楚強，陳霞，劉鐵龍

（濟南鋼鐵股份有限公司第一煉鐵廠，山東濟南250101）

摘要：為提高冶煉強度，濟鋼第一煉鐵廠350 m³高爐實施富氧鼓風冶煉，針對高富氧率對冶煉進程的不利影響，采取增加噴煤量，調整送風制度與布料矩陣，利用多種手段處理堿金屬危害等措施，2008 年高爐利用系數達到了4.08 t（/ m³·d）。

關鍵詞：高爐；鼓風冶煉；富氧率

1 前言

濟鋼第一煉鐵廠現有6 座350 m³高爐，1#~4#高爐為BT 型無鐘爐頂，5#、6#高爐為雙鐘爐頂，爐體冷卻系統采用軟水閉路循環。爐料結構為燒結礦66%+球團24%+酸性塊礦10%，焦炭80%外購。由于風機裝備能力低，入爐風量小，平均風量只有950m³/min 左右，嚴重制約了高爐的強化冶煉。2002 年濟鋼20 000 m³/h 制氧機投產，為高爐富氧提供了條件，高爐工藝操作克服富氧增加初期爐況穩定性差，有害元素循環富集，爐渣Al₂O₃含量高等困難，在原燃料質量下降的情況下，探索出高富氧冶煉特點和合理的操作制度。

2 提高富氧率對高爐冶煉的影響

2.1 富氧鼓風的作用

高爐富氧鼓風是向高爐鼓風中加入工業氧，使鼓風含氧超過大氣氧含量，達到提高冶煉強度，增加高爐產量和提高煤粉在風口前燃燒率的目的。其最突出的優點，就是在不增加風量和鼓風機動力消耗的情況下達到提高產量的目的。

2.2 提高富氧率對高爐強化冶煉的影響

提高富氧率對高爐強化冶煉的促進作用有以下方面。一是從根本上解決了高爐風機能力不足的矛盾，改善了爐缸工作狀態，爐缸活躍程度提高；二是鼓風中含氧量增加，加快了焦炭燃燒速度，高爐冶煉強度得到明顯提高；三是風口區理論燃燒溫度升高，按照理論計算，富氧率升高1%，風口前理論燃燒溫度提高35 ℃，實際采取富氧鼓風后，風口前溫度明顯提高，渣鐵溫度充沛，有利于增加噴煤量，在充分利用高風溫基礎上，有效提高了噴煤比；四是富氧后煤氣中N₂含量減少，CO 濃度提高，促進了間接還原，CO₂含量由18.61%提高到19.28%；五是在爐渣Al₂O₃含量超過17%的條件下，高富氧率對改善爐渣流動性作用較明顯，渣溫充沛，能夠降低高Al₂O₃爐渣對爐缸的不利影響^［1］。

2.3 提高富氧率的實際效果

根據理論計算，富氧率提高1% ，可以增產4.76%。但實際生產中由于影響因素很多，很難達到理論計算值。濟鋼的生產實踐表明，在焦比不變的情況下，富氧率提高1%的增產效果為：鼓風中含氧21%～25%，富氧率提高1%，增產3.9%；鼓風中含氧25%～27%，增產3.2%。隨著富氧率提高，增產率呈遞減趨勢。

表1 為濟鋼第一煉鐵廠2005～2008 年高爐富氧率和主要技術指標，達到全國同類型高爐先進水平。

3 高富氧率對冶煉進程的不利影響

鼓風中氧的濃度增加，燃燒單位碳所需要的風量減少，鼓風中氮的濃度則降低，使生成的煤氣量減少，煤氣中CO 和CO₂濃度都有提高，這些變化，對冶煉過程產生多方面的影響。

3.1 對焦比的實際影響

隨鼓風中氧含量的提高，煤氣中CO 濃度增加，煤氣的還原能力提高，有助于間接還原過程的發展。但因煤氣量減少，在某種程度上擴大了低于700 ℃的低溫帶，又限制了間接還原的發展。所以，提高富氧能否降低燃料消耗，要由實際生產結果來定，不同冶煉條件，結果也不相同。目前國內外沒有高富氧率可以降低焦比和燃料消耗的確切經驗數據。濟鋼實踐表明，富氧鼓風對焦比的影響，存在有利和不利兩種因素。一是增加富氧后鼓風量相對減少，減少了熱風帶入爐內的熱量，不利于降低焦比。二是由于煤氣CO 濃度提高，煤氣量減少，煤氣帶走的熱量也減少，有利于焦比降低。實踐表明對于采用難還原的礦石冶煉，風溫較低，富氧量較少時，因熱能利用改善，焦比將有所降低。而采用還原性好的礦石冶煉，風溫較高，富氧率較高時，熱風帶入爐內的熱量大幅度降低，將可能使焦比升高。濟鋼高富氧對焦比的影響主要表現出后一種效果，經數據統計，富氧率超過4%，每升高1%，實際焦比升高3～5 kg/t。

3.2 對熱制度以及爐況的影響

高富氧鼓風改變了爐內溫度場的分布，其規律與高風溫相似，即風口前的理論燃燒溫度升高，高溫區下移，爐身溫度和爐頂溫度下降，其影響程度比高風溫要大，嚴重時會造成爐身熱平衡緊張。隨著富氧率逐步增加，尤其是2007 年達到5%以上后，出現了入爐風量萎縮，實際鼓風動能降低，易在邊沿出現局部氣流。爐況表現為爐頂煤氣爆震，滑料以及崩料出現頻率多，爐況穩定性較差。另一表現是爐溫波動幅度增大，尤其下行狀態下較難控制，處理不當易發生爐涼。

