-
王筱留 祁成林
（北京科技大学）
摘 要：与炼铁同仁探讨当前国内大环境下炼铁所遇到的分歧和问题，纠正概念上的误导。本文由三部分系统阐述：1）精料技术，2）科学评价高炉生产效率，3）目前国内高炉生产一代炉龄偏短、事故频发的分析。精料曾经是高炉炼铁的重要手段和目标，但是由于低成本炼铁，对精料技术产生了怀疑，甚至由于部分企业、专家的鼓吹使得精料技术有了倒退，买矿的低成本并不代表炼铁的低成本。每个高炉都有自己的生产特点，科学计算的方法的分析、认识本高炉生产的现状，并且有理可依的正确提高生产效率。高炉长寿是一个系统复杂的工程，中部、下部都有相应的问题，本文着重介绍了高炉中部的挂渣系统影响因素，炉缸侧壁的保护方法。高炉炉缸的维护是建立在检测系统之上的，因此，检测数据是科学判断的基础。
关键词：炼铁；高炉；精料；生产效率；长寿；
新常态下高炉应遵循低碳，低能耗，低成本原则组织生产。如何实现？在这里谈我们的认识，与诸位交流。 1 全面认识精料
高炉炼铁原燃料的质量决定着高炉能否稳定顺行，煤气利用，乃至燃料比等。因此，精料始终是高炉炼铁的重要议题。虽然提倡精料已数十年，但中国高炉精料始终徘徊在较低水平，甚至回溯到上个世纪的50~60年水平，教训深刻，中国高炉炼铁生产技术指标自2011年以来连年下滑，还看不到明显改进。这是我们称之为带有倾向性的科学，不太符合高炉冶炼规律的问题。 精料工作做到位了，应该达到： ①渣量在280kg/t~300kg/t，至少在300kg/t以下； ②成分稳定，粒度均匀； ③具有良好的冶金性能：还原性，低温还原粉化性，高温膨胀性，软熔性能等。 ④较好的炉料结构，充分发挥以针状铁酸钙为粘结相的高碱度烧结矿（SFCA）等优越性，配以性能良好的酸性料。 遗憾的是目前精料工作离这个水平有很大的距离，这是因为高炉的燃料比高，炉内压差大，压量关系失常，高炉常出失常等的原因。 精料工作首先要重视品位，因为渣量由焦炭、煤粉灰分，矿石品位，脉石组成数量等决定。我国由于煤资源条件限制，焦炭灰分高于世界水平2%，喷吹煤粉也高于焦炭。矿石品位差距更大，低的50%左右，高的58%左右（个别选到59%~60%），连年来全国平均品位在57%左右，比国外低2%~3%，所以渣量一般都在320kg/t~350kg/t，高的在400kg/t以上。 下面列出国外的部分资料，就看出我们与他们差距有多大。 
1.1 烧结矿
烧结矿是中国高炉炼铁的主要含铁料，在炉料结构中占了70%~80%，2016年生产了8.68亿吨。近年来在烧结生产技术上取得相当大的进步，表现在铁酸钙固结理论已积极指导高碱度烧结矿生产，基于铁矿粉高温基础性能优化配矿技术得到广泛应用，厚料层低温烧结也得到推广，节能减排已取得进展。 基于上述烧结技术的进步，炼铁工作者经过长期研究和生产实践得出，以针状铁酸钙为粘结相的高碱度烧结矿（SFCA）是性能最好的（还原性好，强度高等），生产这种烧结矿的条件是： 烧结矿是高炉含Fe料的主料，它的冶金性能起着举足轻重的作用，目前公认是以针状铁酸钙为粘结相的高碱度烧结矿（SFCA）是最佳的烧结矿，它的生产特点概括为： （1）创造生产条件和参数控制 含Fe料的预配料 降低烧结矿品位波动的重要措施 熔剂矿源稳定，质量保证达到要求。