梅鋼五號高爐低熔劑消耗生產實踐

張光強

（上海梅山鋼鐵股份有限公司）

0 前言

梅鋼五號高爐2012 年投產，高爐容積為4 070 m3。五號高爐生產中一般通過添加熔劑（硅石、蛇紋石）來調節爐渣堿度，使用熔劑將進一步增加高爐渣比，渣比升高亦將引起高爐燃料消耗的增加，進而提高鐵水生產成本。據資料介紹，渣比提高100 kg/t，焦比升高30 kg/t，同時渣比提高會造成渣液在焦炭孔隙中滯留量升高，影響爐內料柱的透液性、透氣性，易影響高爐順行[1]。五號高爐2018 年熔劑單耗11.09 kg/t，2019 年熔劑單耗16.24 kg/t，渣比也都在310 kg/t 以上，存在較大改善空間。因此，減少熔劑消耗以降低渣比對降低生產成本有重要意義。

1 優化燒結礦用料結構

梅鋼燒結礦用料結構相對穩定，用礦品種主要有原Carajas 粉、哈默斯利YANDI 粉礦、Pilbara 混粉礦、梅山精粉、原圖巴朗標粉、西皮和其他港外雜礦。2019－2021 年梅鋼燒結用礦結構見表1。

表1 2019－2021 年梅鋼燒結用礦結構

從表1 可以看出，梅鋼燒結用礦主要以原Carajas 粉、哈默斯利YANDI 粉礦和梅山精粉為主，其中原Carajas 粉的使用比例基本穩定在25%左右。由于礦石價格和物流等原因，哈默斯利YANDI 粉礦的使用比例逐漸從38%下降至24%，梅山精礦的用料比例由14%上升至23%，西皮粉的使用比例由5%上升至15%。2020 年，燒結礦用料中偶爾會加入一些性價比相對較好的小品種雜礦，但總體所占比例較小，對燒結礦成分影響不大。部分礦石成分見表2。

表2 2019－2021 年梅鋼燒結用礦石成分

從表2 可以看出，哈默斯利YANDI 粉礦和梅山精礦品位接近，梅山精礦SiO2含量相對較高，西皮礦的品位高于哈默斯利YANDI 粉礦的，且SiO2含量與哈默斯利YANDI 粉礦的持平。因此，梅山精礦和西皮礦使用比例增加對燒結礦成分穩定影響不大。

2019－2021 年梅鋼燒結礦成分變化情況見表3，表明燒結礦成分整體較為穩定。

表3 2019－2021 年梅鋼燒結礦成分變化

2 降低高爐熔劑消耗措施

2.1 增加球團礦使用比例

梅鋼五號高爐燒結比例約為80%，考慮自產燒結礦堿度較高，因此高爐生產中添加硅石和蛇紋石來調節爐渣堿度和鎂鋁比，保證爐渣流動性。硅石的主要成分為SiO2（＞90%），蛇紋石的主要成分為SiO2（40%）和MgO（40%）。2020 年2 月、3 月以及下半年，五號高爐逐步增加球團礦使用量，最高使用比例為10%。球團礦均為外購高品位酸性或自熔性球團礦，其種類和化學成分較為穩定（見表4）。

表4 2019－2021 年五號高爐常用球團礦成分

從表4 可以看出，鄂州球團、烏克蘭球團SiO2含量較高，而Al2O3含量較燒結礦Al2O3含量低，即增加球團礦使用比例可以增加爐料中SiO2帶入量且不增加Al2O3含量，從而有效降低爐渣堿度，減少硅石和蛇紋石的使用量。

球團礦堆角小，易滾動，大比例使用易加重中心造成煤氣流不穩定；球團礦自身存在還原膨脹，易在爐身中部900 ℃溫度區間附近粉化，惡化塊狀帶透氣性。隨著球團比不斷上調，高爐中心氣流被弱化的問題逐漸顯現。為應對上述問題，堅持“打開中心、兼顧邊緣”的裝料制度，主要解決球團礦配加以后中心通路問題。在穩定中心焦炭角度和用量的前提下，將焦炭平臺內移。焦炭外檔角度由40.5°逐步內移至39.5°，焦炭最內檔由28.5°下調至28°，焦炭平臺角差11.5°。焦炭角度內移后料面平臺加寬、漏斗減小且變淺，可以阻礙球團礦的滾動以便形成強勁的中心氣流。礦石布料制度也做出調整，礦石外檔由38.5°下調至37°，外檔焦炭和礦石角差由2°擴大至2.5°。最內檔礦石角度由31.5°下調至30.5°，礦石平臺角差6.5°。經過調整，高爐中心氣流得到改善，煤氣利用率也由45%提升到46.5%左右，實現了球團比例上升后高爐煤氣流分布合理、中心氣流穩定。

