【技術(shù)文摘】關(guān)于高爐渣系性能的研究

來源：市場資訊

（來源：中國煉鐵網(wǎng)）

趙金巍 陳玉成 連軍峰 袁 鵬 王 星

（新疆昆玉鋼鐵有限公司）

摘 要 文章中介紹了昆玉鋼鐵近年來對(duì)入爐礦結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究。通過優(yōu)化鐵前、高爐綜合配礦，在高爐穩(wěn)定順行的前提下，通過對(duì)高爐渣系性能進(jìn)行研究，提高高鎂含鐵料入爐比例，實(shí)現(xiàn)了鐵水成本最優(yōu)。

關(guān)鍵詞 高爐 渣系 性能 鎂鋁比 研究

高爐簡介

昆玉2#、3#高爐（450m3）設(shè)一個(gè)鐵口，16個(gè)風(fēng)口，采用平坦化出鐵場，儲(chǔ)鐵式主溝。設(shè)計(jì)利用系數(shù)3.2t/m3·d。爐頂采用緊湊式串罐無料鐘爐頂裝料設(shè)備。爐體采用全冷卻壁薄爐襯結(jié)構(gòu)，軟水密閉循環(huán)冷卻。其中，爐身中、上部采用鑄鐵冷卻壁，鑲磷酸浸漬粘土磚；爐腹、爐腰、爐身下部熱負(fù)荷大的區(qū)域采用鑄鋼冷卻壁，熱面鑲燒成微孔鋁碳磚，背面穿蛇形管；爐缸則采用低鉻耐熱光面鑄鐵冷卻壁。爐底砌筑采用大塊碳磚加陶瓷杯砌體復(fù)合爐襯結(jié)合水冷爐底結(jié)構(gòu)，爐底共砌四層碳磚，總厚度為1600mm。其中，一、二層為半石墨碳磚，三層為微孔碳磚，四層為超微孔碳磚，上設(shè)700mm陶瓷墊。爐缸外側(cè)環(huán)砌6層超微孔碳磚，爐缸最上部環(huán)砌3層微孔碳磚，爐缸內(nèi)側(cè)陶瓷杯采用全杯結(jié)構(gòu)。煤氣凈化系統(tǒng)采用重力除塵+布袋除塵的干法煤氣除塵系統(tǒng)，煤氣含塵量可降至5mg/m3以下。采用3座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐，預(yù)熱助燃風(fēng)，設(shè)計(jì)風(fēng)溫1200℃。風(fēng)機(jī)采用BPRT技術(shù)，充分利用爐頂余壓。

1 前言

近年來,入爐料結(jié)構(gòu)優(yōu)化的開展，以燒結(jié)、球團(tuán)配加高鎂精粉、燒結(jié)配加高鎂粗粉，高鎂含鐵料性價(jià)比優(yōu)勢凸顯，尤其在主流精粉價(jià)格大幅上升時(shí)，高比例配加高鎂含鐵料，實(shí)現(xiàn)成本最經(jīng)濟(jì)。煉鐵從理論渣系相圖著手，研究高爐理論最適宜鎂鋁比、爐渣堿度、粘度范圍，制定高爐提高高鎂含鐵料入爐操作方針控制。具體內(nèi)容如下：

2 高爐爐渣、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦成分

對(duì)比2013年-2018年高爐爐渣成分，高爐鎂鋁比控制呈上升趨勢，燒結(jié)礦MgO含量自2016年開始提高至2.19%，2017年-2018年燒結(jié)礦MgO穩(wěn)定在2.30%左右；球團(tuán)礦MgO平均含量提高至1.72%。

3 渣系研究

3.1 爐渣性能及其影響因素分析

（1） 爐渣粘度變化及性能轉(zhuǎn)折點(diǎn)

溫度是影響爐渣粘度的最重要因素，對(duì)于高爐爐渣隨著溫度降低，爐渣粘度逐漸下降，當(dāng)溫度低至爐渣性能轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，爐渣粘度會(huì)急劇升高，導(dǎo)致爐渣迅速喪失流動(dòng)性。圖1中曲線1屬于性能較穩(wěn)定爐渣，隨著溫度降低，爐渣粘度變化平滑，轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度較高，爐渣性能穩(wěn)定。實(shí)際生產(chǎn)中爐渣粘度變化絕大多數(shù)遵循圖1中的曲線2，即轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度較高，隨著溫度降低爐渣性能容易發(fā)生突變。

