郭  庆

（西昌钢钒公司炼铁厂）

摘  要  在进口矿价格持续处于高位、钢材价格下行等新形势下，对高炉适宜的炉料结构进行了探索，开展了周边块矿替代高品位进口块矿和提高钒钛球团矿比例的生产试验，表明在以周边块矿及自产矿为主的炉料结构下，通过操作制度优化，高炉技术经济指标进一步提升，有利于钢铁企业低成本、高效率生产。

关键词  进口矿  球团矿  炉料结构 利用系数 生铁成本

2018年钢材市场效益较好，规模效益显著。但2019年以来市场发生变化，国外进口矿价格持续上涨，而国内钢材价格回跌，钢铁企业效益缩减，企业降本势在必行。内陆钢铁企业在这种环境下，依靠高品位进口块矿扩大规模效益的方法与市场环境不符，继续大量使用高品位进口块矿将造成生铁成本上升，进而造成企业效益亏损。

西昌钢钒地处西南内陆地区，周边矿石资源丰富，价格低廉，但矿石品质较低，高炉不能大量使用。2019年1月以来，西昌钢钒所用的高品位进口块矿南非块矿的到厂价格已上升到比周边块矿（简称40赤块）高700-800元/t的历史最高位，比钒钛球团矿价格也高500-600元/t。在这种新的市场形势下，使用周边块矿代替高品位进口块矿和提高钒钛球团矿比例，发挥周边矿石资源及自产矿资源成为西昌钢钒炼铁厂降低生产成本的重要课题，但也面临着块矿质量劣化造成炉况变差的问题。如何通过操作制度的优化，最大限度规避炉料质量下降的风险，充分发挥周边矿、自产矿的成本优势，达到炼铁成本、效率、铁水质量综合最优是我们追求的永恒目标。

高炉合理的炉料结构决定于资源条件、矿石加工的技术水平和设备状况以及造块成品矿的价格及其冶金性能，各地钢铁厂宜结合具体条件，通过试验、论证后确定[1]。国内外炼铁行业在高炉原燃料方面一直追求精料方针，高炉精料的内容是：渣量要小于300kg/t；成分稳定、粒度均匀；冶金性能良好；炉料结构合理等4个方面[2]。国内某先进企业的观点是：单纯强调“精料”与单纯强调“低价料（经济料）”都不可取，低价料绝不等同于低铁水成本；同样，高价料也未必等同于高铁水成本，其观点是“适当质量”[3]。在新形势下，结合行业先进企业的做法和西昌钢钒自身特点，于2019年2月14日开始在3号高炉开展了以周边块矿代替高品位进口块矿和提高钒钛球团矿比例的生产试验，以探索满足高炉顺行、稳定、经济、高效的适宜炉料结构。

1  生产试验方案

1.1  炉料性能及特点

试验前高炉物料结构中的矿石品种包括高碱度烧结矿（简称烧结矿）、钒钛球团矿、酸性烧结矿（简称酸烧）、南非块矿，为平衡炉渣碱度还使用了少量硅石。本次生产试验选用的周边块矿为40赤块，40赤块属于低品位赤铁块矿。钒钛球团矿为自产球团矿，其品位及钒钛含量在高炉所用的各种矿石中是最高的。各种矿石之间的化学成分、理化性能、冶金性有较大差异。

（a）品位方面

各种矿石的品位相差较大，40赤块的品位比南非块矿低20-25个百分点，球团矿品位是周边矿石和自产矿中品位最高的，但也比南非块矿低10-13个百分点。高炉矿石品位是试验前对各种矿石配比变化条件下高炉综合入炉品位进行了理论计算，如表1所示，本次生产试验以40赤块代替南非块矿、提高钒钛球团矿比例，其中提高钒钛球团矿比例需适当下调烧结矿和酸性烧结矿以平衡炉渣碱度和炉渣TiO2：

（1）40赤块增加1%，南非块矿减1%，综合品位下降0.21个百分点；

（2）钒钛球团矿增加1%，酸性烧结矿减1%，综合品位上升0.02个百分点；

（3）钒钛球团矿增加1%，40赤块减1%，综合品位上升0.1个百分点

（4）钒钛球团矿增加1%，烧结矿减1%，综合品位上升0.03个百分点。

（b）化学成分方面

各种矿石化学成分的差异较大，尤其是矿石的CaO、SiO2、MgO、Al2O3含量相差较大。如表2所示，南非块矿SiO2含量5.31%，40赤块SiO2含量24.21%。40赤块替代南非块矿后，块矿的冶炼作用发生根本性改变，南非块矿的主要作用是提高综合入炉品位，而40赤块的主要作用是调整炉渣碱度。

（c）矿石冶金性能相差较大，冶金性能的差异将造成炉料软熔带变厚，高炉软熔带位置、厚薄、高度均会发生较大变化，容易造成炉内气流分布和透气性变差。如表3所示为各种矿石冶金性能，40赤块与其他矿石的软化温度、熔滴温度相差最大。

1.2  试验方案

试验分两个阶段，具体方案如表4所示，高炉矿石配比调整情况见图1所示。

（1）2月1-13日为基准期，物料结构为烧结矿62-65%，南非块矿比例4-6%，球团矿比例28-30%，酸烧3%，同时每批矿石配加100-300kg硅石平衡炉渣碱度。

