王軍

（山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠，山東濟(jì)南 250101）

生產(chǎn)技術(shù)

高鋁渣對(duì)濟(jì)鋼3 200 m3高爐冶煉的影響

王軍

（山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠，山東濟(jì)南 250101）

針對(duì)高鋁渣特有的黏度高、流動(dòng)性差、脫硫能力差的特點(diǎn)，濟(jì)鋼3 200 m3高爐通過調(diào)整熱制度和布料制度，在燒結(jié)時(shí)提高M(jìn)gO含量，控制渣中鎂鋁比＞0.6，使渣中MgO含量在8%～11%，高爐的整體操作爐型適應(yīng)了高鋁渣的冶煉要求。在渣鐵比升高43 kg/t的條件下，高爐生鐵含硅降低，爐渣脫硫能力增強(qiáng)，基本杜絕了三類鐵。

高爐；高鋁渣；鎂鋁比；MgO含量

1 前言

自2008年以來，濟(jì)鋼燒結(jié)一直使用經(jīng)濟(jì)料，特別是2013年3月份開始正式配加塞拉利昂礦后，400 m2燒結(jié)機(jī)燒結(jié)配料中的Al2O3含量由原來的1.80%逐月增加至2.81%左右，使3 200 m3高爐渣中Al2O3含量由原來的15.4%增加至17.18%，對(duì)整個(gè)冶煉過程產(chǎn)生了影響［1］。為此，對(duì)高鋁渣的危害進(jìn)行分析并采取應(yīng)對(duì)措施，取得了較好的效果。

2 高鋁渣的危害

根據(jù)研究，當(dāng)爐渣二元堿度（R2=CaO/SiO2，質(zhì)量比）在正常范圍（1.05～1.20）內(nèi)，Al2O3含量為7%～15%時(shí)，爐渣黏度處于較低區(qū)域，受成分及含量變化影響小，爐渣穩(wěn)定性好。也就是說，當(dāng)渣中Al2O3含量低于6%～7%或者高于15%時(shí)，將導(dǎo)致爐渣的穩(wěn)定性變差，即堿度或者成分的微小變化將影響爐渣黏度急劇升高，給高爐操作帶來困難。通常所說的高鋁渣即是高爐爐渣中Al2O3含量高于15%的情況。

隨著高爐煉鐵原料中外礦比例的增加，3 200 m3高爐使用的來自400 m2燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)礦原料中有高鋁特征的塞拉利昂礦，使高爐渣中Al2O3含量一度達(dá)到17.25%。渣中Al2O3含量升高，帶來爐渣流動(dòng)性變差、脫硫能力下降、焦比升高、高爐操作困難等問題。根據(jù)CaO-SiO2-Al2O3三元渣系等黏度曲線［2］（見圖1），在只考慮二元堿度在正常范圍內(nèi)的情況時(shí)，由于渣中Al2O3含量＞15%，使?fàn)t渣黏度處于受成分及含量變化影響較大的區(qū)域，從而使?fàn)t渣黏度升高、穩(wěn)定性變差。在高爐實(shí)際操作中爐渣表現(xiàn)為明顯變黏稠，說明高鋁渣具有因黏度高帶來的流動(dòng)性差和脫硫能力低的特點(diǎn)。

圖1 CaO-SiO2-Al2O3三元渣系等黏度曲線（溫度1 500℃，黏度×10-1Pa·s）

高鋁渣對(duì)冶煉的影響主要表現(xiàn)在高爐渣鐵出不凈、爐渣黏稠、流動(dòng)性差、渣中帶鐵多等現(xiàn)象上，嚴(yán)重的話，會(huì)出現(xiàn)爐墻粘結(jié)，高爐爐身溫度發(fā)生變化。若處理不及時(shí)，會(huì)朝著爐缸喪失活躍，熱制度嚴(yán)重失衡，爐墻結(jié)厚的方向發(fā)展，對(duì)一直以爐缸活躍、熱制度穩(wěn)定、中心氣流窄而有力、邊緣氣流暢通作為高爐順行標(biāo)志的冶煉目標(biāo)來講有很大的危害。

因?yàn)閷?duì)高鋁渣認(rèn)識(shí)的不足，2007年濟(jì)鋼剛開始使用經(jīng)濟(jì)爐料時(shí)，渣中Al2O3含量即由15%的適宜范圍逐年遞增。當(dāng)時(shí)采取的主要措施就是增加輔料（白云石＋硅石）來稀釋渣中Al2O3含量［3］，取得了一定效果，但隨著經(jīng)濟(jì)爐料中高鋁原料用量的增加，高爐綜合入爐品位大幅降低，此時(shí)輔料的稀釋作用逐漸減弱，反而使高爐渣量大為增加。因此，需要探討新的方法來降低高鋁渣對(duì)冶煉的影響。

