张志强

（攀钢集团西昌钢钒有限公司）

摘  要  通过原燃料质量的可接受范围的制定与管理、高炉操作制度的逐步优化，西昌1750m3高炉冶炼钒钛磁铁矿实现了长周期的稳定顺行，高炉技术经济指标得到改善。

关键词  钒钛磁铁矿  高炉  长周期  顺行

西昌三座1750m3高炉相继于2011年12月5日、2012年12月15日和2014年5月31日投产。西昌高炉入炉钒钛磁铁矿占使用量的70%以上，其余为周边矿，品位低，有害元素高；因地处内陆地区，来煤受铁路运输影响。总体而言，西昌高炉原燃料品种复杂，原燃料基础条件不佳，加之钒钛磁铁矿的冶炼特性易粘结等问题，对高炉稳定顺行提出了极大的挑战。过去经历了风口小套大量破损、炉缸失常及三座高炉均停炉处理炉缸等生产情况，高炉波动频繁，经过多年的不断总结与提炼，坚持以高炉为中心，贯彻工序服从，彻底解决管理上的原燃料质、量的问题，制定出高炉适宜的炉料结构，基本摸透和掌握了西昌1750m3高炉的“脾性”，消除了冶炼钒钛磁铁矿1750m3高炉的大幅波动，已实现高炉连续稳定顺行700天以上。

1  西昌炼铁生产概况

西昌炼铁厂主要工序包括：原料、烧结、炼焦、高炉和化产。西昌高炉陆续投产，烧结机对高炉由1对1，到1对2，再到1对3，烧结机作业率达到99%以上；西昌有4座焦炉，两座捣固焦炉和两座顶装焦炉，产能略有富余；球团矿外购，属于自产精矿的钒钛球团；块矿资源品种多且杂，近几年稳定在3种以内。高炉的主要技术经济指标情况如表1所示。

2013年两座高炉生产，资源储备充足，指标较好，之后的几年里，高炉休风率都在0.59%以上，数次因炉缸粘结问题停炉检修，高炉顺行困难，技术经济指标差。2018年之后，从原燃料管理、配煤配矿、烧结矿质量、焦炭质量及高炉操作的优化，逐步实现了高炉的稳定顺行。

2  原燃料质量的改善

2.1  七分原料，三分操作

原料质量管理以高炉对原料的要求为目标，其性能要求以“精料入炉”为目标，要求成分稳定、粒度均匀、冶金性能良好、有害元素（硫、锌、碱金属等）含量低[1]。重点以原燃料采购合同条款的修订和原燃料质量的外延管理为重点，同时，原料场内部优化库位，杜绝混堆，保障配煤配矿原燃料的质量波动在标准范围内。主要原燃料资源库位管理情况见表2。

2.2  烧结矿的产质量

西昌钢钒铁矿石资源主要立足于攀西地区，烧结矿以自产钒钛精矿为主、用周边普通精矿替代进口矿，配加低品位的中粉。西昌2台烧结机保障3座高炉生产，存在一定缺口，烧结机检修短，库存保持高位，风险在控制范围内；检修时间长，高炉必须降低烧结矿配比进行配合，加之环保压力，烧结机存在停机风险，生产调整波动极大，生产组织模式极其脆弱，为此，西昌烧结机的作业率由100%降低至98%，高炉炉料结构做一定的调整，增加球团矿配比，这样做的益处是：一是加强烧结机的日常检修，保障设备运行率，二是探索降低烧结矿中的钒钛矿配比，转移至球团矿，提高烧结矿质量，可改善高炉的顺行。

如表3所示，西昌烧结料层厚度逐步提高，由630mm提高至730mm，提高烧结料层厚度，更有利于整个烧结过程热交换及各种物理化学反应的进行和矿物结晶的完善[3]。对于钒钛烧结矿，保持SiO2的合适含量，提高总体硅钙水平，碱度提高，5-20mm比例的粒度增加，烧结成品率和利用系数逐步增加，烧结矿强度有增加趋势；烧结矿中TiO2含量的降低，烧结矿中玻璃质和再生钛赤铁矿骸晶状减少，而使烧结矿质量得到改善[4]，返矿率下降显著，如图1所示。

