曾宇，张贤平，赵长城，李晓春，高德库
（鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁鞍山114021）
摘要： 为了降低生铁成本，高炉使用低MgO 烧结矿生产，炉渣中MgO 含量大幅度降低，通过采取合理的炉料结构、提高焦炭和烧结矿质量、调整高炉操作制度等一系列措施，保证了高炉安全生产，并获得了较好的经济技术指标。
关键词： 高炉；炉渣；MgO
传统观点认为高炉炉渣中MgO 含量在8%~12%时高炉具有良好的工艺性能，因此国内高炉普遍将MgO 含量控制在8%以上。2015 年9 月，鞍钢股份有限公司炼铁总厂（以下简称炼铁厂）为降低生产成本，对烧结矿的配料结构进行了调整。在烧结配料过程中停配镁石，以降低烧结配料成本。停配镁石后，MgO 仅由原料中的生石灰和混料提供，烧结矿中的MgO 含量由2.0%下降到1.2%， MgO含量降低不会导致烧结矿质量的变化，但会造成炉渣中MgO 含量的降低，引起炉渣粘度增加，进而增加高炉操作的难度。为了适应高炉低MgO 炉渣的生产操作，炼铁厂采取了一系列相关措施，保证了高炉安全生产，并取得了较好的经济技术指标。
1 低MgO 炉渣生产的可行性
为了确定在鞍钢现有原料条件下， 高炉进一步降低炉渣中MgO 含量的可行性，对影响炉渣粘度的因素和规律进行了分析研究。基于炼铁厂7 座高炉的生产数据， 铁水温度普遍在1 480～1 520 ℃区间，炉渣粘度仪温度控制在1 500 ℃和1 550 ℃两个温度点。配渣时，用现场高炉渣作为母渣，成分调剂依据现场高炉炉渣的化学成分， 采用添加化学纯试剂的方式进行。
1.1 炉渣MgO 含量变化
研究MgO 含量变化对炉渣粘度的影响时，炉渣中Al2O3含量设定为11%，炉渣碱度1.245。不同温度下炉渣粘度随MgO 含量的变化情况如图1所示。由图1 可以看出，在设定条件下，渣中MgO含量在不同区间，对炉渣粘度的影响程度不同。当炉渣中MgO 含量大于3%时， 在1 500 ℃、1 550 ℃两个炉渣温度下，炉渣粘度均小于0.4 Pa·s，能够满足高炉冶炼要求。
1.2 炉渣Al2O3含量变化
研究Al2O3含量变化对高炉炉渣粘度的影响时，炉渣中MgO 含量设定为4%，炉渣碱度1.245。由于炉渣粘度随温度上升呈现下降趋势， 选取较低的温度点1 500 ℃作为试验温度。炉渣粘度随Al2O3含量变化情况如图2 所示。由图2 可以看出，在设定条件下，随着Al2O3含量的升高，炉渣粘度逐渐增大。当Al2O3含量达到16%时，炉渣粘度为0.416 Pa·s。行业内认为大高炉冶炼过程中，炉渣温度在1 500 ℃时， 炉渣粘度在0.4 Pa·s 以下，即可以满足高炉的正常生产。因此设定条件下，Al2O3含量宜控制在16%以下。
1.3 炉渣碱度变化
研究炉渣碱度对炉渣粘度的影响时，炉渣中MgO 含量设定为4%， 炉渣中Al2O3含量设定为11%。不同温度下炉渣碱度对炉渣粘度的影响情况如图3 所示。由图3 可以看出，在设定条件下，炉渣温度在1 500 ℃和1 550 ℃两个温度点，随碱度增大，炉渣粘度变化不大，且均低于0.4 Pa·s，可以满足高炉正常生产。
因此，在常规冶炼条件下，炉渣中MgO 含量不低于4%、Al2O3含量不高于16%的炉渣均可以满足高炉生产的需要。
2 低MgO 炉渣冶炼的前提条件
2.1 合理的炉料结构
合理的炉料结构是高炉安全长寿、稳定顺行、指标优化的基础， 鞍钢生产实践表明70%的高碱度烧结矿配加30%的酸性球团矿， 焦丁比达到60 kg/t 左右时是高炉冶炼较为理想的炉料结构模式。不仅可以有效改善料柱的透气性，而且还可以提高炉况运行的稳定性。考虑成本因素，需要配加部分生矿时，生矿入炉比例不宜大于10%，因为生矿热稳定性不好， 生矿入炉比例过高会导致炉况的波动。生矿入炉前必须要进行严格的筛分，减少入炉生矿的粉末量。
2.2 改善焦炭质量
焦炭作为料柱骨架的作用在现代大高炉冶炼过程中显得尤为重要，对焦炭强度、反应性、反应后强度等指标的要求也更高。鞍钢五炼焦焦炉2014 年11 月完成改造，2015 年11 月实现全干熄焦生产。全厂使用焦炭干熄率由65%逐步提高到96%， 焦炭强度指标M40 由85.5%提升到87%以上，焦炭的反应性和反应后强度稳步提升。
