彭 坤，沈火明，劉興為

（南通寶鋼鋼鐵有限公司,江蘇南通226002）

1 引言

2010年下半年以來，隨著礦石價(jià)格的持續(xù)攀升，鐵水成本居高不下，為降低鐵水成本，充分發(fā)揮中小高爐的優(yōu)勢，寶通高爐開展了低品位的低價(jià)礦生產(chǎn)實(shí)踐。低價(jià)礦價(jià)格較低，但Al2O3、SiO2等成分含量較高。特別是進(jìn)入2011年以來，高爐大量使用低品位礦，綜合入爐品位由使用前的57.4%降至52.5%左右，渣量上升到380kg/左右后，爐渣的Al2O3含量上升至18%以上，個(gè)別階段高達(dá)22%以上。爐渣的流動(dòng)性變差，爐前的清渣強(qiáng)度明顯增加，爐況順行也受到影響，已成為南通寶鋼進(jìn)一步提高低價(jià)礦配比深感頭痛的問題。根據(jù)資料查閱，在當(dāng)前的礦產(chǎn)資源條件下，我國其它煉鐵廠渣中的Al2O3含量雖然已呈現(xiàn)明顯上升趨勢，但南通寶鋼這種情況還是很少見的。2010年12月開始，南通寶鋼對高Al2O3含量爐渣問題進(jìn)行了一系列的探討研究，通過提高爐料控制水平，采用高Al2O3、高M(jìn)gO控制渣中M/A比值、低堿度的造渣制度，提高物理熱的熱制度等措施后，爐渣的流動(dòng)性得到了改善，爐況穩(wěn)定順行，保持了較高的生產(chǎn)技術(shù)水平。

2 高鋁爐料對生產(chǎn)的影響

2.1 對燒結(jié)性能的影響

除燒結(jié)本身的高鋁爐料外，因高爐使用高鋁礦，其返礦也有較高的Al2O3含量，造成燒結(jié)礦中的Al2O3含量提高。

（1）燒結(jié)的液相粘度會(huì)增加[1]。隨著Al2O3含量的升高，燒結(jié)礦液相粘度加大，燒結(jié)的過程中容易形成細(xì)的粘結(jié)鍵和多孔洞結(jié)構(gòu)，從而影響燒結(jié)礦的質(zhì)量。

（2）低溫還原粉化率增加。Al2O3含量過高時(shí)，有助于玻璃質(zhì)的形成，使燒結(jié)礦的強(qiáng)度和低溫還原粉化性能變壞。

但有關(guān)研究表明[2]，一定量的Al2O3（m（Al2O3）/m（SiO2）0.10-0.35）能夠降低燒結(jié)料的熔化溫度，生成鋁酸鈣和鐵酸鈣的固熔體（CaO·Al2O3-CaO·Fe2O3），同時(shí)Al2O3增加表面張力，降低燒結(jié)液相黏度，促進(jìn)氧離子擴(kuò)散，有利于燒結(jié)礦的氧化，促進(jìn)生成較多的鐵酸鈣。這對發(fā)展鐵酸鈣為主要黏結(jié)相的低硅燒結(jié)來說是有利的，所以適當(dāng)?shù)腁l2O3含量對燒結(jié)生產(chǎn)還是有利的。

2.2 對高爐的影響[3]

（1）若燒結(jié)礦中含有較高Al2O3，則會(huì)造成燒結(jié)礦的還原粉化率提高，從而影響高爐的透氣性響，對高爐的順行產(chǎn)生不利。

（2）當(dāng)爐渣中的Al2O3小于15%時(shí)，能夠提高爐渣的穩(wěn)定性，有利于高爐操作，爐渣中適量的Al2O3是有利于高爐生產(chǎn)的。

（3）爐渣中Al2O3含量過高時(shí)，由于高Al2O3爐渣難以熔化，造成爐渣的粘度增大，流動(dòng)性變差。尤其當(dāng)爐溫不足時(shí)，其流動(dòng)性急劇下降，不僅順行惡化，放渣出鐵也會(huì)出現(xiàn)困難。

（4）高Al2O3含量的爐渣的初渣容易堵塞爐料間的空隙，造成料柱透氣性變差，煤氣通過時(shí)阻力增加。同時(shí)，這種爐渣也容易在高爐內(nèi)的爐腹部位處爐墻結(jié)成爐瘤，引起爐料下降不順，形成崩、懸料，破壞冶煉進(jìn)程。

