使用高比例塞矿烧结矿高炉炉料结构探讨

刘学燕，王 军，李丙来

（山钢股份济南分公司炼铁厂，山东 济南 250101）

生产技术

使用高比例塞矿烧结矿高炉炉料结构探讨

刘学燕，王 军，李丙来

（山钢股份济南分公司炼铁厂，山东 济南 250101）

作为降低成本的重要手段之一，济钢烧结大比例配加塞拉利昂矿在短期内难以改变，高比例塞矿烧结矿因高温冶金性能差影响了高炉顺行。通过分析高炉在用烧结矿、球团矿及块矿的高温冶金性能以及合理炉料的要求，在当前原燃料条件下，济钢3 200 m3高炉适宜的炉料结构为75%400烧结矿＋25%球团矿和澳矿。该炉料结构既能满足高炉正常冶炼（包括碱度、产量、渣中Al2O3高等）的需求，又能降低炉料成本。

高炉；炉料结构；高比例塞矿烧结矿；高温冶金性能

1 前言

近年来，随着外部市场竞争日趋激烈，炼铁承担的降低生铁成本的压力日趋增大，高炉面对的经济料使用比例也在逐步增大。在济钢烧结区域承担了大比例配加塞拉利昂矿粉（塞矿）的任务，因塞矿特有的低硅高铝、冶金性能差的特点，对高炉保持炉料结构的稳定以及综合炉料冶金性能的优化带来了冲击；同时，又因塞矿属山东钢铁集团投资获得的权益矿，其经济性对炼铁降低生铁成本又起到着至关重要的作用。目前，在济钢烧结塞矿的配加量在25%～30%，实践证明可降低单位生铁成本30元以上[1]，故在高炉炉料结构调整中面对高配比塞矿烧结矿只能采取适应性措施。

高炉炉料结构的构成一般情况下包括烧结、球团与块矿3部分，无论哪部分发生结构性调整都对整体进入高炉的原料质量带来较大的变化。单个或多个料种的变化，其高温冶金性能包括高温还原强度、还原性、软熔特性等势必影响整个炉料结构在高炉内由上至下的运行状态，影响整个冶炼过程的热量传递和动量传输，必定带来因冶金气氛变化而改变的各类冶金物理化学反应朝着脱离预期的方向发展[2]。质量较差的炉料进入高炉后，体现出来的首要特征就是料柱软熔带厚度和位置发生变化，带来块矿带料柱透气性的恶化，透气性恶化又影响高炉软熔带结构和气流，从而形成恶性循环。操作层面的体现就是炉身温度失稳，特别是炉身中上部，高炉整体温度梯度分布发生变化，开始出现边缘气流失稳，透气性指标变差，压差升高，热制度波动，最终影响高炉顺行。

2 高比例塞矿烧结矿理化性能

济钢烧结自2012年7月开始正常配加塞矿，加上后续资源量充足，塞矿配比由开始时的9%逐步增加到25%。在塞矿配比均达到25%以后，各烧结机产烧结矿化学成分、物理性能及粒度组成见表1、表2。

表1 各烧结机产烧结矿化学成分

表2 烧结矿物理性能及粒度组成

由表1、表2可以看出，塞矿烧结整体性能良好，能部分增强烧结矿转鼓强度，部分改善烧结矿粒度组成。对高炉冶炼的影响，除使渣中Al2O3含量升高外，还使高炉入炉焦比、铁水物理热大幅增长，但基本实现了在烧结配加25%比例塞矿的条件下，高炉炉况运行的稳定，最为重要的是保障并实现了高炉原材料成本的降低[1]。

