袁 宇 皓

（山東鋼鐵集團有限公司 研究院，山東 濟南 250101）

摘 要：通過對轉爐爐渣成分及礦物組成的分析，認為：在特定情況下，高爐噴吹轉爐爐渣可以促進煤粉燃燒率、改善高爐冶煉條件，能夠取得較好的經濟效益。目前，在中國高爐現有的原料、燃料條件下，高爐噴吹轉爐爐渣，不具備可行性。同時，目前的工藝流程、裝備條件，無法支撐高爐噴吹轉爐爐渣。

關鍵詞：轉爐；爐渣；催化劑；燃燒率

1  前 言

日本某鋼鐵企業成功開發了高爐噴吹轉爐爐渣技術。經風口向高爐噴吹15 kg/t左右的轉爐爐渣，提高了煤粉燃燒率，降低了一定數量焦比；改善了渣鐵流動性，提高了高爐透氣性指數。

針對日本某鋼鐵企業開發的高爐噴吹轉爐爐渣技術，通過從機理上對高爐噴吹轉爐爐渣技術進行了分析，同時，結合國內高爐噴吹工藝、裝備等現狀，對國內高爐噴吹轉爐爐渣技術應用進行了可行性分析，國內企業對日本某企業高爐噴吹轉爐爐渣技術應認真研究，通過掌握其高爐原燃料背景，結合企業自身實際情況，慎重推行。

2 轉爐爐渣成分

轉爐爐渣成分隨原料、煉鋼方法、生產階段等條件變化而不同，主要由 CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃、 FeO、Fe₂O₃、fCaO（游離態氧化鈣）等氧化物組成。

通過礦物巖相分析，轉爐爐渣中氧化物主要以鐵酸鈣的形態存在，游離態的氧化物很少，主要為游離態氧化鈣，其他游離態氧化物很少存在。

3  高爐噴吹轉爐爐渣技術機理分析

3.1 轉爐爐渣對煤粉的催化作用

研究表明^［1］：Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺ 等金屬氧化物離子，對無煙煤等低揮發分煤粉在高爐噴吹時有一定的催化作用，但對高揮發分煤粉的催化燃燒性能的提高極為有限。

氧化鈣、鐵氧化物對煤粉燃燒有催化作用，這方面研究在國內已經很成熟^［2］，同時在上世紀后期得到廣泛應用，也取得了非常不錯的效果，但這些都是基于高爐噴吹單種無煙煤的基礎上實施的提高煤粉燃燒率的措施。隨著煉鐵技術的不斷進步，不同的煤種不斷開發用于高爐噴吹生產，其中較為典型的是貧煤及貧瘦煤的使用^［3］。同時，高爐冶煉環境的改善，如富氧率的提高、風溫的提高等措施，使高爐噴吹煤粉的燃燒性能得到極大改善，煤粉催化劑的使用大為降低，尤其在使用了揮發分較高的長焰煤、貧煤、貧瘦煤以后，煤粉的揮發分得到明顯的提高，這時催化劑的使用基本沒有明顯提高煤粉燃燒率的效果，目前鮮有使用煤粉催化劑的廠家。

日本某鋼鐵企業高爐噴吹轉爐爐渣后，由于轉爐爐渣中存在一定量游離態氧化鈣對煤粉燃燒起到了催化作用，煤粉的燃燒率得到提高，進而高爐焦比有所降低。

3.2 轉爐爐渣對高爐風口區冶煉環境的改善

轉爐爐渣中，含有一定量的氧化鎂，氧化鎂能有效改善高爐爐渣流動性，降低高爐爐渣對煤氣的阻力，提高透氣性。日本某鋼廠正是利用了轉爐爐渣的這種性能。北美和北歐一些國家的高爐實現了全球團高爐冶煉技術，在這種冶煉條件下，要獲得合格的鐵水，一是隨同高爐入爐料配加一定比例的含氧化鈣的熔劑，二是通過風口噴吹含有效成分為氧化鈣的粉狀熔劑。轉爐爐渣中含有大量的氧化鈣，理論上可以作為高爐熔劑使用，北歐一些國家就有噴吹轉爐爐渣的經歷，這里高爐噴吹轉爐爐渣的目的僅僅是優化酸性爐料條件下的高爐渣系。

