摘  要  总结柳钢应用的稳定烧结矿低温还原粉化率；降低烧结矿FeO提高还原性；降低烧结矿MgO提高品位；稳定焦炭M10；降低碱负荷和锌负荷；稳定炉料结构；提高槽下筛分；提高冶炼强度；中心加焦、大批重、大角度、大角差布料；高效护炉生产等高炉高效冶炼技术及其效果。

关键词  高炉  烧结矿  焦炭  炉料结构  护炉生产  高效冶炼技术

1  概述

炼铁厂目前拥有1座2650m3高炉，2座2000m3高炉，3座1500 m3高炉，1座1250m3高炉，总有效炉容12400m3，具备年产生铁1150万吨的能力。一年多来，柳钢应用的高效冶炼技术有：稳定烧结矿低温还原粉化率；降低烧结矿FeO提高还原性，降低烧结矿MgO提高品位；稳定焦炭M10；降低碱负荷和锌负荷；稳定炉料结构；提高槽下筛分；提高冶炼强度；中心加焦、大批重、大角度、大角差布料；高效护炉生产等。2017年在3座高炉处于炉役后期护炉生产的情况下，生铁年产量完成1 150万吨，燃料比由2016年的539 kg/t降到531 kg/t，平均日产量、煤气中CO2分别由2016年的29397 t、19.7%提高到32307 t、20.29%，取得了良好的的技术经济指标。本文进行总结。（全文是否就柳钢全部高炉而言，还是某个高炉，请在叙述指标时明确指出。）

2  高炉高效冶炼技术应用情况

2.1  原燃料质量管理

2.1.1  稳定烧结配比，稳定烧结低温还原粉化率

影响烧结矿低温还原率最大的因素是烧结矿FeO、SiO2含量、点火煤气消耗和烧结机机速。降低烧结矿低温还原粉化率的措施是：严格控制混匀矿中TiO2和Al2O3的含量；提高烧结矿中FeO和SiO2含量；适当提高机速，在保证烧好的前提下，使烧结终点后移；提高点火强度和提高机头、机尾风箱负压等。只有烧结的主矿体系稳定了，才能稳定烧结矿的质量，烧结矿的质量稳定，是高炉炉况稳定的基础[1]。铁矿粉的烧结基础特性包括同化性、液相流动性、粘结相强度、生成铁酸钙的能力和连晶固结能力。配矿原则：在化学成分、物理性能和满足高炉炼铁成本需求的条件下，同化性高低合理搭配，液相流动性指数高低的合理搭配，尽量多用粘结相自身强度高、铁酸钙生成能力强和连晶固结能力高的铁矿粉，通过合理搭配铁矿粉基础特性，使其互补以获得烧结生产所要求的质量目标[2]。2017-01至2017-08烧结矿SiO2控制在5.4%～5.8%，FeO控制8.5%～9.5%，2017-09 烧结矿FeO控制在8.0%～9.0%后烧结低温还原粉化率稳步降低，2017年烧结低温还原粉化率保持稳定。

2.1.2  降低烧结矿FeO提高还原性，降低烧结矿MgO提高品位

（1）降低烧结矿FeO提高还原性。烧结矿氧化亚铁含量高低，在一定条件下反映出烧结过程的温度水平和氧位的高低。当原料和工艺条件不变时，有一个烧结矿氧化亚铁含量的适宜值，当偏重于降低燃料消耗和改善还原性能时，该值则偏低一些；当偏重于改善烧结矿粒度组成和低温还原粉化率性能时，则该值应控制偏高一些[3]。2017-01烧结矿FeO控制在8.5%～9.5%，烧结矿粒度组成和低温还原粉化性能好。为了改善还原性能降低燃料消耗，2017-09尝试降低烧结矿FeO含量，烧结矿FeO控制在8.0%～9.0%，10月高炉降焦效果明显，与高炉操作技术进步、煤粉质量改善和空气湿度下降有关，除此外，从理论上，烧结矿降低FeO 1%，可降低焦比1.0%～1.5%，10月因烧结矿FeO下降0.2%，则可降低焦比约1.08～1.62 kg/t，烧结矿的转鼓指数仍能稳定在76%～77%，2017年1～12月烧结矿FeO和还原度情况。

