曾宇，張賢平，趙長城，李曉春，高德庫
（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山114021）
摘要： 為了降低生鐵成本，高爐使用低MgO 燒結礦生產，爐渣中MgO 含量大幅度降低，通過采取合理的爐料結構、提高焦炭和燒結礦質量、調整高爐操作制度等一系列措施，保證了高爐安全生產，并獲得了較好的經濟技術指標。
關鍵詞： 高爐；爐渣；MgO
傳統觀點認為高爐爐渣中MgO 含量在8%~12%時高爐具有良好的工藝性能，因此國內高爐普遍將MgO 含量控制在8%以上。2015 年9 月，鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠（以下簡稱煉鐵廠）為降低生產成本，對燒結礦的配料結構進行了調整。在燒結配料過程中停配鎂石，以降低燒結配料成本。停配鎂石后，MgO 僅由原料中的生石灰和混料提供，燒結礦中的MgO 含量由2.0%下降到1.2%， MgO含量降低不會導致燒結礦質量的變化，但會造成爐渣中MgO 含量的降低，引起爐渣粘度增加，進而增加高爐操作的難度。為了適應高爐低MgO 爐渣的生產操作，煉鐵廠采取了一系列相關措施，保證了高爐安全生產，并取得了較好的經濟技術指標。
1 低MgO 爐渣生產的可行性
為了確定在鞍鋼現有原料條件下， 高爐進一步降低爐渣中MgO 含量的可行性，對影響爐渣粘度的因素和規律進行了分析研究。基于煉鐵廠7 座高爐的生產數據， 鐵水溫度普遍在1 480～1 520 ℃區間，爐渣粘度儀溫度控制在1 500 ℃和1 550 ℃兩個溫度點。配渣時，用現場高爐渣作為母渣，成分調劑依據現場高爐爐渣的化學成分， 采用添加化學純試劑的方式進行。
1.1 爐渣MgO 含量變化
研究MgO 含量變化對爐渣粘度的影響時，爐渣中Al2O3含量設定為11%，爐渣堿度1.245。不同溫度下爐渣粘度隨MgO 含量的變化情況如圖1所示。由圖1 可以看出，在設定條件下，渣中MgO含量在不同區間，對爐渣粘度的影響程度不同。當爐渣中MgO 含量大于3%時， 在1 500 ℃、1 550 ℃兩個爐渣溫度下，爐渣粘度均小于0.4 Pa·s，能夠滿足高爐冶煉要求。
1.2 爐渣Al2O3含量變化
研究Al2O3含量變化對高爐爐渣粘度的影響時，爐渣中MgO 含量設定為4%，爐渣堿度1.245。由于爐渣粘度隨溫度上升呈現下降趨勢， 選取較低的溫度點1 500 ℃作為試驗溫度。爐渣粘度隨Al2O3含量變化情況如圖2 所示。由圖2 可以看出，在設定條件下，隨著Al2O3含量的升高，爐渣粘度逐漸增大。當Al2O3含量達到16%時，爐渣粘度為0.416 Pa·s。行業內認為大高爐冶煉過程中，爐渣溫度在1 500 ℃時， 爐渣粘度在0.4 Pa·s 以下，即可以滿足高爐的正常生產。因此設定條件下，Al2O3含量宜控制在16%以下。
1.3 爐渣堿度變化
研究爐渣堿度對爐渣粘度的影響時，爐渣中MgO 含量設定為4%， 爐渣中Al2O3含量設定為11%。不同溫度下爐渣堿度對爐渣粘度的影響情況如圖3 所示。由圖3 可以看出，在設定條件下，爐渣溫度在1 500 ℃和1 550 ℃兩個溫度點，隨堿度增大，爐渣粘度變化不大，且均低于0.4 Pa·s，可以滿足高爐正常生產。
因此，在常規冶煉條件下，爐渣中MgO 含量不低于4%、Al2O3含量不高于16%的爐渣均可以滿足高爐生產的需要。
2 低MgO 爐渣冶煉的前提條件
2.1 合理的爐料結構
合理的爐料結構是高爐安全長壽、穩定順行、指標優化的基礎， 鞍鋼生產實踐表明70%的高堿度燒結礦配加30%的酸性球團礦， 焦丁比達到60 kg/t 左右時是高爐冶煉較為理想的爐料結構模式。不僅可以有效改善料柱的透氣性，而且還可以提高爐況運行的穩定性。考慮成本因素，需要配加部分生礦時，生礦入爐比例不宜大于10%，因為生礦熱穩定性不好， 生礦入爐比例過高會導致爐況的波動。生礦入爐前必須要進行嚴格的篩分，減少入爐生礦的粉末量。
2.2 改善焦炭質量
