阳春新钢铁炼铁技术进步分析

魏大胜

（阳春新钢铁有限责任公司，广东 阳春 529000）

阳春新钢铁现有2座1 250 m3高炉，每座高炉均设东西两个铁口，铁口间夹角为90°，22个风口，分别于2010年和2012年投产。2座高炉均采用优质碳砖陶瓷杯综合炉底、软水密闭循环冷却系统、顶燃式热风炉、空气煤气双预热方式、PW型串罐炉顶、全储铁式铁沟。炉顶安装煤气红外线摄像、煤气可自动取样，采用布袋灰气力输送技术、可实现TRT发电。高炉开炉以来一直保持良好的生产势头，技经指标位居前列。其中1号高炉单位炉容产量已达约12 500 t/（m3·d），远超行业标准。为响应国家环保政策，2022年计划采用料罐煤气回收技术及热风炉烟气处理技术，助推企业进入国内钢铁企业综合竞争力A级企业序列。

2014年以来，通过改进高炉操作技术，实行大矿批冶炼、采用富氧率、高风温、高顶压及高煤比等各项措施和技术，高炉的利用系数不断实现新突破。2021年，在块矿比例高达20%以上的不利条件下，高炉铁水产量却创下历史最好成绩，其中铁水产量比2020年提高14万t，燃料比下降11 kg/t。近几年阳春新钢铁产量与燃料比情况，如表1所示。

表1 近几年阳春新钢铁高炉指标

2.1 严控入炉锌、碱金属含量

碱金属和锌是高炉炼铁的有害杂质，碱锌负荷应该越低越好。按照《高炉炼铁工程设计规范》要求，锌负荷应＜0.15 kg/t，碱负荷≤2.4 kg/t。此外，高炉容积越大，碱锌负荷应越低[1]。但为了经济冶炼，阳春新钢铁高炉近几年块矿比例使用较高，平均约18%～20%，入炉品位长期在55%～57%之间。为避免块矿热爆性及较低软化还原温度导致较高的压差，在透气性不足的情况下，受高炉内碱、锌金属容易富集、结厚的影响，阳春新钢铁在采购原燃物料时对锌、碱金属含量进行严格控制。同时设立入炉碱金属和锌含量台帐，切断碱金属、锌含量较高的转炉灰、烧结灰的内循环使用，严格将入炉碱金属含量控制在≤3.5 kg/t，锌含量控制在0.45 kg/t内。近几年阳春新钢铁入炉碱锌含量，如表2所示。

表2 近几年阳春新钢铁入炉碱锌含量

2.2 提高焦炭质量

在块矿比例不断增加、煤比不断提高的情况下，焦炭的骨架作用尤其重要。阳春新钢铁高炉焦炭在外购焦质量管理上，质量要求如下：灰分≤13%，w（S）≤0.800%，M40≥80%，M10≤10%，CRI≤30%，CSR≥60%，含粉率要尽可能低。阳春新钢铁因全部使用外购焦，品种多、质量波动大，从2012年开始，一方面开始与焦炭供应商建立长期协作关系，尽可能减少焦炭厂家，另一方面将不同品种的焦炭分类堆放，分炉座进行使用，同时尽可能选择干熄工艺焦，确保焦炭的质量稳定。阳春新钢铁焦炭热性能情况如下页图1所示。

图1 阳春新钢铁焦炭热性能

2.3 优化上下部调节

在以“以中心气流为主、适当抑制边缘气流”的煤气流为总体方针的基础上，将风口长度由原来的585 mm全换为630 mm，风口面积缩小约11%，除了铁口区4个风口为直风口外，其余全为斜5°。整个调整体现了“均等圆周进风，加强鼓风动能，注重铁口区域”的思路。

在下部调节形成较强鼓风动能的基础上，上部调节以煤气流合理分布为目的，根据不同的原料使用状况，对布料角度范围进行调整。一方面适当减少中心焦，将中心焦量稳定在焦批的20%～25%左右，缩小中心漏斗；
另一方面强调焦坝作用，同时拓宽焦炭平台，必要时形成焦包矿方式，尤其是块矿比例较高时，发展中心气流，兼顾边缘的两道气流，取得了较好的效果。风速维持在260～270 m3/s左右，煤气利用率维持在46%以上，高炉稳定顺行。

2.4 实施“四高一低”操作

“四高”是指高富氧、高风温、高煤比及高顶压的四高操作，这四高操作相辅相成，相互促进，可进一步提高技经指标；
“一低”是指降硅操作。

高压操作有利于稳定煤气流，降低煤气流速，降低压差，减少瓦斯灰的吹出量，还可以接受更高的炉腹煤气量。由于延长了煤气在炉内的停留时间，有利于提高煤气利用率，降低燃耗。理论上炉顶压力每提高0.1%，焦比则降低0.5%。阳春新钢铁高炉顶压从2014年的174 kPa，提高至目前的218 kPa，提高幅度达约25%。

高富氧鼓风有两大重要作用：一是增产，理论上富氧率每提高1%，可增产4.76%，在实际生产中，富氧率每增加1%，增产约3.5%；
二是每升高1%的富氧率，可提高理论燃烧温度30℃。这两个特点，是高炉提煤、降焦、增产最重要的手段。

