3#高爐低硅生鐵冶煉實(shí)踐

凡則松

摘  要：低硅冶煉是高爐煉鐵過程中一項(xiàng)有效的降焦增效技術(shù)，它主要是通過調(diào)整高爐操作制度降低鐵水中的硅含量，以達(dá)到減少原燃料消耗的目的。為不斷降低生產(chǎn)成本，3#高爐一直踐行低硅冶煉，在保證爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上，逐步降低生鐵含硅量，取得良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的同時(shí)積累了寶貴的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高爐；順行；低硅；燃料比

1 概述

生鐵含硅量是高爐的一項(xiàng)重要指標(biāo)，降低生鐵含硅量是提高高爐利用系數(shù)、降低燃料比的有效措施。目前，對(duì)于什么是低硅鐵并無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)國內(nèi)約定俗成的共識(shí)，將生鐵含硅量劃分為四個(gè)檔次：①超低硅：硅≤0.3%；②低硅：硅=0.31～0.5%；③中硅：硅=0.51～0.7%；④高硅：硅≤0.71%。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，硅含量每降低0.1%，生鐵產(chǎn)量增加0.5%～0.7%，燃料比降低4～6Kg，且有利于爐況順行。在煉鋼工序中，低硅鐵水可減少造渣劑用量，縮短吹煉時(shí)間。據(jù)一些企業(yè)統(tǒng)計(jì)，硅降低0.1%，煉鐵可降低成本4～5元/t，煉鋼降低10～14元/t。面對(duì)當(dāng)前鋼鐵市場(chǎng)的形勢(shì)，進(jìn)一步降低成本是鋼鐵企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。紅鋼地處原燃料資源匱乏的云南省東南部，礦石主要來源于周邊地區(qū)及越南，其特點(diǎn)是數(shù)量少、來源復(fù)雜、礦種多且頻繁更換、品位低、有害雜質(zhì)元素含量高；燃料全部依靠外購，故高爐生產(chǎn)成本居高不下，因此，冶煉低硅鐵以降低燃料比，是高爐降低成本的重要途徑。通過多方面的探索和努力，紅鋼3#高爐順利地降低了生鐵含硅量，低硅冶煉工作取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

2 生鐵中硅的還原原理

高爐中硅的來源主要有兩個(gè)：一個(gè)是焦炭灰分中的SiO2，一個(gè)是礦石脈石中的SiO2，隨著高爐噴煤量的高，煤粉灰分中的SiO2也是鐵水含硅的一個(gè)重要來源。

大量的研究和實(shí)踐表明，硅在高爐內(nèi)的行為以風(fēng)口為界分為兩個(gè)區(qū)域。風(fēng)口區(qū)還原區(qū)及以上區(qū)域，確切地說是在滴落帶和部分回旋區(qū)，該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的是Si的還原反應(yīng)，稱為硅的還原區(qū)。風(fēng)口燃燒區(qū)內(nèi)的氧化區(qū)及以下區(qū)域，主要是鐵滴穿過渣層及風(fēng)口回旋區(qū)前端，進(jìn)行的是硅的再氧化反應(yīng)，稱為硅氧化區(qū)。焦炭灰分中SiO2的還原分兩步進(jìn)行：

SiO2+C（s）→SiO（g）+CO（g）       （1-1）

SiO（g）+[C]→[Si] +CO（g）         （1-2）

爐料中SiO2活度高，與碳接觸的條件好，反應(yīng)（1-1）可能進(jìn)行；SiO氣體上升并與滴落帶不斷下降的滲碳飽和鐵水相遇，SiO氣體被鐵水吸收（實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸收率可達(dá)70～100%），反應(yīng)（1-2）可能發(fā)生。

