太钢高炉降低铁水硅含量冶炼的探索与实践

杨志荣   王红斌

1.概况

太钢不锈钢股份有限公司目前有三座高炉，炉容分别为 3 号炉 1800m³、4 号炉 1650m³、5 号炉4350m³。1991 年～1998 年上半年前，太钢 4 号高炉第一代（1350m³）烧结矿配比只有 55％～65％， 大量使用了进口球团矿，2002 年底尖山铁矿提铁降硅工程投用，烧结矿品位提高到 59%～60.3%，SiO₂ 降低到 4.5～5%，将烧结碱度提高到 1.75～1.85%，2003 年一季度高炉入炉品位达到 60.36%，之后 高炉综合入炉品位长期保持在 60％左右，渣铁比减少到 270～290kg/t。4 号高炉第二代（1650 m³）

2000 年 11 月扩容大修后投产，目前已到炉役后期。

5 号高炉 2006 年 10 月份投产后利用系数和煤比、燃料比逐年进步，但铁水硅含量平均值高且稳定性差，2008 年平均[Si]0.52％，σ_[Si]达 0.193％，个别月份高达 0.247％，铁水[Si]超过 0.7％时将造成炼钢双渣操作，增加炼钢消耗和冶炼周期，气流不稳或有脱落时，伴随热负荷大幅度升 高，铁水[Si]降低到 0.2％以下，铁水温度降低到 1430℃以下，铁水硫升高出格，还容易引起炉芯 活性下降和渣铁排放困难，进而破坏炉况顺行，对铁水热量波动影响最大的因素有两个，一是边缘 局部气流波动容易造成炉温下行，二是渣铁排放差，憋风造成炉温上行，铁水热量的大幅度波动，也容易造成炉底砖衬中心温度持续下降。

3 号高炉 2007 年 7 月扩容大修后投产，顺行状况相对最好，但使用的料种杂，成分和粒度及性能变化区间宽，煤比提高到 190kg/t 以上时，干除尘灰碳含量增加，在高系数、高煤比、较低燃料比冶炼条件下，渣铁排放的负荷加重。

2008 年下半年以来，钢铁产品出厂价格和使用的原燃料价格比以往发生了较大幅度的变化，炼铁系统降低生产成本提升 EVA 成为生产组织的主流，许多降低铁水含硅量的措施与降成本提升 EVA 的方向是一致的，如增产烧结矿，多用烧结矿，少用球团矿，喷吹用煤多配烟煤，少配无烟煤。为确保各高炉不同生产条件下，实现长周期炉况稳定顺行和低硅低硫高温铁水冶炼，太钢进行了较长时间的探索，并取得了一定的阶段成效。

2．太钢高炉铁水硅含量长期偏高的原因分析

2.1 原燃料条件相对较差

太钢三烧的烧结矿与宝钢比同样碱度时转鼓强度低 3％以上，酸性氧化球团矿 SiO₂ 含量比宝钢 使用的酸性球团矿高 0.9％，2008 年 5 号高炉综合含铁炉料的三元碱度（CaO＋MgO）/SiO₂ 平均为 1.54，3 号、4 号高炉平均分别为 1.52、1.58，各高炉含铁炉料中集团公司峨口铁矿自产的酸性氧化球团 配比较高，虽然综合入炉品位在 60％左右，但软熔温度偏低，见表 1 和表 2，造成软融带位置高，软熔层厚，初渣过早形成，滴落行程长，铁水增硅过程长，初渣中 FeO 含量偏高，造成直接还原度 高，炉缸热量相对不足。过早软熔的球团粘附粉矿后堵塞煤气上升通道，造成高炉中部高温区透气性下降，是边缘局部气流过剩和产生管道的主要原因之一，而边缘局部气流过剩、管道及脱落发生时，渣铁热量急剧下滑，铁水含硫大幅度升高，处理不及时还引起炉芯死焦柱活性下降，炉底砖衬温度持续降低。高炉日常操作中为防止炉温大幅度下滑造成炉凉，控制相对较高的铁水温度和硅含 量，致使燃料比偏高。