焦炭作為料柱骨架的作用在現代大高爐冶煉過程中顯得尤為重要，對焦炭強度、反應性、反應后強度等指標的要求也更高。鞍鋼五煉焦焦爐2014 年11 月完成改造，2015 年11 月實現全干熄焦生產。全廠使用焦炭干熄率由65%逐步提高到96%， 焦炭強度指標M40 由85.5%提升到87%以上，焦炭的反應性和反應后強度穩步提升。
2.3 提升燒結礦質量
（1） 煉鐵廠燒結原采用球盤工藝造球，由于球盤工藝落后，球盤造球混合料粒度不均，大粒級較多，使混合料粒度過大，垂直燃燒速度過快，燒結礦強度降低；而且球盤造球是在開放的空間，混合料熱量損失很大。為了提升燒結礦質量，煉鐵廠改為使用圓筒混合機造球，消除以上弊端。
（2） 煉鐵廠精礦槽空間小，鐵料料種多，僅在三燒作業區，使用鐵料品種最多時可達7 種，日消耗鐵料1 萬t，而精礦槽總槽存為2.4 萬t，每種料的平均最大槽存不過4 000 t。受到受料槽翻車能力限制，以及一些突發情況影響，任何一種鐵料到達情況不好都會影響燒結礦質量， 造成質量大幅度波動。混勻料場投入使用后，解決了上述問題。
（3） 煉鐵廠高爐來料成分波動大。三燒作業區燒結原料為11 種，每種原料的成分波動都會帶來質量的波動；同時，物料的化驗存在滯后性，往往是化驗結果顯示原料成分發生變化時， 此種原料已經使用并變成燒結礦了。混勻料場投入使用后，很好地解決了這個問題。
3 低MgO 爐渣冶煉采取的措施
高爐在使用低MgO 爐料后， 爐渣中MgO 含量下降，依據對高爐低MgO 爐渣生產可行性的分析研究，爐渣中MgO 含量降低后，爐渣的黏度升高，流動性下降。渣中MgO 含量低于4%時，鐵水物理熱水平對爐渣的流動性影響很大。煉鐵廠在使用低MgO 結構的爐料時， 對高爐的送風制度、熱制度和操作制度進行了調整。
3.1 送風制度調整
在送風制度方面，對高爐風口面積進行了調整，縮小送風風口的面積，提高鼓風動能；將邊中平衡型的煤氣流分布，調整為以中心煤氣流為主，邊緣煤氣流為輔，中心暢通、邊緣穩定型的煤氣流分布，提高爐況運行穩定性的同時，提高了爐缸的活躍度。
3.2 熱制度調整
在熱控制方面， 規定生鐵含［Si］ 量穩定在0.40%～0.60％，鐵水溫度≥1 500 ℃，杜絕過高或過低的爐溫導致渣鐵流動性下降， 一旦發生爐溫異常現象，則需要采用過量調劑的手段，將爐溫調整至正常的區間， 防止長時間的爐溫異常引起渣鐵的流動性變化，影響爐況的順行狀態。
3.3 操作制度
3.3.1 高爐上料缺欠處理
由于高爐上料系統存在缺欠，焦篩振幅不夠，入爐焦炭粉末較多， 嚴重影響高爐的透氣性；同時，給料機的迎料擋板長期使用，磨損嚴重且更換時間較長，導致給料機跑料或料流不均，致使高爐矩陣布料達不到要求，造成高爐順行較差。通過加強對焦篩的巡檢， 及時發現焦篩存在的問題并解決，同時對振動篩的振幅進行測試，對焦篩振幅不夠現象進行改造，使篩分效果滿足高爐工藝需要。增加給料機迎料擋板厚度并改用耐磨材質， 改變更換給料機迎料擋板的更換方式， 使上料系統能夠滿足高爐矩陣布料的要求。
3.3.2 爐況調劑
調劑爐況時要樹立操作過程中的紅線意識，嚴禁低爐溫操作、嚴禁頂風壓操作。及時掌握原燃料成分變化， 并根據原燃料變化、參數走勢做好“攻守退”的預案執行。高爐特殊情況下如休風，要根據休風時間的長短適當下調入爐堿度。對爐況調劑要做到堅持料線不正常不宜調整裝料制度、料速不正常不宜調整焦炭負荷、爐溫不正常不宜調整爐渣堿度、爐況不正常不宜調整爐頂壓力的“四不宜”操作方針。
4 實踐效果
高爐通過對爐料結構、原燃料質量、高爐操作制度等方面的調整與實施，在燒結停配鎂石，高爐低MgO 爐渣生產操作實踐中，保持了高爐穩定順行的生產狀態，且消耗指標穩步下降。2015 年9~12 月高爐低MgO 爐渣生產生產技術指標見表1。
5 結論
（1） 渣中MgO 含量不低于4%，Al2O3含量不高于16%的爐渣均可以滿足高爐生產的需要。
（2） 加強原燃料質量管理，減少入爐粉末，為高爐穩定順行提供基礎。
（3） 采用低MgO 爐渣生產，必須在高爐穩定順行的基礎上開展，若長時間順行狀態不理想，則堿度需維持下限水平。
（4） 低MgO 爐渣冶煉需要高爐保持足夠的風速，保證爐缸的活躍度。
（5） 低MgO 爐渣冶煉需要保持爐缸充足的熱量儲備，樹立物理熱紅線管理思維，鐵水溫度不低于1 500 ℃。