红钢450高炉低硅冶炼实践与特点分析.doc

红钢450m3高炉低硅冶炼实践与特点分析林安川 方文（红河钢铁有限公司 云南蒙自 661100）摘 要 对红钢450m3高炉近年矿石资源实际特点及低硅冶炼的生产实践进行了总结和分析。通过分析硅等非铁元素还原的各种影响因素，结合红钢实际从优化用料及操作制度出发，在自产烧结矿配入2530%含MnO达4%的贵砂粉矿、控制渣中（MnO）1.50%、（MgO）8.5%9.5%；操作上采用活跃炉缸、改善渣铁流动性、透气性的技术措施。在入炉原燃料品质较差的情况下平均Si降至0.480%左右，技术经济指标显著改善。 关键词 高炉非铁元素还原 渣相 含钛冶炼450m3 blast furnace of Honggang Company Practice and low silicon smelting Analysis Lin anchuan Fang wen（Honghe Iron Steel Co.）Abstract 450m3 blast furnace of Honggang Company ore resources in recent years, the actual characteristics and low silicon smelting production practice are summarized and analyzed. Through the analysis of silicon and other non-iron to restore the effects of various factors, combined with Red Steel from the optimization of materials and the actual operation of the system starting, in the self-produced sinter into the 25 to 30% with up to 4% of your MnO powder sand mining, control slag in the (MnO) 1.50%, (MgO) 8.5% 9.5%; operation using active hearth to improve the iron slag fluidity, permeability of technical measures. In the poor quality of fuel into the furnace of the original case of an average of Si fell to 0.480% or so, technical and economic indicators improved significantly.Key words BF Non-iron-containing titanium slag smelting1 前言红河钢铁公司（以下简称红钢）地处云南省东南部，高炉原燃料资源相对缺乏，交通运输条件相对落后，烧结原料除使用10%18%进口粉矿外，大部分矿石来源于省内及越南境内，入炉矿石品位低，有害杂质高，冶金性能较差；焦炭全为省内小焦炉生产的外购焦炭。水分波动大，灰分高，固定碳低，品种较杂。近年来，从合理利用资源及运输出发，充分开发利用钒钛矿资源，高炉冶炼逐步进入中钛渣范围，高炉透气透液性恶化，高炉操作难度增大，炉温波动大。而炉温的主要标志生铁Si的含量的减低和稳定水平，是高炉冶炼条件和综合技术水平的标志性指标，是提高产量，减少燃料消耗、降低生铁成本的重要因素。目前，一般将生铁含Si划分超低Si铁（Si0.3%）、低Si铁（Si=0.31%0.50%）、中Si铁（Si=0.510.70）、高Si铁（Si0.71 %）1。Si每降低0.1%，生铁增产0.5%0.7%，燃料比降低46kg/t，降低吨铁冶炼成本45元/t。随着原料及操作技术的进步，越来越多的中小型高炉进入低硅铁冶炼范围，部分原料条件好的高炉已接近或进入超低硅范围。红钢1#高炉从自身资源利用情况及经济性从发，有必要进行低硅冶炼，改善技术经济指标。2 硅等非铁元素还原简述 高炉冶炼除进行铁氧化物的还原外，还进行着硅、锰、硫、磷、和钒钛镍铬等钢铁有益元素及碱金属、铅锌砷等有害元素的还原2。其中还原过程对炉况及指标影响较大的是硅、锰、钛元素，它们均属于难还原元素，其低价氧化物均由C直接还原出单质。2.1 高炉中硅的来源及还原高炉中铁水硅的来源有两个：一个是高炉燃料灰份中的二氧化硅（45%50%），一个是矿石脉石中的二氧化硅。一般认为焦炭和煤粉中的SiO2呈自由态存在。活度为1.0，是渣中SiO2活度的1020倍，气化为气态时仍可达0.85，仍比炉渣的大得多，且与还原剂C接触均匀而紧密。