2008 年 12 月以前 5 号高炉球团矿配比 20％～28％，球团易滚动，开始软熔温度相对较低，布料偏析较大，混合矿在槽下至炉喉料面的运行过程中，球团矿容易在局部集中分布，在 3 号、4 号 高炉配加冶金性能还能满足要求，但在 5 号高炉配比超过 20％时，因偏析作用，边缘布料平台的宽度和各部位料层厚度波动范围宽，边缘局部球团分布多的区域气流稳定性不好，实际的料面形状和 各部位料层厚度经常与布料矩阵设计不吻合，给布料控制造成很大的难度。

2.2 炉身热负荷波动剧烈

太钢以往没有 4000m³ 级高炉操作经验，5 号高炉在宝钢专家指导下开炉后，对气流调整进行了较长时间的摸索，边缘和中心气流的分配，初期模仿宝钢高炉的 W、Z 值来调整布料，一段时期尝试 疏导边缘控制中心，逐渐加大矿批，矿批最大增加到 138t，试图提高 W 值到 0.7 以上，将 CCT 控制 到 750℃以下，但炉身中上部热负荷剧烈波动的问题无法得到根除。2008 年有 8 个月煤比都在 200kg/t 以上运行，其中 11 月最高达到 209kg/t，随着煤比提高，边缘气流有逐渐升高趋势，全炉热负荷与煤比同时升高，2008 年 7 月发生了一次较大的炉况失常，造成炉况失常的主要原因之一是，焦炭质量下降后，煤比未及时跟着往下退，炉芯焦粉量增加，透气透液性下降，中心气流通道受阻，边缘管道增加，导致频繁滑料和崩料，最终造成气流失常和炉凉。恢复炉况期间控制了风量，炉况恢复 后 8 月～9 月也控制煤比到 190kg/t 以下，但中心气流指数 Z 值仍然降低到 6.5～7.5，炉底炭砖温 度持续下降。

疏导边缘气流控制中心气流的操作模式，也使煤气利用率难以突破 50％以上，热流比相对较低， 与综合炉料软熔温度偏低叠加后，软融带根部位置靠上，软熔层较厚，块状带区域相对缩小，间接还原不足，直接还原度较高，燃料比长期在 503kg/t 以上运行，在煤比 200kg/t 左右运行时，边缘 局部经常出现气流过剩和管道，并伴随粘附和脱落发生，导致炉身热负荷大幅度波动，炉温波动剧烈，全炉热负荷经常在 10000×10MJ/h～25000×10MJ/h 之间波动，铜冷却板出水温度高峰时达到90℃左右，铁水硅含量由 0.8％以上突然降低到 0.1％左右，铁水温度由 1500℃，降低到 1420℃，高炉工长当班时处于高度紧张状态，遇到热负荷大幅波动时，必须及时采取增热操作以避免炉凉。

2.3 炉渣碱度偏低初渣出现位置较高

2008 年各高炉炉渣成分中 MgO 含量 6.5％～8％，Al₂O₃ 含量 12.8％～14.5％，二元碱度 R₂ 为1.10～1.15，三元碱度 1.32～1.36，终渣熔化温度比宝钢高炉渣低 20℃～30℃，熔化性温度比宝钢高炉渣低 50℃～60℃，虽然应对炉温下行的能力较好，但也造成炉渣热焓低，炉缸热储备不足。

终渣二元和三元碱度控制偏低和熔化温度低，直接导致初渣出现位置较高，直接还原度高，炉 缸渣铁热量不足，终渣的脱硫能力和稳定性较差。

2.4 渣铁排放对炉况冲击较大

2009 年 1 月份以前，5 号高炉使用的炮泥抗渣性不好，排放过程中铁口孔道容易越流越大，炉渣排出速度超过 8t/min 后，INBA 冲渣能力达到饱和，必须被迫堵口，否则会造成冲渣喷溅，由此造成铁口先关后开现象，引起高炉憋风，炉温升高。

