新泰鋼鐵4 號高爐低硅冶煉實踐

祁志平， 陳富山

（山西安泰集團新泰鋼鐵公司， 山西 介休 032099）

新泰鋼鐵公司4 號高爐有效容積1 250 m3，第一代爐役于2012 年6 月26 日投產，受爐缸側壁熱流強度升高影響，中后期處于護爐生產，于2021 年3 月15 日停爐進行大修改造，爐底爐缸采用碳磚+陶瓷杯結構，爐腹鑲磚冷卻壁往上至爐喉鋼磚全部更換，并進行噴涂造襯，同時重新砌筑熱風豎管，大修后風溫達1 200 ℃以上，取得了較好經濟技術指標。

1 原料控制

原料質量穩定是低硅冶煉的前提，4 號高爐原料結構主要為燒結+鎂球+塊礦+代球的爐料結構，燃料為90%干熄焦+10%濕熄焦，煤粉為65%無煙煤+35%煙煤。為控制生鐵成本，塊礦比例平均在15%左右；為減少入爐粉末對爐況造成影響，嚴格進行原料管理，塊礦振動篩采用篩分效果好的聚氨酯，將入爐粒級小于5 mm 的燒結礦的比例控制在2%以下，燒結礦粒級如圖1 所示，爐渣w（Al2O3）控制在15.5%以下，鎂鋁質量比為0.7～0.8，入爐堿負荷低于2 kg/t，原料指標如表1 所示。

圖1 燒結礦粒級情況

表1 原料指標

通過對原料質量進行嚴格控制，保證了爐內塊狀帶和中心料柱的透氣性，為低硅冶煉提供了堅實的基礎。

2 全風溫操作

高風溫是進行低硅冶煉的重要保障。由于風溫是爐缸熱量的重要來源，全風溫操作可以穩定軟熔帶的位置，保證爐料有充足的預熱，保障爐內間接還原發展[1]。4 號高爐風溫由3 座卡魯金頂燃式硅磚熱風爐提供，燒爐后的廢氣經前置爐加熱后進入熱交換器來對煤氣和助燃空氣進行預熱，全風溫操作熱風溫度可達到1 200 ℃以上，大修后平均風溫情況如圖2 所示。

圖2 大修后平均風溫情況

3 煤氣流合理控制

3.1 確定合理鼓風參數

煤氣流的合理分布是高爐穩定順行的前提，送風制度選擇、裝料制度調整、爐頂頂壓控制是保證煤氣流三次合理分布的主要操作手段[2]。2021 年5 月—2022 年2 月4 號高爐鼓風參數情況如圖3 所示。

圖3 2021 年5 月—2022 年2 月4 號高爐鼓風參數

通過合理選擇鼓風參數，保持適宜的鼓風動能和風速，控制煤氣流初始分布達到較強中心氣流和適宜邊緣氣流，通過窺視孔觀察，保證風口前呈現均勻明亮的狀態。

3.2 采用大礦批厚焦炭層

通過增厚軟熔帶焦炭層，控制煤氣流二次分布。由于大修后整體爐墻為噴涂而成，爐襯減薄，為控制邊緣氣流的沖刷，主要采用大料批厚焦層礦角正2°的正分裝的裝料順序，料制為C↓O↓O↓，布料矩陣為C393363332302272242O413383352322292262，料線1.5 m，礦批27 t，焦碳負荷4.6，焦丁50 kg/t，平均礦石層厚度800 mm 左右，平均焦炭層厚度550 mm 左右。通過控制適宜的焦礦層厚度，充分發揮了軟熔帶焦炭夾層的作用，保持較強中心氣流，大量爐腹煤氣穿過軟熔帶焦炭層橫向折射面上，大大增加了下部煤氣流與爐料的接觸面積和時間，加劇了下部高溫煤氣的傳熱、傳質和熱交換過程，改善了爐內間接還原條件，保證了爐缸活躍，渣鐵物理熱充沛，4 號爐實測鐵水溫度統計如圖4 所示。

圖4 4 號爐實測鐵水溫度統計

3.3 控制高頂壓

爐頂壓力是決定煤氣流第三次分布的重要因素，高壓操作可以提高煤氣利用率，降低爐塵吹出量，抑制管道行程，有利于降低生鐵含硅量，從公式[Si]%=KαSiO2/（fSipCO2）（K 為平衡常數，αSiO2為SiO2活度，fSi為生鐵中[Si]的活度，pCO為氣相中的CO 的分壓。）可知，硅還原程度與pCO平方成正比，頂壓高，pCO也高，4 號爐頂壓平均值設置在220 kPa，實際值如圖5 所示，煤氣含塵量在6.5 mg/m3左右，煤氣中φ（CO2）為19.5%～20.3%，煤氣利用率達49%以上。

圖5 爐頂壓力情況

4 低硅冶煉

4.1 Si 還原機理

Si 還原主要開始于接近風口帶的高溫區，因焦炭中灰分中的SiO2活度值大，與C 的接觸條件極好，在高溫下發生反應SiO2+2C=Si+2CO，反應開始的熱力學理論溫度為1 650 ℃，而更高的溫度條件下反應為SiO2+C=SiO+CO，生成氣相產物SiO，開始反應的熱力學理論溫度為1 749 ℃，氣化的SiO 上升過程中遇到由軟熔帶滴下的鐵液，發生反應SiO+Fe=Si+FeO，溫度升高對SiO2還原的兩個階段都有利，因此通過合理控制風口前碳的理論燃燒溫度，抑制SiO2的氣化反應，可以實現低硅冶煉[3]。

4.2 理論燃燒溫度控制

生產中低硅冶煉是降低燃料比的主要措施，在相對穩定的裝料制度、送風制度和冷卻制度下，如何在外圍原料條件變化和爐前出鐵不均的情況下保證爐溫穩定，是爐況日常調劑的重點和難點，通過在線監測理論燃燒溫度變化，可以判斷爐缸內溫度場變化情況。根據Si 還原理論[4]，高的理論燃燒溫度將造成Si素大量還原，經過高爐實際運行數據對比，如圖6 所示，結合煤粉熱負荷的滯后性，及時調整小時噴煤量，維持理論燃燒溫度合理區間為2 100～2 200 ℃，可以控制爐溫在相對穩定范圍，生鐵w（Si）內控標準合格率達97%以上，2021 年5 月—2022 年2 月生鐵質量統計如圖7 所示。

圖6 理論燃燒溫度及生鐵w（Si）數據

圖7 2021 年5 月—2022 年2 月生鐵質量統計

大修后逐月技術指標如表2 所示。

表2 大修后逐月技術指標情況

5 結論

1）原燃料質量保持一定的穩定是高爐順行、低硅冶煉的基礎，加強原料篩分監測，選擇篩分效果好的振動篩可以保持入爐原料質量穩定。

2）全風溫操作可為高爐內部提供穩定的熱源，對保持爐缸活躍、降低硅冶煉有積極作用。

3）煤氣流的控制不僅關系到高爐能否穩定順行，而且影響高爐的技術經濟指標，采取適宜的大礦批厚焦層可以獲得較理想的氣流分布。

4）低硅冶煉要求操作者在實際生產中必須精心，通過及時控制理論燃燒溫度的波動區間可以減小爐溫的波動起伏，實現高爐低硅冶煉下的穩定順行。