汪玉华 莫朝兴 钱海涛 韦正强 邱未名 许正国
（柳州钢铁股份有限公司）
摘 要 为应对严峻的钢铁行业市场形势，柳钢炼铁总厂持续优化经济炉料结构，进一步降低铁水成本,2650m³高炉探索使用烧结矿+块矿的炉料结构，取消球团矿使用。在降低球团比过程中，重点从提高原燃料质量、治理铁口喷溅、优化上下部调剂、合理控制炉温和炉渣成分等措施，成功实现零球团比生产。在大量使用经济炉料的生产条件下，保持了高炉炉况稳定顺行，在0%的球团比，20%以上块矿比炉料结构构下，实现了520kg/t左右燃料比、185kg/t煤比的良好经济技术指标。
关键词 零球团 高比例块矿 经济炉料
在当前全球经济放缓、钢铁产能过剩、环保压力增大以及原材料价格波动等问题下，钢铁行业供需矛盾突出、盈利能力下降。为了应对严峻复杂的市场形势，各钢铁企业纷纷将低成本运营作为钢铁行业生产的主旋律。在此大环境下，柳钢集团提出“五精”“七大”“六为”“六极”“六向”等战略决策，炼铁总厂坚持以“高炉稳定顺行为基础，研究低耗创高产，行稳致远”的原则，推行经济炉料冶炼，持续开展降本增效攻关。2024年以来，柳州本部在综合研判球团精粉性价比不高和球团工序进行环保改造投资预算较大的情况下，柳钢各高炉炉料结构逐渐转向大比例烧结矿+块矿。2650m³高炉在此生产条件下持续开展“提块降球、提烧降球”攻关，在生产实践中摸索出了适合自身生产条件下的操作方法，成功实现零球比生产。
1 取消球团矿生产的替代思路
柳州本部球团矿与烧结矿的价差约为100元/t，球团矿与块矿的价差约为150元/t，所以用烧结和块矿代替球团矿均存在较大的降成本空间。柳钢2650m³高炉近几年的炉料结构为74%烧结矿+18%球团矿+8%块矿，球团矿占比较大。通过“提块降球”和“提烧降球”两步走的思路逐步取消球团矿生产，熟料率由之前的92%左右降低至80%左右。柳州本部配置1台110m²、1台265m²、3台360m²烧结机，能满足烧结矿使用比例80%以上需求，烧结产能比较充足。为了保证降球比过程平稳落地，减少对高炉炉况的影响。第一阶段“提块降球”,稳定75%左右的烧结比，逐步推进“以块代球”工作，实现了月度生矿比例逐步增加，结合采购降本、降库存,至6月份块矿稳定达到17%左右。第二阶段“提烧降球”，维持17%左右的块矿比，主要发挥烧结机产能优势，推进“以烧代球”工作，充分利用现有烧结矿良好的高温治金性能，支撑高炉稳定顺行与增产降耗，至9月份烧结比达到83%左右，10月份实现零球比，同时取得了较好的经济技术指标（见表1）。
2 取消球团矿的生产特点
2.1 品位下降渣量增加
2024年以来，柳钢逐步提高经济炉料的使用比例，在烧结矿配加阿特拉斯粉、澳超特粉等高烧损矿粉，块矿配加屯秋矿、阿特拉斯块等低品位矿种（见表2），2650m³高炉综合入炉品位由年初的57.84%下降至56.1%，品位下降后渣量增加。
2.2 透气性下降
一方面由于入炉综合品位下降渣量增加，使高炉透气透液性变差，压差升高。另一方面生矿含有大量结晶水及碳酸盐，天然具有热爆裂性且低温还原粉化率高等特点，软化温度低软熔区间宽，冶金性能弱于球团矿。大量的生产实践表明[1]-[4]，用块矿代替部分球团矿后，高炉上部透气性下降，导致炉内压差上升。稳定17%块矿后，在“提烧降球”阶段，通过进行不同比例炉料结构熔滴性试验结果（如表3）可以看出，随着球团比下降烧结比上升，软熔温度区间T2、最大压差都有不同程度的上升。综上可以得出，在整个降球阶段，炉料结构的透气性是呈下降趋势的。
2.3 布料特性发生变化
烧结矿和块矿由于粒度范围大，形状不规则，在布料中不易发生滚动容易控制，球团矿形状规则，粒度也比较均匀，布料易滚动较难控制。所以，取消球团矿的过程中，随着烧结矿和块矿的增加，布料平台会发生一定变化，进而影响煤气流的分布，需要实时结合高炉炉料结构的特性，通过槽下混料、炉顶布料等多工序的优化操作，实现炉料的合理分布，从而提高煤气利用率。
2.4 炉渣中Al2O3含量上升
由于澳矿Al2O3偏高，2024年以来，2650m³高炉烧结矿配矿以澳矿为主，块矿中98%为也为澳矿，在逐步取消球团矿过程中，高炉炉渣中的Al2O3由年初15%左右逐步上升到16%以上。Al2O3含量升高，造成炉渣粘度增加，流动性变差，脱硫效果变差，增加了高炉操作难度。