因此，焦炭、煤粉中的SiO2优先熔融造渣，其气化时产生的气态SiO是高炉冶炼炼钢铁时铁水中【Si】的主要来源3。高炉冶炼条件下能很好地满足炉内硅二步还原的热力学条件，硅在滴落带被大量还原，到到风口平面时还原出的硅量最高，经过风口区和渣铁界面硅氧化的耦合反应形成终铁含硅量。研究结果表明，炉内实际硅含量远未达到其平衡值，硅还原仍然受到动力学条件的限制，其还原反应速度受温度、反应接触面积和时间、SiO的气相分压等因素影响。这就为高炉实际生产中除降低高炉硅源外从操作上控制铁水中【Si】含量提供了依据。2.2 含钛矿冶炼特点及影响 对普通矿冶炼，钛属于有益微量元素，随着钒钛矿资源的扩展应用，钛对高炉冶炼的影响越显突出。钛在矿石中以钛赤铁矿、钛磁铁矿等复杂化合物形态存在，但在1350软熔滴落之前其中铁氧化物首先还原分离出去。同硅、锰一样，钛也是被【C】从自由氧化物状态还原出来，其还原比硅还要困难，因此炉温越高、还原气氛越强，炉渣与【C】接触时间越长，钛还原越易进行。还原出的Ti与C、N结合生成熔点极高的TiN、TiC，进一步加剧Ti的还原。并且TiN、TiC呈颗粒状存在于渣中使其粘度急剧增加，造成冶炼困难。高炉钒钛冶炼铁损增加机理表明4：TiC、TiN、Ti（C、N）颗粒能够黏附在渣铁界面上，包裹熔渣中铁珠表面，阻碍铁珠聚集和沉降，恶化炉缸活跃程度、渣铁流动性及增加铁损，影响经济技术指标。含钛炉渣冶炼按渣中TiO2含量划分为高、中、低三种类型。高钛型：20%-30%；中钛型：5%-20%；低钛型：5%。同普通矿冶炼的最大区别在于渣系由四元系(CaO-MgO-SiO2-A12O3)变为五元渣系(CaO-MgO- SiO2-TiO2- A12O3)。表现为：炉渣熔化性温度升高，炉渣流动性良好的温度区间变窄；渣铁分离度差，炉渣脱硫能力低；炉内风压波动大，不易接受风量。 3 红钢1#高炉冶炼条件及低硅生铁技术措施采用 基于硅、钛还原的相似性及对冶炼操作、指标的影响，高炉含钛矿冶炼应与低硅冶炼相辅相成。采取措施控制铁水中稳定而较低【Si】、【Ti】水平、改善渣铁流动性成为含钛矿日常冶炼的主要任务。高炉长周期稳定顺行是冶炼低硅生铁的基础条件。这就要求从炉型、原燃料、操作、生产组织上为实现低硅生铁冶炼做好准备。3.1 高炉炉型特点合理操作炉型是实现炉况稳定顺行的基础。1#高炉经过近2年的生产，截止2008年8月，冷却板损坏40块。冷却壁损坏11块，损坏部位主要为炉身中上部。在炉喉钢砖至上部托圈2.5m高度范围内无板壁冷却部位，经停风观察，3层粘土砖周向均有不同程度脱落。但整体上处于光滑，处理上通过增加喷淋管加强局部冷却，加强对水系统的巡检，避免出现炉壳发红情况，调节炉外水量将炉壳温度控制在65左右。在高炉中下部，渣皮形成仍显稳定。从高炉炉况顺行程度判断，1#高炉拥有较为合理的操作炉型。3.2 红钢1#高炉近期资源特点及改善2009年3月份以来，随着烧结矿中钛精矿的加入及钛球团的使用，红钢1#高炉钛负荷达到39.0kg/t铁以上，渣中（TiO2）首次超过6.0%（见图1），高炉进入中钛渣冶炼范围。 图1 红钢1#高炉钛负荷趋势图3.2.1 矿石红钢高炉原燃料资源相对缺乏，交通运输条件相对落后，烧结原料除使用10%18%进口粉矿外，大部分矿石来源于省内及越南境内，入炉矿石品位低，有害杂质高，矿种一度多达十余种；红钢烧结经过不断摸索和实践，取得了在烧结矿中配入褐铁矿的成功。含MnO达4.0%的褐铁粉矿逐步成为烧结配料的主力矿种，烧结矿中MnO稳定在1.20%。年初中和混匀料场投入使用后，较好地克服了烧结原料矿种复杂、数量小、成分波动大的影响，烧结矿成分性能稳定率取得长足进步（见表1）。表1 红钢烧结矿成分、性能月份TfeSiO2CaOMgOMnOJ.DTiO2转鼓指数筛分指数抗磨指数平均粒度均匀系数2月50.853 7.25013.4622.2970.9131.8650.53173.499.274.5817.833.753月52.105 6.27212.8922.3360.9452.0590.46673.209.144.4517.604.644月51.687 6.06113.1712.3491.0792.1760.60472.889.194.5817.704.645月51.703 5.84012.9432.3911.2712.220.79872.729.314.6817.384.406月51.471 5.63513.2822.3741.1452.3610.90273.049.144.4917.334.607月50.202 6.02414.332.3620.9572.3830.81672.868.974.3917.374.588月50.547 5.95414.152.3241.0702.3600.81172.878.904.5217.534.569月50.661 5.92214.082.3201.3352.3900.81773.038.824.6317.574.6110月50.920 5.76313.712.3261.2772.3830.86673.028.884.7317.524.59离差0.5456 0.30260.45470.02400.13030.14590.13390.16180.15530.08850.12450.18263.2.2 燃料1#高炉所用焦炭全为省内小焦炉生产的外购焦炭。