3 对高炉炉料结构及顺行的影响

2014年7月济钢3 200 m3高炉发生炉况失常，经过原燃料质量排查，操作应对手段分析，最初认为是澳矿质量差（因为7月份所有的变数均来自澳矿）所致，故前期大幅降低了澳矿比例，增加了南非、巴西等传统意义上好矿的比例，但高炉炉况仍无明显好转。经进一步分析，认为是400 m2烧结机产烧结矿软熔性能变差，对高炉软熔带位置和厚度产生了较大影响，使高炉炉身温度波动，透气性变差，热制度失衡，影响高炉焦比增加、风温使用降低，正常生产陷入被动，对生铁质量和生铁成本带来负面影响。主要原因是没有认识到烧结配加较高比例的塞矿后，普通成分除了铝高外，与以往相比没有发生明显的改变，但其高温冶金性能发生了很大的变化。2014年6、7月份济钢400 m2烧结机产烧结矿融滴性能软熔带宽度的变化趋势见图1。炉况失常前后3 200 m3高炉炉料结构变化见表3。

图1 济钢400 m2烧结机产烧结矿软熔带宽度变化

表3 2014年5—9月济钢3 200 m3高炉炉料结构变化%

由图1、表3可以看出，进入6月份后，随着高炉冶炼强度的变化，优化经济技术指标的手段进一步落实，高炉入炉焦比在原来基础上降低了接近15 kg/t，料柱焦层“气窗”作用开始减弱，这时高配比塞矿的400 m2烧结机产烧结矿在高温冶金性能上的缺点开始逐步暴露出来，其热态性能指标的不稳定及融滴性能软融滴落带宽度的大幅波动导致料柱软熔带位置和软熔带厚度发生较大的改变，使高炉炉身温度波动大，难以驾驭，从而出现了炉况失常。直接使400烧结矿在高炉炉料结构中所占比例由2014年5月份的82.41%降低至7月份的73.21%，所缺失的份额逐步由热态性能指标与400烧结矿配合较好的澳矿、320烧结矿替代，对高炉炉料结构的稳定及正常冶炼带来了很大的冲击。

因此，对济钢3 200 m3高炉在济钢现有条件下原料的冶金性能和合理炉料结构进行研究很有必要。重点研究不同碱度下烧结矿、球团矿冶金性能的变化对高炉生产的影响，以及在高炉实际操作中使用手段较为灵活的块矿和熔剂如何应对的问题，同时兼顾整体结构的经济价值及冶金价值，综合考虑，实现合理配料。

4 合理炉料结构探讨

4.1 合理炉料结构的要求

合理的炉料结构是高炉生产实现高产、优质、低耗、低成本的重要因素之一[3]。3 200 m3高炉要想获得良好的综合经济效益，合理炉料结构必须满足以下要求：一是高炉使用的烧结矿（以400 m2烧结机为主）和球团矿以及各类块矿必须具有良好的高温冶金性能，首先要满足能在高炉内形成合理稳定的软熔带，利于高炉强化冶炼。二是能够满足在无熔剂或少用辅料的前提下，造出适宜碱度和适宜成分的高炉渣，能克服济钢高炉使用塞矿带来的高Al2O3渣系脱硫能力差、炉渣黏度高的难题。三是还需具有较高的综合入炉品味，能够满足高风速、强动力冶炼要求，能促进富氧大喷煤技术的实行，实现强化冶炼。四是满足高炉长寿的需要，在合理配料的基础上，能够实现从基础条件上有利于高炉送风、冷却制度的调整，进一步稳定炉身温度梯度分布，有利于高炉风口设施、炉衬及冷却设备的长寿。五是能够满足降低生铁成本的需求，通过高炉炉料结构分析与性价评估，综合考虑各利弊因素进行合理配料。合理的炉料结构并没有一成不变的模式，而是在生产过程中进行不断的调整和优化。

4.2 适宜炉料结构组成

以3 200 m3高炉为例，对高炉主要使用400烧结矿的适宜炉料结构进行探讨[4]。烧结矿、球团矿及多种块矿的高温冶金性能见表4。其中400烧结矿最大压差15.01 kPa，最大压差对应温度1 281℃。

由表4可以看出，400烧结矿软化开始温度、软化终了温度均偏低，软化区间适中；熔化开始温度偏低，滴落温度适中。从软化性能、融滴性能、软熔带宽度3个反应炉料高温冶金性能的指标及降低原材料成本为主的“适应性”要求考虑，320烧结矿是最适合与400烧结矿进行配矿并能够最大幅度降低炉料成本的料种，澳矿、球团矿次之，马来西亚块矿和海南块矿最差。