（5）高Al2O3含量的爐渣，由于其黏度較大，終渣流動(dòng)性差，不利于脫硫反應(yīng)的擴(kuò)散作用，爐渣的脫硫效果變差。同時(shí)，由于爐渣終渣流動(dòng)性差，容易堵塞爐缸，不宜從爐缸中流出，使?fàn)t缸壁結(jié)厚，縮小爐缸的體積，造成高爐操作上的困難。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起風(fēng)口損壞。

3 高鋁渣的來源分析

南通寶鋼進(jìn)入2011年以來，由于燒結(jié)和高爐同時(shí)使用含鋁較高的低品位的低價(jià)礦，雖然鐵水成本下降，但造成高爐入爐品位下降、渣比上升、燃料比下降。因入爐的Al2O3含量急劇上升，造成爐渣中的Al2O3含量上升。對原燃料的成分及配比分析如下：

3.1 原料成分

原料成分及配比見表1。

表1 入爐礦石成分及配比/%

礦石配比綜合考慮成本、微量元素對鐵水影響、資源情況等。

3.2 燃料成分及消耗

燃料中焦炭和煤粉全部為外購，焦炭灰分在12.50%左右，灰分中的Al2O3含量在30%左右，噸鐵消耗為553 kg/t；煤粉灰分在12.80%左右，灰分中的Al2O3含量在10%左右，噸鐵消耗為152 kg/t。

根據(jù)原燃料的成分與配比消耗，計(jì)算出爐渣的理論成分見表2。

表2 高爐渣理論成分及來源

從表1、表2中的數(shù)據(jù)分析，可以看出：

（1）爐渣中的Al2O3含量主要是由礦石帶入的，占總量的76.58%，燃料中帶入的占23.02%，要想控制爐渣中的Al2O3含量，關(guān)鍵是要控制礦石的Al2O3含量。

（2）爐渣中的SiO2含量由礦石帶入的占總量的76.02%，燃料中帶入的占20.15%，礦石中的SiO2含量高主要是因?yàn)榈推肺坏牡V石中的SiO2含量高影響的。

（3）爐渣中的MgO含量主要是通過提高燒結(jié)的MgO含量以及添加含Mg熔劑（蛇紋石）來控制。

可見，在未找到新的礦石資源的情況下，通過原料來降低爐渣的Al2O3含量是不現(xiàn)實(shí)的，如何在高鋁條件下實(shí)現(xiàn)高爐的穩(wěn)定順行是擺在煉鐵面前的一項(xiàng)主要任務(wù)。

4 高鋁爐渣的冶煉對策分析

4.1 造渣制度和熱制度的選擇

高爐的爐渣成分以 CaO、SiO2、MgO、Al2O34 種成分為主，選擇合適的造渣制度關(guān)鍵是要選擇合適的爐渣堿度、MgO含量控制等。

爐渣的粘度與成分之間存在一定的關(guān)系[4]，在1400～1500 ℃及 w（CaO）=40%～55%，w（Al2O3）=5%～20%的范圍內(nèi)，粘度有較小值。這種渣的粘度受堿度的影響比較顯著，過大與過小均容易造成爐渣的粘度變大，堿度一般控制在0.9～1.2的范圍內(nèi)較合適。

渣中的MgO含量對爐渣粘度的影響基本與CaO相同。在一定范圍內(nèi)隨著MgO含量的增加粘度下降。高爐爐渣中的w（MgO）不超過15%就不會(huì)使?fàn)t渣粘度過高，相反有利于改善爐渣的穩(wěn)定性和難熔性。對于高Al2O3%的爐渣，可以選用高w（MgO）%、低堿度的造渣制度以及維持恰當(dāng)?shù)臒嶂贫葋砀纳茽t渣的性能。

結(jié)合寶通高爐的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)以及相圖分析等，在高Al2O3爐渣條件下造渣和熱制度主要如下：

（1）渣中的MgO含量控制在12%以下，正常情況下爐渣中的 MgO含量按渣中的 w（MgO）/w（Al2O3）=0.55～0.60左右控制。

（2）堿度的選擇。當(dāng)爐渣MgO含量提高到10%～12%時(shí)，爐渣粘度降低，脫硫能力增強(qiáng)。同時(shí)適當(dāng)降低鐵水S的控制標(biāo)準(zhǔn)，二元堿度按1.0～1.15進(jìn)行控制。

（3）爐溫的選擇。因高Al2O3爐渣熱焓高，不適合冶煉低硅生鐵。此時(shí)，鐵水的[Si]含量由前期的0.35%提高至0.45%以上，物理熱穩(wěn)定在≥1450℃進(jìn)行控制。