阳春新钢铁通过技术改造，提高了制氧能力，可以为高炉稳定提供约5%的富氧率。高炉操作上也通过“提高富氧量、控制炉腹煤气指数”的操作方针，一方面积极发挥富氧提产的作用，确保炉况顺行，另一方面可通过提高煤比，降低成本、维持合适的理论燃烧温度。阳春新钢铁近几年富氧率由2.22%提高至4.26%，煤比由约130 kg/t提高至170 kg/t。

风温是最廉价的降本资源，阳春新钢铁高炉一方面通过双预热方式，提高风温的蓄热能力，通过智能全自动烧炉控制，积极提高风温使用，配合高煤比操作，风温平均水平也达1 180℃以上。

在稳定炉况、炉温的基础上，降硅操作对技经指标的提升也非常重要。理论上w（Si）每降低0.1%，可增产0.5%～0.7%，可降焦比4～6 kg/t。在四高操作后，相同w（Si）的铁水具有更高的物理热，为降硅操作创造了条件。阳春新钢铁1号高炉于2021年逐步实施降硅操作后，平均w（Si）从去年的0.51%下降至0.39%，如图2所示。

图2 2020—2021年w（Si）趋势图

2.5 控制适宜的渣铁热量和炉渣碱度

阳春新钢铁经济冶炼中大比例使用块矿，块矿中w（Al2O3）较高，2021年平均为16.3%，最高达18%以上。渣系中Al2O3含量较高，降低了渣铁的流动性、透液性，容易引起压差高、滑料等现象。因此，在提高块矿比后，高炉在日常操作中必须做到低硅不低热，综合运用高风温、高富氧、高煤比、高顶压等四高调剂手段，确保物理热能够稳定在1 480～1 510℃间。同时，m（MgO）/m（Al2O3）太高，也不利于冶炼成本的降低，太低则影响渣系流动性。因此，通过摸索，得出较适宜的m（MgO）/m（Al2O3），将其控制在0.42～0.46，可使渣铁在较高w（Al2O3）下，也具有较好的物理热及良好的流动性，确保炉况顺行。近几年的w（Al2O3）及m（MgO）/m（Al2O3）情况，如图3所示。

图3 近几年的w（Al2O3）及m（MgO）/m（Al2O3）

3.1 高块矿比例使用

长期以来阳春新钢铁的块矿比例高达18%～22%，为实现经济冶炼，克服高比例块矿带来的影响，首先通过对多种块矿不同比例成分进行炉料结构冶金性能测试，选择最佳组合；
再根据南方多雨状况，以“全干块矿入炉”的原则建立全封闭料场，汽车、火车运输时均采用蓬布加盖，避免雨湿影响块矿筛分。同时采取调整块矿入炉顺序、改造槽下筛分系统（使用不粘筛板的波纹筛）、提高焦炭烘干及烧结矿入炉温度等措施。而炉内操作则强调两道气流，以焦包矿为上部调节，极大提高了生矿的使用比例，块矿比例基本上可以稳定在22%，同时，高炉各项技术经济指标稳定。近几年阳春新钢铁熟料比与铁水产量情况如图4所示。

图4 近几年熟料比与铁水产量

3.2 全开风口快速复风技术

休复风是高炉操作常见且重要的工艺操作。传统计划休风后，均采用堵部分风口的方式，通过缩小风口面积，慢风时以较高风速吹透中心，再循环加风吹透风口进行恢复。然而，近几年对一些高炉开始尝试计划休风后全开风口，采用大风量快速复风的方式，并取得成功。自2020年12月阳春新钢铁24 h休风开始采用全开风口复风方式，并取得成功后，直至2022年约10次24 h内休风中均采用此技术，整体效果不错。全开风口复风需要以休风前炉况顺行为基础，在不改变装料制度的前提下，复风之初便将风加至60%，通过较高的风量，利用全开风口较低的压差，快速打透中心，以达到快速恢复的目的。

在全开风口复风时，整体复风时间比堵风口方式缩短6～20 h，休风焦比比堵风口方式减少约10%～15%，如表3所示。

表3 高炉全开风口复风前后相关指标

3.3 高炉长寿技术

在建造新钢铁高炉时，秉承着“低耗、高效、长寿、环保”的技术方针，采用了“微孔碳砖+陶瓷杯”炉底，以联合软水密闭循环冷却系统、铜冷却壁和砖壁合一的薄炉衬结构为基础，自开炉不久便开始使用小剂量钛矿护炉，坚持中心气流为主导的操作方针，及炉役后期的“降低铁水钛饱和度”护炉的技术，既保障了铁水中钛的生成，确保炉缸的安全，又兼顾了高炉高产、稳产的需要，取得了较好的成绩。至今，1号高炉连续生产超过11年，无一块冷却壁破损，单位炉容产铁达12 500 t/m3，2号高炉也达到10 500 t/m3，预计冷却壁不破损情况下，产铁量至少达约14 000 t/m3，如表4所示，高炉长寿生产在行业内处于领先地位。

表4 1号高炉与2号高炉运行情况对比

1）阳春新钢铁近几年的炼铁技术不断进步，既有设备方面的改进完善，也有工艺方面的创新进取。

2）对标先进高炉，阳春新钢铁仍有差距，需进一步提高富氧率，确保高炉长期稳定顺行。

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