稳定烧结矿碱度，降低波动的重要措施（见教材附录），配碳，焦粉粒度控制和配碳量合适，配碳量可通过烧结矿生产热平衡计算，针状铁酸钙为粘结相高碱度烧结矿要求的生产工艺条件： ① SiO2 5.0-5.5%； ② Al2O3/SiO2 0.1-0.3； ③ 碱度 1.95±0.05 最低不要低于1.85，最高不要超过2.2 ④ 温度 1250℃~1280℃；低值适用于磁精粉烧结，高值适用于赤富矿粉烧结； ⑤ 料层厚 800mm； ⑥ 气氛 强氧化性气氛； ⑦ 点火 温度1000±50℃，时间45~50秒，炉腔负压，零负压或微负压-3～-5Pa，点火能耗控制在0.08GJ/t以下； ⑧ 垂直烧结速度与机速匹配 到达机尾时断面存在1/5厚度红色； 但是，目前绝大多数厂家的烧结矿达不到上述要求，普遍存在着一些生产问题。片面追求低成本。在一些企业，烧结和高炉炼铁仍然是各自独立的单位烧结厂为自身的利益，追求低成本，但是要明确的给大家提醒： 低成本烧结矿≠低成本生铁，相反，盲目追求的低成本烧结矿造成高成本的生铁。因为采用低价劣质矿生产出的烧结矿性能极差，还原性差，粒度组成差，进入高炉影响高炉顺行和煤气流分布，结果造成高炉燃料比升高，产量降低，消耗增加，结果生铁成本升高。应该科学的来认识这个问题，烧结厂应该为高炉生产优质烧结矿，生产成本可能会高一点，但高炉生产指标改善完全可以回数。我们建议烧结配料要以生铁最低成本为基准进行可以采用好的配料软件进行。 
（2）片面追求强度，忽视冶金性能 后果是造成吨烧结矿的能耗高，烧结矿中CaO·Fe2O3、2FeO•SiO2低，CaO、FeO、SiO2高，烧结矿粒度组成差，还原性差。 烧结矿是粉料在高温下矿石产生液相，冷却时冷凝析晶形成多孔厚壁的成品。现在相当部分企业为增加烧结矿强度减少粉末，点火温度，和配碳量偏高，造成烧结温度过高，台车下层严重过烧，结果表面温度高形成玻璃相，而正确的做法应该是： ① 点火温度控制在950℃~1000℃，点火时间45~50秒，点火负压为零负压过微负压，-3Pa~-5Pa，将点火能耗控制在0.08GJ/t以下 ② 配碳通过热平衡计算得到，将燃料粒度控制在1.0mm~3.0mm，采用偏析布料，小颗粒焦粉分布在上层，约占全部燃料的2/3，大颗粒在下面，约占燃料的1/3，将固体燃料控制在40kg/t左右。 ③ 配料前应将烧结矿的烧结特性：同化性，CaO·Fe2O3生成性，液相生成量及液相粘度等测定，然后取长补短，合理搭配。 （3）片面的用碳代替石灰石生产高碱度烧结矿 烧结矿生产的混合料中加CaO是改善造球性能，利用CaO+H2O—>Ca(OH)2成胶体，使矿粉易于成球，因而石灰加入量与烧结矿的造球性能有关。一般来说，石灰配入量在5%左右为好，不宜超过7%。烧结矿的碱度还是要用石灰石粉。在石灰石粒度合理的情况下，是不会影响固体燃料消耗。因为CaCO3在预热带就已分解，到燃烧带基本完毕。只有过大的才会影响燃料消耗，不仅如此，还会影响CaO矿化，而形成白点影响烧结矿强度，石灰石分解出CO2进入烟气，提高了烟气的氧化程度，有利于控制FeO的生成。 （4）片面追求成品率 烧结厂从自身业绩考虑，追求成品率，有的厂成品率达到90%~95%。但是到达高炉槽下筛分，有20%的成为返矿，又返回烧结厂，这是不正常的，科学的规律是，烧结的成品率控制在75%左右，不宜高于80%，而高炉的槽下筛分应在5%~10%，这样的返矿平衡对生产好的烧结矿非常重要，烧结混合料中的返矿比例应控制在30%~35%。 1.2 球团矿