水分波动大，灰分高，固定碳低，品种较杂。从经济用焦出发，以焦炭反应性、反应后强度、稳定性为重点参考指标。逐步稳定为选定单一品种80焦炭为主（70%75%），其余配加较昂贵优质品牌的用焦模式，在高炉槽下严格称量配入，焦炭成分、指标、稳定性明显提高(见表2)。表2 红钢焦炭成分、性能成分水份8025灰份S固定CM40M10SRICSR单位%2月7.9412.932.2118.660.4480.0383.806.2030.7562.603月8.339.002.7618.500.4780.1178.806.8030.8560.454月7.677.692.0618.700.4479.6078.405.6030.8560.455月7.947.172.5318.390.4479.9980.807.0032.2559.046月8.008.326.7618.430.5179.9879.606.4030.7560.297月8.916.712.8818.200.4879.9278.806.8029.9060.208月9.676.732.9518.390.4879.8278.405.6030.0060.009月7.177.342.0318.580.4879.7880.807.0029.8060.5410月7.776.682.9718.910.4879.6277.807.6029.8060.54平均8.639.832.9218.540.4879.8579.876.6030.2661.10Max12.5812.936.7619.010.5180.1183.807.6032.2562.92Min7.176.712.0318.200.4479.1777.805.6029.3059.04离差1.0421.3470.5690.1640.0170.1921.6220.5330.4881.0843.3 操作制度的选择及优化在高炉入炉硅源一定情况下，操作中往往通过控制热制度、顶压、反应接触时间等影响硅、钛还原反应速度及份额的手段，达到控制铁水中【Si】、【Ti】含量的目的。并结合合理的装料制度、送风制度、造渣制度使高炉煤气流合乎具体要求、炉内透气性改善、渣铁流动性良好。从而改善高炉生产指标。3.3.1 装料制度装料制度通过控制炉料在炉喉径向不同落点的O/C比与矿焦层厚度，使煤气在高炉中的第二、三次分布及流速合理。矩阵、批重、负荷主要取决于具体原燃料条件，红钢条件下，矿批不宜超过15吨，矩阵采用适当疏松边缘的作为基础矩阵。3.3.2 送风制度 高炉综合鼓风从根本上决定了决定炉缸工作状态、软熔带位置及炉内热量分布。不但决定高炉冶炼强度、影响风口燃烧温度和初始煤气的分布，而且影响炉缸内渣铁温度及铁水质量。从含钛矿冶炼特点出发，要求炉缸具有较大的鼓风动能、使炉缸中心保持一定的热度，增强炉缸径向温度的均一性，改善炉芯透气头液性；采用高风温、富氧、较高顶压手段使高炉热量集中于下部，改善炉内透气性，提高炉缸物理热量；提高入炉空气中氧的浓度，提高氧势，阻止还原，活跃炉缸；还可减少带入炉氮量，利于抑制钛还原、减少氮化钛的生成量及使已形成的TiC、TiN等物质消失；在燃料比一定情况下尽可能提高煤粉喷吹量，以减少SiO的挥发，从而减少进入铁水的硅量。 红钢1#高炉鼓风动能维持55006500kg/m.s，风温稳定使用1100，富氧率1.50%以上，煤比稳定在135kg/tFe以上。3.3.3 造渣制度造渣制度选择应适合于具体高炉冶炼特点，满足具体高炉冶炼需要。从炉渣相图等熔化温度线的分布可知，高炉渣均选用假硅灰石（CaO- SiO2）钙长石（CaO.Al 2O3.SiO2）铝方柱石（2CaO.Al 2O3. SiO2）硅钙石（CaO.Al 2O32 SiO2）区域有较多较大的低共晶区。高炉渣主要成分的典型范围为：（CaO）3844%；（SiO2）3038%；（ Al 2O3.）815%；（MgO）510%。红钢1#高炉炉渣成分逐步进入中钛渣范围（炉渣组成见图2），但仍然属于上述范围。 图2 红钢1#高炉28月炉渣成分组成中钛型炉渣是一种有一定稳定性和脱硫能力的炉渣。而TiO2为弱酸性物质，对炉渣碱度影响不大，对造渣黏度的影响仍然取决于炉渣碱度、（MgO）等成分的影响。