（来源：中国炼铁网）

张  波  李晓东  杨  波

（昆明钢铁股份有限公司炼铁厂）

摘  要  针对高碱、高锌负荷下，高炉存在透气性差、气流不稳、风口小套上翘、炉温和炉况波动大、产量低、消耗高等问题，通过精料降低入炉有害元素负荷，调节两股煤气流合理分布和强化渣铁排放提升碱、锌元素排出效率，合理控制炉温、富氧率促进高炉稳定顺行，高炉在54.30%左右的入炉品位下，利用系数提高到3.60 t/（m³·d），燃料比、焦比分别降低至555 kg/t和400 kg/t左右。

关键词  碱负荷  锌负荷  产量  燃料比  焦比

红钢公司1350m³高炉（以下称3号高炉）于2008年7月9日建成投产，有效容积1350m³，设有风口22个、铁口2个、渣口1个；2021年3月高炉停炉检修，进行了炉腹修复造衬，于2021年3月21日开炉投产。由于缺乏矿山、焦化厂等资源设施，长期以来3号高炉生产所需原燃料皆靠外部采购。原燃料资源紧张，用矿、用焦复杂多变，炉料中钾、钠、锌等有害元素含量高，使得入炉有害元素负荷远高于行业标准，尤其高碱负荷和高锌负荷入炉对炉况稳定顺行产生了较大的影响，高炉产量低、消耗高[1]，如表1所示。

1  高炉碱负荷、锌负荷的来源

3号高炉矿石用料结构主要为“烧结矿、南非块、昆球、华宁球”4种矿石，有时少量使用老挝块、越南块、一立球、红山球等；在焦炭用料上主要使用师宗焦和派盟焦两种主力焦种，但根据库存及采购情况亦使用其他焦种且短期配比可达20～30%。从2020年矿石成份分析来看，有害元素的含量各有高低，其中钾、钠元素在烧结矿、昆球、华宁球中含量较高；锌元素在华宁球、红山球中含量高，其次是烧结矿中。如表2所示。

结合高炉生产实际用料占比，通过分析测算，2020年3号高炉入炉平均碱负荷达6.91 kg/t、锌负荷达1.12 kg/t，远高于国标GB-5024-2008控制要求：碱负荷≤3 kg/t、锌负荷≤0.15 kg/t，也高于行业绝大部分企业。3号高炉入炉碱负荷主要由烧结矿带入，其次是焦炭、昆球、华宁球；入炉锌负荷主要来自于烧结矿，其次华宁球也带入了19.39 %的锌负荷。如图1、图2所示。

2  高碱、高锌负荷对高炉的影响

3号高炉长期处于高碱负荷和高锌负荷的生产条件下，其循环富集一方面使得高炉炉墙结厚、结瘤，有效容积减少且气流分布变化；另一方面其浸入高炉硅铝质耐材、碳砖等保护材料中，长期以往导致了炉壳破裂、风口上翘等情况发生。高碱负荷和高锌负荷，极大的影响了3号高炉的稳定顺行，增加了高炉操作难度，甚至时有炉况失常的情况发生[2]，是高炉提产降耗的一大阻力。

2.1  高炉透气性差

由于碱金属和锌元素在高炉内部的循环富集，会破坏矿焦强度，增加烧结矿、球团矿的还原粉化率，同时其吸附或渗入炉料，堵塞了矿、焦孔隙，因此高炉透气性差[3]。2020年3号高炉透气性指数维持在15000～15500 m³/min·MPa左右，高炉压差较顶压高出15kPa左右，如图3所示。此外，高炉呈现渣铁排放前后风压变换明显的状况，在高炉出铁后期及出铁间隔期间风压紧张，而开口出渣后则压量关系好转。高炉透气性差，增加了高炉炉况稳顺的操作难度。

2.2  气流不稳，炉况波动大

在高炉煤气流及渣铁的冲刷下，炉墙上黏结的碱元素和锌元素并不稳定。[4]不断黏结和脱落的碱元素、锌元素，使得高炉炉身四周冷却强度不均匀且不断变化，高炉渣皮不稳、水温差波动大，影响高炉气流的稳定分布，高炉时有边缘过吹的现象；在不均匀的气流影响下，炉墙部分位置碱、锌元素不断富集黏结，结厚、结瘤，而当黏结物随渣皮大面积脱落时，则会引起管道的发生，高炉气流急剧变化紊乱、滑料频繁，高炉顶温不可控，如4图所示。