3 紅鋼3#高爐低硅冶煉措施

紅鋼3#高爐有效容積設(shè)計(jì)為1350m3，利用系數(shù)設(shè)計(jì)為2.2噸鐵/ m3 .天，采用皮帶上料，串罐無料鐘爐頂，薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)、卡盧金高效熱風(fēng)爐、密閉循環(huán)軟水冷卻系統(tǒng)、二鐵口雙出鐵場(chǎng)及儲(chǔ)鐵式主溝，水沖渣系統(tǒng)，高爐煤氣余壓發(fā)電（TRT）裝置等先進(jìn)裝備技術(shù)。從2007年1月31日正式開工建設(shè)，于2008年7月9日點(diǎn)火投產(chǎn)，2015年3月6日停爐技改檢修，2015年12月29日點(diǎn)火開爐。在2017年1月16日因原燃料難保供對(duì)高爐進(jìn)行降料面停爐檢修，4月6日16：56點(diǎn)火開爐。

3 1 精料

高爐煉鐵以精料為基礎(chǔ)，精料對(duì)高爐指標(biāo)的影響率在70%。在高冶煉強(qiáng)度、高煤比的條件下，原燃料質(zhì)量對(duì)高爐生產(chǎn)是至關(guān)重要的。煉鐵精料技術(shù)的內(nèi)容是：（1）高：礦石入爐品位高，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)高，熟料率高；（2）穩(wěn)：原燃料化學(xué)成分穩(wěn)定，物理性能穩(wěn)定，供應(yīng)穩(wěn)定；（3）勻：爐料粒度均勻；（4）凈：篩分干凈，篩除＜5mm的粉末，使其比例＜5%；（5）�。毫６壬孕�，盡量使燒結(jié)礦粒度在25～40mm，焦炭25～70mm，球團(tuán)6～16mm，塊礦8～30mm，以增大其比表面積，改善氧化還原反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。（6）少：原料雜質(zhì)少，粉末少；（7）好：冶金性能好，還原性＞60%，低溫還原粉化率低，荷重軟化溫度1250～1300℃，軟化區(qū)間100～150℃，球團(tuán)礦還原膨脹率＜15%。3#高爐使用的原燃料成分及性能見表一至表四：

表一 3#高爐使用的燃料品種及主要成分（%）

表二 3#高爐使用燒結(jié)礦的主要成分（%）

表三 3#高爐使用燒結(jié)礦的粒級(jí)組成（%）

表四 3#高爐使用酸性礦的品種及主要成分

3.2 上下部調(diào)劑

硅在高爐內(nèi)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為分析可知，溫度影響硅在高爐內(nèi)遷移的全部過程。提高溫度既加快SiO2還原氣化生成SiO速度，又促進(jìn)SiO2還原為 [Si]，減少生鐵中硅的再氧化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，風(fēng)口前燃燒帶的溫度應(yīng)適當(dāng)控制，否則會(huì)導(dǎo)致SiO的大量揮發(fā)，對(duì)硅的控制和高爐操作不利。

低硅冶煉要求在生鐵含硅較低的情況下，爐缸有充足的熱量?jī)?chǔ)備，硅波動(dòng)值要小。所以，穩(wěn)定氣流，活躍爐缸就顯得更為重要。下部調(diào)劑要保證爐缸活躍，要有良好的初始煤氣流分布，還要保證圓周工作均勻，中心要有較強(qiáng)的氣流，截面要平衡，防止氣流偏行。上部調(diào)劑要保持高料線，適當(dāng)擴(kuò)大礦批，穩(wěn)定上部氣流，增加料層厚度，減少爐料界面反應(yīng)，適當(dāng)抑制邊緣打開中心氣流。從而提高煤氣利用率降低燃料消耗。就是通常說的上燜情況越好，熱穩(wěn)定性越強(qiáng)，煤氣利用率越高，爐缸熱量?jī)?chǔ)備就越充足。3#高爐上部調(diào)劑參數(shù)見表五：

表五 3#高爐上部調(diào)劑參數(shù)