（2）堿度對(duì)爐渣性能的影響

爐渣主要由CaO、SiO2、MgO、Al2O3四種氧化物組成，堿度較低時(shí)，由于含有大量的硅氧復(fù)合離子，爐渣粘度較大，表現(xiàn)為長渣特性。隨著二元堿度的提高，爐渣中O2-離子活度增大，促使硅氧復(fù)合離子解體，從而使?fàn)t渣粘度下降，流動(dòng)性改善。隨著堿度的進(jìn)一步提高，爐渣中正硅酸鈣（2CaO·SiO2）比例增加，導(dǎo)致爐渣的熔化性溫度升高，短渣性能逐漸增強(qiáng)，爐渣穩(wěn)定性變差。

如圖2所示，隨堿度的升高，爐渣熔化溫度呈升高趨勢，在不同堿度范圍內(nèi)，爐渣熔化溫度變化趨勢不同，當(dāng)R為0.95～1.15時(shí)，爐渣熔化溫度隨堿度提高變化趨勢較大；在R為1.15～1.35區(qū)間時(shí)，熔化溫度隨堿度的增大而變化的幅度變小。在爐渣堿度變化時(shí)，隨堿度升高，爐渣熔化溫度升高。且增加幅度逐漸減小，爐渣熱穩(wěn)定性提高。

（3）鎂鋁比對(duì)爐渣性能的影響

較低的鎂鋁比爐渣不僅流動(dòng)性差，而且在低溫條件下爐渣穩(wěn)定性還會(huì)大幅降低，從而會(huì)產(chǎn)生兩方面的危害：流動(dòng)性差的中間渣會(huì)填充在焦窗中不易滴下，降低軟熔帶的透氣性，增加料柱煤氣阻力損失；不穩(wěn)定的中間渣在爐內(nèi)溫度波動(dòng)時(shí)容易重新凝結(jié)，尤其是在爐腰、爐腹區(qū)域，造成爐墻結(jié)厚而產(chǎn)生。

如圖3所示，在爐渣堿度范圍0.8-1.0時(shí)，隨MgO逐漸提高，爐渣粘度呈現(xiàn)降低趨勢，MgO含量為0.7%時(shí)，爐渣堿度在R0.8～1.0范圍內(nèi)，粘度隨堿度提高由0.6Pa.S降低至0.4Pa.S；隨MgO不斷提高至15%，在R0.8～1.0范圍內(nèi)，爐渣粘度由0.4Pa.S降低至0.25Pa.S；隨MgO繼續(xù)提高，爐渣處于鈣鎂橄欖石、鎂薔薇輝石高熔點(diǎn)化合物范圍，使?fàn)t渣熔化溫度提高，粘度升高，流動(dòng)性變差，爐渣冶金性能惡化，導(dǎo)致高爐燃料消耗升高。

3.2 爐渣三元相圖（Al2O3=10%，CaO-SiO2-MgO）

（1） 爐渣三元相圖分析

根據(jù)高爐渣系三元相圖，在高爐冶煉溫度條件下，爐渣的最好組成為黃長石（2CaO.SiO2.2MgO）初晶范圍，在此區(qū)域，等溫線分布稀松，該區(qū)域爐渣熔化性溫度低，爐渣粘度低、流動(dòng)性好；在適宜的堿度范圍內(nèi)，當(dāng)爐渣二元堿度維持不變，含MgO等礦物鈣鎂橄欖石、鎂薔薇輝石等相繼增加，維持合適的MgO控制范圍，使?fàn)t渣處于黃長石初晶區(qū)。

在堿度0.7～1.0區(qū)間，黃長石初晶區(qū)較堿度1.0～1.3寬，因此，若保持MgO含量不變，逐漸提高爐渣二元堿度，爐渣組成極易離開黃長石初晶區(qū)，而進(jìn)入周圍熔化溫度較高的區(qū)域，致使?fàn)t渣粘度降低，熔化性溫度升高；降低爐渣堿度，爐渣粘度逐步升高，熔化性溫度處于1400℃等溫線，高爐采取提高爐溫降低爐渣粘度調(diào)整手段。爐渣（Al2O3=10%，CaO-SiO2-MgO）三元相圖如下：

（2） 目前昆玉高爐爐渣在相圖中組成范圍

依據(jù)昆玉高爐2#高爐7月份爐渣平均成分（不保留小數(shù)位），確定高爐7月份高爐爐渣處于三元相圖位置，進(jìn)行分析研究，7月份2#高爐爐渣成分如下：

