李 磊，豆遠波，王 宇，張志斌，高向洲

( 內蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司煉鐵廠，內蒙古 包頭 014010)

摘 要: 包鋼 2 200 m³ 高爐在環(huán)保限產、燒結礦緊張的情況下，使用大比例球團礦正在成為煉鐵爐料結構發(fā)展的新趨勢。通過對布料矩陣帶寬、中心焦量和料段排料順序、風口直徑和長度、爐缸熱量儲備、爐渣堿度的調整和控制，操作上積極應對球團比例增加后爐況出現(xiàn)的變化，高爐爐況保持了穩(wěn)定順行的局面，包鋼在2 200 m³ 級高爐上成功實現(xiàn)了大比例球團礦的應用，球團礦比例最高達到 50% 。

關鍵詞: 大比例球團; 高爐; 節(jié)能降耗

合理的爐料結構是高爐冶煉獲得優(yōu)質、低耗、高效、長壽、低成本鐵水的重要因素之一，以往我國高爐爐料結構的組成中，燒結礦占比約 70% 以上，以高堿度燒結礦為主^［1］。在鋼鐵行業(yè)中，主要的污染環(huán)節(jié)為燒結工序，據(jù)統(tǒng)計，鋼鐵行業(yè)中 75. 97% 的SO₂、73. 09% 的 NO_x、55. 38% 的煙粉塵均來自于燒結工序。隨著環(huán)保形勢的日益嚴峻，燒結限產已成為常態(tài)，降低高爐爐料結構中的燒結礦配比，增加球團礦比例逐步成為我國煉鐵發(fā)展的新趨勢。發(fā)展大比例高品質球團礦為主的高爐爐料結構不僅是包鋼綠色發(fā)展的需要，也是我國未來高爐煉鐵合理爐料結構的發(fā)展趨勢^［2］。目前，我國已有部分高爐實現(xiàn)了較高比例的球團礦入爐。其中，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司高爐球團礦的使用比例達到了57. 55% ，八鋼高爐球團礦的使用比例高達 80%^［3］。 北美 25 座高爐中 13 座高爐使用 100% 球團礦; 歐州瑞典 SSAB 廠高爐使用 100% 球團礦; 亞州日本某高爐使用 70% 球團礦^［4］。國際上大比例球團礦生產實 踐 表 明，各種不同比例的球團礦，甚至包括100% 球團礦，均可達到在高爐冶煉條件下穩(wěn)定運行。高爐配料正經歷著從用塊礦代替球團礦的模式向使用大比例球團礦模式的轉變。

1 現(xiàn)狀

隨著環(huán)保形勢日益嚴峻，鋼鐵企業(yè)不得不尋求突破，相繼開展高比例球團爐料結構的研究及實踐，以降低對燒結礦的依賴，謀求可持續(xù)發(fā)展空間。包鋼股份煉鐵廠燒結一部 2# 燒結機關停后，燒結礦不足，高爐需增加球團礦配比。

公司通過 1# 、3# 、5# 高爐大比例球團礦冶煉技術攻關，實現(xiàn)高爐在 50% 球團礦比例的條件下，酸性球團礦與堿性球團礦合理搭配，將熔劑配加量降到零，高爐實現(xiàn)長期穩(wěn)定順行，技術經濟指標改善。

通過 2020 年 7 月份以來在 5# 高爐開展的提高球團礦比例冶煉試驗的成功經驗，球團礦比例達到了 50% ( 堿性球團礦配比達到了 32% ，酸性球團礦配比達到了 18% ) ，熔劑量控制到了最小。此次按照公司進一步提高煉鐵廠煉鐵一部 1# 、3# 高爐球團礦比例到 50% 的總體要求，煉鐵廠根據(jù)目前堿性球團礦及酸性球團礦的實際生產供應量，結合 5# 高爐的提高球團礦比例冶煉技術經驗，計劃在 1# 高爐開展提高球團礦比例的冶煉試驗。