研究结果表明：在高炉冶炼温度下，随着MgO含量在一定范围内的提高，炉渣粘度有所下降，而且其下降趋势随炉渣碱度的提高而增加5；炉渣中存在（MnO）时，能显著降低炉渣黏度；在保证顺行基础上适当提高炉渣碱度，不仅能抑制SiO2还原反应，而且利于保持充足的炉缸温度，提高炉渣脱硫能力。同时也能促进钛酸钙的生成，减少钛的还原。红钢1#高炉渣中（MnO）达到1.5%以上，（MgO）8.35%9.00%，碱度CaO/ SiO2为1.10，三元碱度（CaO+ MgO）/ SiO2为1.351.36。炉渣流动性良好且稳定，脱硫系数Ls稳定在20倍左右。28月份造渣情况见图3。 图3 红钢1#高炉28月炉渣成分走向3.4 钛还原率关系与热制度选择如前述，钛对高炉冶炼的影响取决于进入铁中的Ti继而生成的熔点极高TiC、TiN、Ti（C、N）颗粒。在鼓风中中氧含量、炉渣碱度、炉内停留时间一定时，钛的还原率主要决定于炉温高低（Si及铁水物理热），高炉条件下Si、Ti的还原表现出良好的相关性（图5）。红钢1#高炉生产实践表明（图4为4月份93炉铁渣情况），在既定原燃料条件下，入炉钛负荷40kg/t、高炉渣比460480kg/t铁时， Si0.80%时，钛的还原率可超过30%以上，铁中Ti 超过0.400%；Si0.50%时，钛的还原率即超过15%，铁水中Ti已接近0.300%。对渣铁流动性，炉缸活跃程度影响加剧；Si含量在0.35%左右时，钛还原率低于10%，铁水中Ti含量低于0.150%，Si+ Ti含量低于0.550%。当Si含量低于0.25%后，虽然钛还原率低于6%，但因物理热不足，生产难度增大。因此，1#高炉Si控制范围为0.300.45%，PT值14001420。采取前述操作措施后，Si低于0.50%的比例达到70%以上，硅偏差小于0.1100。 图4 红钢1#高炉4月份出铁Si、Ti含量及钛还原率趋势图 图5 红钢1#高炉4月分出铁Si、Ti含量相关性 4 红钢1#高炉操作实践、指标改善及分析2008年19月，红钢1#高炉使用SRI指数平均为33.74%，CSR指数为57.5%的混合焦炭，很大程度上影响了高炉顺行及生产指标。1#高炉日均产铁1178.28吨，利用系数2.618tm3d。焦比592.1kg/t、煤比91.5kg/t。进入2009年，在入炉钛负荷大幅度增加情况下，立足现状，加强原燃料水分、质量筛分管理，减少焦炭品种，槽下精密混合。通过优化四大操作制度，一定程度上实现了各种参数的协调发展，技术经济指标显著改善（见表3）。表3 红钢1#高炉操作参数、指标情况日期烧比球比渣比VTPO2%S风口透指T理E单位%Kg/tm3/minMpa%M2Kg.m/s2月75.8115.40490130010800.2500.13598609229656023月68.7827.22449132810730.2360.870.13599664222451694月64.4226.08476134510820.2371.140.14639753223753865月64.7928.81476131710950.2301.200.144910010224955346月61.2931.24446134210970.2351.660.142810232225959957月59.6931.72489131411090.2331.480.14019893225658378月56.3033.36470120010880.2120.790.1276945522456430续表3日期利用系数焦比丁比煤比燃比SiMnptR2R3Si离差单位tm3Kg/tKg/tKg/tKg/t%2月2.384618.30.061.8707.00.6280.73614261.081.310.20863月2.566501.333.792.7627.60.5290.84014291.041.330.13804月2.941443.249.8133.8626.80.4840.82614281.061.360.12965月2.770452.250.6136.9639.80.4690.81614251.091.370.11946月2.945450.650.9144.0645.40.4820.73514271.091.350.13267月2.808467.749.1143.7660.50.5140.65714321.101.350.11478月2.456460.249.1139.7649.00.5340.73014231.101.350.1087注：2月份为开炉期，数据剔除开炉头10天的。7月份以前，红钢1#高炉炉料结构合理，休、慢风率控制0.75%以下，低硅冶炼进程顺利，达到预期目标。在渣比470kg/t铁、焦炭灰分大于17.5%情况下实现Si含量0.490%以下，燃料比645kg/t铁以下，利用系数2.800tm3d以上，铁水金属回收率达到95%。渣碱度调至1.10后，（FeO）0.440%，硫分配系数平均为20以上，体现了较为活跃的炉缸工作情况。而7