（2）2月14日-3月8日为1阶段，物料结构为烧结矿63-66%，球团矿30%，酸性烧结3%，40赤块2-3%，停用南非块矿和硅石。

（3）3月9-31日为2阶段，物料结构为烧结矿60-63%，球团矿35%，40赤块2-3%。

2  炉况变化及应对措施

2.1  透气性方面

试验期透气性指数略有下降，如图2所示，基准期透气性指数均值2473，1阶段和2阶段透气性指数均值分别为2461、2460。对试验过程数据抽样回归分析，40赤块配比越高，透气性指数越低，如图3所示，表明：（1）南非块矿品位高、冶金性能与烧结矿、球团矿相差不大，使用南非块矿时高炉透气性较好，但使用40赤块后透气性指数有所下降，这是两种矿石品位、冶金性能差异决定的；（2）1阶段和2阶段相比，球团矿比例提高5%，相应地停用酸性烧结矿平衡炉渣碱度，高炉透气性不会变差。

2.2  煤气流分布方面

试验期间，高炉煤气流分布有一定变化，使用40赤块对煤气流分布影响不大，但提高球团矿比例后出现边缘气流发展现象。如图4所示为炉喉各点及炉喉平均温度趋势，1阶段停用南非块矿后炉喉各点温度变化不大，炉喉平均温度147℃。2阶段球团矿比例提高后，炉喉各点温度分散升高，平均温度最高达到271℃，3月10日采取边缘焦炭增加1圈的方式疏导、均匀气流，3月12和14日分别采取平扬布料角度0.5°、外环焦炭圈数减1圈的措施抑制边缘气流，炉喉温度逐步下行至130-150℃。表明：（1）40赤块对煤气流分布影响不大；（2）提高球团矿比例，边缘气流容易发展，球团矿比例提高5个百分点，采取平扬布料角度、增加外环矿焦比的措施可以有效控制边缘气流。

2.3  煤气利用率方面

试验期间煤气利用率有下降趋势，如图5所示为高炉煤气利用率趋势。1阶段停用南非块矿、使用40赤块后煤气利用率下降近1个百分点，2阶段在提高球团矿比例和装料制度优化措施下，高炉煤气利用率回升到44.5%的较好水平。装料制度方面对布料矩阵优化如表4所示，具体调整情况如下：

（1）在1阶段的2月下旬煤气利用率下降到42.5%时，采取提高矿石批重0.2t/批和焦炭负荷0.05倍的措施提高煤气流利用率；

（2）2阶段提高球团矿比例后煤气利用率略有上升，但仍比基准期煤气利用率低0.5-1.0个百分点，采取减边缘焦1圈、加中间环带焦1圈的方式使边缘焦比例下调了8%，中间环带与矿石接触的煤气量增加，以达到提高煤气利用率的目的。

由图5及表5表明：（1）40赤块的使用容易造成高炉煤气利用率下降，装料制度上应适当增加矿石批重和焦炭负荷提高煤气利用率；（2）提高球团矿比例有利于煤气利用率的提升，布料矩阵方面下调边缘焦比例有利于抑制边缘气流，同时也对改善煤气利用率有一定好处。

3  热制度及造渣制度方面

3.1  炉温变化情况

试验期间炉温合格率及炉温水平有所下降。扣除休风、原燃料质量异常变化等特殊原因影响，基准期及试验过程中的炉温情况如图6所示，基准期及1阶段平均炉温0.29%，2阶段平均炉温0.27%，1阶段炉温合格率比基准期下降4.9个百分点，2阶段炉温合格率比1阶段下降9.3个百分点。由此表明：（1）40赤块替代南非块矿时，高炉炉温水平变化不大；（2）提高钒钛球团矿比例，高炉炉温水平有所下降，侧面反映出高炉承受高炉温的能力略有下降。

3.2  炉渣碱度变化情况

炉渣碱度按基准期控制，二元碱度控制在1.00-1.05，三元碱度控制在1.38-1.42。炉渣TiO2方面，1阶段略有下降，2阶段提高球团矿比例后TiO2比基准期高0.4个百分点，比1阶段高0.9个百分点。

4  技术效果分析

4.1  铁水质量情况

基准期及试验期间原燃料入炉硫含量略有下降，总体原燃料入炉硫负荷变化量较小，因此原燃料质量对铁水质量的影响可忽略，如表6所示。

1阶段铁水硫含量与基准期基本持平。2阶段受炉温合格率下降和炉渣TiO2上升影响，炉渣脱硫系数比基准期下降了0.7，2阶段铁水硫含量比基准期和1阶段上升了0.005个百分点，如图7所示。

4.2  高炉技术经济指标

试验过程中通过装料制度、热制度等优化，高炉得以进一步实施强化冶炼，如表7所示，风量略有下降，风温、顶压水平与基准期基本持平，但2阶段富氧量大幅提升。

受强化冶炼水平和炉温、炉渣成分变化影响，尤其在2阶段，各项操作制度更趋合理，高炉利用系数、燃料比、铁损等指标均有较大改善，如表8所示，2阶段高炉利用系数比基准期提高约0.13t/（m³·d），1阶段和2阶段燃料比比基准期下降了约8kg/t，2阶段铁损比基准期下降了1.95个百分点。

5  结语

（1）在高品位进口块矿价格较高的情况下，高炉以周边块矿及自产矿为主的炉料结构是新形势下内陆钢铁企业的适宜炉料结构。

（2）高炉适宜的炉料结构不是单纯追求低价料或高品质料生产，需结合市场形势、地域资源特点、自身操作管理水平等综合考虑，达到铁、钢流程及钢铁企业综合成本最低才是钢铁企业的根本目标。

6  参考文献

[1]  王筱留.钢铁冶金学炼铁部分第三版[M].北京：冶金工业出版社，2013.2:100.

[2]  周传典.高炉炼铁生产技术手册[M].北京：冶金工业出版社，2002.8:1.

[3]  朱仁良.宝钢高炉科学管理、稳定生产实践//[C].2016年炼铁学术年会特邀报告，2016:15.