（2）降低烧结矿MgO提高品位。MgO对高碱度烧结黏结相固结强度的影响有两面性，当液相不足是主要矛盾时，MgO的负面影响起主要作用；当硅酸钙相变是固结强度的限制环节时，MgO可以发挥其正面作用。随着高炉精料技术的发展，MgO在烧结矿中的负面影响已成事实。在目前的烧结实际生产中，应该适当降低烧结矿中MgO，以减少液相量不足而带来的黏结相固结强度的降低[4]。炼铁即炼渣，造好渣即可炼好铁。好的炉渣性能要求具有好的熔化性温度和流动性，脱硫能力强。而炉渣MgO对流动性影响较大。一般情况下，炉渣MgO含量越高，流动性越好，但如果炉渣MgO含量过高，入炉原料需加入较多的含MgO熔剂，这对提高入炉品位降成本不利。2017年柳钢研究寻找合适高炉炉渣MgO，以降低烧结矿MgO含量，提高品位降焦降本。2017-10烧结矿MgO中值下降到2.0%左右，烧结矿转鼓强略有下降，但粒级、DRI不受影响，且降MgO后烧结矿品位上升明显。因烧结品位上升0.2%使综合入炉品位上升0.15%，影响焦比约1.21 kg/t左右。烧结矿MgO下降，高炉渣镁铝比从0.60下降到0.57，对炉渣流动性影响不大；高炉顺行程度保持较好。2017年烧结矿MgO和TFe情况。

2.1.3  及时调整焦化配比稳定焦炭M10

焦炭指标中抗碎指标M10高了说明焦炭在转运尤其在高炉炉料下降过程中易碎，在软熔带的骨架作用变差，不利顺行，更不利于喷煤；M10变化0.2%，会使燃料比变化7 kg/t，变量最大；焦炭从炉顶装入，到炉缸会劣化40%[5]。优化配煤，尤其是焦化干熄焦炉检修出水焦时及时上调主焦煤配比，以稳定M10确保焦炭质量，使其＜6.9%。近年焦炭冷强度。

2.1.4  降低碱金属负荷和锌负荷 

碱金属的主要危害是：高炉内循环富集的碱金属会催化焦炭的气化反应、加剧烧结矿还原粉化、引起球团矿异常膨胀、破坏高炉内衬，最终导致料柱透气渗液性下降，煤气流分布失调，给高炉的冶炼操作带来不利的影响[6]。与含铁原料共存的微量元素锌，在高炉中循环富集可以造成高炉悬料、结瘤、炉况不顺、消耗升高[7]。高炉碱金属和锌负荷，烧结带入碱金属占63%左右，锌占95%以上[8]。柳钢烧结工序物料的碱金属含量。为此，把消除碱金属和锌的危害放在烧结工序，主要措施：

（1）建立明确的碱金属控制标准。配矿结构优化以高炉炉料带入碱金属含量不超过3.5 kg/t，锌负荷不超过0.5 kg/t为前提，组织配矿核算，并每周跟踪核算高炉实际碱金属负荷和锌负荷变化情况。2017年高炉平均碱金属3.24kg/t、锌负荷0.43kg/t，其变化情况见图4。

（2）建立明确的铁矿石碱金属采购控制要求：铁矿粉K 2O与Na 2O总和≤0.135%。

（3）加强高炉排碱排锌 。采用适当发展中心气流的装料制度，保持良好透气性，以提高碱金属和锌从炉顶的排出率，达到改善炉况的目的。当高炉碱金属负荷与硫负荷同时上升超过要求值时，需降低炉渣碱度，增加SiO2活度排碱，增加渣中MgO到9%～12%，增加渣中MgO量，可以固定三元碱度，降低二元碱度，利于排碱，炉渣的碱度不能＞1.15，否则高炉的排碱将受到影响，时间一长，高炉炉况容易失常；适当放宽铁水含硫量，以保证铁水、炉渣的流动性，达到能排碱又能利于顺行；避免高炉温、高碱度、低铁水硫同时出现。