由表 1 可知，過去幾年包鋼 2 200 m³ 爐料結構還是以燒結礦為主，搭配部分酸性球團礦和澳礦。

2 球團礦的優(yōu)勢

球團礦與燒結礦相比，具有品位高、氣孔率低、FeO 含量低、冷強度好、自然堆角小等特點，作為高爐煉鐵優(yōu)質原料，球團礦比燒結礦更能滿足高爐精料的要求。同時，球團生產工序能耗較低，污染物排放量少。據(jù)統(tǒng)計，在鋼鐵企業(yè)中 SO₂ 的排放量球團工序僅為燒結工序的 1 /8，NO_x 的排放量球團工序僅為燒結工序的 1 /32，煙粉塵排放量球團工序僅為燒結工序的 2 /11。燒結工序是鋼鐵生產中主要的廢氣污染源，所以綜合比較，球團工序更符合鋼鐵綠色發(fā)展戰(zhàn)略的需要。

3 包鋼 2 200 m ³ 高爐原燃料條件

包鋼 2 200 m³ 高爐試驗期間按時間段共分為四個階段，第一階段為 1 月 16 日至 1 月 30 日，第二階段為 1 月 31 日至 2 月 15 日，第三階段為 2 月 16日至 2 月 28 日，第四階段為 3 月 1 日至 3 月 15 日。

大比例球團試驗階段，高爐使用燒結一部燒結礦、西區(qū)堿性球團礦、固陽酸性球團礦、自產焦。由表 2 可知，試驗期間西區(qū)堿性球團礦堿度波動比較大，膨脹率、抗壓強度不是很穩(wěn)定。

由表 3 可知，試驗期間固陽酸性球團礦 FeO 含量波動比較大，呈逐步上升趨勢，膨脹率、抗壓強度不是很穩(wěn)定。

由表 4 可知，試驗期間燒結礦成分整體穩(wěn)定，轉 鼓強度有變好的趨勢，為試驗順利進行奠定了基礎。

由表 5 可知，試驗期間焦炭水分波動幅度較大，且呈下降趨勢，焦炭反應后強度呈上升趨勢，總體趨勢看對試驗的進程是有利的。

由表 6 可 知，試驗期間入爐自產礦比例由41. 76% 增加到 48. 66% ，球團礦比例由 28% 增加到50% 。堿負荷處于穩(wěn)定下降趨勢，但是相比于行業(yè)標準，含量依然偏高，尤其是堿金屬在高爐內循環(huán)富集，對焦炭的強度有著嚴重的破壞作用，主要是會使焦炭的反應性明顯增強，焦炭反應后強度將明顯降低，焦炭質量惡化; 使球團異常膨脹，引起嚴重粉化，惡化高爐料柱透氣性; 使燒結礦低溫還原粉化加劇，影響爐況順行。

4 高爐爐況的變化及操作技術調整

4． 1 高爐指標變化

由表 7 數(shù)據(jù)對比可以看出，試驗進行到第二階段末期，球團礦配比增加至 45% 時，煤氣利用率下降，負荷下降，全干熄焦條件下燃料比仍然偏高。雖然爐況整體處于可控狀態(tài)，但是為了保證順行，決定調整裝料制度，開邊緣與中心氣流。

球團礦比例 2 月 22 日達到 50% ，2 月 22 日—28 日酸性球團比例由 17% 調整到 10% ，堿性球團比例由 33% 調整到 40% ，期間逐步停止加灰石，由于堿性球團礦堿度持續(xù)波動大，球團礦碎球偏多，抗壓指標呈下降趨勢，造成入爐粉末多。入爐自產礦比例由 41. 76% 調整到 48. 66% ，有害元素 Zn 負荷由 0. 557 kg /t 增加到 0. 933 kg /t，給高爐實際操作帶來困難，最終影響高爐產量水平。

4． 2 操作技術調整

4． 2． 1 送風制度

由于球團礦的自然堆角小，滾動性好，易向高爐中心滾動，在布料時隨著球團礦比例的提高，會導致高爐中心負荷過重、氣流受阻，進而抑制高爐中心氣流發(fā)展。為了降低球團礦滾向中心對中心煤氣流的影響，隨著球團礦比例的增加，在下部送風制度上，包鋼 2 200 m³ 高爐通過調整壓力、壓差以及風口直徑和長度來促進中心氣流發(fā)展、活躍爐缸。

