提高铁水质量的实践

张文政

（天津天钢联合特钢有限公司，天津301500）

0 引言

天津天钢联合特钢有限公司（联合特钢）炼铁厂现有500 m3高炉两座，1 080 m3高炉三座，年产铁432 万吨。高炉采用顶燃式热风炉、料车斜桥上料、并罐无料钟炉顶，煤气系统采用重力除尘器加布袋除尘器。近年来钢铁企业经营压力不断加大，高炉主要以低成本模式来组织生产，为了降低原燃料的采购成本，导致进厂原燃料种类增多，品质差异大，已经影响到了高炉的正常生产。同时受特殊时期环保限产的影响，烧结阶段性停机已成为钢铁企业的常态，导致烧结矿生产波动性大、质量稳定性差。如何在目前的条件下提高铁水质量成为联合特钢面临的新的课题。

面对这种非稳态的生产外部条件，联合特钢积极组织应对，围绕提高铁水质量、降低焦比、增加铁水产量展开了技术攻关，明确了以降低铁水硅及硫含量为技术攻关的首要目标。通过分析目前高炉原料供应和生产现状，找出了影响降低铁水硅及硫含量的关键因素，提出了改进方向和措施。据行业经验，铁水含硅量每降低0.1%，焦比降低6 kg/t，产量提升0.6%。

1 影响高炉铁水质量的因素分析

1.1 入炉焦炭质量影响

随着日益严峻的环保形势,上游焦化工序，以及相关辅料等相关产业受到环保减排和限产的压力,使得高炉入炉原燃料质量波动加大。由于钢联合特钢高炉的焦炭100%依赖外购，焦炭的种类和质量均受行业的生产形势制约。特别是环保限产期间，上游焦化厂受环保减排影响，导致焦炭供货量不足，同时由于延长熄焦时间造成了焦炭质量不稳定，给高炉的稳定顺行造成影响。

1.2 入炉含铁料结构不稳定的影响

受特殊时期环保限产的影响，烧结阶段性停机已经成为常态，使得烧结矿供应量受到限制。为了保证烧结矿的供应，需要调整入炉料结构，降低烧结矿配比，配加一定比例的球团矿或者块矿，同时烧结矿的碱度也要做出相应的调整，造成高炉炉料结构不稳定。

综上所述，高炉焦炭和炉料结构的频繁变化，是制约高炉稳定顺行和铁水质量的关键因素之一。因此，要采取相应措施来减少和避免入炉焦炭热强度的波动，提高主要入炉原料的质量，以及保持炉料结构的相对平稳变化，从而保证铁水质量的稳定。

2 提高铁水质量的主要方向和措施

2.1 高炉铁水硫含量的研究与控制

目前联合特钢高炉入炉硫负荷月平均值在4.4 kg/t，最高时甚至达到5.59 kg/t。为了分析铁水中硫的分布情况，选取联合特钢2019 年11 月1#高炉的生产数据进行硫平衡的计算，如表1 所示。

表1 1#高炉硫的输入输出分布情况

如表1 所示，高炉硫负荷的80%是焦炭燃烧带入的，12%是高炉喷吹煤粉带入的，6%是块矿带入的。为了降低生产成本，高炉配吃部分天然块矿，配吃比例10%～20%之间，块矿带入一定比例的硫。烧结工艺生产过程，能够去除混合料中以硫化物形态存在的硫达90%以上，所以烧结矿带入的硫负荷较少。目前由于联合特钢外购的焦炭、高炉喷吹煤、生矿的供应量和质量并不稳定，造成了高炉硫负荷的波动较大，铁水质量不稳定。

铁水中的硫含量主要与硫负荷的高低、渣量的多少和硫在渣铁中的分配系数有关，这三个参数之间相互作用共同导致铁水硫的高低。渣量和硫负荷是由入炉原燃料条件决定的，因此，提高硫在渣铁间的分配系数（S）/[S]，是实际生产中控制硫含量的主要研究方向和内容。

2.1.1 炉渣碱度的控制

铁水硫含量与炉渣碱度密切相关，炉渣碱度提高有利于提高硫在渣铁间的分配系数（S）/[S]，降低铁水中的硫含量。但是，碱度过高使渣的流动性变坏，使脱硫反应的动力学条件变差，反而使炉渣的脱硫能力降低，高碱度渣只有在保证良好流动性的前提下才能发挥作用。因此在保证炉渣流动性的前提下适当提高炉渣碱度。

2.1.2 渣量的控制

铁水硫含量的高低与炉渣的多少表面上呈反比，渣量越大，越有利于脱除铁水中的硫，但渣量多了，消耗的热量就增加了，热量降低不利于铁水的硫的去除。综合分析减少渣量对于铁水脱硫是比较有利的，这也是大多数企业提倡提高综合入炉品位的原因。

2.1.3 渣铁温度的控制

由于脱硫反应是吸热反应，提高渣铁温度有利于提高硫在渣铁间的分配系数（S）/[S]，对脱硫反应有利。同时高的渣铁温度可以降低炉渣黏度，对脱硫反应也是有利的。因此在燃料比不变的情况下通过提高热风温度，可以有效提高渣铁温度。联合特钢通过增加热风炉自动烧炉控制系统，空气、煤气双预热技术改造，充分的利用了高炉煤气，使热风温度平均控制在1 185 ℃以上。