2.1.5  稳定炉料结构，配比调整控制在2%以内

采用高碱度烧结矿＋酸性球团矿＋块矿的三元炉料结构模式，生产组织上以稳定为原则，炉料结构调整要做到：微调、提前调、预判性调节。配比调整控制在2%以内，以稳定软熔带。稳定炉料结构主要从3个方面抓起：一是，烧结车间检修之前提高高炉烧结矿的槽存量，提前上调烧结碱度，碱度每次上调幅度≤0.05，烧结比波动≤2%；二是，按烧结比75%、球团比18%、块矿比7%，稳定高炉炉料配比，根据块矿性价比调整块矿配比，块矿比每次波动≤2%；三是，根据喷吹煤煤种变化，调整好配比，每次调整量≤10%。

2.1.6  提高槽下筛分效果，提高燃料利用率

提高槽下筛分，制定筛网使用、控制和检查更换制度，并建立台账。焦炭筛采用单层棒条网，自产焦筛棒间距23mm，筛分粒级为25mm；焦丁筛棒间距为8mm，筛分粒级为10mm，焦炭筛分效果通过除尘灰固定碳比例分析，炉顶除尘灰固定碳含量过高，说明焦炭筛分效果不好，需要加强焦炭筛分。烧结仓控制给料速度，尽量控制＜5mm的烧结粉末含量。由于块矿和球团含粉较多，要求在原料场经强力振筛筛分后才能输送到高炉料仓。高炉配用落地烧结矿时，必须先在料场进行筛分，并将高炉贮运落地矿仓的筛网更换为大间距筛网，以确保落地矿的筛分效果。

2.2  高炉操作管理

2.2.1  提高冶强，增加鼓风动能以活跃炉缸

获得稳定顺行的炉况，合理的送风制度是基础。在风口前形成较长的循环区，使煤气的初始分布向中心延伸，减少中心死料柱，改善炉缸中心的透气性和透液性，对提高炉缸工作的活跃性非常重要。

随着高炉的不断强化，结合原料条件和炉况顺行状况，由煤气量增大引起的中心气流发展，往往被矿焦比升高、料柱透气性变差所掩盖，此时，增加鼓风动能，打开中心气流显得尤为重要。

2017-05，利用焦炭充足的条件和炉况顺行状况，通过增加一定量的鼓风动能，缩小风口面积，柳钢2号2650m3高炉风口平均直径由原来的120mm调为118mm，缩小风口面积到0.3498m2，高炉的鼓风动能由2014年初的120 kJ/s以下提高到目前的130 kJ/s以上。风量和提高富氧逐步提高冶强，综合冶强从2016年1.121t/t，提高至2017年1.309t/t，提高冶炼强度，保证了炉缸的活跃。

2.2.2  中心加焦、大角度、大角差、大批重、大富氧

（1）中心加焦、大角度、大角差布料。采用中心加焦、大角度、大角差的布料方式，以解决高炉中心气流不畅为出发点。由于溜槽在大焦向小焦角倾动的过程较长，真正达到中心的焦量较少，不足以支撑“中心堆包、中心无矿”的技术理念[9]，所以应维持合理的中心布焦比例。大角度、大角差的实施，以压制边沿效应为主，使中心无矿区更加稳定，由于矿焦角度都比较大，但是矿焦同角，故不会使边沿过重。除中心加焦外，这种布料方式中心不是单纯多布焦炭，而是少布矿，所以煤气利用不会恶化，燃料消耗维持在理想水平。2017-05柳钢3号2000 m3高炉率先尝试采用中心加焦、大角度、大角差的布料方式后，炉况稳定性明显提高，基本消除了崩滑料，煤气利用率提高，消耗降低，2017-05燃料比531.6kg/t，比2017-04下降8.9kg/t。2017-06中心气流打开后，3号高炉炉况进一步优化，逐步完善布料矩阵。大角度、大角差、中心加焦技术的应用，使高炉能够接受较重的边沿负荷。但边沿负荷能加重到什么程度，由高炉顺行状况决定。在操作中，灵活运用增加或减少中心加焦的圈数，在高炉因各种因素引起憋风时，增加中心加焦圈数，保障中心气流更加通畅，增加透气性，缓解憋风现象，保障炉况顺行；在中心过于强盛，十字测温中心温度＞400 ℃时，减少中心加焦圈数，杜绝中心管道气流，提高煤气利用率，稳定炉况。采用中心加焦、大角度、大角差的布料方式在3号高炉取得效果后，在全厂推广，并取得了良好的经济技术指标。2017-12柳钢炼铁厂各高炉布料矩阵。

