玉鋼3號高爐釩鈦礦冶煉時爐況波動的原因分析及解決措施

何飛宏，薛 鋒，黃德才

（玉溪新興鋼鐵有限公司，云南 玉溪 653100）

為了增強企業的市場競爭力，玉鋼3號高爐于2019年8月6日恢復釩鈦礦冶煉，10月份為提高“釩”效能，在燒結混勻料中配加了10%比例的釩鈦精，使渣中w（TiO2）達到18%，高爐呈現出顯著的中、高鈦渣冶煉特色；2020年2月份后，爐況頻繁出現低爐溫憋風、鐵水排Zn升高（鐵水w（Zn）由正常時的0.010%以下上升到0.100%~0.215%），造成釩鈦礦冶煉難以為續的被動局面，經系統性分析找出了爐況波動的本質原因，采取了相應的解決措施，使爐況逐步恢復穩定。

1 釩鈦礦冶煉后的爐況分析

第一階段：2019年8月—10月。2019年8月份恢復釩鈦礦冶煉后，爐況穩定順行，指標較好（見表1），10月中旬燒結礦中配加10%比例的釩鈦精后，渣中w（TiO2）達到18%，爐況穩定性逐步下滑，10月下旬高爐整體狀態及穩定性已明顯變差。

表1 2019年8月—10月指標情況 kg/t

第二階段：2019年11月—12月。11月2日高爐第一次出現低爐溫憋風、鐵水含Zn量急劇升高現象，采取常規的提溫措施，效果不明顯，后又采取集中加焦提溫及降低噴煤比的措施，爐況才逐漸恢復。12月12日再次出現集中鐵水排Zn現象，造成爐況出現較大波動，各項經濟技術指標大幅下滑。

第三階段：2020年1月。爐況總體穩定順行，雖然1月18日也出現了1次集中排Zn現象，調整用焦結構后，爐況恢復正常，經濟技術指標也有所好轉。

第四階段：2020年2月—4月。2月份出現2次集中排Zn現象，且持續時間較長，因此在2月24日—3月9日切換普通礦冶煉來恢復爐況。3月份集中排Zn次數增加到4次，爐況波動次數顯著增多，3月下旬尤為頻繁，由之前7~10 d/次，增加至3~5 d/次，爐況穩定性急劇下降，爐缸工作狀態大幅下滑，出現局部堆積現象。4月1日進行查水檢漏，發現封堵的渣口小套燒損漏水，休風715 min進行處理，復風后爐況逐步恢復正常。11日再次出現集中排Zn現象，因處于普通冶煉恢復期間，對爐況影響程度不嚴重，因此采取集中加焦并將師宗二級焦的使用比例由70%調整為30%后，爐況穩定性逐步提升，經濟指標也得到逐步改善。

2 爐況波動的原因分析

針對爐況頻繁波動，以及在2020年4月11日爐況恢復期間，在礦焦負荷（3.68倍）較輕情況下，仍然發生低爐溫憋風、集中排Zn現象，為找到發生這一現象的本質原因，組織相關人員對影響爐況順行的設備、爐料、操作制度、燃料四大影響因素進行了分析。

2.1 設備因素

因2019年11月份曾出現風口有水跡現象，但休風后未查出漏點，首先推測爐況波動是漏水所致。但2020年1月份爐況較為穩定，指標也較好，加上4月11日在已處理漏水渣口小套的情況下，再次出現集中排Zn的情況（鐵水中w（Zn）=0.111%），可以排除漏水是主要原因。

2.2 爐料因素

2.2.1 Zn負荷

由于鐵水集中排Zn時鐵水含Zn量急劇升高，首先懷疑是Zn負荷過高所致，但從入爐Zn負荷（圖1）可以看出，2019年8月Zn負荷為1.01 kg/t，爐況較為穩定，指標也較好，未出現鐵水含Zn異常升高等情況。加上2014年—2015年冶煉釩鈦礦期間Zn負荷均在0.80 kg/t以上，均未出現鐵水中含Zn急劇升高現象，且在此期間爐況、指標也較好，因此排除Zn負荷高是主要原因。

圖1 2019年8月—2020年3月Zn負荷趨勢圖

2.2.2 燒結礦質量

對2019年8月份以來燒結礦的核心三大指標進行分析，燒結礦轉鼓指數及FeO含量雖然有所波動，但整體未出現較大的偏離；自11月份配加釩鈦精及用印度粉后，低溫還原粉化性總體呈下降趨勢（見圖2），但1月份爐況較為穩定，可排除燒結礦質量下滑是主要原因，3月份低溫還原粉化性比較差（僅為45.55%），加劇了爐況的惡化程度。

圖2 2019年8月—2020年4月RDI+3.15 mm趨勢圖

2.2.3 球團礦質量

自2019年8月份以來，球團礦的質量差異不大，除華翔球w（Zn）偏高，部分品種的攀西球抗壓強度偏低外，并未發現其他嚴重的質量問題，可以判定球團礦質量不是影響爐況波動的主要因素。

