摘  要  “加钛护炉”已成为目前主流维护炉底、解决炉缸危机的做法之一，但目前护炉用钛资源种类繁多，如何选择钛资源类型以及如何更加高效使用钛资源是目前炼铁工作者面临的迫切需要了解的问题。本文首先对国内某大型高炉常用钛资源进行成分和冶金性能分析，其次从钛还原动力学角度提出了钛微观均匀性的指标，从拉料与布料调整方面提出了钛资源在炉顶截面分布的宏观均匀性指标，用于探讨和优选不同类型钛资源和使用方法，为含钛炉料类型的选择以及如何更加有效使用该钛资源提供依据。

关键词  高炉，加钛护炉，宏观均匀性，微观均匀性

Application of macro and micro homogeneity in titanium resource utilization 

WU Jian-long1，CHEN Hui1，MA Ze-jun1，SUN Jian1，WANG Wei1， LIANG Hai-long1，ZHENG Peng-chao2， CHEN Yan-bo2 

Shougang Research Institute of Technology, Beijing 100043, China；

Shougang Jingtang Iron & Steel Co., Ltd. , Caofeidian, 063200, China

Abstract  It has been recognized that using titanium resources to maintain hearth to resolve the crisis and prolong the life of blast furnace. However, there is a wide range of titanium resources, how to choose the appropriate type is a problem to be solved. This paper firstly analyzed the composition and metallurgical properties, then put forward the micro titanium uniformity index from titanium reduction dynamics, change the way forward from the cloth in the distribution of top titanium resources section macroscopic homogeneity index for discussion and selection of different types of titanium resources and use method. And the conclusions provide a reference for iron workers to choose a reasonable type of titanium.

Keywords  Blast-furnace, Titanium resources to maintain hearth, Macro homogeneity, Micro homogeneity

1  前言

近年来，随着高炉大型化发展趋势、冶炼强度的逐步增加，炉缸发生烧穿、侧壁温度急剧升高等问题的高炉明显增多[1]。在常规采取措施提高冷却强度、控制冶炼强度等措施基础上，广大炼铁人员越来越认可通过使用钛资源维护炉底、解决炉缸危机的方式[2~3]。然而目前钛矿资源种类繁多，有国外进口钛矿，有国内高、低品位不同的钛矿、钛球等，如何选择适宜钛资源在对高炉顺稳影响尽量小前提下维护炉缸安全成为炼铁工作者亟待解决的问题。

2  不同类型钛资源成分及冶金性能分析

国内某大型高炉近些年常用钛资源类型有外购钛资源C钛球、J钛矿、G钛矿、D钛矿及自主研发的含钛球团Z钛球，以上五种常用钛资源成分及还原性能如表2.1所示。

由表 2.1可以看出，C钛球、J钛矿、G钛矿、D钛矿中含TiO2量较高，铁品位偏低，属于专用护炉用钛料，使用时难免降低综合入炉品位加大渣量。而Z钛球则是通过在普通球团中添加钛精粉得到的，为此TiO2含量偏低，但铁品位却远超其它几种专用护炉钛料，大量使用也不会对综合品位产生影响。

如图 2.1所示，为不同类型钛资源还原度。从还原度来看，Z钛球还原度位居首榜达80.58%，而C钛球还原度次之为65.92%，其它J钛矿、G钛矿、D钛矿还原度依次降低为58.84%、52.14%、49.85%。

3  钛的微观均匀性用于钛资源类型优选

从反应动力学角度考虑，只有含钛氧化物在尽可能多的去接触到外界还原气氛才能更加迅速被还原，而影响含钛氧化物还原重要因素之一就是Ti元素在含钛炉料中的分散程度，分散程度越高与外界还原气氛接触面越多[4~6]。

集中分布的Ti氧化物，虽然量比较多，但由于分布集中在某一小区域，与外部还原介质接触面积则会大大降低，不利于还原的进行；而凌乱分布的Ti氧化物，虽然含量较少，但其与还原介质接触机会和面积都会大大增加，有利于钛氧化物的进一步还原。为此，提出微观均匀性的概念，用于评价钛资源中钛元素在炉料中分散程度。

利用扫描电镜SEM分析，对不同类型钛资源进行面扫描，可以得出视野界面内钛的分布情况，并利用网格细化处理得出钛的分散程度，从而为钛的微观均匀性评价提供可能。如图 3.1所示，为J钛矿和Z钛球两种钛资源的微观均匀性评价图。