（2）大批重。批重大小对高炉煤气流的稳定性和煤气利用的好坏起决定性作用。扩大矿石批重能够促进矿石均匀分布，合理布料，优化煤气流分布，可以稳定上部煤气流，提高煤气中的CO2含量，提高煤气利用率，同时，使热风的热量能够充分传递给炉料，提高高炉内铁矿石的间接还原度。煤气中的CO2提高1％，可降低综合焦比20kg/t左右。高炉操作使用大矿批、大焦批操作，炉喉有一定的焦层厚度(一般高炉要求＞500 mm，大高炉要求＞800 mm)，起到透气窗作用；调整负荷时，不要动焦批，要调整矿批；以保证透气窗不变化，炉料透气性不变化，高炉生产稳定顺行，促进燃料比降低。通过应用大批重，提高了柳钢高炉的炉况稳定性，实现了长期的稳定顺行。提高了煤气利用率，2017年全厂高炉煤气中CO2平均由19.72%提高到21.14%。

（3）大富氧喷煤。富氧是弥补喷煤后风口理论燃烧温度降低的有效措施。富氧增加了鼓风中的氧浓度，加快氧向煤粉表面的传递速度，促进煤粉燃烧，提高煤粉燃烧率。当然，富氧率不是高喷煤的决定因素，应主要根据冶炼强度进行调整，即把富氧率主要作为控制冶炼强度和改善煤粉燃烧的手段。控制适宜的理论燃烧温度，就能掌控高炉的炉缸热状态。适宜的理论燃烧温度是由原燃料条件、冶炼状况等因素决定。根据生产状态良好时的高炉参数，确定高炉适宜理论燃烧温度的大致范围，然后结合具体条件，确定吨铁喷煤量，就可以在现有原料条件和风温水平下，根据此适宜理论燃烧温度反过来确定适宜的富氧率。总之，富氧喷煤高炉日常操作调节时，要以适宜理论燃烧温度为控制目标，各操作参数要协调进行。2017年高炉煤比与富氧率之间的趋势关系。

2.2.3  控制好炉渣成分和R2，提高炉缸的蓄热能力

合理稳定的造渣制度对炉况的稳定顺行十分重要。造渣制度要求炉渣碱度控制在1.05～1.20。依据烧结矿Al2O3 含量高低，要求渣中MgO维持在7%～8%，使镁铝比(m（MgO）/m（Al2O3）) 控制在0.55左右，有利于炉缸工作均匀活跃，渣铁物理热和脱硫能力充足、流动性良好，提高炉缸的蓄热能力。

2.2.4  优化炉前作业，减少炉内压力波动次数

柳钢2号2650 m3高炉2017-07使用的炮泥塑性太差，打泥困难，长时间进泥少，铁口维护困难，铁口深度由正常时的3.2m降至2.5～2.8m，泥包长不起来，炉内渣铁排放不干净，导致炉内风压波动。高炉采取的措施应对是，适当控制炉内冶强，保持风压平稳，考虑到铁口不耐冲刷，炉前缩短开铁口间隔时间，尽快排净渣铁，及改用质量好的无水炮泥后，打泥逐步正常，铁口深度正常后，渣铁排放正常，炉内压力波动次数减少。