2.3 操作制度因素

四大操作制度中，熱制度、造渣制度與同類型釩鈦礦冶煉高爐一致，可以排除這兩個制度的影響；在送風制度方面，經過2012年3月調整風口小套的長度及斜度后，2013年—2015年冶煉釩鈦礦期間爐況穩定順行，證明送風制度是合理的；上部裝料制度以發展邊緣、中心兩股煤氣流為主，導致煤氣利用率偏低（39.4%），高爐燃料消耗升高，從恢復釩鈦礦冶煉后8—10月份爐況及指標來看，也不是導致爐況波動問題的主要原因。

2.4 焦炭質量因素

高爐從2019年10月開始使用師宗二級焦，特別是10月下旬將其使用比例提高到50%后，高爐爐況狀態變差。自11月第一次出現集中排Zn現象以來，后續每次出現集中排Zn爐況波動現象時，均與焦炭質量變化有明顯關系，特別是與師宗二級焦使用比例高和熱態指標相關性較強（見表2）或反應性超過29%時，相關影響尤為明顯。

表2 師宗二級焦使用比例、質量與排Zn影響爐況次數

由表2可知，2020年1月份師宗二級焦使用比例僅為20%，且反應性為28.4%，并搭配質量較好的干熄焦使用，雖然出現1次集中排Zn，但稍作提溫就可將爐況恢復正常。特別是1月20日使用質量較好的30%的大為焦后，爐況穩定順行程度提高，指標較好，焦比明顯下降，小粒礦使用比例增加至10%。2月份后，受疫情影響，大為焦和干熄焦斷供，因此增加了師宗二級焦使用比例，2月20日后，師宗二級焦使用比例上升至51%，加上物理性能及冶金性能較之前大幅下滑，使得CRI最高達33%以上，CSR最低不足57%，導致2月下旬至3月上旬期間轉普通礦冶煉。3月份師宗二級焦熱態反應性上升至30.41%，反應后強度61.16%，期間爐況波動頻繁，出現4次集中排Zn現象。4月11日，在礦焦負荷較輕的情況，仍然再次出現1次集中排Zn現象，期間師宗二級焦使用比例為70%。

從以上焦炭質量與爐況對應關系可以看出，焦炭質量變差與高爐出現集中排Zn現象的相關性最強，在師宗二級焦質量下滑時更為明顯。由此推斷，大比例使用劣質二級焦是造成高爐集中排Zn、爐況波動的最主要原因。

3 解決措施

3.1 優化和穩定原燃料質量

找出導致爐況波動的主要原因后，逐步減少二級焦使用比例，根據焦炭庫存條件，4月中旬將二級焦的使用比例控制在30%內，搭配使用一定比例的塊礦，改善爐渣流動性，提高爐缸活躍度。5月8日將師宗二級焦比例減至8%，6月下旬停用師宗二級焦。采購焦種由7種減至3種，入爐焦炭品種由4種減為3種，優化前后焦炭的主要指標對比如表3所示。

表3 優化前后焦炭的主要指標對比 %

3.2 優化高爐操作

上部以發展中心氣流為思路，逐步調整布料矩陣（見表4），抑制邊緣氣流，增大布料角度，將起始布料角度由原來的28°逐步增加至32°。下部以控制合理的理論燃燒溫度為主，富氧量由10 000 m3/h減至9 000 m3/h，以降低下部壓差，改善受風條件，增加風量、風速，提高爐缸活躍度。

表4 布料矩陣的調整情況

4 優化效果

通過優化原燃料質量和高爐操作，2020年4月下旬后消除了頻繁憋風、持續低溫以及鐵水排Zn的問題；由發展邊緣、中心兩股煤氣流調整為發展中心氣流，煤氣利用率由一季度的39.4%提升至43.85%，氣流的穩定性明顯提升，二季度入爐品位（全鐵質量分數）為52.76%，較一季度下降0.49%，在品位下降的情況下，燃料比下降11kg/t；受風條件明顯改善，平均風量由2630m3/min上升至2 728 m3/min，爐缸活躍度得到明顯提升。

5 結論

1）焦炭質量是高爐穩定順行的主要支撐，大量使用劣質的師宗二級焦及其熱態指標下滑是造成玉鋼3號高爐爐況波動的主要原因。在原料條件變差后，要確保“穩定、高效”的生產，保證焦炭質量是高爐順行的最后一道“防線”。

2）玉鋼高爐使用相對廉價的師宗二級焦，導致爐況頻繁波動，生產成本大幅上升，故不能單純以原燃料價格作為采購依據，應建立和采用以降低生鐵成本為根本目標的原燃料性價比評估體系來指導原料采購。

3）通過優化用焦結構、穩定原燃料質量及優化高爐操作，消除了頻繁低爐溫憋風、排Zn等問題，爐況的穩定性大幅提升。

4）玉鋼3號高爐一直發展中心、邊緣兩股煤氣流，氣流的穩定性較差，煤氣利用率低，在上部制度調整后，以發展中心氣流為主，煤氣利用率由39.4%提升至43.85%。