1280高炉提高混合矿配比生产实践

供稿|陈那港，张卫华，李志刚，辜小玲，籍跃华

内容导读

为了增加经济效益，高炉生产采用烧结矿+球团+生矿的入炉料结构需要提高生矿比例以降低熟料量。芜湖新兴炼铁部率先摸索出在线生产混合矿的工艺，在确保高炉稳定顺行同时大幅度降低了球团比例及提高生矿比例。自主研发的在线生产混合矿工艺，有效利用烧结矿的余热对生矿进行烘烤，提高炉料整体出矿温度，降低入炉料水分及含粉率；提高高炉顶温，利于操作炉况顺行；保障除尘管道畅通，利用重力除尘器及干除尘器定时放灰及管道清灰；降低管道煤气中的水汽含量，进一步提高热值利于热风炉烧炉；降低热量消耗提高块矿还原度，降低燃料消耗，从而实现降本增效。

芜湖新兴地处三山区长江边，综合料场露天没有覆盖雨棚，受夏季梅雨季节雨水多、冬天雨雪天气影响物料潮湿，原燃料皮带上料困难，尤其是进口生矿含粉量大，雨水季节筛分较为困难，高炉炉料结构配比中熟料占比非常高，在90%～95%，要想提高生矿入炉料配比，只能另辟途径，因而适时调整1280高炉生矿入炉料结构中的比例是炼铁生产关注的焦点。

1280高炉配料结构现状

目前芜湖新兴炼铁部1280高炉入炉料结构搭配的 结 构 为：78%～82%烧 结 矿+10%～15%落 地球+5%～10%生矿，炉子的矿批分别为38～41 t。烧结矿全靠265 m2烧结机自产烧结矿，球团、块矿全部外购，球团主要是周边地区生产的回转窑球团及部分外购进口球，以本地球团为主。本地球团粒度较大，抗压强度及粒度质量等相对比较稳定可靠。块矿外购进口块矿含粉重，目前环保要求严峻，来矿在码头装船时需要打水防止扬尘，所以进厂的粉矿比较潮湿需要筛分后筛上送高炉，筛下物送烧结配加使用。进口块矿主要采购伊朗矿、PB矿、南非矿、墨西哥矿、纽曼矿、罗伊山矿等。鉴于球团与块矿在2018年市场价价差，自从2012年6月份开始配加块矿以来，直到2018年2月份块矿日配加的比例都没有稳定超过8%，2018年3月份后通过连续使用新建块矿烘干项目及现场在线生产混合矿后，全月生矿配比较为稳定并超过10%，尤其是到2018年10月单日最高比例超过了20%，取得了较好的经济技术指标。

如表1所示，2018年全年球团配比从13.13%→4.3%，生矿配比从5.29%→14.63%，熟料比94.71%→85.37%。在稳定炉况情况下，稳步的减少熟料比能有效降低钢铁企业的吨铁能耗，具有较大的经济效益。

表1 芜湖新兴1280高炉2018年不同月份入炉原料结构(质量分数，%)

混合矿在高炉内冶炼情况

高炉消化进口块矿存在问题

进口块矿主要存在的问题：(1)水分大，受热易膨胀爆裂，造成料柱块状带透气性变差，边缘气流紊乱，造成炉墙粘结变厚；(2)粉重且易吸附在块矿表面，造成炉渣黏度升高，炉身上部料柱透气性变差；(3)夏季江南的梅雨季节及冬天的雨雪天气造成露天存放的粉矿水分含量饱和而无法筛分，综合料场筛眼及槽下二道筛眼堵塞，高炉无法大量消化生矿，提高使用比例。

增加生矿配比的措施

芜湖新兴1280高炉使用自产焦炭及烧结矿，外购本地或进口球团，进口块矿，根据自身原燃料情况采取上述入炉料结构，提高烧结矿碱度并有效控制在1.85～1.95，以取得良好的冶金性能。炼铁分厂有两座白灰窑，测算表明两座窑同时开窑成本较高，且设计粉块产能为950 t/窑。因白灰窑故障等待备品备件等原因，造成自产白灰不足，需要外购300～500 t/d白灰补充。外购白灰活性度成分波动大、质量不稳定，导致烧结碱度波动较大，造成实际高炉渣碱度波动较大。芜湖新兴炼铁部因外购球团质量波动非常大，烧结碱度在1.80～2.10波动，球团硅高使得烧结保持高碱度加上白灰质量不稳定，对1280高炉入炉料结构稳定造成不利的影响。