烧结矿质量的好差，应综合评价，以返矿率下降、铁分提高、高炉能够保持良好的透气性综合得分最高为标准，而不是单纯的追求烧结矿个别指标的优异。

西昌烧结矿的冶金性能如表4所示，随着烧结矿碱度提高，TiO2含量的降低，钒钛烧结矿的软化温度提高并稳定在1100℃以上，软化温度区间＜100℃，熔化开始温度提高至了1400℃以上，熔滴区间＜200℃，对于高炉改善下部透气性具有重要意义。

2.3  焦炭质量

冶炼钒钛磁铁矿，对于焦炭的质量要求强于普通高炉，源于高炉渣系属于高钛渣，炉料的透气性远低于普通高炉，焦炭改善透气性的作用越发关键。

（1）化学成分。焦炭的化学成分有灰分、硫分、挥发分、固定碳和水分等。灰分主要成分为SiO2和Al2O3等酸性氧化物，灰分会增加高炉冶炼熔剂用量和渣量，恶化料柱透气性和透液性，使焦比升高。灰分中碱金属对热态反应性具有催化作用。历史数据和生产经验得出，西昌高炉稳定顺行灰分可接受范围不超13%，日常管控灰分≤12.8%。西昌高炉中的硫90.7%由燃料带入，焦炭中的硫主要以有机硫和灰分中的FeS形态存在，硫分影响高炉生铁硫含量，影响焦比，干扰高炉炉温波动区间增大，硫分不超0.68%，图2所示为冶金焦化学成分变化趋势。

（2）物理性能。焦炭冷强度偏低对高炉操作不利，表现在两个方面：一是焦炭在高炉内受物理破坏，将产生大量碎焦和粉焦，导致高炉透气性差；另一个是焦炭在高炉内破碎后，粒度降低，焦炭比表面积增加，会造成焦炭反应性增加[2]。西昌焦炭使用M40和M10指标衡量冷强度，M40反映的是焦炭的抗碎强度，即焦炭的宏观裂纹与大气孔的性质，达到91%以上；M10反映的是焦炭耐磨强度，与焦炭结构的致密程度有关，上限不超4.5%，两项指标均优于国标的一级焦技术要求：M40≥86%，M10≤6.5%，如图3所示。

焦炭粒度分布，又称为焦炭的筛分组成，是焦炭一个重要的物理性质，其对焦炭堆积体的空隙体积即孔隙率具有重要影响，是决定焦炭堆密度和焦炭透气性的重要因素[2]。西昌焦炭以25mm-80mm范围内占比作为重要指标评价焦炭粒度情况，其占比越高，均匀性越好。如图4所示，25mm-40mm比例趋势在增加，60mm-80mm比例趋势在减少，25mm-80mm范围比例达到98%以上，平均粒度在51mm±0.5mm，焦炭的整体粒度更加趋于均匀。

（3）冶金性能。焦炭冶金性能反映焦炭在高温下抗挤压、破碎的能力，主要有反应后强度（CSR）和反应性指数（CRI）。焦炭CSR的提高和CRI降低，有利于高炉利用系数的提高。焦炭CSR的提高更有利于发展中心气流，而焦炭CRI在18%-24%内的提高对中心气流和边沿气流的发展均有益处[5]。西昌高炉以发展中心气流为主，兼顾边缘气流。为此，焦炭CSR可接受范围≥66%，CRI可接受范围≤25%。

焦炭质量对于高炉稳定顺行意义重大。西昌冶金焦的关注和调整先后顺行为灰分＞反应后强度＞硫分＞M10＞粒度分布，实际上焦炭质量指标是一个综合反映，如焦炭硫分超过0.7%，而反应后强度控制在66%以上，焦炭硫分成为影响高炉炉况稳定的关键性因素[6]。因此，焦炭质量的优化是一个综合优化过程。

