太钢1 800 m3高炉大比例球团生产技术的探讨

2022-01-24赵雪斌路振毅唐顺兵

山西冶金 2021年5期

赵雪斌，路振毅，唐顺兵

（山西太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂，山西太原 030003）

自2013年太钢袁家村铁矿投产后，太钢1800 m3高炉球团比例由20%逐步提高至30%。进入2019年，在严峻的环保形势下，公司生产物流组织模式发生巨大变化，高炉使用球团比例进一步提高至35%～40%。球团比例升高后，其软熔性能差、滚动性强、平均粒度小等特点对煤气流分布产生不良影响，造成生产中压差升高，炉况稳定性变差。通过对1 800 m3高炉合理匹配造渣制度与热制度，装料制度与送风制度，消除了高比例球团对炉况的影响，保证了炉况在大比例球团条件下的长期稳定顺行。

1 1 800 m3高炉原料条件

1.1 炉料结构

太钢1800m3高炉炉料结构为烧结矿+球团矿+少量生矿。2013年以前，主要的原料质量配比为74%～79%的烧结矿、16%～21%的球团矿、0～6%的生矿。2013年以后，由于太钢袁家村铁矿投产，太钢高炉提高球团矿比例至30%左右，同时基本停用生矿。太钢1 800 m3高炉炉料结构变化情况如图1所示。

图1 2007年—2结01构9变年化太情钢况1 800 m3高炉炉料

2019年以来，受到环保管控的影响，太钢烧结机产量降低，各高炉提高球团矿比例，1 800 m3高炉球团矿比例升高至31%～35%，短时间内达到41%。2019年1800m3高炉炉料结构变化情况如图2所示。

图2 2019年1月结—构10变月化太情钢况1 800 m3高炉炉料

1.2 球团矿冶金性能

太钢自产袁家村球团矿为酸性球团矿，高温冶金性能不佳，软熔温度偏低，成渣早。袁家村球团抗压强度不高，大于2 000 N/个的比例为72%～77%，滚向边缘和中心的球团矿会过早熔化，易与炉墙形成黏结，影响炉料透气性。1 800 m3高炉使用的袁家村球团矿成分及冶金性能指标如表1所示。

表1 袁家村球团矿成分及冶金性能指标

1.3 烧结矿冶金性能

目前太钢有450 m2与600 m2两台烧结机，使用自产全精粉烧结。由于缺少适当大小的富矿粉作为核心，导致烧结矿强度较低，返矿比例较高。1 800 m3高炉使用的烧结矿成分及冶金性能指标如表2所示。

表2 烧结矿矿成分及冶金性能指标

2 大比例球团矿对高炉生产的影响

2.1 布料影响

1）球团矿自然堆角小，仅24°～27°，而烧结矿自然堆角为31°～35°。因球团滚动性好，安息角小，在高炉布料时易使炉料滚向中心和边缘，当球团矿作为高炉主要炉料时，会引起高炉料层分布不均匀，从而造成高炉内两股气流逐渐减弱。若长期进行此操作，会导致煤气流不稳定，引发边缘煤气流波动，热负荷升高，甚至发生崩料管道等异常炉况。

2）球团矿直径为8～12 mm，而烧结矿平均粒级为20～22 mm，随着球团比例的增加，炉料的平均粒径降低。不同球团矿比例的高炉炉料粒度组成如表3所示。在焦炭粒级不变的条件下，随着球团矿比例的增加，高炉块状带炉料粒度差别（即矿石的平均粒径/焦炭平均粒径，dp/Dp）值减小，块状带炉料空隙度呈下降趋势。

表3 不同球团矿比例高炉炉料粒度组成

2.2 料柱软熔性能影响

球团矿还原性好，但酸性球团矿的还原软熔温度一般较低，个别球团矿在还原时出现异常膨胀或还原迟滞现象。根据实验，当球团比例逐步由25%增加至35%时，炉料的软化开始温度、软化结束温度和滴落温度均有所降低，且压差增大，使软熔区间变窄。不同球团矿比例炉料结构的熔滴性数据如表4所示。

表4 不同球团矿比例炉料结构的熔滴性数据

2.3 热制度与造渣制度影响

球团矿品位高达65%左右，而烧结矿品位为57.4%，随着球团矿比例的提高，炉料综合品位提高，渣比降低。渣比的降低可使熔化炉渣热量支出减少，当温度为1450～1500℃时，炉渣的热焓约1770～1855kJ/kg，每降低10 kg/t的渣比会使焦比降低1.8 kg/t，焦比的降低使吨铁煤气量下降，此外，渣量的减少还有利于提高料柱的透气性，尤其是对焦床透气性的提高效果更为明显。因此，热制度和造渣制度的共同作用使软熔带以下部位的料柱透气性大大提高。