2.3  后期炉高效护炉生产措施

目前，除2号、5号高炉外，5座高炉均进入了后期炉役，特别是4号高炉从2017-04-06炉缸侧壁温度升高，最高达468℃。6号高炉于2017-04-17实现安全停炉，2017-06-27复产后，从2017-07开始东铁口下方附近炉缸侧壁温度陡升并迅速超高达624℃。通过采取有效护炉措施，实时监控炉缸侧壁温度变化，目前4号高炉高炉炉缸侧壁温度在小于300℃在安全可控范围内、6号高炉小于430℃。针对多座高炉已达后期炉役的特点，优化护炉料的质量，及时跟踪监测炉缸侧壁温度变化，上部调节和下部调节并用以稳定高炉炉型及运行［10］，采取热态灌浆、堵风口、提炉温、加钒钛矿、调节布料模式［11］等技术措施，实现安全高效护炉生产。护炉生产措施如下：

（1）坚持有休风机会就对炉缸进行热态灌浆，能消除炭砖与炉缸冷却壁之间的气隙，促进炉缸热量传导出去，有利于延长炉缸炭砖寿命。

（2）长期堵1～2个东铁口上方的风口。6号高炉因东铁口下方的炉缸侧壁温度偏高，长期堵1～2个东铁口上方的风口。实践证明：堵风口能有效减小风口回旋区，减少堵风口方向的气流扰动，降低此方向炉缸侧壁炭砖热面温度，稳定形成的渣铁壳，对于抑制炉缸象脚区侵蚀有着很好的作用。

（3）提炉温、加钒钛矿。提高炉温对护炉是有益的，而Ti富集才是护炉的核心措施之一。当含钛炉料进入炉缸后，TiO2通过直接还原成为金属钛，然后再氧化生成TiC（熔化温度在3 150 ℃）和TiN（熔化温度在2 950 ℃）及固熔体Ti（C，N），它们再与铁水和铁水中析出的石墨结合在一起，进入被侵蚀的砖缝，或在有冷却的炉底表面凝结成保护层，对炉缸炉底起到保护作用[12]。操作参数控制ω铁水（Si）： 0.55%～0.85%、ω铁水（Ti）： 0.10%～0.15%、ω铁水（S）：0.010%～0.020%。

（4）调制度，放中心、抑制边沿气流。边沿气流发展，一方面加强了气流对炉缸的冲刷搅动；另一方面，导致生成的渣铁集聚在炉缸边沿，且中心偏弱后中心死料柱透气透液性减弱，两者叠加作用造成铁水环流加剧，对炉缸砖衬机械冲刷侵蚀加重。适当抑制边缘气流，打开中心气流并稳定气流是减少炉缸铁水环流的主要环节。

（5）加强铁口维护。维护正常的铁口深度，要求两边铁口出铁稳定，严禁铁口过深、过浅现象。铁口出现连续二炉过浅现象时，应及时采取减压措施修复铁口，禁止出现铁口连续三炉过浅。

目前，柳钢3号、4号、6号高炉基本掌握针对本炉的有效护炉方法，确保炉缸安全。跟以往国内其他高炉护炉相对，柳钢高炉护炉过程中取得了非控产、稳指标的高效护炉成果，（见错误！未找到引用源。），2017-12炉缸侧壁温度最高点在安全监控范围。

2.4  喷煤作业管理

2.4.1  稳定进口煤配比，严格控制灰分，提高喷煤比

柳钢主要喷吹煤种有进口贫瘦煤、无烟煤和混合煤。进口贫瘦煤灰分较低（8.0%～11.0%），无烟煤灰分较高（12.0%～14.5%），混合煤灰分（10.0%～13.0%）。煤粉中的灰分会随物料完全进入炉渣中，过高的灰分会大幅增加高炉的渣量，增大了显热的损失，降低煤粉的置换比。灰分每提高1%，焦比提高1.5%［13］。一般情况下，要求喷吹用煤的灰分比高炉焦炭低2%。进口贫瘦煤燃烧性好可磨性较好灰分低发热值高，应作为主要煤种，2017-09开始稳定进口贫瘦煤比例稳定在（50%），控制喷吹煤灰分在10.5%、挥发分在12%～16%，高炉喷煤比相应提高，2017年9～12全厂高炉提煤比、降燃料比。