2.1.4 高炉操作的控制

当高炉不顺行、煤气流分布失常，炉缸工作不均匀时，高炉脱硫效果降低，生铁含硫量升高。因此，正确运用高炉各种上下调节方法，保证高炉顺行，是充分发挥炉渣脱硫能力，降低生铁含硫量的重要手段。

2.1.5 炉前出铁操作的控制

炉前出铁方面，维护合理的铁口深度，根据冶炼强度确定出铁流速[1]，合理的控制出铁时间，保持炉缸内渣铁液面幅度波动不大。通过稳定炉前出铁操作，消除高炉亏铁对高炉热制度的影响，减小不同出铁场的铁水温度波动。

综上所述，适当提高炉渣碱度、提高渣铁温度、保持高炉顺行和稳定炉前出铁操作，可以降低铁水硫的含量。另外大渣量可以脱硫，但不能提高（S）/[S]，还会影响铁水温度的提高，所以不建议采用。

2.2 铁水硅含量的研究与控制

铁水硅的来源主要由烧结矿、球团矿、块矿的脉石和入炉燃料焦炭、煤粉的灰分共同带入。其次铁水硅含量控制取决于高炉稳定顺行程度，只有在高炉炉况稳定顺行的前提下，铁水硅含量才能实现稳定降低。通过加强入炉原燃料质量控制，强化高炉操作，合理搭配入炉料的结构，可实现高炉稳定顺行和低硅冶炼。

2.2.1 入炉原燃料质量的控制

在高炉操作中特别注重入炉原料质量控制，俗话说高炉操作七分靠原料，三分靠操作，可见入炉料质量控制的重要性。因此铁水降硅主要从焦炭质量控制和原料质量控制开展工作。

（1）入炉焦炭质量的控制。焦炭的质量是造成高炉炉况和铁水质量波动的主要原因。通过跟踪焦炭指标（焦炭热强度、粒度、水份、灰分、硫分）的变化，及时发现焦炭的质量波动，通过合理搭配焦炭种类，确保入炉焦炭质量稳定。

（2）入炉原料质量的控制。一是要加强入炉烧结矿质量控制，烧结矿作为高炉炼铁的主要原料[2]，其配比高达70%以上，烧结矿的质量对高炉的影响非常大，因此要加强料场管理，提高混匀料质量，摸索合理的烧结热工参数，控制合适的水分含量和碳含量，使烧结矿的碱度稳定性、亚铁含量、低温还原粉化指数（+3.15）、烧结矿＜10 mm 粒度占比等理化指标得到稳步提高。二是要加强入炉球团矿质量控制，重点对球团抗压强度＜2 200 N 的个数、球团矿碱金属（Na2O+K2O）和球团矿锌（Zn）进行跟踪，出现异常及时进行调整。三是要加强入炉块矿质量控制，对入炉块矿进行热爆性实验，通过性价比测算，选择热爆性低的块矿进行合理配加，降低高炉上部原料的粉化，提高高炉的透气性。

2.2.2 高炉操作的控制

高炉操作者根据高炉各方向不同高度的静压差的变化以及高炉总体压差的变化情况，利用数据挖掘技术及时识别高炉气流和料柱的运动分布情况，推断影响炉况变化的时间和大小，进而采取有效措施将炉况及时恢复到正常状态，保证高炉的稳定和顺行。

当高炉向热时，容易引起炉身静压差的波动，炉腹部位的静压差升高，同时炉身中下部压差也逐渐爬坡，整体料柱压差上升，料速变慢。此时应采取降低炉温的措施，降低高炉压差，保证高炉的稳定顺行。

2.2.3 入炉料结构的控制

高炉入炉料的结构组成，决定了高炉炉渣成分的组成。通过调整入炉料的结构，在保证顺行的基础上适当提高炉渣碱度，控制渣中合理的镁铝比，它不仅抑制SiO2的还原反应，还可以保证炉渣的良好流动性，而且能提高炉渣脱硫能力和熔化温度，有利于保持充足的炉缸温度，为低硅冶炼创造了条件。

3 提高铁水质量的效果

通过对非稳态条件下高炉铁水质量控制的研究和措施的实施，天津天钢联合特钢高炉铁水质量控制水平有了大幅提高，目前铁水硫含量平均值在0.025%以下，铁水硅含量平均值在0.35%以下。铁水硅含量的过程控制水平PPK 和PPU 指数均在1.33以上，说明铁水硅含量的过程控制能力充足。

4 结论

通过对钢联合特目前的高炉原料供应和生产现状的分析，找到了影响铁水质量的关键因素，制定了降低铁水硅及硫含量的方向和主要措施。通过加强入炉原燃料质量控制，强化高炉操作，优化合理的入炉料结构等一系列措施，高炉铁水质量得到有效控制和明显改善。目前高炉铁水的硅和硫的含量能够满足转炉冶炼的需要，使得炼钢的成本和生产效率明显改善。