大量黏结物脱落进入炉缸，使得炉缸温度急剧下降[5]，高炉铁水出现高硅低物理热的现象，生铁含锌急剧升高，脱硫效果转差，如图5所示；同时黏稠的渣铁，进一步恶化了高炉透气性，不利于炉况稳顺。为保证铁水质量，加快恢复炉缸温度，高炉临时采取大量喷吹煤粉、增加用焦等调整手段；此外，每次发生气流紊乱和滑料现象，高炉都不得不大量减风退氧，以稳定炉况。因此，高碱、高锌负荷使得高炉初始煤气流变换、燃料比和炉温波动大，高炉操作难度增加，炉况稳顺程度差。

2.3  风口小套上翘

长期在高碱负荷和高锌负荷的侵蚀、渗透作用下，3号高炉出现了炉身中下部炉壳裂缝，风口中套变形、煤气泄漏，以及风口小套上翘等问题。尤其以锌为主的有害元素渗入风口组合砖[6]，使得高炉风口小套上翘严重，如表3所示。风口小套上翘极大的影响了高炉初始煤气流的分布，高炉风口亮度不均匀、炉温不稳定等现象明显。

3  高碱、高锌负荷下的提产降耗措施

为降低高碱负荷和高锌负荷对高炉炉况的影响，强化高炉冶炼，提高高炉生产效率，实现提产降耗的生产目标，3号高炉从以下几个方面展开了对策实施。

3.1  实施精料方针，降低入炉碱负荷和锌负荷

为保证高炉在大风、高压、高风温、高负荷生产条件下的稳定顺行，为高炉降低消耗和提高冶炼强度打下基础，3号高炉进行了精料控制。[7]

首先，高炉加强了对烧结矿质量的管控，在烧结矿配料过程中，一方面减少含钾元素高的粉矿配比，减弱碱金属对焦炭热态性能等影响；另一方面，停用了含锌量高的污泥，避免锌元素的炉外循环；此外，不断增加烧结矿配矿中高品位粉矿占比、减少Al2O3含量，使烧结矿品位从50%左右提高至52%左右，Al2O3含量从2%左右降低至1.7%左右，如图6所示，从而达到减少渣量、改善炉渣流动性的目的，以缓解高碱、高锌负荷带来的憋风问题。

其次，高炉停用了钾、钠、锌含量较高且用量少的红山球等矿石，将烧结矿用量逐步增加并控制在71～74%左右，生矿用量逐步降低至5%以内。通过以上措施，2021年7月份以来，高炉入炉碱负荷控制低于6.50kg/t，锌负荷控制低于1.02kg/t，如表4所示。

此外，3号高炉通过加强对焦炭质量的改善，以减轻高碱、高锌元素对焦炭性能破坏后恶化高炉透气性的影响。一方面，高炉提高对主力焦种师宗焦的质量要求，使入炉焦炭反应性和反应后强度波动幅度减小并改善提升；另一方面，高炉增加了其他优质焦种的使用，以缓解采购困难等问题，确保高炉用焦质量的稳定。如表4所示，2021年7月份以来，高炉入炉焦炭平均反应性和反应后强度都得到了有效改善。

3.2  两股煤气流合理分布调节

从3号高炉锌负荷的排出统计发现，高炉炉尘中排出的锌负荷占整体排出量的平均值为95.78%，即使排出量占比较少时亦达87.95%，因此要减少锌在炉内的富集，就要加大锌随煤气的排出量[8]；此外，保持炉况稳定、顺行，减少炉温波动，也是防止锌害的有效措施[9]。为避免碱元素和锌元素在炉墙上大量富集和脱落带来的炉况、炉温波动问题，同时有效缓解高碱、高锌负荷及低品位、大渣量而带来的憋风问题，3号高炉采取了对两股煤气流合理稳定分布的操作调节。

一方面，高炉在2021年3月份停炉检修时将风口全部更换为φ120mm的风口小套，有效扩大圆周方向燃烧带，促进炉缸活跃，使初始煤气分布更加均匀；其次，高炉将入炉风量由2800m³/min左右增加至3000m³/min左右，提高了煤气的穿透性，进一步改善了料柱中煤气的分布。另一方面，高炉将矿批由35t左右逐步增加至39～41t，通过增加料层厚度抑制管道形成，避免气流过吹；此外，高炉控制料线在2.0m左右的同时，将高炉布料矩阵由过渡到进一步加强中心气流，并根据透气性情况灵活调整选择矩阵和适当控制料线深度，如：透气性较差时，短时将料线控制到2.0～2.5m，以放开中心气流、稳定顺行。在强化中心煤气流的同时适当发展边缘，使得高炉气流维持稳定顺行并促进锌负荷随中心煤气排出。通过实践，3号高炉两股煤气流合理分布，使得有害元素的富集影响减少，高炉气流更加通畅稳定且煤气利用率得到了有效提高。