随着球团比例的提高，渣比下降，炉渣的脱硫能力下降，生铁w（S）升高，因此，需提高炉渣碱度以维持足够的脱硫能力。

3 大比例球团生产中的问题解决

为解决球团矿比例提高带来的诸多问题，通过研究1 800 m3高炉上下部操作制度的匹配关系，在布料排料、送风参数匹配、选择合理渣型等方面做出了诸多改进，同时加强了设备与原燃料管理，内外结合以减少大球团比例对高炉运行的影响，实现了在大比例球团生产条件下的稳定运行。

3.1 装料制度

1）使用中心加焦技术，保持中心气流的稳定，兼顾边缘气流。生产中控制十字测温中心点温度为400～450℃，次中心温度为240～280℃，边缘温度为50℃左右，中心温度比重Z值为11.5%～12.5%，边缘温度比重W值为0.38%～0.44%。目前1800m3高炉的布料矩阵为焦炭角度一般不做调整，以保持焦炭平台的稳定。气流出现变化时，优先通过调整焦炭第6档圈数来调整中心焦量，当第6档圈数为3.0～3.5时，对应中心焦量比例为21.4%～24.1%。当中心焦量调整不能满足需求时，通过平移矿石角度来调整边缘与中心的气流分布，变动幅度为0.1°～0.2°，基本能满足需求。

2）优化槽下球团和烧结的排料顺序。利用槽下设备分散称量的特点，开发出“烧结+球团+烧结+球团+烧结”的布料方式。这种布料方式的优点是将易于流动的球团分割，减少了大量球团集中布入后对高炉料面稳定性的冲击，大大降低了料面的流动性，提高了气流分布的稳定性。同时焦丁排在矿石前部，与球团矿混合后有效地降低了球团矿的滚动性，有利于在边缘形成一个小斜坡，提高了边缘的透气能力，从而起到降低压差，促进顺畅下料的作用。

3.2 送风制度

3.2.1 大风量及足够的鼓风动能

坚持使用大风量，保持足够的鼓风动能。由于大比例球团矿生产时，球团更易滚向中心与边缘，造成气流分布的不均衡，所以在压差允许的情况下，应尽可能使用较大风量，保持足够的鼓风动能，以维持合理的一次煤气分布，保持稳定的中心气流。1 800 m3高炉在大比例球团生产期间，逐步提高风量，最终稳定在3 250～3 300 m3/min。在提高风量的同时，同步扩大风口面积，由0.247 3 m2扩大至0.259 7 m2，鼓风动能由8 000 kg·m2/s2提高至9 000 kg·m2/s2，气流稳定性得到提升，保证了大比例球团生产期间的炉况稳定。2018年1月至2019年11月1 800 m3高炉风量、风口面积与鼓风动能变化情况如图3所示。

图3 2018年1月参至数2变01化9情年况11月1 800 m3送风

3.2.2 高风温及高富氧

由于球团矿的软融温度低，当球团比例增加时，软融带上移，压差升高，破坏高炉顺行。1 800 m3高炉富氧量由4000m3/h提高至7000m3/h左右，富氧率由2.0%提高至3.0%，同时维持风温在1 200～1 250℃，维持理论燃烧温度在2 250～2 280℃左右，保证炉缸热量集中，同时高温带下移，使软熔带保持在炉腹至炉腰间，有利于大球团比例生产时的炉况稳定。

3.2.3 压差控制

大比例球团易导致高炉压差升高，因此，1 800 m3高炉在日常操作中应严格控制压差，经过长期摸索，确定高炉运行的压差不得超过165 kPa，一旦超过此值，极易发生边缘气流发展，出现热负荷窜高，甚至形成边缘管道。风压波动压差短期达到165kPa时，应及时进行减风控制，如果风压平稳但压差接近165 kPa时，应坚决退矿批、退负荷，以保证炉况的顺行。

3.3 造渣制度与热制度

由于袁家村矿粉中，K、Na等碱金属含量较高，增加球团比例后，入炉碱负荷增加，对炉缸内焦炭强度破坏性增强。排碱需要较低的渣碱度与较大的渣量，但随着球团比例的升高，渣比由310 kg/t降低到270～280 kg/t，过低的碱度既影响脱硫，又影响炉缸的热量。在操作中将炉渣二元碱度控制在1.18～1.22，同时w（Si）控制在0.3%～0.5%范围内，铁水测温达1 470～1 490℃，w（Si）在0.020%～0.025%范围内，效果较好。

3.4 炉前出铁管理

在大比例球团矿生产实践期间，存在铁口炮泥质量不稳定，出铁时间短，高炉易憋风，料速不均，炉温波动等问题，使得软融带位置不稳定，影响炉况顺行。由于焦炭质量差、炉缸内碎焦多，影响死焦堆的透气性和透液性，造成炉缸不活跃。通过调整钻头尺寸、增加出铁次数、缩短出铁间隔时间、力求大吹铁口等措施，克服了炮泥质量差对出铁的影响，稳定了炉温和热量，降低了碎焦对炉缸的影响程度。