3 200m3高炉若采用以400烧结矿为主的炉料结构，在考虑烧结机生产能力的前提下，适宜炉料结构中400烧结矿用量按其满产应控制在75%左右，澳矿、球团矿两者合计在25%，若考虑成本因素，块矿比例还可适当上调。即在目前的生产条件下，按照合理炉料结构的要求，3 200 m3高炉适宜炉的料结构为75%400烧结矿＋25%球团矿和澳矿[5]。该炉料结构既能满足高炉正常冶炼（包括碱度、产量等）需要，又能满足降低炉料费用乃至部分制造费用的需要。

表4 烧结矿、球团矿及多种块矿的高温冶金性能℃

5 结论

5.1 作为当前降低生铁成本的有效途径，结合济钢实际情况，采取宁可牺牲部分高炉经济技术指标而大比例配加高铝低硅的塞拉利昂矿来降低高炉原材料成本的措施是不可或缺的。

5.2 配加高比例塞矿的400 m3烧结机生产的400烧结矿质量的变化对3 200 m3高炉炉况失常的影响，说明了在关注原材料普通理化性能指标的同时，更要关注其热态冶金性能，特别是在热态冶金性能较差的塞拉利昂矿大量入炉的情况。

5.3 重点跟踪所有炉料的高温冶金性能，特别是炉料软化性能、熔滴性能、软熔带宽度三者之间的匹配，同时兼顾适宜炉料的要求，可将配加高比例塞矿烧结矿对高炉炉料结构稳定的冲击降到最低。

5.4 在目前的原燃料条件下，济钢3 200 m3高炉适宜的炉料结构为75%400烧结矿＋25%球团矿和澳矿。该结构可基本满足成本降低和炉况稳定的和谐统一。

5.5 高炉炉料结构的调整由被动接受到主动控制对济钢炼铁来说是一个巨大的进步，就现有的条件来讲，目标是先实现在有限元内的炉料结构控制，根据高炉炉型特点及生产实际进行调配，努力实现生铁成本最低化、质量效益最大化。

[1]王良周，段磊，韩克峰，等.塞拉利昂矿在济钢的生产使用实践[J].山东冶金，2013，35（4）：1-2.

[2]蔡湄夏，范建军，贺淑珍，等.高比例烧结矿高炉炉料结构的研究与应用[J].山西冶金，2006（4）：9-10.

[3]王竹民，王磊，吕庆，等.邯钢高炉炉料结构优化研究[J].钢铁研究，2009，37（4）：4-7.

[4]徐军，杜屏，王永红，等.沙钢高炉常用炉料冶金性能的研究分析[J].上海金属，2014，36（2）：44-48.

[5]梁栋，陈伟，石红燕，等.高炉炉料结构成本优化模型及分析[J].山东冶金，2012，34（5）：39-41，46.

Study on the BF Burden Design Using the Sinter with High Sierra Leone Ore

LIU Xueyan,WANG Jun,LI Binglai
（The Iron-making Plant of Jinan Company of Shandong Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

As one of measures to reduce cost,high proportion of Sierra Leone ore in the sinter is very important in short term.Due to the poor high temperature metallurgical property,the burden design and stable operation of 3 200 m3BF was affected by the sinter with high Sierra Leone ore.By analyzing the high temperature metallurgical properties of the sinter,pellet and lump ore used and the demands of reasonable burden design and under current conditions of raw material and fuel,the feasible burden design of Jinan Steel’s 3 200 m3BF is 75%of the sinter from the 400 m2sinter machine+25%of the pellet and the lump ore.The burden structure can not only meet the normal smelting requirements for blast furnace(including alkalinity,yield,higher Al2O3in slag and so on),but also reduce the charging costs.

blast furnace;burden design;sinter with high Sierra Leone ore;high temperature metallurgical property

TF54

B

1004-4620（2015）04-0001-03

2015-01-26

刘学燕，男，1973年生，1995年毕业于西安建筑科技大学钢铁冶金专业。现为山钢股份济南分公司炼铁厂厂长，高级工程师，从事炼铁工艺技术及管理工作。