汉钢2号高炉含钛矿护炉分析

张 颖

（陕钢集团汉中钢铁有限责任公司， 陕西 勉县 724200）

陕钢集团汉钢公司（全文简称汉钢）2号高炉有效容积2280 m3，于2012年8月14日点火开炉，该高炉采用软水密闭循环冷却系统和陶瓷杯炉底炉缸结构。由于各种因素影响从2015年开始2号高炉炉缸侧壁局部温度缓慢上升，至2018年2月—7月份高炉本体标高9.394m07B 和05B 点（热电偶插入深度540 mm）温度最高分别为703 ℃和694 ℃；标高10.196m07B 点（热电偶插入深度890 mm）温度570 ℃。经测算高炉本体标高9.394m07B 点碳砖最薄处剩余厚度约740 mm。根据炉底炉缸热流强度和温度分布情况，结合炉缸寝室模型判断该部位陶瓷杯已被大面积侵蚀，炉缸区域碳砖“蒜头”侵蚀已形成，影响着高炉的安全生产，需要采取必要的护炉措施，经过研究决定在汉钢2号高炉配加含钛球团矿进行护炉。

1 入炉料中含钛矿配加比例

1.1 含钛矿护炉机理

炉料中的TiO2进入炉缸后被还原成Ti 元素，Ti元素在与炉内的C 元素和N 元素结合生成TiC、TiN及固溶体Ti（C,N），而TiC 的熔化温度为3150 ℃，TiN 的熔化温度为2950 ℃，这些高熔点物质在炉缸内很难被熔化。它们再与铁水中析出的石墨结合在一起进入被侵蚀的砖缝，并在冷却系统的作用下在炉底表面凝结成保护层，从而达到减缓侵蚀和对炉缸炉底起到保护作用。

1.2 入炉料中含钛矿配加比例

本次护炉研究是在球团矿中配加不同比例的含钛磁铁矿粉，其中高钛矿比例为30%，对应球团矿中的w（TiO2）约为3.5%，低钛矿比例为15%，对应球团矿中的w（TiO2）约为0.5%，详见表1、表2。当含钛球团矿入炉后通过控制炉温高低来控制铁水中[Ti]的含量，并结合冷却制度来实现护炉效果。

表1 含钛磁铁矿粉成分 %

表2 含钛矿结构情况

1.3 护炉效果分析

第一阶段试验期为8 d（8月26日—9月2日），从2018年8月26日开始在高炉中使用高钛球团矿（w（TiO2）为3.5%左右，见下页图1），2号高炉控制炉温在0.45%左右，生铁中[Ti]含量（质量分数）为0.22%左右（见下页表3），铁水的流动性较差，易出现炉况难行、铁水粘沟粘罐等现象，但护炉效果较好。8月26日—8月30日高炉本体标高8.592m07B点、标高9.394m07B 点、标高10.196m07B 点温度上升趋势减缓，8月31日（6 d 后）3个高温点温度均呈下降趋势，第8 天高温点温度下降43～47 ℃，护炉取得阶段性进展，详见下页图2。

图1 实验阶段入炉球团矿中TiO2 含量

表3 2018年8—10月份护炉实验情况

图2 2018年2号高炉炉缸侧壁高温点变化趋势

第二阶段试验期为6 d（9月3日—8日），为了减少炉况难行风险，防止出现炉缸热结现象，此阶段适当降低生铁含硅量，控制炉温为0.30%～0.35%左右。9月3日开始使用低钛球团矿w（TiO2为0.5%左右），三个高温点温度略有回升，其中高炉本体标高8.592m07B 点温度涨幅最高，至9月5日温度由473℃升高至493 ℃，3 天涨幅20 ℃。

第三阶段试验期为4d（9月9日—12日），考虑到炉缸侧壁温度回升，再次使用高钛球团矿，继续控制炉温（w（Si））在0.30%～0.35%，观察3个高温点情况发现温度下降趋势明显。

第四阶段试验期为8 d（9月13日—21日），此阶段使用低钛球团矿，炉温按0.35%左右控制，继续观察温度波动情况。运行3 d 后发现除标高9.394m07B 点温度下降外，其他两点温度又有上升趋势，8月17日达到最大值后又有下降趋势。

第五阶段试验期为2d（9月22日—25日），此阶段增大系统冷却水流量，即由4200 m3/h 增加到4500 m3/h，再次使用高钛球团矿，炉温按0.35%控制，炉缸侧壁高温点呈继续下降趋势。