2.4  块矿

全钒钛矿高炉冶炼会出现压差高、渣粘变稠和泡沫渣，原因是高钛渣炉渣大多为熔点高而结晶性强的矿物，如钙钛矿、尖晶石等所组成，由流动性较好至完全失去流动的温度区间极窄，仅20～30℃，配加10～15%的块矿后，以上问题得到解决，但产生了新的问题，一是普通块矿没有稳定的资源，品种繁杂，品位不稳定，有害元素高（碱负荷中块矿带入量占比达8%以上），二是入炉品位低，渣铁比高，燃料比高，三是生铁含钒降低，总的钒带入量减少，生铁钒含量下降。为此，对于冶炼钒钛磁铁矿高炉配加块矿提出新的要求：一是大品种，保证一定的库存量，二是品位高，提高产量，低燃料比，SiO2含量高，降低熔化性温度，三是保持钒钛矿比例不降低，降低烧结矿用量，增加球团矿用量，配加酸性钒钛烧结矿。如表5所示，西昌高炉的品种由9种稳定在2种，以进口高品位块矿和周边稳定矿山块矿为主，块矿的综合铁份提高了，SiO2保持在冶炼范围内，渣铁比显著下降，透气性改善，高炉的稳定性增强。

2.5  有害元素的控制

锌负荷中钒钛烧结矿和球团矿带入量占90%以上，硫负荷中焦炭及喷吹煤带入量占90%以上，碱负荷中钒钛烧结矿和球团矿带入量占75%以上，有害元素会造成高炉风口破损、崩滑料、炉缸堆积甚至炉缸冻结等事故，严重破坏高炉的稳定顺行，因此，控制有害元素的入炉量，减少循环富集是一个长期坚持的工作，目前主要采取高炉除尘灰脱锌、停用低品位块矿、使用酸性烧结矿等有限的手段，除此之外，坚持精料方针，高炉“吃”的健康，抗风险能力才会本质增强，西昌高炉以中心气流为主，渣铁比高于普通矿，有较好的排碱及排锌能力。锌负荷、碱负荷和硫负荷可接受的范围分别为≤0.9kg/t、≤4.5kg/t和≤4.0kg/t。较国内先进企业比，如宝武湛江钢铁要求锌负荷＜0.15kg/t，碱负荷＜2.0kg/t，仍有一定差距。

3  高炉操作

3.1  炉料结构

西昌高炉炉料结构是随着原燃料的组织优化和质量改善逐步得到调整的。主要表现在以下四个方面。

（1）使用酸性烧结矿。其冶金性能介于碱性烧结矿和球团矿之间。高钛型高炉冶炼必须使用一定比例的酸性块矿，用来平衡炉渣碱度及TiO2含量。配用酸性烧结矿能够较好的替代低品位块矿，平衡高炉碱度及炉渣TiO2含量，以及确保烧结矿的经济适宜的碱度，保证烧结矿的质量。同时酸性烧结矿的使用，提高了入炉品位，炉料结构稳定，为高炉稳定顺行提供了基础。

（2）提高球团矿配比。钒钛精矿的成球性好，-200目的比例占88%以上，更利于生产球团矿，球团矿的抗压强度在2100N/P，低温还原性能好，高温还原性差，冶金性能优于烧结矿，符合钒钛高炉冶炼需求，同时，钒钛精矿从烧结矿转移至球团矿，钒钛矿使用比例未受影响。增加球团矿配比，高炉稳定顺行不受影响，目前上限值为40%。图7为西昌高炉球团矿比例的使用情况。球团矿配比由13%提高至32%，最高时达到35%。

（3）降低变料频次。表6所示为西昌高炉炉料变料情况，时期Ⅱ的入炉品位不是最高，变料频次最低，高炉利用系数优于其它时期，表明炉料结构不稳定产生的不利影响远远大于入炉品位的改善程度，因此炉料结构的品种、比例的稳定，对于高炉的稳定顺行具有重要意义。

