梅钢五号高炉低熔剂消耗生产实践

张光强

（上海梅山钢铁股份有限公司）

0 前言

梅钢五号高炉2012 年投产，高炉容积为4 070 m3。五号高炉生产中一般通过添加熔剂（硅石、蛇纹石）来调节炉渣碱度，使用熔剂将进一步增加高炉渣比，渣比升高亦将引起高炉燃料消耗的增加，进而提高铁水生产成本。据资料介绍，渣比提高100 kg/t，焦比升高30 kg/t，同时渣比提高会造成渣液在焦炭孔隙中滞留量升高，影响炉内料柱的透液性、透气性，易影响高炉顺行[1]。五号高炉2018 年熔剂单耗11.09 kg/t，2019 年熔剂单耗16.24 kg/t，渣比也都在310 kg/t 以上，存在较大改善空间。因此，减少熔剂消耗以降低渣比对降低生产成本有重要意义。

1 优化烧结矿用料结构

梅钢烧结矿用料结构相对稳定，用矿品种主要有原Carajas 粉、哈默斯利YANDI 粉矿、Pilbara 混粉矿、梅山精粉、原图巴朗标粉、西皮和其他港外杂矿。2019－2021 年梅钢烧结用矿结构见表1。

表1 2019－2021 年梅钢烧结用矿结构

从表1 可以看出，梅钢烧结用矿主要以原Carajas 粉、哈默斯利YANDI 粉矿和梅山精粉为主，其中原Carajas 粉的使用比例基本稳定在25%左右。由于矿石价格和物流等原因，哈默斯利YANDI 粉矿的使用比例逐渐从38%下降至24%，梅山精矿的用料比例由14%上升至23%，西皮粉的使用比例由5%上升至15%。2020 年，烧结矿用料中偶尔会加入一些性价比相对较好的小品种杂矿，但总体所占比例较小，对烧结矿成分影响不大。部分矿石成分见表2。

表2 2019－2021 年梅钢烧结用矿石成分

从表2 可以看出，哈默斯利YANDI 粉矿和梅山精矿品位接近，梅山精矿SiO2含量相对较高，西皮矿的品位高于哈默斯利YANDI 粉矿的，且SiO2含量与哈默斯利YANDI 粉矿的持平。因此，梅山精矿和西皮矿使用比例增加对烧结矿成分稳定影响不大。

2019－2021 年梅钢烧结矿成分变化情况见表3，表明烧结矿成分整体较为稳定。

表3 2019－2021 年梅钢烧结矿成分变化

2 降低高炉熔剂消耗措施

2.1 增加球团矿使用比例

梅钢五号高炉烧结比例约为80%，考虑自产烧结矿碱度较高，因此高炉生产中添加硅石和蛇纹石来调节炉渣碱度和镁铝比，保证炉渣流动性。硅石的主要成分为SiO2（＞90%），蛇纹石的主要成分为SiO2（40%）和MgO（40%）。2020 年2 月、3 月以及下半年，五号高炉逐步增加球团矿使用量，最高使用比例为10%。球团矿均为外购高品位酸性或自熔性球团矿，其种类和化学成分较为稳定（见表4）。

表4 2019－2021 年五号高炉常用球团矿成分

从表4 可以看出，鄂州球团、乌克兰球团SiO2含量较高，而Al2O3含量较烧结矿Al2O3含量低，即增加球团矿使用比例可以增加炉料中SiO2带入量且不增加Al2O3含量，从而有效降低炉渣碱度，减少硅石和蛇纹石的使用量。

球团矿堆角小，易滚动，大比例使用易加重中心造成煤气流不稳定；球团矿自身存在还原膨胀，易在炉身中部900 ℃温度区间附近粉化，恶化块状带透气性。随着球团比不断上调，高炉中心气流被弱化的问题逐渐显现。为应对上述问题，坚持“打开中心、兼顾边缘”的装料制度，主要解决球团矿配加以后中心通路问题。在稳定中心焦炭角度和用量的前提下，将焦炭平台内移。焦炭外档角度由40.5°逐步内移至39.5°，焦炭最内档由28.5°下调至28°，焦炭平台角差11.5°。焦炭角度内移后料面平台加宽、漏斗减小且变浅，可以阻碍球团矿的滚动以便形成强劲的中心气流。矿石布料制度也做出调整，矿石外档由38.5°下调至37°，外档焦炭和矿石角差由2°扩大至2.5°。最内档矿石角度由31.5°下调至30.5°，矿石平台角差6.5°。经过调整，高炉中心气流得到改善，煤气利用率也由45%提升到46.5%左右，实现了球团比例上升后高炉煤气流分布合理、中心气流稳定。