4.2 調(diào)操作制度，確保爐況的穩(wěn)定順行

針對爐渣中Al2O3含量升高后，高爐的軟熔帶將會(huì)上移，使得軟熔區(qū)間變寬，高爐透氣性變差的特點(diǎn)，充分發(fā)揮小高爐無料鐘爐頂靈活布料的特點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整布料角度，同時(shí)發(fā)展邊緣和中心兩道氣流，促使?fàn)t況的順行。同時(shí)，針對限產(chǎn)，提高高爐的風(fēng)溫水平，保證充足的爐缸溫度。

4.3 穩(wěn)定原燃料質(zhì)量

爐渣Al2O3含量和渣比不斷升高的前提下，穩(wěn)定和改善焦炭質(zhì)量顯得尤為關(guān)鍵，如果在這時(shí)候焦炭質(zhì)量再大幅度波動(dòng)，極有可能會(huì)造成爐況失常。為提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力，除操作技能的提升外，穩(wěn)定原燃料質(zhì)量也是一項(xiàng)重要手段，確保原燃料質(zhì)量的波動(dòng)都在可控范圍內(nèi)。

5 生產(chǎn)實(shí)踐

（1）從2011年2月開始，燒結(jié)礦通過調(diào)整白云石和生石灰的配比，將燒結(jié)礦中的MgO含量從2.8%提高到3.0%以上，目前已提高至3.50%左右，將燒結(jié)礦的堿度由2.0調(diào)至1.90。同時(shí)，調(diào)整高爐的熔劑結(jié)構(gòu)，由白云石+硅石的模式調(diào)整為白云石+蛇紋石的熔劑添加模式，提高爐渣中的MgO含量，將爐渣中的 w（MgO）/w（Al2O3）比值控制在 0.55 以上，爐渣堿度控制在1.10左右。

（2）穩(wěn)定熱制度，鐵水物理熱基本為1450～1480℃，鐵水[Si]含量控制在0.45～0.55之間。

（3）布料制度進(jìn)行調(diào)整，在礦、焦原布料基礎(chǔ)上各退1檔，確保了兩道氣流的暢通。

（4）精心操作，操作人員真正做到勤動(dòng)手、勤分析，精心操作，并定期交流，提高了技能，杜絕操作事故的發(fā)生。

（5）加強(qiáng)爐前管理，杜絕斷、漏鐵口現(xiàn)象放生，確保渣鐵按時(shí)排凈，嚴(yán)禁憋鐵現(xiàn)象發(fā)生，出現(xiàn)此情況，要果斷減風(fēng)。

近幾個(gè)月的高爐生產(chǎn)實(shí)踐證明，寶通鋼鐵采取的高Al2O3、高M(jìn)gO和低堿度的造渣制度，以及熱制度、布料制度在當(dāng)前的原燃料條件下是可行的，雖然爐前的工作量有所增大，但爐渣的流動(dòng)性基本達(dá)到爐前的要求。高爐持續(xù)保持了穩(wěn)定順行，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，主要生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 2011-02—05月煉鐵廠主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

6 結(jié)論

（1）Al2O3在燒結(jié)、高爐冶煉中也存在著有益的方面，適當(dāng)提高Al2O3含量有助于燒結(jié)礦鐵酸鈣的形成，但Al2O3過高將導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量下降，同時(shí)對高爐軟融帶及滴落特性也有負(fù)面的影響。

（2）調(diào)整高爐的造渣制度可以從多方面著手，應(yīng)本著最經(jīng)濟(jì)合理的方式，從燒結(jié)礦成分調(diào)節(jié)、高爐熔劑調(diào)整等多方面進(jìn)行。

（3）提高了資源的利用效率，為高鋁礦的進(jìn)一步使用創(chuàng)造了條件，尤其是對低成本配礦，提高鐵水競爭力的意義較大。

（4）從南通寶鋼目前的資源情況看，在爐渣中Al2O3含量在18%～20%(最高不超過22%)條件下，保持爐渣的M/A比值在0.55以上，爐溫在1450℃以上的操作渣型和合適的操作制度，爐渣性能和高爐順行是完全可以保證的。

[1]鐘樹周.韶鋼煉鐵高A l2O3爐渣的冶煉特點(diǎn)[J].南方金屬，2003（6）：28-31.

[2]薛俊虎.燒結(jié)生產(chǎn)技能知識(shí)問答[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008：251-252.

[3]陳培敦，孫守建，趙樹民.高A l2O3爐渣對高爐生產(chǎn)的影響[J].山東冶金，2005（1）：12-13.

[4]劉紅，陳曉祥.馬鋼10#高爐高A l2O3爐渣冶煉實(shí)踐[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（10）：384-386.