2.3 提升烧结矿质量
（1） 炼铁厂烧结原采用球盘工艺造球，由于球盘工艺落后，球盘造球混合料粒度不均，大粒级较多，使混合料粒度过大，垂直燃烧速度过快，烧结矿强度降低；而且球盘造球是在开放的空间，混合料热量损失很大。为了提升烧结矿质量，炼铁厂改为使用圆筒混合机造球，消除以上弊端。
（2） 炼铁厂精矿槽空间小，铁料料种多，仅在三烧作业区，使用铁料品种最多时可达7 种，日消耗铁料1 万t，而精矿槽总槽存为2.4 万t，每种料的平均最大槽存不过4 000 t。受到受料槽翻车能力限制，以及一些突发情况影响，任何一种铁料到达情况不好都会影响烧结矿质量， 造成质量大幅度波动。混匀料场投入使用后，解决了上述问题。
（3） 炼铁厂高炉来料成分波动大。三烧作业区烧结原料为11 种，每种原料的成分波动都会带来质量的波动；同时，物料的化验存在滞后性，往往是化验结果显示原料成分发生变化时， 此种原料已经使用并变成烧结矿了。混匀料场投入使用后，很好地解决了这个问题。
3 低MgO 炉渣冶炼采取的措施
高炉在使用低MgO 炉料后， 炉渣中MgO 含量下降，依据对高炉低MgO 炉渣生产可行性的分析研究，炉渣中MgO 含量降低后，炉渣的黏度升高，流动性下降。渣中MgO 含量低于4%时，铁水物理热水平对炉渣的流动性影响很大。炼铁厂在使用低MgO 结构的炉料时， 对高炉的送风制度、热制度和操作制度进行了调整。
3.1 送风制度调整
在送风制度方面，对高炉风口面积进行了调整，缩小送风风口的面积，提高鼓风动能；将边中平衡型的煤气流分布，调整为以中心煤气流为主，边缘煤气流为辅，中心畅通、边缘稳定型的煤气流分布，提高炉况运行稳定性的同时，提高了炉缸的活跃度。
3.2 热制度调整
在热控制方面， 规定生铁含［Si］ 量稳定在0.40%～0.60％，铁水温度≥1 500 ℃，杜绝过高或过低的炉温导致渣铁流动性下降， 一旦发生炉温异常现象，则需要采用过量调剂的手段，将炉温调整至正常的区间， 防止长时间的炉温异常引起渣铁的流动性变化，影响炉况的顺行状态。
3.3 操作制度
3.3.1 高炉上料缺欠处理
由于高炉上料系统存在缺欠，焦筛振幅不够，入炉焦炭粉末较多， 严重影响高炉的透气性；同时，给料机的迎料挡板长期使用，磨损严重且更换时间较长，导致给料机跑料或料流不均，致使高炉矩阵布料达不到要求，造成高炉顺行较差。通过加强对焦筛的巡检， 及时发现焦筛存在的问题并解决，同时对振动筛的振幅进行测试，对焦筛振幅不够现象进行改造，使筛分效果满足高炉工艺需要。增加给料机迎料挡板厚度并改用耐磨材质， 改变更换给料机迎料挡板的更换方式， 使上料系统能够满足高炉矩阵布料的要求。
3.3.2 炉况调剂
调剂炉况时要树立操作过程中的红线意识，严禁低炉温操作、严禁顶风压操作。及时掌握原燃料成分变化， 并根据原燃料变化、参数走势做好“攻守退”的预案执行。高炉特殊情况下如休风，要根据休风时间的长短适当下调入炉碱度。对炉况调剂要做到坚持料线不正常不宜调整装料制度、料速不正常不宜调整焦炭负荷、炉温不正常不宜调整炉渣碱度、炉况不正常不宜调整炉顶压力的“四不宜”操作方针。
4 实践效果
高炉通过对炉料结构、原燃料质量、高炉操作制度等方面的调整与实施，在烧结停配镁石，高炉低MgO 炉渣生产操作实践中，保持了高炉稳定顺行的生产状态，且消耗指标稳步下降。2015 年9~12 月高炉低MgO 炉渣生产生产技术指标见表1。
5 结论
（1） 渣中MgO 含量不低于4%，Al2O3含量不高于16%的炉渣均可以满足高炉生产的需要。
（2） 加强原燃料质量管理，减少入炉粉末，为高炉稳定顺行提供基础。
（3） 采用低MgO 炉渣生产，必须在高炉稳定顺行的基础上开展，若长时间顺行状态不理想，则碱度需维持下限水平。
（4） 低MgO 炉渣冶炼需要高炉保持足够的风速，保证炉缸的活跃度。
（5） 低MgO 炉渣冶炼需要保持炉缸充足的热量储备，树立物理热红线管理思维，铁水温度不低于1 500 ℃。