如图 3.1所示，左图为J钛矿的微观均匀性，右图为Z钛球的微观均匀性，其中亮点为钛元素在SEM分析下面扫的显示状态。可以看出，J钛矿中的钛元素分布较为集中，这与J钛矿天然形成时，内部含钛结构富集导致的；而Z钛球中钛元素分布在整个视野内，这也与造球工艺导致球团其内部含钛分散于整个球团中导致的。

利用扫描电镜，通过对含Ti炉料的面扫描微观结构观察，辨别了Ti在含Ti炉料中的赋存状态，并研究提出了用于评价Ti分散程度的定量计算方法。

式中：D(Ti in burden)为Ti在炉料的分散度，%；ATi为微观观察视场内，Ti占有的网格数，个网格；A0为微观观察视场内，总的网格数，个网格。D(Ti in burden)值越大，则表明Ti元素的分散程度越高，亦即越趋向于均匀化分布。

通过以上画网格分析，可以得出以上五种类型钛资源的均匀性指数如表 3.1所示。由表 3.1可以看出，含钛量多少与微观均匀性无明显关系，主要是与钛资源本身结构和成矿工艺有关。

图3.2为不同类型钛资源钛氧化物微观均匀性指数图。

由图 3.2可以看出，G钛矿、D钛矿、J钛矿这三种钛块矿资源，其钛氧化物的微观均匀性指数较低，均在40%以下，不利于钛氧化物与还原介质的接触。而C钛球和Z钛球的钛氧化物均匀性指数较高，基本都接近100%，有利于钛氧化物与还原介质的接触。

C钛球和Z钛球的微观均匀性较高，钛元素呈均匀分布存在，有利于钛氧化物与还原介质的接触，而G钛矿、D钛矿和J钛矿钛的微观均匀性较低不利于钛氧化物与还原介质的接触。从动力学角度考虑通过微观均匀性优选钛资源，C钛球和Z钛球可以优先选择使用，有利于钛氧化物的还原，提高钛资源的利用率。

4  钛资源宏观均匀性用于布料制度调整探讨

从整个高炉来考虑，使用外购钛资源时用量较少，通过溜槽会分布在炉料某一小区域，而大批量使用z钛球时，会使得整个炉缸都充满了z钛球。两者相对于整个高炉而言，有着明显的集聚和分散形态。这两种不同形态的集聚会影响到它们与还原介质的接触面积、与其他炉料的交互反应、造渣反应等，从而对高炉顺行产生影响。

为此，提出了宏观均匀性的概念，其定义基于高炉截面分散度。该方法在考虑高炉每批加入含Ti炉料的量与装料矩阵的基础上，通过计算含Ti炉料在炉喉的分布面积，研究提出了用于评价含Ti炉料在高炉截面分散度的定量计算方法。

式中：D(Ti in throat)为含Ti炉料在高炉截面的分散度，%；A(Ti-in-throat)为含Ti炉料在炉喉的分布面积，m2；A(throat)为高炉炉喉的面积，m2；D(Ti in throat)值越大，则表明含Ti炉料的分散程度越高，亦即越趋向于在炉喉截面均匀化分布。

国内某大型高炉炉喉直径为11.2m，计算炉喉面积为98.47m2，则Athrot为98.47m2。

其料批批重为170t，布料圈数为20圈，则平均每圈重8.5t。

布料制度如表 4.1所示：

在皮带上的拉料顺序以及布料档位控制，决定着含钛炉料在高炉炉顶截面的分散度。目前主要拉料方式主要分为两种，有分开式拉料模式和混铺式拉料模式。对不同拉料模式下的不同类型钛资源的最大分散度进行计算。

（1）分开式拉料

①使用外购钛资源时，用量较少，约3~5t/批次，按照5t/批进行计算。分开式拉料时将外购钛资源放置皮带最前段，随后依次布置其余三种块矿、球团矿、烧结矿高炉常用炉料，如图 4.1所示。这样可以将钛资源放置到炉顶料罐内下部，有利于对钛资源档位的调控。

按照5t/批进行计算，按照档位进行计算，则：

若分布在35°档位上，则D（Ti in throat，35°）=(5.44*5/8.5)/98.47*100%=3.25%;

若分布在33°档位上，则D（Ti in throat，33°）=(4.86*5/8.5)/98.47*100%=2.90%;