第六阶段试验期为29 d（9月25日—10月24日），使用低钛球团矿，炉温按0.35%控制。此阶段前期高炉本体标高9.394m07B 点温度下降，其余两点温度稳定在430～480 ℃之间波动，此后三个高温点温度呈下降趋势。10月25日高炉休风以后，各高温点温度急剧下降。

通过生产实践后发现从8月26 至10月24日这2个月来，高炉本体标高8.592m07B 点温度由703 ℃降至450 ℃，降低了166 ℃；标高9.394m07B 点温度由558 ℃降至404 ℃，降低了154 ℃；标高10.196m07B 点温度由694 ℃降至382 ℃，降低了172 ℃。

2 炉温与铁水中钛含量变化关系

通过2018年8月底到10月下旬的生产实践发现铁水中的钛含量与生铁中含硅量呈正相关关系，且球团矿中钛含量和炉温越高，铁水中钛含量也越高，详见图3。

图3 生铁中硅含量和钛含量的变化曲线

当入炉球团矿中w（TiO2）为3.5%时，控制炉温在w(Si)为0.32%～0.45%时，生铁中w（Ti）在0.14%～0.22%左右，详见表3。当入炉球团矿中w（TiO2）为0.5%时，控制炉温w(Si)在0.3%～0.35%时（炉温为什么是%），生铁中w[Ti]在0.11%～0.16%左右。当入炉球团矿中w（TiO2）为3.5%，炉温w(Si)由0.45%升高到0.9%时，生铁中w[Ti]由0.22%升高至0.34%左右。当入炉球团矿中w（TiO2）由3.5%降低至0.5%，生铁中w[Si]从0.45%下降至0.33%时，生铁中w[Ti]由0.22%下降至0.16%左右，下降约0.06%左右。

当生铁中w[Si]+w[Ti]＞0.5%时，铁水流动性开始变差；当生铁中w[Si]+w[Ti]＞0.6%时，铁水流动性明显变差，出现铁沟和粘沟现象；当生铁中w[Si]+w[Ti]＞0.8%时，铁水流动性极差，出现铁沟和粘沟严重现象；当生铁中w[Si]+w[Ti]＞0.9%时，严重影响正常生产，高炉容易出现难行、悬料现象。

3 含钛矿护炉所需周期

通过2018年8月—10月份的生产实践发现，当在球团矿中配加w(TiO2)为3.5%时，控制炉温在0.45%左右，第6 d 炉缸侧壁温度开始下降，第7 d 可降低高温点温度43 ℃，初步达到护炉效果。

当控制球团矿中配加w（TiO2）为0.5%时，控制炉温w(Si)在0.35%左右，第12d 炉缸侧壁温度开始下降，第19 d 可降低高温点温度50 ℃以上，达到护炉效果。

当反复控制球团矿中配加w（TiO2）为3.5%或0.5%时，控制炉温w(Si)在0.3%～0.35%左右，此时铁水中w[Ti]约为0.11%～0.16%，炉缸侧壁高温点温度有波动，但仍然能够保持护炉效果，详见图4。

图4 2018年8月—2019年9月2号高炉炉缸异常点温度趋势

4 结论

通过2018年8月—2019年9月为期一年的护炉实践，汉钢公司炼铁厂2号高炉目前标高9.394m05B 和07B 点，标高10.196m07B 点的温度由最高703 ℃、694 ℃、570 ℃逐步下降至366 ℃、430 ℃、371 ℃，目前基本保持在450 ℃以下，经生产实践总结：

1）在冷却制度不变的情况下，炉料中的w（TiO2）达到18～20 kg/t 时护炉效果明显，7～10 d 左右可完成护炉。

2）入炉料中w（TiO2）在10～12 kg/t 时，铁水中w[Ti]约在0.11%～0.16%左右，仍然能够长期达到护炉效果。

3）当生铁中w[Si]在0.40%～0.70%时，钛的回收率在18%～30%之间，随炉温升高基本呈正比递增关系。

4）当生铁中w[Ti]在0.10%～0.15%之间，护炉作用明显且对生产影响较小，炉温控制过高虽然钛的回收率升高，但对正常生产有很大影响作用。

5）当生铁中w[Ti]在0.2%～0.3%之间，虽然护炉效果更好，但容易破坏炉况顺行，甚至造成“炉缸热结”，并黏铁水罐和铁沟严重，会对正常生产有严重影响。