高風(fēng)溫雖然具有使?fàn)t缸熱量升高、促進(jìn)硅還原的作用，但同時(shí)可以降低焦比，達(dá)到降低硅源的作用。此外，高風(fēng)溫使高溫區(qū)下移，利于軟熔帶下降，進(jìn)一步控制了硅的還原。富氧鼓風(fēng)也有促使?fàn)t缸溫度升高的作用，但又增加風(fēng)口前的氧化能力，加快了對(duì)[Si]的氧化，提高煤氣中CO的分壓Pco，在一定程度上也有抑制硅還原及降低軟熔帶的作用，從動(dòng)力學(xué)上改善對(duì)硅的氧化，從而降低生鐵含硅。高風(fēng)溫和高富氧還可適應(yīng)噴煤量的增加，噴煤可大幅降低理論燃燒溫度，減少SiO的揮發(fā)從而降低了生鐵含硅。3#高爐下部調(diào)劑參數(shù)見表六：

3.3 造渣制度

低硅冶煉對(duì)爐渣性能的要求：粘度低，流動(dòng)性好，脫硫能力強(qiáng)。選擇合理的造渣制度，維持較高的爐渣二元堿度和三元堿度，則熔滴溫度越高，軟熔帶位置越低，滴落帶區(qū)間越小，可以抑制SiO2還原。隨著爐渣堿度的提高，渣中的CaO容易與SiO2生成3CaO- SiO2和2CaO- SiO2等化合物，導(dǎo)致滴落帶內(nèi)中間渣的SiO2活度降低，抑制硅的還原，利于硅的再氧化；其次，提高爐渣堿度可降低軟熔帶的位置，熔化區(qū)間變窄，縮小硅還原反應(yīng)區(qū)域。隨爐渣堿度的提高，MgO對(duì)爐渣穩(wěn)定性和流動(dòng)性等影響效果越來越明顯，適當(dāng)提高渣中MgO含量，可改善爐渣流動(dòng)性，增加渣鐵接觸，從動(dòng)力學(xué)角度分析，有利于硅的再氧化。但是，堿度過高（1.2以上）會(huì)使?fàn)t渣的熔化溫度升高，提高爐缸溫度促進(jìn)SiO氣體的揮發(fā)，鐵水含硅量相應(yīng)增加。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，爐渣堿度控制在1.10～1.15較利于低硅冶煉。3#高爐爐渣堿度1.12～1.15，MgO含量8～9%。

3.4 爐頂壓力

高頂壓既可以提高爐內(nèi)Pco，抑制SiO氣體的產(chǎn)生，從而降低生鐵含硅；同時(shí)還可降低煤氣流速，增加煤氣在爐內(nèi)的停留時(shí)間，提高煤氣利用率降低焦比，降低焦炭帶入SiO2，間接降低生鐵含硅。高頂壓有利于爐內(nèi)熱量向下部集中，降低軟熔帶位置，有利于一直硅還原。爐頂壓力提高后，改善了煤氣的徑向分布，可抑制管道，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行。3#高爐爐頂壓力175KPa，為爐況順行和低硅冶煉提供有利條件。

3.5  3#高爐低硅冶煉成果

一直以來，3#高爐低硅生鐵冶煉工作得到了公司及相關(guān)部門的大力支持。通過大不斷摸索、實(shí)踐和改進(jìn)，3#高爐在保證爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上不斷降低生鐵含硅，達(dá)到了預(yù)期目的。2016年至今3#高爐生鐵含硅量及趨勢(shì)見圖一：

圖一 3#高爐生鐵含硅量及趨勢(shì)

4 結(jié)語

2016年1月至今，3#高爐在保證爐況順行的前提下，順利將生鐵含硅由0.61%降至0.44%，在現(xiàn)有原燃料和設(shè)備基礎(chǔ)上，通過提高精料水平和優(yōu)化操作制度來實(shí)現(xiàn)低硅冶煉以降低生產(chǎn)成本是行之有效的途徑。

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