2020 年高炉球团矿使用比例和熔剂单耗变化趋势如图1 所示。

图1 高炉球团比与熔剂单耗变化趋势

从图1 可以看出，2020 年上半年球团比调整幅度较大，2 月、3 月以及6 月球团比例都较高，熔剂单耗也出现相应下降，5－7 月由于炉况波动，球团比例下调和焦比上升等因素熔剂单耗整体偏高。从8 月开始，随着炉况的稳定和球团比例的稳步上升，熔剂单耗出现较为明显降低，至2020年12 月球团比例上升至10%左右，熔剂单耗也下降至2 kg/t，2020 年第四季度平均熔剂单耗2.2 kg/t，为历史最好水平。

2.2 配加高SiO2 块矿

2021 年，由于矿石价格上涨等原因，五号高炉全年球团比保持5%左右，其主要炉料结构为烧结78%+球团5%+生矿17%。高炉使用块矿为哈混块矿，为减少硅石和蛇纹石的用量，在保证炉况顺行的基础上，加入了性价比较好的海南块矿或毛塔块矿，其成分见表5。

表5 2019－2021 年五号高炉常用块矿成分

从表5 可以看出，海南块矿和毛塔块矿的SiO2含量明显高于哈混块矿的，而Al2O3含量哈混块矿中Al2O3含量相当，因此增加海南块矿或毛塔块矿的使用可以有效增加炉料中SiO2含量，减少硅石和蛇纹石的使用，降低熔剂单耗。根据成本核算和炉况顺行情况摸索出海南矿或毛塔矿的使用量适宜控制在块矿的5%左右。

2021 年高炉酸性块矿使用比例和熔剂单耗变化趋势如图2 所示。考虑11 月和12 月因海南块矿断货等原因，数据不具参考性，未将其进行对比。

图2 2021 年梅钢五号高炉酸性块矿使用比例与熔剂单耗变化趋势

从图2 可以看出，上半年酸性块矿使用比例调整幅度较大，随着使用比例的增加，熔剂单耗下降，考虑使用量过多会增加渣比，对降低成本不利，下半年酸性块矿使用比例基本维持在5%左右，熔剂单耗量也稳定在7～10 kg/t。与2020 年下半年相比略有上升，但从长期数值来看，依旧处于较好水平。

2.3 适当提高高炉渣碱度

五号高炉生产中主要通过添加硅石和蛇纹石来调节炉渣碱度和镁铝比。近年来高炉炉渣碱度和镁铝比变化情况见表6。

表6 2019－2021 年梅钢五号高炉炉渣碱度与镁铝比变化表

从表6 可以看出，近3 年以来五号高炉炉渣碱度整体呈现上升趋势，提高炉渣碱度可以减少硅石的加入，降低高炉熔剂单耗，炉渣在可流动的温度下，酸性渣比碱性渣粘度大，在CaO%<50%的情况下，随着碱度的提高，炉渣粘度不断下降，若碱度过高，渣中易产生不能完全熔化的固相颗粒，使粘度增加，因此从炉渣粘度合适的角度出发，碱度应保持在0.80～1.25 之间[2]。目前五号高炉炉渣碱度能够满足流动性需求，生产中未发生炉渣流动性变差事件。五号高炉渣中Al2O3含量呈现下降趋势，其主要原因是炉料中酸性球团矿和酸性块矿的增加，其Al2O3含量较烧结矿中Al2O3含量少，当炉渣中Al2O3%=15%～17%时，炉渣适宜的镁铝比为0.40～0.50[3]，因此炉渣中Al2O3含量下降可以减少蛇纹石的使用，也可以达到降低熔剂单耗的目的。

3 应用效果

梅钢五号高炉通过增加炉料中酸性球团矿使用比例和酸性块矿使用比例等方式减少了高炉熔剂的使用，从而降低了炉料渣比，降低了高炉焦比，提高了高炉利用系数，具体数据见表7。

表7 2019－2021 年梅钢五号高炉部分经济指标完成情况

从表7 可以看出，2020 年和2021 年五号高炉熔剂单耗有明显下降，高炉渣比也随之下行，这使得高炉焦比下降，高炉利用系数上升，高炉渣比下降对高炉顺行有积极意义，2020 年下半年至2021 年底，高炉连续顺行16 个月，高炉日铁水产量近万吨。

4 结语

梅钢大高炉通过优化烧结矿用料结构，稳定烧结矿质量；增加球团矿使用比例；增加酸性块矿使用比例；适当提高高炉炉渣碱度来实现低熔剂消耗生产。从使用效果看，降低高炉熔剂消耗的最有效方式是增加球团矿的使用比例，且球团矿品位高，使用量增加不会造成渣比上升，但其缺点是市场价格较高。使用酸性块矿同样能降低高炉熔剂单耗，且酸性块矿市场价格相比于球团矿低，但是酸性块矿品位低，大量使用同样会增加高炉渣比。因此，建议在高炉生产中根据市场价格和高炉实际渣比等因素灵活调整球团矿和酸性块矿的使用比例。