3 取消球团矿的主要应对技术措施
为保证取消球团比生产过程中，高炉炉况稳定受控和取得较好的指标，从提高原燃料质量、治理铁口喷溅、上下部优化调整、炉前出铁等方面采取应对措施。
3.1 提高原燃料质量
3.1.1 提高烧结转鼓强度
相比于烧结矿，球团矿的冶金性能差一些且价格偏贵，用烧结矿代替球团矿有利于改善炉料的冶金性能，同时烧结矿转鼓强度的提高，可以有效改善“提块降球”后的料柱透气性。2650m³高炉配用80%的3-360㎡烧结矿（转鼓76%左右），同时配20%的265㎡烧结矿（转鼓75.5%左右），在265㎡烧结机检修时配110㎡烧结矿（74.5%左右）。为了提高转鼓强度，为取消球团比和进一步优化指标打基础，3-360㎡烧结机在2024年4月检修期间，加高台车栏板，复产后开展“厚料层慢烧”攻关，细化收严收窄操作参数，点火温度区间由750℃-1050℃收窄为900℃-1000℃。通过这些措施，检修后3-360㎡烧结矿的转鼓强度较检修前提高了约4%，为经济炉料条件下降球比工作奠定了坚实基础，3-360㎡烧结转鼓强度实际值见图1。
3.1.2 稳定焦炭质量
高炉取消球团后带来的料柱透气性变差，保证焦炭的料柱骨架作用是重点工作。柳钢通过制定高炉入炉原燃料底限标准，优化原燃料技术标准、预检制度、性价比评价规则等流程，强化工艺过程参数管理和成本管理，在兼顾成本的同时，尽量采购较好的一类主焦煤、一类1/3焦煤，保证“骨架煤”质量的稳定，在焦化配煤方面，整体提高气煤+贫瘦煤比例，增加高性价比进口煤比例，焦炭热强度稳中有升，焦炭灰分和硫分明显下降，2024年来2650m³高炉焦炭质量指标见表4。
3.2 抓块矿筛分
块矿由于粒度不均、水分重、粉末量大，特别是在雨季，在筛分过程中粉末容易粘附在筛面上，导致筛分面积减少，进而影响筛分效率，所以筛分效果的好坏对于提高块矿比例有决定性作用。通过采取多级、分仓的方式加强筛分减少入炉粉末。一是在块矿料场利用强力筛进行初次筛分；二是将高炉槽下块矿筛网更换为聚氨酯块矿专用筛网，聚氨酯块矿专用筛网不易堵，筛分效率大大提高；三是取消球团矿后，空余2个球团仓，将球团仓将球团仓筛网改为聚氨酯块矿专用筛网，用1个块矿仓+2个球团仓筛分块矿，块矿入炉含粉率(<5mm比例)降至2%左右。
3.3 根治铁口喷溅
2650m³高炉自2023年2月开炉后因铁口窜煤气存在不同程度的铁口喷溅，一直影响到高炉的稳定顺行和指标优化工作。为了根治铁口喷溅，2024年初年修期间，通过在炉缸1-4段冷却壁炉壳部位开孔至冷却壁热面，然后压入高流动性碳质高导热灌浆料，铁口喷溅基本消除。该浆料在冷却壁间隙中不会凝固，可以通过耐材的缝隙自由流动，从而填充炉缸窜煤气的缝隙通道。后又在生产过程中分2次在线灌浆进行巩固，彻底根治了铁口喷溅，为高炉解决稳定顺行问题和下一步取消球团矿扫清了障碍。
3.4 以“上稳下活”的思路优化上下部调剂
3.4.1 优化上料和布料
球团矿具有粒度相对均匀、自然堆角小、布料易滚动等特点，随着炉料中球团矿配比逐步降至零，料面堆角趋于平坦[5]。所以上部装料制度要根据炉料结构变化进行相应的调整，以保持合理的煤气流分布。主要从三方面进行调节。一是优化槽下混料，原则是让软熔性能差的块矿铺在布料平台中间位置，烧结矿先20s放料，然后块矿和焦丁平铺于其上，最后20s以烧结矿收尾，。实现块矿与烧结混匀入炉，减少高块矿配比对煤气流的影响。二是布料制度的选择。由于球团矿布料易滚动的特点，在料面下降的过程中容易滚向中心，造成中心无矿区面积减小，进而抑制中心气流，随着球团矿比例不断下降，滚向中心的矿石减少，料面平台更加稳定，中心气流得到释放，有变强的趋势，上部布料制度采取拉开矿石平台，主要以收中心气流为主，同时照顾边缘气流，来保持高炉稳定顺行和提高煤气利用率改善指标。三是使用柳钢首创的精准布料技术[6]，实现了高炉在中心加焦模式下的制度优化和精确控制，促进对高炉内部煤气流的疏导和煤气利用率的提高,为高炉取消球团比、优化指标创造了有利条件。在“提块降球”阶段形成了以
同角差为代表的装料制度，在“提烧降球”阶段随着块矿比和烧结比进一步提升，中心气流比较充沛，通过增加矿石圈数拉开平台，进一步收小中心气流，提高煤气利用率，形成了