2.4.2  蒸汽预热喷吹罐，稳定喷煤，减少堵枪

在每个喷吹罐下部1.5 m处用Φ20 mm无缝钢管缠绕喷吹罐外部，每圈间隔16 cm左右，在每个喷吹罐的进蒸汽处安装手动与气动阀门，同时,在蒸汽管末端安装疏水阀装置，自动排水；在电脑上设置控制程序，实现全自动开关阀门。程序判断喷吹罐内温度，温度＜65 ℃时，程序自动开启蒸汽供给阀。当喷吹罐煤粉温度在蒸汽在作用下，温度＞70 ℃时，程序自动关闭蒸汽供给阀。

喷吹罐蒸汽预热效果：（1）从投入使用以来，工作喷吹罐温度保持在65 ℃～70 ℃进行喷煤。（2）喷吹罐出煤阀前端温度约65 ℃，分配器入口温度约62 ℃，风口前的煤枪温度约56 ℃。（3）倒罐过程中分配器压力波动减小，出煤较顺畅（波动值由之前的250 kPa降低到100 kPa）。（4）混合后压力与喷吹罐压力差值降低，更利于喷煤（差值由之前的30～40kPa降低到8～15kPa）。（5）补气流量大约下降150m³/h、罐压大约下降50kPa。（6）底部流化装置未出现过板结。（7）高炉未因煤粉过湿出现过堵枪。

3  结语

（1）降低高炉入炉碱金属负荷至3.5 kg/t以下，主要是控制住高有害元素原燃料的使用，使得烧结与球团矿碱金属＜0.135 kg/t；控制好焦炭碱金属＜0.18 kg/t；降低入炉锌负荷，近期＜0.5 kg/t，从源头上抓起，降低有害元素的入炉量，减轻其对原燃料和操作的影响。

（2）对焦炭质量要综合管控，尤其对焦炭的冷态、热态强度指标要平衡好，不能顾此失彼。计划好配煤配比，向采购部门提出采购配比周期，物流部门配合，尤其骨架主焦煤配比如一类主焦，必须＞10天存量，这是焦炭质量保证和连续稳定的基本条件。

（3）大角度、大角差、中心加焦是一种非常好的布料方式，其核心是适当抑制边沿气流，确保中心气流，达到炉况长期稳定顺行、降低燃料比的目的。在高炉操作制度上以抑边沿，发展中心，减少铁水环流对侧壁的冲刷，也是有效的护炉方法。

（4）通过大批重，批重视原燃料条件，矿石的批重控制在高炉产量的0.9%-1.1%左右。批重的扩大提高了高炉的炉况稳定性，高炉炉况抗波动能力及煤气利用率得到提高，实现了长期的稳顺行。

（5）Ti的富集对保护炉缸砖衬起着核心作用，也是高炉护炉的常规动作。加入一定量的钒钛矿，使生铁中的ω（Ti）在0.10%～0.15%，ω（Si）在0.55%～0.85%、ω（S）在0.010%～0.020%，能有效地促进护炉物质TiC、TiN的形成，达到很好的护炉效果，又能避免对炉况产生不利影响。

（6）开放中心的布料制度与加钒钛球相配合可以达到最佳的护炉效果。

（7）稳定进口煤配比，严格控制灰分，提高置换比，保证了高炉煤比提升，降低了入炉燃料比，降本增效明显。喷吹罐蒸汽预热，解决了喷吹罐底部流化板结难题，稳定了喷吹压力，减少了高炉堵枪，实现大喷吹量下的稳定输送，为高炉降本增效奠定基础。

4  参考文献

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