4． 2． 2 裝料制度

試驗初期，調整思路主要是找準外環(huán)布料角度控制合適的邊緣氣流，通過減少中心焦量和增加中心環(huán)帶礦量( 充分利用次中心環(huán)帶截面積) 的手段適當抑制中心氣流，同時利用整體環(huán)帶向中心平移，達到中心帶變窄，中心氣流聚而強，以達到改善煤氣利用的目的。但是為了減少球團礦比例增加對中心氣流的影響，隨著球團礦比例的不斷提高，對礦石和焦炭布料矩陣進行了調整，通過布料平臺外移開放中心氣流，以減少球團礦對中心的抑制和向邊緣滾動的幅度，布料矩陣調整見表 8。

裝料制度調整的目的是為了保高爐順行，改善指標。前期球團礦比例小于 45% ，調整矩陣帶寬，減少中心焦量，增加中心礦石量，改善煤氣利用，效果可以。

球團礦比例達到 50% 后，裝料制度調整上抑制中心導致風量減小，壓力高，穩(wěn)定性下降。以中心、邊緣疏導為主，保證中心、邊緣氣流穩(wěn)定，從效果看，爐況順行，但是冶煉強度下降，煤氣利用率、負荷下降，燃料比升高。

在調整裝料制度的同時，對槽下排料順序也進行了調整，第一段燒結礦單獨排料 35 s，第二段球團礦混燒結礦排料 85 s，第三段燒結礦單獨排料35 s，三段料基本達到無縫銜接，目的是料頭料尾都放燒結礦，料段中間燒結礦和球團礦處于混裝的狀態(tài)，避免隨著球團礦比例增加后球團礦滾向中心，造成中心氣流減弱受阻，從而造成爐況波動。

4． 2． 3 熱制度

為了活躍爐缸，制定了鐵水物理溫度和鐵水化學熱控制標準，鐵水物理溫度控制在( 1 500 ±10) ℃內，鐵水 S 含量控制在 0. 40%0. 60% ，在實際生產中按上限控制。

4． 2． 4 造渣制度

為了能夠讓爐渣有良好的流動性和脫硫能力，高爐爐渣的二元堿度控制在 1. 131. 18，生產過程中再根據(jù)入爐硫負荷變化情況及時對爐渣二元堿度進行調整。

隨著環(huán)保形勢的日益嚴峻，燒結機限產改造，焦炭結焦時間縮短，外部原燃料條件的惡化直接導致高爐穩(wěn)定性變差，降低了高爐煤氣利用率，高爐被迫降低焦炭負荷，焦比升高，焦炭帶入高爐中的硫增加，入爐硫負荷由 4. 44 kg /t 升高至 4. 90 kg /t。為了改善爐渣的脫硫能力，逐步提高爐渣堿度，爐渣堿度控在上限水平。

5 結論

( 1) 包鋼 2 200 m³ 高爐成功使用了球團礦比例為 50% 的爐料結構，證明發(fā)展大比例球團礦為主的高爐爐料結構是可行的。

( 2) 隨著球團礦比例的提高，會導致高爐中心負荷過重和氣流不穩(wěn)，抑制高爐中心氣流發(fā)展，通過布料平臺外移、開放中心氣流，可實現(xiàn)邊緣氣流和中心氣流的合理分布，保證爐況的穩(wěn)定順行。

( 3) 為了降低大比例球團礦對煤氣流的影響，通過采取調整壓差及風口尺寸的方式來促進中心氣流發(fā)展，活躍爐缸。

( 4) 合理的熱制度，充足而穩(wěn)定的爐溫，是提高球團礦比例時，高爐穩(wěn)定順行的保障。

( 5) 在原燃料條件惡化的情況下，高爐爐渣二 元堿度一般控制在 1. 131. 18，保證渣鐵流動性和脫硫效果。

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(yè)出版社，2005．

［2］ 許滿興，馮根生，祁成林． 論我國高爐爐料結構的未來與高品質球團礦生產［N］． 世界金 屬導報，2019 － 12 － 03( B08) ．

［3］ 沈云． 八鋼 1 號高爐高比例球團礦操作實踐［J］． 山西冶金，2010，33( 1) : 66 － 67．

［4］ 沙永志，馬丁·戈德斯，宋陽升． 我國高爐使用高比例球團礦的技術及經濟性分析［J］． 煉鐵，2019，38( 6) : 1 － 5．