3.3 有害元素循環富集加劇

富氧鼓風能夠提高理論燃燒溫度，造成爐缸半徑方向的溫度梯度分布不合理，由于燃燒溫度過高，產生大量SiO ₂氣體，在塊狀區重新凝結沉積，降低料柱透氣性，從而破壞順行，可能引起難行、懸料、結瘤等事故。富氧到一定程度以后，由于風量降低，單位生鐵帶入的熱量減少，減少了高爐冶煉的熱量來源。2008 年以來，由于爐料有害元素與堿負荷同時升高，其中有害元素負荷達到4.05 kg/t，堿負荷3.36kg/t。高爐有害元素循環富集現象比較突出，爐墻尤其是爐身上部粘結比較嚴重，并且處理完后很快又重復出現粘結。除高爐休風后發現爐喉有明顯的有害元素粘結外，更換風口時也經常有液態的鋅從風口流出，甚至出現煤氣取樣孔堵塞無法取煤氣樣情況。多次化驗粘結物成分，其中堿金屬含量較高。2008 年7 月30 日2#爐爐喉粘結物化驗成分為：K₂O8.60% ，Na₂O 2.08% ，Pb 0.19% ，SiO₂ 7.58% ，CaO8.60% ，MgO 6.22% ，Al₂O₃ 1.32% ，FeO 9.10% ，S0.44%，C 16.76%。從成分組成看，堿金屬元素總量達到10.87%，是造成爐墻粘結的主要原因。

4 應對措施

通過分析富氧增加后鼓風動能、初始煤氣流分布變化，結合爐況運行狀況，以及爐體溫度參數的波動，制定了針對性的調劑措施，以消除高富氧帶來的不利影響，最大限度發揮增產提高噴煤有利的一面。

4.1 增加噴煤量

增加富氧后風口前理論燃燒溫度升高，靠近爐墻處的有害元素分解速度加快，隨著較盛的邊沿氣流進入上部爐墻低溫區后，快速冷凝粘接，不斷循環富集。理論計算煤比每增加10 kg/t，風口前燃燒溫度降低約20～25 ℃。因此增加煤粉噴吹量，降低風口前燃燒溫度，能減少爐墻邊沿的有害元素分解量。

4.2 調整送風制度

隨富氧率的提高和噴煤量增加，一方面風口前煤氣體積膨脹，爐缸徑向溫度梯度變陡，造成爐缸工作不均勻，因此應適當擴大風口面積^［2］。另一方面焦炭負荷逐漸加重，料柱透氣性降低，必須有較高的鼓風動能，才能滿足煤氣流合理分布和爐況順行的要求，應相應縮小風口面積，以保持適宜的回旋區深度。濟鋼經驗是當富氧率超過5%時，風口面積應縮小1%～1.4%，風口長度增加20 mm。

4.3 調整布料矩陣

由于有害元素熔點低于400 ℃，邊沿氣流過分發展以及過分抑制都可能造成有害元素在爐墻粘結，前者高位粘結，后者易在爐腹爐腰處低位粘結。因此應控制適宜的煤氣流分布，從長期實踐經驗看，保證邊沿和中心兩道煤氣流分布模式能夠實現既減輕爐墻有害元素粘結，又保持爐況穩定的目的。具體措施：1）布料矩陣實施大焦礦角差；2）爐墻邊沿CO₂與中心CO₂含量差值控制在1%～3.5%；3）根據爐體溫度參數變化，結合風口前溫度狀況，不定期采取單環布料等措施疏導邊沿氣流，減少有害元素在爐墻上的粘結。

4.4 利用多種手段處理堿金屬危害

1）爐渣排堿。采取降低爐渣堿度為1.0~1.05，控制生鐵含硅0.4%~0.6%，保持鐵水物理熱1 470~1 510 ℃。連續2 爐以上出現高硅低硫，應采取置換部分酸料手段。2）對燒結礦使用的化工廠廢棄物鉻渣、高爐污泥和瓦斯灰等廢棄物，實施定期開路循環，高爐同時配合加大排堿力度，減輕堿金屬帶來的危害。3）在爐料中增加白云石使用量，保持爐渣MgO 含量10%~12%，對爐渣排堿有很好的效果。

5 結語

1）高富氧率冶煉能達到大幅提高產量的效果，但隨著富氧率提高，增產率呈遞減趨勢。另一方面提高富氧率可以使煤粉燃燒率有所改善，但煤比不會有明顯的提高。

2）富氧的合理控制應根據高爐冶煉條件和冶煉狀態決定，沒有可以通用的最佳值。

3）高富氧鼓風可能對順行產生不利影響，應針對具體情況對操作制度進行必要的調節。尤其在高負荷有害元素和堿金屬情況下，其危害更不可忽視。

4）高富氧高冶強條件下的高爐技術操作，務必在高產時具備防涼意識和應對措施。保持中心煤氣流暢通，適當抑制邊緣氣流，有利于高爐穩定順行。

參考文獻：

［1］ 周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊［M］.北京：冶金工業出版社，2002：367-368.

［2］ 王筱留.高爐生產知識問答［M］.2 版.北京：冶金工業出版社，2004：298.