根據(jù)爐渣成分，在渣系三元相圖中標(biāo)注煉鐵2#高爐爐渣組成范圍區(qū)域，具體如下圖：

根據(jù)上圖所示，以2號(hào)高爐爐渣成分?jǐn)?shù)據(jù)，分別做對(duì)邊平行線，圖5中三條紅實(shí)線相交組成三角形區(qū)域，確定煉鐵2號(hào)高爐爐渣組成目前處于低熔點(diǎn)黃長石晶區(qū)。

（1）若保持Al2O3為10%，在堿度R=1.0直線上，繼續(xù)提高爐渣中MgO含量至15%，此時(shí)爐渣組成處于黃長石晶區(qū)邊緣區(qū)域，據(jù)圖3得知爐渣粘度在0.25Pa.S；

（2）若保持爐渣堿度R=1.0不變，繼續(xù)提高M(jìn)gO含量至19%左右，爐渣組成出現(xiàn)鈣鎂橄欖石，爐渣熔化性溫度區(qū)域1600℃，爐渣組成由低熔點(diǎn)黃長石轉(zhuǎn)變?yōu)楦呷埸c(diǎn)鈣鎂橄欖石，消耗熱量較高；

（3）在保持堿度R在0.7～1.0區(qū)間內(nèi)，MgO含量控制在7%～19%，爐渣成分組成雖處于黃長石晶區(qū)，但爐渣粘度波動(dòng)區(qū)間較寬，粘度從0.6-0.4-0.25-0.2-0.3Pa.S范圍內(nèi)波動(dòng)，爐渣流動(dòng)性波動(dòng)較大。

4 渣中Al2O3、MgO對(duì)高爐冶煉的影響

4.1 Al2O3對(duì)高爐冶煉的影響

Al2O3在一定范圍內(nèi)時(shí)能夠改善爐渣的穩(wěn)定性，有利于高爐操作，但爐渣中高Al2O3爐渣難以熔化，并且粘度增大，爐渣的流動(dòng)性和穩(wěn)定性都將變差，易引起爐墻粘結(jié)與爐缸堆積，破壞高爐冶煉的正常進(jìn)程，產(chǎn)生以下負(fù)面影響：

（1）高Al2O3爐渣的初渣堵塞爐料間的空隙，使料柱透氣性變差，增加煤氣通過時(shí)的阻力。同時(shí)，該爐渣在高爐內(nèi)易在爐腹部位的爐墻結(jié)成爐瘤，引起爐料下降不順，形成崩料、懸料，破壞冶煉進(jìn)程。

（2）由于高Al2O3爐渣過于粘稠，其終渣流動(dòng)性差，不利于脫硫反應(yīng)的擴(kuò)散作用，脫硫效果變差。

（3）高Al2O3爐渣終渣流動(dòng)性差，容易堵塞爐缸，不宜從爐缸中流出，使?fàn)t缸壁結(jié)厚，縮小爐缸的體積，造成高爐操作上的困難。嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引起風(fēng)口大量燒壞。?

（4）高爐爐渣中Al2O3含量在10%～15%時(shí)，有利于提高爐渣的穩(wěn)定性，但當(dāng)Al2O3含量繼續(xù)升高時(shí)，爐渣的穩(wěn)定性變差。爐溫不足，其流動(dòng)性急劇變差，不僅順行不好，有時(shí)放渣出鐵也會(huì)困難。因此當(dāng)爐溫不足時(shí)，極易引起爐缸爐溫不足的渣鐵堆積。

4.2 MgO對(duì)高爐冶煉的影響

在適宜的爐渣堿度范圍內(nèi),當(dāng)爐渣二元堿度不變時(shí),隨著MgO含量的適當(dāng)增加,含MgO的礦物,如鈣鎂橄欖石(CaO?MgO?SiO2)、鎂薔薇輝石(3CaO?MgO?2SiO2)等會(huì)增加,當(dāng)渣中Al2O3含量為10%～15%，爐渣組成極易離開黃長石初晶區(qū),而進(jìn)入周圍熔化溫度較高的區(qū)域,致使?fàn)t渣粘度大幅度升高。但是,當(dāng)爐渣中MgO含量變化時(shí),物相點(diǎn)左右移動(dòng)，爐渣成分仍處于黃長石晶區(qū)范圍內(nèi)，不會(huì)造成高爐爐渣流動(dòng)性的惡化，適當(dāng)提高M(jìn)gO入爐比例，降低爐渣粘度，改善爐渣流動(dòng)性。

