02對焦炭的氣化反應(yīng)，焦炭破損嚴(yán)重；縮小了間接還原區(qū)，擴大直接還原區(qū)，進而引起焦比升高；軟熔溫度降低，料柱透氣性，特別是軟熔帶氣窗的透氣性變差，引起風(fēng)口大量破損；加劇球團礦災(zāi)難性的膨脹和多數(shù)燒結(jié)礦中溫還原粉化，使氣流分布失常；引起高爐料柱透氣性惡化，壓差梯度升高，如不適當(dāng)控制冶煉強度，容易頻繁地引起高爐崩、懸料乃至結(jié)瘤；另外堿金屬引起硅鋁質(zhì)耐火材料異常膨脹、熱面剝落和嚴(yán)重侵蝕，從而大大縮短了高爐內(nèi)襯壽命，嚴(yán)重時還會脹裂爐缸、爐底鋼殼。

2.排堿前期爐況表現(xiàn)及指標(biāo)情況

2.1 爐況表現(xiàn)

2008年6月，萊鋼1號1080m3高爐大修開爐后順行程度良好，但自2015年高爐配吃國內(nèi)經(jīng)濟料種后，高爐順行程度下降，高爐經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)逐步下降。見表1。

表1 2016年2月與11月高爐指標(biāo)對比情況

表2 風(fēng)口噴出物成分表 %

從表上可以看出，1號高爐11月份與2月份相比，高爐生產(chǎn)指標(biāo)相差較大，產(chǎn)量大幅下降，燃料消耗大幅上升。主要表現(xiàn)為風(fēng)壓波動大，壓量關(guān)系緊張，料柱透氣性差，煤氣利用不穩(wěn)定，風(fēng)量維持困難，探尺下料不均勻，崩塌料頻繁。爐缸工作狀態(tài)不易恢復(fù)，爐缸中心點溫度上下反復(fù)，爐缸熱量儲備一直較差，中心氣流不穩(wěn)定，渣皮穩(wěn)定性差，煤氣流分布紊亂。處理爐況過程中，兩次被迫堵風(fēng)口恢復(fù)爐況。焦比被迫退守400kg/tfe，燃料消耗上升到553kg/tfe，產(chǎn)量大幅下降，生產(chǎn)成本大幅上升。高爐抗波動能力差，難以保持長期穩(wěn)定順行和指標(biāo)優(yōu)化。

由于有害元素富集嚴(yán)重，導(dǎo)致風(fēng)口中套小套變形，風(fēng)口跑風(fēng)嚴(yán)重。高爐休風(fēng)更換小套過程中，風(fēng)口常流出銀白色液體和粉末。甚至正常生產(chǎn)過程中中套與大套間隙噴出銀白色液態(tài)金屬。經(jīng)化驗得出風(fēng)口噴出物成份，見表2。

由分析得出，風(fēng)口區(qū)域鋅元素，堿金屬等有害元素富集嚴(yán)重，嚴(yán)重影響風(fēng)口區(qū)域工作狀態(tài)，風(fēng)口頻繁損壞。2015年1號高爐前6個月風(fēng)口無異常損壞情況，而進入四季度后，風(fēng)口開始頻繁損壞，影響高爐順行。

2.2 堿金屬及鋅富集原因分析

入爐堿金屬主要靠堿金屬硅酸鹽隨爐渣排出爐外，其余部分主要沉積在爐料，到達高溫區(qū)后再揮發(fā)，隨著向上的煤氣流又沉積在低溫區(qū)的爐料中。此過程不斷循環(huán)往復(fù)，最終導(dǎo)致堿金屬富集。Zn的排出主要依靠Zn蒸氣隨著煤氣一起上升，從爐頂溢出爐外，在爐內(nèi)的循環(huán)富集與堿金屬類似。只是從爐頂排出的zn進入瓦斯灰和除塵灰，參與燒結(jié)礦的配料，又形成一個爐外的Zn循環(huán)。

燒結(jié)礦帶入的堿金屬負荷占全部原料帶入堿金屬的60%左右。近期燒結(jié)混勻料配比，其中雜礦一項代表回收塵灰類，其比例一直較高，是引起高爐堿金屬及鋅富集嚴(yán)重的重要原因。見表3。

表3 高爐配料成分列表 %

圖1 排堿操作前高爐有害元素排出率折線圖 %

由圖1看出，排堿操作之前高爐有害元素大部分時間處于富集狀態(tài)，尤其是鋅元素一直處于富集狀態(tài)。因此，高爐原料有害元素負荷一直較高，加上高爐有害元素排出比例低于進入量，由此導(dǎo)致高爐有害元素不斷富集，進而影響爐況順行及指標(biāo)提升。

3.排堿操作制度

3.1 送風(fēng)制度

高爐排堿期間，高爐維持正常送風(fēng)制度，出現(xiàn)渣皮大幅度滑落、連續(xù)低爐溫、連續(xù)物理熱低于1480℃，要減風(fēng)控制。

3.2 熱制度

鐵水物理熱＞1480℃；

鐵水硅含量0.6—0.8%，硅含量服從物理熱，連續(xù)物理熱不能滿足要求時，提高鐵水含硅量。

風(fēng)溫、富氧平衡火焰溫度在正常控制水平。

3.3 造渣制度

（1）配料爐渣堿度分兩步調(diào)整：

第一步：生鐵硅含量較正常提高0.2%，配料堿度降低0.025%。

第二部：生鐵硅含量較正常提高0.4%，配料堿度較正常降低0.06%。

（2）兩次調(diào)整間隔要達到一個冶煉周期以上，在爐溫、物理熱生鐵質(zhì)量合格的情況下，進行下一次調(diào)整。

在排堿期間，鐵水含硫量控制在0.060%以內(nèi)，盡量不要出現(xiàn)號外鐵。生鐵質(zhì)量不能保證時，首先靠進一步提高爐溫來平衡，生鐵硫含量低于0.03%時，可進一步降低生鐵硅含量控制。