为代表的装料制度，该制度下高炉中心气流集中有力、边缘气流均匀柔和，炉顶温度降至100℃左右，操作炉型稳定，水温差稳定在3-4℃，抗原燃料波动能力强。
3.4.2 优化送风制度
因块矿用量增加后，软熔带变厚、位置上升，恶化高炉透气性，因此送风制度方面一是提高鼓风动能吹透中心活跃炉缸，风量由年初的5140m³/min提高至5320m³/h，鼓风动能由138kJ/s提高到了145kJ/s，保证了良好的炉缸活跃性，通过扩大矿石批重（70t→83t）强化冶炼，日产量由7300t/d提高至8200t/d。二是采取综合鼓风提高理论燃烧温度，降低软熔带位置，主要措施是使用1230℃的高风温，采用脱湿鼓风湿度稳定在8g/m³，在2024年下半年进行提煤降焦攻关过程中，随着煤比的提升，富氧量由18000m³/h大幅度提高至25500m³/h，富氧率达到5.5%，通过综合措施理论燃烧温度保持在2300℃左右。
3.7 炉温、炉渣的控制
由于柳钢烧结矿和块矿的澳矿比例上升，炉渣中的Al2O3由年初15%左右，上升到16.5%以上。沈峰满等[7]研究认为高炉炉渣Al2O3含量上升，给高炉冶炼带来炉渣黏度上升和炉渣脱硫能力的相对下降两个问题，可以通过控制合理的镁铝比来解决这两个问题，为了在确保高炉正常冶炼前提下最大限度地降低生产成本与工序能耗，当炉渣Al2O3 在15-17%时，炉渣适宜的镁铝比为0.4-0.5%。韩宏松等[8]研究认为控制较高(MgO)及镁铝比不是唯一维持高Al2O3炉渣良好流动性的技术手段，可以通过适当提高炉渣R2，降低高Al2O3炉渣黏度，改善流动性。2650m³高炉在炉渣Al2O3上升时，通过控制合理的镁铝比和较高的炉渣碱度进行应对。具体是逐步降低MgO的含量，控制制镁铝比在0.4-0.5%范围，同时将炉渣二元碱度由1.15逐步提高至1.25，一方面可改善炉渣黏度，另一方面保证了高炉在低硅冶炼条件下，铁水物理热大于1500℃。
3.8 炉前出铁管理
品位下降渣量增加和炉料结构的变化均使高炉透气性下降，在这种情况下，及时净渣铁对于提高透气性就显得尤为关键。2650m³高炉通过对铁口深度、打泥量、出铁间隔时间等作出统一要求，铁口深度保持在3.1-3.2米根据炉温情况，合理使用φ55、φ60的钻头，日常控制出铁速度＞5t/min，每炉铁平均流速5.5-6t/min，零间隔出铁模式，在渣铁未及时出尽时，要求重叠出铁。
4 结语
（1）柳钢2650m³高炉通过优化操作，成功实现了零球比生产，并取得了良好的经济技术指标。这表明在特定条件下，高炉可以完全依赖烧结矿和块矿进行生产，从而降低成本。
（2）提高原燃料质量是保证取消球团比条件下高炉透气性的关键，通过提高烧结矿转鼓强度和焦炭质量，并加强块矿筛分，减少入炉粉末，改善了高炉透气性。
（3）根治了铁口喷溅，根据炉料结构变化，优化装料制度和送风制度，保持了合理的煤气流分布，提高了炉缸活跃性，根据需要控制合理的镁铝比和较高的炉渣碱度，确保了高Al2O3炉渣的流动性。
（4）在大量使用经济炉料条件下，2650m³高炉保持了炉况稳定顺行，实现零球比生产及20%以上高比例块矿、520kg/t左右的燃料比、185kg/t左右的煤比等良好经济技术指标。
参考文献
[1] 李伟华,唐银华,马西武.新钢高炉提高块矿用量降本生产实践[J].山西冶金,2024,47(03):151-154
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[3] 朱勇军,徐辉,王士彬.宝钢4号高炉提高块矿比例实践[J].炼铁,2019,38(1):32-35.
[4] 卢光辉.高炉提高块矿比生产实践[J].金属世界,2016(2):44-46.
[5] 张培峰.高球团比生产的操作制度优化探讨[C]//中国金属学会.第十一届中国钢铁年会论文集——S01.炼铁与原料.宝山钢铁股份有限公司总部炼铁厂;,2017:5.
[6] 莫朝兴,林锋,谢庆生,等.高炉精准布焦炭方法[P].广西:CN201811073416.0,2018-12-07.
[7] 沈峰满,姜鑫,高强健,等.高炉炉渣适宜镁铝比的理论基础[J].炼铁,2019,38(02):17-21.
[8] 韩宏松,沈峰满,姜鑫,毕传光,张正好.梅钢5号高炉高(Al2O3)渣降(MgO)冶炼实践[J].炼铁,2016,35(5):26-28