（1）爐渣內(nèi)MgO含量每增加1%，爐渣熔化性溫度降低4℃左右。

（2）當(dāng)渣中堿度、Al2O3含量不變時(shí)，增加MgO含量，爐渣粘度、熔化性溫度總體呈降低趨勢。

（3）爐渣堿度不同時(shí)，MgO含量對(duì)爐渣粘度的影響不同，堿度較高時(shí)，爐渣成分處于等溫線和等粘度曲線分布相對(duì)較密集的黃長石初晶區(qū)邊緣，在提高M(jìn)gO時(shí)應(yīng)結(jié)合爐渣堿度。

根據(jù)圖5（Al2O3含量10%）可以看出，高爐適宜的爐渣堿度在0.7-1.25之間，爐渣成分處于黃長石晶區(qū)，MgO含量在5%-10%之間區(qū)域粘度范圍寬廣，若繼續(xù)提高M(jìn)gO含量至10%-15%，爐渣低粘度區(qū)域明顯擴(kuò)大，但隨之爐渣熔化性溫度升高，在Al2O3含量10%保持不變的前提下，提高M(jìn)gO含量即提高鎂鋁比,爐渣短渣的轉(zhuǎn)折點(diǎn)明顯出現(xiàn)，需提高物理熱溫度達(dá)到爐渣熔化性溫度，同時(shí)提高M(jìn)gO含量增加高爐渣量，影響高爐燃料消耗升高。

5 煉鐵高爐適宜MgO、爐渣堿度控制范圍

綜上所述，煉鐵結(jié)合三元渣系相圖、爐渣堿度與粘度相圖關(guān)系，煉鐵高爐入爐MgO在目前11%基礎(chǔ)上仍存在提升潛力，在提升MgO入爐比例，高爐必須確定適宜的堿度控制范圍，以兼顧隨MgO提高，爐渣熔化性溫度、爐渣粘度的變化，實(shí)現(xiàn)高M(jìn)gO入爐比例、低熔化性溫度經(jīng)濟(jì)冶煉模式，具體控制參數(shù)如下：

（1） 結(jié)合煉鐵高爐爐渣脫硫能力，煉鐵在高M(jìn)gO入爐期間，煉鐵爐渣堿度控制范圍為0.95～1.0區(qū)間內(nèi)，確保爐渣成分組成仍處于低熔化溫度、低粘度的黃長石區(qū)晶區(qū)內(nèi)；

（2） 在堿度R=0.95～1.0區(qū)間內(nèi)，高爐渣中MgO含量至15%，此時(shí)爐渣組成處于黃長石晶區(qū)邊緣區(qū)域，爐渣粘度在0.25Pa.S，MgO含量若繼續(xù)提高，爐渣成分組成相繼出現(xiàn)鈣鎂橄欖石、鎂薔薇輝石高熔化溫度化合物，爐渣粘度出現(xiàn)上升趨勢，因此，煉鐵高爐理論MgO含量最高控制在15%為宜。

（3） 后續(xù)煉鐵在確保燒結(jié)礦、球團(tuán)礦的冶金性能的前提下，通過提高燒結(jié)礦、球團(tuán)礦MgO含量，逐步提高高爐爐渣中MgO含量進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，以期達(dá)到在高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上，高比例消耗高鎂含鐵料創(chuàng)效的目的。

6 下一步煉鐵工作的目標(biāo)及計(jì)劃

煉鐵以改善高爐渣的流動(dòng)性、熱容量、脫硫能力等對(duì)MgO的需求為前提，按需求分配使用MgO，使MgO的正影響最大化，負(fù)影響最小化，從而做到MgO在全煉鐵流程中的功效最大化。具體如下：

（1）在保證燒結(jié)礦具有良好低溫還原粉化性能的基礎(chǔ)上,燒結(jié)提高高鎂精粉配比不低于32%，在保證燒結(jié)礦強(qiáng)度高、還原性好、高溫軟熔性能好、且低溫還原粉化指標(biāo)穩(wěn)定前提下，燒結(jié)礦MgO含量控制在2.4%-2.5%。

（2）球團(tuán)高鎂精粉穩(wěn)定配加至40%，球團(tuán)礦MgO含量控制2.5%-2.6%。

（3）在目前爐渣Al2O3含量在11%-12%左右，高爐控制爐渣堿度至0.95-1.0之內(nèi)，爐渣MgO含量最高不超15%。