球团是造块发展方向，因为球团矿生产能耗低（比烧结矿低50%），产生污染环境的有害物少（NOx少，不产生二噁英），在富矿使用完后，贫矿富选的精矿粉必须造块，首选就是球团矿（北欧，北美）。 目前大量生产的酸性氧化球团是作为炉料搭配的酸性料，其软熔性能差，；另外精矿粉成本高，使球团矿价格高于富块矿，甚至烧结矿，这样限制了球团矿在中国的生产和发展，再加上生产设备和方法上的缺陷，也限制球团矿质量的优化，尽管如此，现在还是建议有生产球团矿的厂家要结合自身条件研究镁质球团生产技术，主要是研究在已有生产方法和设备上适宜的镁质物料添加剂，合适的添加方法和加入量，镁质球团矿的生产工艺参数控制，即在合适的镁质添加剂加入后对干燥过程，预热及焙烧过程的影响，镁质球团矿的性能明显优于普通酸性氧化球团。 
首钢京唐公司在研究的基础上现在生产出的镁质球团的各项指标均优于原来生产的普通酸性氧化球团，例如球团矿的还原性从投炉后的平均65.8%提高到75.5%，熔滴特性指数δ值，熔滴温度区间等改善了50%，还原膨胀率指标由原先的26.31%下降到18.98%。所有指标均达到优质球团矿的控制标准，完全满足5500m³高炉生产要求。 球团矿作为炉料结构中最佳酸性料，它具有如下优点：（1）品位高，中国63%以上，高的65%，国外高的68%。（2）能耗低，是烧结矿的50%。链篦机—回转窑29kgCe /t，带式焙烧机24kgCe/t。（3）冶金性能：粒度均匀FeO低等，（4）生产污染排放少，是烧结8%左右，基本不产生，和二噁英。 目前遇到的困难是，①精矿粉价格扭曲，高于使用价值，②国产烧结矿质量差，品位低，SiO2高，粒度粗，使膨润土添加量过多而造成品位下降，③焙烧设备与烧结矿粉品质不相适应。 由于上述困难，国产球团价格高质量差，高炉炼铁不用，因此球团矿生产2016年仅1.52亿吨，而2011年达到过2.04亿吨，2014年下降到1.2亿吨，这两年稍有回升，但与产能相差很大，因此要克服困难，发展球团矿生产。 1.3 焦炭
1.3.1焦炭的作用
焦炭是高炉炼铁不可或缺的燃料，其作用在于：冶炼过程的热源，还原剂，铁水渗碳的碳源和高炉料柱的骨架，特别是软熔带及其以下的滴落带。 1.3.2焦炭在高炉内的裂化
①热应力 焦炭是导热性差的物料，进入高炉被上升煤气加热，表面与中心产生温差200℃~250℃，在焦炭内部出现热应力，当热应力大于焦炭能承受的分子间结合力时，焦炭就沿着出炉时残余的微孔隙破裂，这种现象发生在炉身上部 ②摩擦 下降过程中不同运动速度的料块之间，焦炭与炉墙之间，最为严重的是风口燃烧带地区被鼓风动能带动高速旋转运动的焦炭与死料柱边缘相对不动的焦炭之间的强烈摩擦。 ③碳溶解损失反应：焦炭中的碳在850℃以上遇到煤气中的CO2发生C+CO2=2CO反应，这是劣化作用中最强的，发生在高炉块状带软熔带上边缘之间地区，也就是高炉内850℃~1200℃之间的地区。溶损反应将焦炭表层变成疏松蜂窝状。 ④渣铁溶蚀：软熔带产生的液态铁珠和渣流经过滴落带时，含碳很少的铁珠滴落在焦炭表面与焦炭中的碳发生渗碳反应3Fe+C=Fe3C，初渣滴落在焦炭表面发生（FeO）+C=[Fe]+CO (MnO)+C=[Mn] +CO等直接还原反应，这些和还原反应将焦炭表面侵成麻子，焦炭表层强度变差; ⑤K2O，Na2O等有害化合物侵蚀：首先它们是溶损反应的催化剂，催化溶损反应的进程，第二它们是与焦炭灰分中的SiO2，Al2O3反应形成钾霞石，白描石等，体积膨胀30%，破坏焦炭结构。第三是K与C形成KC8等嵌入式物质，体积也膨胀10%左右，也破坏焦炭结构。 1.3.3 焦炭质量的评估