（4）提高入炉品位。冶炼钒钛磁铁矿高炉对于入炉品位存在一种矛盾，既要高钛型炉渣的冶炼，保持钒钛磁铁矿的比例，又要提高品位，增加产量。钒钛磁铁矿品位低于普通矿，多使用了钒钛矿，品位提高很有限，同时，炉渣TiO2含量超过23%是高炉冶炼的瓶颈，还未突破。因此，从配加普通块矿入手，先提高普通块矿的品位，提高一部分综合入炉品位，同时，烧结矿中钒钛矿转移至球团矿，再提高一部分品位。总而言之，入炉品位的提高既要考虑提高产量的优势，也要考虑冶炼难度的劣势。目前，入炉品位保持在51%以上，高炉技经指标优于其他时期。

3.2  操作制度

西昌高炉基本操作制度遵循大风量、开中心兼顾边缘和炉渣流动性好的原则，因此，鼓风动能对高炉稳定顺行至关重要，既是稳定顺行的基础，也是强化冶炼的条件。冶炼高钛渣必须考虑炉渣中Ti（C，N）的含量，炉渣变稠的机理是炉渣TiO2被还原生成TiC、TiN或Ti（C，N）固熔体所致。图8所示，西昌高炉的鼓风动能显著改善，达到160KJ/S，炉渣Ti（C，N）呈直线下降，因此，提高鼓风动能的措施如提高风量、增加富氧、提高风温等，活跃炉缸，渣铁出净，炉缸状态良好是高炉稳定顺行及进一步优化指标的重要基础，图9是高炉炉芯温度的变化趋势，进一步表征炉缸状态趋于好的发展。 

煤气利用率是上下部制度调整的综合反映指标，也是高炉稳定顺行的重要标志。西昌高炉下部调整以风速为标志，可接受范围225～245m/s，上部料制的选择以中心气流发展兼顾边缘气流，随着炉型的变化，每座高炉均有差异，一般情况下，必须确保焦批的下限量，维持合理的角窗层，料柱透气性在2400±100。图10为煤气利用率变化情况，煤气利用率的提高，燃料比下降了20kg/t以上。

保持高炉的长期稳定顺行，原燃料质量是基石，从上述的分析不难得出，有了原燃料质量的稳定和改善，才有高炉操作制度的优化基础，否则，难以实现长周期的高炉稳定顺行。

4  结语

（1）重视原燃料的组织与管理。西昌通过适当降低烧结机作业率，提高烧结矿的质量和改善焦炭质量，增强骨架作用，均显著改善高炉的透气性，从根本上解决了高炉提高鼓风动能的基础和条件。

（2）西昌高炉使用块矿品种多，品位低，炉料结构波动大。通过精简块矿品种，提高球团矿配比，提高入炉品位，稳定炉料结构。西昌高炉的一段时期反映出炉料结构不稳定产生的不利影响远远大于入炉品位的改善程度，因此炉料结构的品种、比例的稳定，对于高炉的稳定顺行具有重要意义。

（3）高炉操作制度鼓风动能的提高，有利于活跃炉缸，吹透中心，消除炉渣中Ti（C，N）的不利影响，同时，要保持一定的焦炭批重，维持好的煤气利用率，降低燃料比。

（4）先有原燃料质量的稳定和改善，高炉实现了稳定顺行，才有操作制度的优化，高炉技经指标的改善。不能以高炉制度的优化冲抵原燃料质量的劣化，否则，高炉难以实现长周期的稳定顺行。

5  参考文献

[1]  高海潮，黄发元，等.马钢炼铁技术与管理[M].北京：冶金工业出版社，2018:348-354.

[2]  朱仁良.宝钢大型高炉操作与管理[M].北京：冶金工业出版社，2018:138-192.

[3]  何群，王敏杰.白马细精矿烧结试验研究[J].钢铁钒钛，1992，13(2)：36-40.

[4]  胡鹏，崔庆爽，等.白马钒钛精矿厚料层烧结技术研究[J].攀钢技术，2018，41(5)：1-5.

[5]  程志杰，梁利生，等.焦炭质量变化对高炉冶炼的影响[J].炼铁，2019，38(4)：1-6.

[6]  张志强.西昌1750m3高炉应对有害元素的措施[J].炼铁，2018，37(1)：31-35.