3.降低铁水含硅量的措施及效果

3.1 降硅措施

⑴增产烧结矿增加高炉配料中烧结矿配比，从 2008 年 12 月开始将旧烧碱度由 1.7 下调到 1.65， 逐步增加 3 号高炉和 4 号高炉的烧结矿配比，减少球团矿配比，2009 年 2 月份开始增加 5 号高炉烧结矿配比，由于三烧生产的烧结矿转鼓强度与机速和产量之间的矛盾不好协调，三烧增产后转鼓强 度下降，三烧碱度维持 1.9 不变，5 号高炉烧结矿配比增加最少，各高炉烧结矿配比变化见图 1。

⑵优化炉料结构，在增产烧结矿的基础上，提高烧结矿和块矿配比减少球团矿配比，全厂平均 炉料结构变化见图 2。高炉增加烧结矿和块矿配比，减少球团矿配比后，综合炉料的软熔性能改善， 经检测每减少 1％球团比例，综合矿软化开始温度 T₁₀ 升高约 2℃，T₄₀-T₁₀ 缩小约 1.5℃，2009 年上半年全厂平均球团比例减少约 4％，综合炉料软化开始温度平均提高约 8℃，软融带位置下移，软熔层变薄，扩大了块状带高度，间接还原比率提高，直接还原度降低，滴落路径缩短，气流稳定性改善，热负荷波动范围大幅度缩小。

减少球团矿比例 4％，综合炉料软化开始温度虽然只提高约 8℃，但随着球团入炉数量减少，滚 动和偏析减少，球团在局部集中分布的概率减少，实际上在高炉内对稳定软熔带和煤气流的作用， 要远远大于检测的综合炉料平均软化开始温度升高值。

⑶采取控制边缘疏导中心的高热流比操作模式，2009 年 2 月份以后，5 号炉球团配比逐步减少后，球团入炉后滚动和偏析减少，边缘布料平台宽度和各部位料层厚度稳定性好转，加宽边缘布料 平台宽度的操作得以顺利实现，气流调整以适当控制边缘、疏导中心为主，寻找合适的矿石批重，矿石批重基本稳定在 121～125t， W 值控制到 0.30～0.6，Z 值 9.0～12，CCT700～800℃。下部调剂增大富氧率到 4.5～5.5％，炉腹煤气量由 8500～9500m³/min 逐步提高到 9800～10500m³/min，适当扩大送风面积，风速提高到 270～280m/s，炉况顺行较好，热负荷波动区间明显缩小，炉顶平均 温度下降约 10～15℃，6 月中下旬煤比恢复到 200kg/t 以上后，热负荷波动区间又有增大趋势，但炉况稳定性仍比 2008 年好一些。

太钢 5 号高炉布料实践表明，高炉布料模式，必须与使用的炉料物理性能、粒度分布、堆角、 冶金性能及煤气量和喷煤比相适应和匹配，在改善炉料物理和冶金性能的基础上，才有布料优化的 物质基础，否则只能努力保顺行。现阶段的炉料条件能够调整的范围还较小，只能在较小范围内减少峨口球团矿配比，增大烧结矿和块矿配比，明年 660m² 烧结机投产后，烧结矿总产能扩大，可以缓解目前三烧的生产压力，届时可以减慢机速，以提高转鼓强度和改善冶金性能为主来组织生产，5 号高炉使用的烧结矿质量还有提高空间。

今后还需要进一步改善 5 号高炉使用的球团矿的冶金性能，我们建议开发和使用 MgO 熔剂性球团矿，改善球团矿的高温软熔和还原性能，为 5 号高炉长期保持 200kg/t 以上煤比和冶炼含硅 0.35％的低硅铁，创造精料条件。