芜湖新兴采购的进口块矿及进口球团品位较高，进口球团高于地方球团3.14%。伊朗块矿属于磁铁矿，品位高达64.16%，特点是硫、磷、亚铁高、含粉率高达30%～38%，还原度和低温还原粉化率等比纽曼块矿差；纽曼粉矿也是澳矿属于赤铁矿，烧结性能好。PB块是澳矿，属于褐铁矿，还原性好，热强度一般，在综合料场筛分出来的PB粉品位在61.5%左右，烧结性能好。进口粉矿是芜湖新兴根据性价比采购的，在综合料场用6 mm的筛子进行筛分供给高炉消化，但是雨天水分高达16%，筛眼堵塞严重无法消化。地方球抗压强度远高于中东球，外购地方球团硅高8.87%且配量大，造成烧结矿碱度需要维持1.9左右，如表2所示。

在如表3所示稳定的原燃料质量及成分条件的基础上，提高块矿比例有利于大幅度降低熟料使用量及加工成本。

块矿与烧结矿混匀

芜湖新兴炼铁部目前采用两种方案去除进口生矿含粉及多余水分。

第一种是现场直接采用从中转仓中排出的烧结矿与块矿混匀，此时热烧结矿温度尚有30～40 ℃，使用铲车及挖机对生矿与热烧结矿混匀后现场筛分，块矿筛下物与烧结矿返矿筛分出来的混合物送往综合料场等待烧结配加使用。块矿及烧结矿混合物直接打入高炉高位料仓。此方案有较多不足之处：(1)需要等待烧结仓有富余的烧结矿才能进行，遇到烧结计划检修或减产提高废气温度以及设备故障时无法进行；(2)需要增加外租挖机、铲车、自卸车等倒运费用，额外增加成本；(3)造成烧结矿与生矿使用工程机械混合过程中烧结矿粉化严重，增加烧结矿生产成本；(4)雨雪天气露天料场无法进行，混合效果差。

表2 芜湖新兴1280高炉入炉原料实验室化验各项指标

表3 芜湖新兴1280高炉入炉燃料实验室化验各项指标

面临芜湖雨季及冬季雨雪天气的短板，不得已炼铁部只能另辟蹊径，摸索新的解决办法。借助于烧结矿的余热对潮湿的生矿进行快速在线烘干后入炉生产，经过一段时间的实践证明此工艺可以大幅度提高生矿配比，降低入炉生料的水分和粉末并有效提高矿温，各测温点不同日期的温度如表4所示。

表4 芜湖新兴炼铁部烧结二期环冷机不同点烧结矿温度

第二种方案就是芜湖新兴炼铁部自主研发的在线生产混合矿工艺，该工艺采用生产直接使用铲车上皮带打入烧结缓冷机中，直接加入烧结矿中，利用烧结矿的余热对生矿进行烘烤后随着烧结矿从皮带中打入高炉中转仓内。此办法克服了第一种方案的所有不足之处，且烘烤完后块矿的水分和粉末极低，水分仅为0.1%～0.2%，基本没有粉末，块矿表面温度在皮带上用测温枪测量温度为60 ℃左右，戴手套摸着烫手，烘干效果极佳。

混合矿炉内冶炼

芜湖新兴炼铁部烧结二期自主研发的在线生产混合矿使用5 t的铲车在84 min连续上生矿137.5 t，平均1.64 t/min。烧结二期环冷台车投料量在150～155 kg/s，每小时生矿量98.21 t，若再增加上矿量，则会造成覆盖在烧结矿表面的块矿过满，顶着烟气罩，影响烧结的正常生产。二期烧结环冷机生产出来的混合矿(刨去烧结内返及高炉返矿)上高炉主皮带块矿占烧结矿比例日均10%～24%。1280高炉的炉料结构从2018年1月份原有的烧结(80%～82%)+球团(10%～15%)+块矿(5%～7%)配比逐步调整为2018年5月份烧结(78%～80%)+球团(5%～10%)+块矿(10%～15%)。因生矿经高温烘烤过，水分基本忽略，且生矿表面余温高达30～40 ℃，热矿与生矿潮矿入炉相比对高炉冶炼有以下优点：(1)提高炉料整体出矿温度，降低入炉料水分及含粉率；(2)提高高炉顶温，利于操作炉况顺行；(3)保障除尘管道畅通，利用重力除尘器及干除尘器定时放灰及管道清灰；(4)降低管道煤气中的水汽含量，进一步提高热值利于热风炉烧炉；(5)降低热量消耗提高块矿还原度，降低燃料消耗，从而实现降本增效。

1280高炉是按砖壁合一的炉衬设计建造的，薄壁炉衬要求保持良好的操作炉型，要求炉墙粘结渣皮不能过厚，合理的煤气流分布保障渣皮厚度，对高炉操作提出较高的布料要求。生矿与烧结矿混匀入炉，由于生矿与烧结矿结构不一，烧结矿的孔隙度优于生矿，生矿具有热爆性，在炉身上部受热到300～500 ℃则会膨胀爆裂成粉块状，而烧结矿烧结软融形成一体，生矿受热后轻微膨胀爆裂后，从25～40 mm粒级分裂成10～15 mm，小块烧结矿包容了进口块矿的热爆性，减轻了料柱中的小崩塌料现象，确保中心与边缘煤气流自下而上的顺行，从而保证炉况顺行度。