3 應(yīng)對(duì)高鋁渣的措施

根據(jù)高鋁渣的特點(diǎn)及其對(duì)冶煉的影響，考慮從降低爐渣黏度、改善爐渣流動(dòng)性及脫硫能力等方面入手來解決這一問題。

3.1 改善渣的流動(dòng)性

由黏度公式η＝B0exp（Eη/RT）可以進(jìn)行分析。式中：η為黏度，Pa·s；B0為常數(shù)，N·s/m2；Eη為黏滯活化能，J/mol。在Al2O3含量一定的情況下，溫度、堿度、MgO含量對(duì)黏度均有影響，從實(shí)驗(yàn)分析可知，較高的堿度、充足的爐溫（爐缸溫度）、較高的MgO含量（＜20%）均可使η下降。在操作中調(diào)整配料堿度及造渣料中的MgO含量，并控制適宜的爐缸溫度，可以使η達(dá)到合理的范圍（0.5～2.0 Pa·s）。根據(jù)相關(guān)理論研究，控制適宜的鎂鋁質(zhì)量比，有利于降低高鋁渣爐渣黏度，改善其流動(dòng)性，同時(shí)增加渣中MgO含量還將有利于高爐脫硫。

3.2 增加渣的脫硫能力

在實(shí)際生產(chǎn)中，鐵水溫度和二元堿度是影響爐渣脫硫能力的主要因素，MgO等其他因素對(duì)爐渣脫硫能力影響相對(duì)較?。?］，但增加MgO含量有利于改善高Al2O3渣系脫硫能力差的弊端。根據(jù)CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系等黏度曲線［2］（見圖2），可知MgO含量變化對(duì)高爐渣黏度的影響。當(dāng)二元堿度1.05～1.20、爐渣溫度1 500℃時(shí)，高Al2O3含量條件下，高爐冶煉時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高渣中的MgO含量，但不能過高，爐渣中適宜的MgO含量應(yīng)為8%～11%。

圖2 CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元渣系等黏度曲線（溫度1 500℃，黏度×10-1Pa·s）

3.3 增加渣中MgO含量

在爐渣中增加MgO含量，以得到適宜的鎂鋁比來實(shí)現(xiàn)高鋁渣流動(dòng)能力和脫硫能力的提升，從工藝的角度有3種途徑：

一是從來料中增加原料中MgO的含量。實(shí)際生產(chǎn)中通過提高燒結(jié)礦中的MgO含量來實(shí)現(xiàn)，這樣做的好處一方面能改善燒結(jié)礦的強(qiáng)度，滿足燒結(jié)低溫還原粉化率不降低的要求；另一方面能減輕高鋁礦入爐量逐漸增多帶來的爐料入爐堿度難以平衡，輔料用量增多高爐渣比大幅升高等造渣制度上的壓力。二是通過高爐直接配加鎂質(zhì)熔劑，如菱鎂石等。以配料計(jì)算渣中鎂鋁質(zhì)量比不低于0.6為基本要求，在不大幅增加渣比的情況下，滿足降低高鋁渣黏度，增加其流動(dòng)性的要求。三是在成本壓力不是很大的情況下，在燒結(jié)配料中增加低鋁料的配加量，如巴西高硅粗粉、紐曼粗粉等，實(shí)現(xiàn)從源頭上降低原料中Al2O3的目的，同時(shí)還能夠降低高爐鎂質(zhì)熔劑的使用量。

4 高爐生產(chǎn)應(yīng)對(duì)措施

4.1 調(diào)整熱制度及造渣制度

通常情況下，爐缸熱制度變化幅度小時(shí)可通過風(fēng)溫、風(fēng)量、煤量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，變化幅度較大時(shí)調(diào)整焦炭負(fù)荷。根據(jù)高鋁渣的特點(diǎn)，要想保證其從軟熔帶至滴落帶之間的冶金物理化學(xué)和熱量傳輸能順利進(jìn)行，必須有充足的熱量保證其反應(yīng)和物理狀態(tài)朝著有利于冶煉的方向進(jìn)行，既要保證爐渣有足夠的脫硫能力，又要保證爐渣有著良好的透氣、透液性。這就需要高爐的熱支出（主要指焦炭負(fù)荷）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常水平。僅此一項(xiàng)就能使高爐入爐焦比增加20～30 kg/t，燃料比增加至550～560 kg/t。從高爐操作的層面，要求3 200 m3高爐燃料比不低于550 kg/t，風(fēng)溫＞1 200℃，鐵水中Si含量控制在0.35%～0.5%，鐵水物理熱不低于1 500℃，正常按1 520℃進(jìn)行控制。

相關(guān)研究顯示，隨著爐渣中MgO含量的增加，爐渣黏度下降，流動(dòng)性得到改善；但MgO含量有一個(gè)適宜的范圍，過高不僅會(huì)造成浪費(fèi)，超過臨界點(diǎn)爐渣黏度還會(huì)隨著MgO含量的升高而升高，流動(dòng)性惡化。生產(chǎn)實(shí)踐中，3 200 m3高爐控制渣中鎂鋁質(zhì)量比＞0.6，爐渣堿度按1.15～1.25控制，控制渣中MgO含量在8%～11%［5］。