目前国内外对高炉炼铁用焦炭的评估采用常温性能：工业分析的灰分A；挥发分V；硫；水分；固定碳；高温性能CRI和CSR：国标对各级高炉的要求是： 
对于焦炭评估还要说明 （1）由于我国焦煤的特点，灰分高且难洗，生产不出低于11%~12%的焦炭，焦炭常温的M40（M25）和M10尚属正常，但高温性能较差，因此完全用国产煤炼出的焦炭适用于2000m³及其以下中小高炉，不宜建大于3200m³的高炉。 （2）目前两种生产焦炭方式生产的焦炭质量差距大，而且捣固焦的质量评价尚未有专门的标准，用顶装焦的标准来评价捣固焦得出的结果不能完全反映捣固焦的质量。因此购买捣固焦应了解生产厂的配煤，捣固压强，捣固煤饼的堆积密度，以及炼焦工艺参数，时间等来综合判断捣固焦的质量。 （3）捣固焦 特别要关注的是目前广泛使用的捣固焦及其质量评估。捣固焦生产技术是节省日益紧张的焦煤和焦肥煤技术，科学地应用这种技术，可以节省20%~25%的焦煤和焦肥煤，也就是顶装焦配煤中要用70%~75%的焦煤和肥煤，捣固焦配煤可以降到50%左右的焦煤和肥煤。在合理的配煤后用一定压强的捣锥捣固混合煤料使他的堆积密度增加到0.9t/m³~1.0t/m³（顶装焦混合煤料的堆积密度为0.75 t/m³左右），然后用优化的热制度炼焦可以获得良好的冶金焦，国外已可用于3000-4000m³的高炉。但由于国内在配煤、捣固、炼焦等方面不规范，造成现在生产的捣固焦质量差别很大，一般仅能用于2000m³以下中小高炉。当前需要将捣固焦生产规范提高其质量，同时还要执行检测器性能的科学方法和相应指标。 目前捣固焦的问题是配煤中焦煤和肥煤的配比较少（有的甚至配煤中完全不配焦煤和肥煤），捣固压强过大，煤块的堆放密度过大1.15t/m³~1.25t/m³，炼焦制度不规范，温度分布不合理，焦粉两端生焦过多，生产出的捣固焦的粒度偏小，平均比顶装焦小10mm，使捣固焦的堆积密度升高达到0.55t/m³~0.60t/m³有的更高。同一炉焦炭的反应差别很大，影响捣固焦使用价值，一般认为其价值有顶装焦的80%~85%。 （4）建议将焦炭按粒度分级使用，采用中心加焦装料，将大颗粒、强度好的焦炭装到高炉中心以获得透气性、透液性好的炉缸焦柱（死料柱），来达到活跃炉缸，而且<25mm的焦丁与小粒度的烧结矿混装入炉。 1.4 喷吹用煤
喷吹煤粉是降低焦比的重要措施，它是以粉状从风口喷入高炉，代替焦炭的热源，还原剂和渗碳的作用，但不能代替焦炭的骨架作用，对煤粉的评估要从这三个角度来判别，重要的是配煤提高煤粉在高炉内的利用率，另一个是购煤的性价比。 前者我们建立了评估模型，首先要建立煤粉数据库，将所用煤粉的原始资料存入库内，它们是： 
应当指出，有效热值是煤粉在风口前燃烧形成CO和H2放出的热量，不是煤的低发热量Q低，因为煤粉在风口前燃烧，其中C和碳氢化合物中的碳燃烧成CO，而H2则以分子状态进入煤气，例如煤种的CH4在风口前的燃烧反应是CH4+1/2O2→CO+2H2,氢是不发热的，所有放出的热值比锅炉的燃烧低得多。 这种权重分配是可以根据企业生产实践，自行分配或对上述权重进行调整修改。
(责任编辑：zgltw)