4 國內高爐噴吹轉爐爐渣技術可行性分析

4.1 高爐噴吹轉爐爐渣前提條件

轉爐爐渣的催化作用適用于揮發分較低的煤種，目前國內高爐噴吹用煤基本上以混合煤為主，揮發分在15%左右，同時，高爐的富氧率、風溫較前些年有大幅提高，因此噴吹煤的燃燒已不成問題，在此條件下，使用催化劑作用已然不大。至于轉爐爐渣對高爐透氣性的改善作用沒有得到廣泛認可，日本某鋼鐵企業高爐噴吹轉爐爐渣取得了不錯的效果，應該與其高爐原燃料條件有關。其實，向高爐噴吹轉爐爐渣的效益遠遠沒有噴吹轉爐灰的效益大，轉爐灰除了具備催化燃燒和提高高爐透氣性作用外，由于含有60%左右的鐵，能有效提高產量，降低焦比。

4.2 轉爐渣噴吹方式的適宜性

煤粉催化劑必須盡可能要和煤粉混勻，否則其催化作用將不能充分發揮。因此要求轉爐爐渣和煤粉混合制粉才能達到充分混勻的目的。

轉爐爐渣堆密度是煤粉的3倍左右，大部分轉爐爐渣細粉會“沉淀”在煤粉倉的底部，因此混合噴吹時會造成轉爐爐渣過于集中，催化作用大打折扣。

同時轉爐爐渣中的氧化鈣、鐵氧化物等物質主要以鐵酸鈣的形式存在，噴入高爐后有阻礙游離態氧化鈣催化煤粉燃燒的負效應，此時，轉爐爐渣起不到對煤粉的催化作用，或者說，作用甚微；同時鐵酸鈣分解需要吸收大量的熱量，在目前國內原燃料條件下，高爐噴吹轉爐爐渣從機理分析是行不通的。

4.3 轉爐爐渣磷含量

轉爐爐渣中磷含量高，高爐渣不具備脫磷能力。如果高爐噴吹轉爐爐渣時，帶入的磷除了少量隨高爐煤氣排除外，大部分又回到鋼水中，這樣造成鋼水脫磷成本上升。

4.4 對設備的損害

濟南某鋼鐵企業某高爐停產前噴吹過焦爐除塵灰，噴吹比例約10%左右，造成噴吹管道大面積磨損，曾造成停煤搶修，轉爐爐渣硬度更高，對管道的磨損將更甚。轉爐爐渣中含少量顆粒鐵，在制粉時會對磨機造成損壞。另外，轉爐爐渣硬度高、可磨性差，加工成本高。

5 結 論

5.1 目前國內高爐噴吹煤燃燒性好、高爐富氧率、高爐風溫較原來明顯提高，使用轉爐爐渣的催化作用意義不大，同時鐵酸鈣也會使游離態氧化鈣的催化作用大打折扣。

5.2 目前國內高爐噴吹工藝裝備，難以實現轉爐爐渣和煤粉的均勻混合，催化燃燒作用弱化。

5.3 轉爐爐渣中磷含量太高，如果進行高爐噴吹，會造成磷在高爐與轉爐間循環富集，增加鋼水脫磷的成本。

5.4 轉爐爐渣中的顆粒鐵對噴煤制粉磨機造成損傷，同時噴吹管道無法支撐轉爐爐渣的噴吹。

5.5 綜上分析認為，目前國內高爐噴吹轉爐爐渣催化提高煤粉燃燒率的意義不大，噴吹轉爐爐渣經濟上不合算，設備達不到噴吹要求，高爐噴吹轉爐爐渣技術不適合在國內推廣。

5.6 日本某鋼鐵企業高爐噴吹轉爐爐渣能降低其高爐焦比，取得較好的經濟效益，應與其原燃料條件有直接關系。

參考文獻：

［1］ 衛廣運，張建良，柴軼凡，等.氧化鈣催化煤粉燃燒失效機理 研究［J］.冶金能源，2015，34（4）：23-27.

［2］ 張輝，劉應書，房連增，等.熱重分析法研究不同添加劑對煤粉的催化燃燒［J］.北京科技大學學報，2013，35（6）：818-825.

［3］ 劉仁生，趙兵，吳小軍 . 高爐噴吹煤燃燒促進劑的優化選擇 ［J］.煤炭加工與綜合利用，2009，23（5）：42-45.