⑷调整炮泥配方改善抗渣性，2009 年 2 月开始在 5 号高炉开始使用新配方炮泥，新配方炮泥增 大了氮化硅配比，抗渣性改善，出铁期间孔径变化很小，渣铁排出流速均匀，能够将炉渣排出速度 控制到 5～7.6t/min，基本消除了排渣速度超出 INBA 冲渣能力的被迫堵口情况。3 月以后将 5 号高 炉原配方炮泥用于 3 号高炉，也使 3 号高炉的铁口稳定性改善，渣铁排放均衡性提高。

⑸优化高炉渣型，增加烧结矿配比的过程中，由烧结矿带入的 MgO 数量增加，炉渣 MgO 含量也 由 6～8％左右提高到 8～9.5％，二元碱度也小幅提高，三元碱度由 1.32～1.36 提高到 1.35～1.39， 炉渣粘度降低，也有利于低硅铁冶炼。

⑹细化高炉操作参数管理

①针对以往气流波动较大的现象，制定了出铁温度的上下限和炉温偏离控制目标时的增减热调 整制度，力争将炉温波动范围缩小，避免炉温下行破坏炉芯死焦柱的活性及炉温上行影响顺行；

②将自产和外购焦炭质量划分成 6～9 种等级，结合各高炉外购焦配比，制定了各种焦炭质量状 态的喷煤比上限，焦炭质量变化时及时调整喷煤量和焦炭负荷，确保炉芯活性和料柱透气性在控制 范围；

③装料制度和送风制度依据原燃料质量状况及时调整，确保气流稳定；

④对铁口深度、孔径、来渣时间、出铁时间、排出速度、出铁炉数，重叠出铁也进行了细化规定。

⑺增大烟煤配比，降低混合煤灰分，磨煤新系统（5 号高炉全部使用磨煤新系统煤粉，3 号高炉 使用 35％左右新系统煤粉和 65％的旧系统煤粉）烟煤配比逐步由 30％提高到 40％，混合煤灰分由10.2％降低到 9.5％，煤粉燃烧率提高，入炉 SiO₂ 负荷减少，减少了风口区 SiO 的气化量，对降低 铁水含硅量有一定效果。

3.2 良好效果 通过增加烧结矿配比、调整炉料分布、改进炮泥质量、优化渣型、增大烟煤配比等措施的应用，高炉稳定性好转，各项指标都有较大改善。

⑴气流稳定性好转，高炉炉身热负荷波动范围缩小，5 号高炉炉体热负荷波动范围缩小，波动 区间由 12000×10MJ/h 缩小到 4000×10MJ/h 以内。

⑵铁水硅含量稳定性提高，平均含硅量降低，5 号高炉铁水硅标准偏差σ_[Si]由 0.24％以上降低 到 0.165％～0.214％，3 号高炉σ_[Si]降低到 0.135％～0.146％，5 号高炉平均[Si]由 0.55％降低到0.47％，3 号高炉平均[Si]由 0.53％降低到 0.46％。

⑶炉渣排碱能力提高，炉渣中Σ（K2O＋Na2O）由 0.65％～0.88％提高到 0.75％～1.1％。

⑷煤气除尘灰带走锌增加，一次灰和二次灰 Zn 含量合计值由 0.65％～0.85％，提高到 0.75％～0.95％。

⑸燃料比降低，全厂高炉平均燃料比由 506kg/t，降低到 499kg/t。

4.结束语

⑴针对太钢高炉炉料结构、设备及高炉操作中的几个关键环节，采取了对应措施后，炉况稳定 性和炉温稳定性得到明显改善，铁水硅标准偏差缩小，平均含硅量下降；

⑵高炉低硅冶炼需要原燃料细化管理，加强设备点检和维护，还需要外围保供、物流平衡等方 面的配合，是高炉精细化操作管理的综合体现；

⑶太钢高炉实现铁水硅含量 0.3％的低硅冶炼，还需要做大量的基础工作。

表 1.2008 年各高炉平均炉料配比及主要成分