原炉料结构生矿未混烧结矿前1280高炉操作，38.5～40.5 t矿批，负荷4.2～4.8。2017年12月—2018年1月份属于冬季，气温低，冷却水温低，冷却效果好，则采取放边的操作理念适当发展边缘煤气流。布料矩阵为α焦3733433122721899；α矿3613323022799→α焦37.5334.5331.5227.522099；α矿36.5233.5330.5327.599→α焦3833533222822299；α矿3723433132899，矿批加重，负荷逐步提高，冬季增加负荷时需确保中心气流强势和发展边缘气流冲刷炉墙，防止炉墙渣皮结厚影响薄壁炉衬的操作炉型。生矿与烧结矿混完后，矿批按40.5 t，负荷4.8。2018年2月—5月随着气温的逐步升高，进水温度变高，冷却效果变差后采取压着边缘气流布料矩阵，采取操作方针为：(1)热压：345～60 kPa，顶压：196～201 kPa，氧：6500～8000 m3/h，风量2505～2535 m/min；(2)矿批：39.5～40.5 kg(全天料速按186批组织，若料速快，可扩矿批500 kg/次)，负荷4.5～4.8，煤量稳在22～23 t，加负荷至4.70；(3)风温必须使用稳定，要求用在(1210±20)℃，低于1180 ℃换炉，确保高风温稳定；(4)铁水成分控制Si：0.25%～0.45%，S:0.02%～0.04%，R2:1.1～1.2，铁水温度保证1480 ℃以上；(5)料制：α焦373343312282242139945%，α矿352323293262239945%(焦按12～13圈，矿按10圈)→α焦382262232202139945%，α矿372342312289946%(焦不低于11圈，矿不大于10圈)，保证中心加焦量，确保中心气流强盛。

通过炉内上下部调剂，加入生矿烧结混合矿取代生矿后，降低入炉生矿和烧结矿粉末及入炉料水分，改善料柱透气性，提高顶温，且不同季节通过反复探索调整布料矩阵来改变煤气流情况，稳定合理的操作炉型，增强了料柱煤气流自下而上的穿透力，提高煤气率，促进了间接还原，较潮湿生矿入炉实现燃耗和铁水成本降低。

加混合矿前后主要指标对比

表5数据中需要说明的特殊情况：2018年4月18日因风机房跳电造成风口全灌，休风更换22个风口小套，22日计划休风。外部原因影响造成焦比燃比升高。5月份外围环境影响小，生矿配加达到全年最好记录30489 t，球团配比8957 t，焦比燃比也取得较好指标，透气性较优，炉温稳定硅偏差较小。6—7月高炉计划休风1次，炼钢用氧不足，高炉被迫减氧保炼钢6次，槽下主皮带疑似着火减氧1次，炉顶均压中轴故障1次，外部环境对高炉影响较大，对燃耗影响大。9—11月因原燃料仓位低，原料来不及备料以及焦炭可逆皮带故障，造成高炉减风停氧次数多，风机房风机故障跳电3次，透平故障一次及计划检修后风口跑风、行车故障造成炼钢重罐落地烧坏铁轨停炉等，造成高炉频繁的休慢风，造成炉况难行，退负荷调炉况。造成后三月指标差，燃耗高，成本暴涨，大幅度配加块矿置换出球团的利润受到外部环境的影响较大。

表5 2018年芜湖新兴1280高炉加入混合矿后各项参数指标

从表5中可以清楚地看到：全年1—11月共计按混合矿入炉的配料结构配加进口生矿22.33万t，球团19.84万t；较比原普通生矿结构5%的入炉配比量(生矿11.52万t，球团28.58万t)，增加配加生矿10.81万t，减少球团消耗量8.74万t。采用新建块矿烘干系统在线生产混合矿，改变入炉料结构效果非常好，大幅度提升高炉配加生矿的消耗量，降低了球团的配加量，取得较大的经济效益。2018年全年大幅配加生矿攻关创效约685.69万元。

结束语

(1)从源头上严控生矿来料水分及粉末是确保粉矿迅速分离的首要因素；(2)利于烧结矿余热在线生产混合矿是提高高炉生矿比的极为有效的手段；(3)密切关注及协调好高炉生产所需的外围条件，遇到突发情况及时处理避免高炉长时间休慢风是影响高炉消化生矿的主要原因；(4)块矿烘干系统在线生产混合矿改变入炉料结构效果显著，大幅度提升高炉配加生矿的消耗量，降低了球团的配加量，取得很好的经济效益。