4.2 優(yōu)化布料制度

面對(duì)高鋁渣，高爐要想長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)，必須有合理的布料矩陣。3 200 m3高爐通過調(diào)整焦炭平臺(tái)和礦堆角形成合理的料形狀和合理的礦焦比分布，形成控制軟化和熔融區(qū)間寬的爐料，形成合理的料柱軟熔帶位置和軟熔帶厚度，從而實(shí)現(xiàn)煤氣流的合理分布。經(jīng)過摸索和演變，3 200 m3高爐目前使用的矩陣為：

通過拓寬邊緣焦平臺(tái)，礦石適當(dāng)平鋪，邊緣環(huán)帶適當(dāng)增加礦焦比來實(shí)現(xiàn)以打開中心氣流、穩(wěn)定邊緣氣流及與爐料結(jié)構(gòu)綜合控制高爐軟熔帶分布的目的。高爐爐身溫度梯度分布合理，相向運(yùn)動(dòng)的兩股氣流與下降的爐料進(jìn)行順暢，十字測(cè)溫顯示邊緣溫度控制在70～100℃，中心溫度600～700℃，次中心溫度控制在300～400℃，爐頂溫度140～160℃，W值在0.5～0.65的合理區(qū)間內(nèi)，基本上能滿足控制高鋁爐料形成的軟化和熔融區(qū)間寬的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)通過上部調(diào)劑穩(wěn)定下部熱制度及造渣制度的目的。

4.3 高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2013、2014年濟(jì)鋼3 200 m3高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表1。在高爐爐渣中Al2O3逐年升高，渣鐵比升高43 kg/t的條件下，2014年與2013年相比，濟(jì)鋼3 200 m3高爐生鐵含硅降低，爐渣脫硫能力增強(qiáng)，基本杜絕了三類鐵，風(fēng)溫使用提高了20℃，富氧率增加了0.511%，燃料比基本持平。說明現(xiàn)有的操作爐型已經(jīng)能夠完全適應(yīng)高鋁渣冶煉的工藝需求。

表12013、2014年濟(jì)鋼3 200 m3高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語(yǔ)

濟(jì)鋼近幾年來冶煉高鋁料的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，3 200 m3高爐通過實(shí)施在燒結(jié)時(shí)提高M(jìn)gO含量或在高爐造渣環(huán)節(jié)控制適宜的鎂鋁質(zhì)量比來保持渣中適宜MgO含量的外圍措施，爐內(nèi)加強(qiáng)熱制度、造渣制度的控制及布料矩陣的配合，能夠?qū)崿F(xiàn)渣鐵比升高下的經(jīng)濟(jì)冶煉。但面對(duì)更加嚴(yán)峻的原料形勢(shì)，還需要對(duì)高爐爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化及高爐配料結(jié)構(gòu)與送風(fēng)制度的匹配關(guān)系作進(jìn)一步的深入研究，以期在現(xiàn)有條件及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上獲得更大的降低生產(chǎn)成本的空間。

［1］張明，姬光剛，張均賓，等.萊鋼1 000 m3高爐高鋁礦冶煉實(shí)踐［J］.山東冶金，2013，35（4）：3-4，7.

［2］沈峰滿.高Al2O3含量渣系高爐冶煉工藝探討［J］.鞍鋼技術(shù)，2005（6）：1-4.

［3］李傳輝，潘協(xié)田，馮增銘.濟(jì)鋼1#1 750 m3高爐降低渣中Al2O3含量的操作實(shí)踐［J］.山東冶金，2007，29（3）：13-14.

［4］王平，劉響，孟慶民，等.高鋁渣的流動(dòng)性和脫硫能力［J］.過程工程學(xué)報(bào)，2013，13（5）：788-794.

［5］劉學(xué)燕.濟(jì)鋼3 200 m3高爐渣系變化對(duì)爐況的影響分析［J］.山東冶金，2014，36（2）：37-39.

Influence of High Al2O3Slag on Operation of 3 200 m3BF in Jinan Steel

WANG Jun

（The Ironmaking Plant of Jinan Branch Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

To the characteristics of high Al2O3slag with higher viscosity,poor liquidity,and poor desulphurization ability,by adjusting the thermal system and distributing system,the Mg/Al ratio in the slag is controlled lager than 0.6 by increasing the MgO content in sintering,the MgO content in the slag is made between 8%-11%,the overall operation of 3 200 m3BF in Jinan Steel can fit smelting requirement with high Al2O3slag.Under the condition of slag ratio increase by 43 kg/t,the silicon in the pig iron was decreased,the desulphurization ability of the slag was strengthened and third grade iron was eliminated basically.

blast furnace;high Al2O3slag;ratio of magnesium and aluminum in slag;MgO content

TF53

B

1004-4620（2015）03-0001-03

2015-02-06

王軍，男，1980年生，2003年畢業(yè)于東北大學(xué)冶金工程專業(yè)?，F(xiàn)為山鋼股份濟(jì)南分公司煉鐵廠高爐部工藝設(shè)備科工程師，從事煉鐵工藝技術(shù)工作。