若分布在30°档位上，则D（Ti in throat，30°）=(4.26*5/8.5)/98.47*100%=2.55%;

若分布在27°档位上，则D（Ti in throat，27°）=(3.58*5/8.5)/98.47*100%=2.14%;

通过计算可以看出，将外购钛资源放在皮带最前端，并分布在最外圈，D（Ti in throat）最大，宏观均匀性为3.25%。

②使用Z钛球时，因TiO2含量低、Fe品位高，可大量使用约可使用52t/批。将Z钛球分布在皮带最前端，块矿和烧结矿紧随其后，如图 4.2所示。

在使用Z钛球时，约52t/批次，从最外侧档位开始计算，则可以铺满35°和33°档位，则D （Ti in throat，35°~33°）=（5.44+4.86）/98.47*100%=10.45%.

总体而言，在分开式拉料模式下，使用Z钛球时D（ Ti in throat）最大，而使用外购钛资源时，则放在最外侧档位时D （Ti in throat）最大。

（2）混铺式拉料

混铺式拉料，是指调整好料罐的放料时序，使得各种炉料混合放置在皮带上。

①使用外购钛资源时，将钛资源混铺式分布在皮带上，以烧结矿打底，块矿和球团矿混合其中，而钛资源则尽可能平铺于上方，如图 4.3所示。

按照混铺式布料，将外购钛资源5t薄薄一层铺在整个料批上，则

D（ Ti in throat）=（5.44+4.86+4.26+3.58）/98.47*100%=18.42%.

然而，理论分析上采用混铺式时外购钛资源可以分散在整个料批上，然而实际上由于外购钛资源用量较少，难以实现，在实际操作中只能尽量分散在料批上。

②使用Z钛球时，将Z钛球混铺式分布在皮带上，如图 4.4所示。

Z钛球用量为52t/批，具备均匀分布在整个料批的可能，此时

D（ Ti in throat）=（5.44+4.86+4.26+3.58）/98.47*100%=18.42%.

理论分析，在使用混铺式布料时，Z钛球和外购钛资源均可以满足D（ Ti in throat）最大为18.42%，但由于外购钛资源用量较小实际操作较为困难。由于外购钛资源用量较少，均匀分布在料批上不容易操作，只能在料罐闸口尽可能小情况下下料， D（ Ti in throat）会小于18.42%；而Z钛球用量大，均匀分布在料批上操作简单可行，D （ Ti in throat）可达到18.42%。

采用分开拉料模式时，使用Z钛球的宏观均匀性最高为10.45%，使用其它类外购钛资源的宏观均匀性最高为3.25%；采用混合拉料模式时，使用Z钛球宏观均匀性最高为18.42%，使用其它类外购钛资源宏观均匀性因用量少的问题会小于18.42%。

建议采取混铺拉料和使用Z钛球，可以最高程度提高观均匀性，有利于钛资源的高效利用。另外从补炉角度出发，针对炉缸某高温区域，可以采用分开式拉料方式将大量含钛资源分布在炉缸某一高温区域，从而起到针对性补炉、护炉操作。

5  结论

（1）C钛球、J钛矿、G钛矿、D钛矿中含TiO2量较高，铁品位偏低，属于专用护炉用钛料，使用时会降低综合入炉品位加大渣量；而Z钛球TiO2含量偏低，铁品位却远超其它几种专用护炉钛料，大量使用也不会对综合品位产生影响。

（2）C钛球和Z钛球的微观均匀性较高，有利于钛氧化物与还原介质的接触，而G钛矿、D钛矿和J钛矿钛的微观均匀性较低不利于钛氧化物与还原介质的接触。从微观均匀性角度考虑，C钛球和Z钛球优选，有利于钛氧化物的还原，提高钛资源的利用率。

（3）分开拉料模式时下Z钛球的宏观均匀性最高为10.45%，其它类外购钛资源的宏观均匀性最高为3.25%；混合拉料模式下，Z钛球宏观均匀性最高为18.42%，使用其它类外购钛资源宏观均匀性因用量少的问题会小于18.42%。为了提高

（4）建议采取混铺拉料和使用Z钛球，可以最高程度提高观均匀性，有利于钛资源的高效利用。另外从补炉角度出发，针对炉缸某高温区域，可以采用分开式拉料方式将大量含钛资源分布在炉缸某一高温区域，从而起到针对性补炉、护炉操作。

6  参考文献

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