2020 年高爐球團礦使用比例和熔劑單耗變化趨勢如圖1 所示。

圖1 高爐球團比與熔劑單耗變化趨勢

從圖1 可以看出，2020 年上半年球團比調整幅度較大，2 月、3 月以及6 月球團比例都較高，熔劑單耗也出現相應下降，5－7 月由于爐況波動，球團比例下調和焦比上升等因素熔劑單耗整體偏高。從8 月開始，隨著爐況的穩定和球團比例的穩步上升，熔劑單耗出現較為明顯降低，至2020年12 月球團比例上升至10%左右，熔劑單耗也下降至2 kg/t，2020 年第四季度平均熔劑單耗2.2 kg/t，為歷史最好水平。

2.2 配加高SiO2 塊礦

2021 年，由于礦石價格上漲等原因，五號高爐全年球團比保持5%左右，其主要爐料結構為燒結78%+球團5%+生礦17%。高爐使用塊礦為哈混塊礦，為減少硅石和蛇紋石的用量，在保證爐況順行的基礎上，加入了性價比較好的海南塊礦或毛塔塊礦，其成分見表5。

表5 2019－2021 年五號高爐常用塊礦成分

從表5 可以看出，海南塊礦和毛塔塊礦的SiO2含量明顯高于哈混塊礦的，而Al2O3含量哈混塊礦中Al2O3含量相當，因此增加海南塊礦或毛塔塊礦的使用可以有效增加爐料中SiO2含量，減少硅石和蛇紋石的使用，降低熔劑單耗。根據成本核算和爐況順行情況摸索出海南礦或毛塔礦的使用量適宜控制在塊礦的5%左右。

2021 年高爐酸性塊礦使用比例和熔劑單耗變化趨勢如圖2 所示?？紤]11 月和12 月因海南塊礦斷貨等原因，數據不具參考性，未將其進行對比。

圖2 2021 年梅鋼五號高爐酸性塊礦使用比例與熔劑單耗變化趨勢

從圖2 可以看出，上半年酸性塊礦使用比例調整幅度較大，隨著使用比例的增加，熔劑單耗下降，考慮使用量過多會增加渣比，對降低成本不利，下半年酸性塊礦使用比例基本維持在5%左右，熔劑單耗量也穩定在7～10 kg/t。與2020 年下半年相比略有上升，但從長期數值來看，依舊處于較好水平。

2.3 適當提高高爐渣堿度

五號高爐生產中主要通過添加硅石和蛇紋石來調節爐渣堿度和鎂鋁比。近年來高爐爐渣堿度和鎂鋁比變化情況見表6。

表6 2019－2021 年梅鋼五號高爐爐渣堿度與鎂鋁比變化表

從表6 可以看出，近3 年以來五號高爐爐渣堿度整體呈現上升趨勢，提高爐渣堿度可以減少硅石的加入，降低高爐熔劑單耗，爐渣在可流動的溫度下，酸性渣比堿性渣粘度大，在CaO%<50%的情況下，隨著堿度的提高，爐渣粘度不斷下降，若堿度過高，渣中易產生不能完全熔化的固相顆粒，使粘度增加，因此從爐渣粘度合適的角度出發，堿度應保持在0.80～1.25 之間[2]。目前五號高爐爐渣堿度能夠滿足流動性需求，生產中未發生爐渣流動性變差事件。五號高爐渣中Al2O3含量呈現下降趨勢，其主要原因是爐料中酸性球團礦和酸性塊礦的增加，其Al2O3含量較燒結礦中Al2O3含量少，當爐渣中Al2O3%=15%～17%時，爐渣適宜的鎂鋁比為0.40～0.50[3]，因此爐渣中Al2O3含量下降可以減少蛇紋石的使用，也可以達到降低熔劑單耗的目的。

3 應用效果

梅鋼五號高爐通過增加爐料中酸性球團礦使用比例和酸性塊礦使用比例等方式減少了高爐熔劑的使用，從而降低了爐料渣比，降低了高爐焦比，提高了高爐利用系數，具體數據見表7。

表7 2019－2021 年梅鋼五號高爐部分經濟指標完成情況

從表7 可以看出，2020 年和2021 年五號高爐熔劑單耗有明顯下降，高爐渣比也隨之下行，這使得高爐焦比下降，高爐利用系數上升，高爐渣比下降對高爐順行有積極意義，2020 年下半年至2021 年底，高爐連續順行16 個月，高爐日鐵水產量近萬噸。

4 結語

梅鋼大高爐通過優化燒結礦用料結構，穩定燒結礦質量；增加球團礦使用比例；增加酸性塊礦使用比例；適當提高高爐爐渣堿度來實現低熔劑消耗生產。從使用效果看，降低高爐熔劑消耗的最有效方式是增加球團礦的使用比例，且球團礦品位高，使用量增加不會造成渣比上升，但其缺點是市場價格較高。使用酸性塊礦同樣能降低高爐熔劑單耗，且酸性塊礦市場價格相比于球團礦低，但是酸性塊礦品位低，大量使用同樣會增加高爐渣比。因此，建議在高爐生產中根據市場價格和高爐實際渣比等因素靈活調整球團礦和酸性塊礦的使用比例。