3.4 裝料制度

排堿期間，保證中心氣流，兼顧邊緣氣流，裝料制度逐步做出調(diào)整。

通過操作制度的調(diào)整，即保證中心氣流，又可保證一定的邊緣氣流，保證爐況穩(wěn)定順行。

3.5 負荷調(diào)整

排堿期間由于堿度降低，會造成燃料消耗升高，為保證排堿期間高爐爐況穩(wěn)定性，在考慮燃耗較正常升高20kg的前提下，按照煤比不大于160kg/t調(diào)整焦比。

3.6 排堿期間，做好生鐵、爐渣成分檢驗，做好對比統(tǒng)計工作。

4.排堿

排堿期間高爐熱制度及造渣制度控制過程控制。

4.2 布料制度調(diào)整

排堿操作期間，采用保證中心氣流，適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流的操作制度。通過布料制度的調(diào)整，高爐排堿效果后期較好，且高爐順行良好，高爐接受風(fēng)量能力逐步上升，后期逐步上升至高爐正常風(fēng)量，適應(yīng)爐況順行需求。

表5 排堿期間參數(shù)控制列表 %

5.排堿過程評價

5.1 高爐排堿中期，因爐溫達不到操作要求，影響排堿效果

高爐排堿中期，配料堿度下調(diào)滯后，生鐵含硫量升高，由于高爐爐溫沒有及時上調(diào)，導(dǎo)致渣鐵熱量達不到排堿操作要求，而影響排堿效果。見圖2。

圖2 高爐排堿期間高爐排堿效果折線圖 %

16日以后渣鐵熱量充足，爐渣堿度合適，高爐排堿效果明顯，因此，排堿操作應(yīng)關(guān)注渣鐵熱量控制。查閱文獻表明，降低爐渣堿度有利于高爐排堿，同時[Si]越低，越有利于高爐排堿。但如果入爐堿金屬負荷過高，會造成直接還原度升高，煤氣的熱能和化學(xué)能不能充分利用，使液態(tài)渣鐵物理熱下降，造成渣鐵流動性不好，對良好的爐缸透液性不利，導(dǎo)致爐不活，甚至爐缸堆積。在采取降低爐渣堿度的措施后，若通過降低爐溫來增加排堿，易對爐缸的工作狀態(tài)造成負面影響，也對鐵水脫硫和改善爐渣的流動性不利。在排堿操作前期出現(xiàn)這一問題，長時間低硅造成渣鐵物理熱過低，會使高爐順行情況變差，造成高爐指標(biāo)下降，成本上升。

5.2 原料質(zhì)量無大改觀，高爐排堿效果欠佳

原料質(zhì)量沒有大的改觀，高爐有害元素負荷持續(xù)偏高，也是造成高爐排堿效果欠佳的主要原因。

5.3 高爐原料條件是控制高爐有害元素含量的最根本因素

采取排堿操作后，前期排堿效果并不好，有害元素排出量大部在100%以下，有害元素進入量大于排出量。見圖3。

圖3 排堿期間高爐堿負荷及Zn負荷折線圖

12日以后，受燒結(jié)礦混勻料換堆影響，高爐堿負荷稍有下降，而高爐排堿率大部高于100%。而18日之后，隨著高爐堿負荷上升，高爐排堿率又下到100%以下。

高爐排鋅也服從這一規(guī)律，且燒結(jié)配料過程塵灰類回返廢礦比例任然較高，由于鋅類循環(huán)主要借助除塵灰類參與燒結(jié)配料完成循環(huán)富集，因此，現(xiàn)行燒結(jié)配料制度也為高爐鋅富集創(chuàng)造了溫床。

5.3 受高硫負荷影響，配料堿度下調(diào)力度不夠

受煉鋼生產(chǎn)組織影響，如果鐵中硫長期偏高，則會造成煉鋼生產(chǎn)周期延長，進而導(dǎo)致高爐配罐緊張，影響高爐正常的生產(chǎn)組織節(jié)奏，給高爐順行帶來影響。受此影響，高爐將[S]控制在二類鐵，不能將堿度下調(diào)過多。這是生產(chǎn)組織的硬傷，不能在高爐排堿期間將部分脫硫過程轉(zhuǎn)嫁至煉鋼，而影響了有害元素的排除效果。

6.結(jié)語

1.排堿操作應(yīng)關(guān)注渣鐵熱量控制，降低爐渣堿度有利于高爐排堿，同時[Si]越低，越有利于高爐排堿。

2.高爐應(yīng)從原料端減少有害元素入爐量，高爐有害元素富集會嚴(yán)重影響高爐經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，高爐排堿操作為被迫應(yīng)對，從長遠看來，應(yīng)從源頭抓起，降低高爐堿負荷。

3.受大環(huán)境影響，高爐配吃含有堿金屬等有害元素多的礦種時，高爐有害元素富集成為一個常態(tài)和必然，建議更加深入研究高爐排堿操作，建立高爐有害元素控制模型，做到定期進行排堿操作，以維持高爐的長期穩(wěn)定順行，建立高爐長壽模型。

（山東萊蕪鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）