3.3  强化渣铁排放

高炉炉渣是碱负荷排出的重要途径，在3号高炉碱负荷的排出占比中，通过炉渣排出的碱负荷占比达96.67%以上。加强渣铁排放，缩短碱金属在炉渣中的还原时间，抑制碱金属在炉渣中的还原和挥发[2]，可有效提高碱负荷排出率和改善高炉透气性；同时还可以减少锌在炉内的滞留时间[10]，提高锌元素的排出率。

为强化渣铁排放，3号高炉一方面加强了出铁组织，在增加使用3机车对罐的同时，加强与铁运联系对罐，并在出铁结束后及时完成堵小井口、拉罐，从而尽可能在5min内完成铁罐的对位；此外，通过加强各项基础工作的管理，提前做好渣、铁沟等设施检查工作，实现罐好即开口。另一方面，加强了对炉前工技能的培训提升，通过严格落实铁口泥套和炮嘴的清理工作，并精准控制、稳定堵口打泥量，尽量避免堵口跑泥，逐步提升铁口深度至2.80m以上，从而实现开口容易快速、出铁时间和次数稳定的目标。通过以上举措，3号高炉出铁时间占有率从不足80%提高至84%以上，有效增强了高炉渣铁的排放，如图7所示。

此外，3号高炉采取定期降碱排锌操作，防止锌的加剧富集[10]。在铁水温度充足、产品质量得到保证条件下，高炉每隔20～30天进行1次降碱操作，将炉渣碱度降低至1.15倍左右并稳定生产1～2个班以上，必要时进一步降低炉渣碱度；在高炉炉渣碱度低于1.15倍，尤其在1.11倍下生产冶炼时，高炉排锌效果明显，如图8所示。

3.4  合理操作参数控制

控制合理的操作参数，是稳定高炉炉况长周期顺行，提升碱负荷、锌负荷排出效率，减轻各类有害元素危害的有效措施，也是高炉实现高产低耗的关键所在。

3.4.1  适宜的炉温和物理热

3号高炉除碱负荷、锌负荷较高外，硫负荷与钛负荷也相对较高（2021年平均硫负荷4.51kg/t，钛负荷10.99kg/t），因此高炉在炉温和物理热的控制上既要保证高炉良好的透气性，又要确保生铁质量。通过对高炉炉温分布统计情况发现，高炉生铁含硅控制在0.20%≤[Si]≤0.40%时，高炉炉况稳顺情况及燃料比、铁水质量相对较好；此外，在高炉排碱、排锌时，呈现高硅低物理热的现象，此时[Si]不能真实的反应出高炉炉缸温度状态。因此，2021年7月份以来，高炉调整以物理热作为热制度的重要参考，[Si]作为炉况走势的判断参考。高炉调整操作物理热范围为1440～1460℃、炉温控制在0.30～0.35%左右。生产实践证明，通过合理的炉温和物理热控制，高炉炉况稳顺程度得到了大幅提高；2021年8月份以来，3号高炉铁水含硅稳定率（0.15～0.60%）大幅提高至90%以上，见表5所示。

3.4.2  适宜的富氧率

增加高炉富氧，可提高冶炼强度，增加产量[7]。2021年4月份，红钢3号高炉将富氧率由4%以下提高至5%以上，其中5～7月份平均富氧率达5.97%。高富氧的同时，高炉采取大喷吹，喷煤比提高至150kg/t；高富氧、大喷吹有效促进了高炉间接还原的发展，高炉产量大幅提高，焦比、燃料比也得到一定降低。然而，随着高炉富氧率的提高，使得理论燃烧温度过高，5～7月间3号高炉理论燃烧温度达2500℃以上；理论燃烧温度过高会引起SiO大量挥发，不利于炉况顺行，尤其是在高碱、高锌负荷条件下，3号高炉管道、悬料、崩料等情况频繁，极大的制约了高炉降低生产消耗[7]。因此，2021年8月份以来，高炉降低富氧率生产冶炼。通过生产实践发现，高炉富氧率维持在4.60%左右时，产量和消耗指标都相对较好，如表5中所示，2021年10～11月，高炉利用系数达3.60 t/（m3·d），燃料比分别为552.27kg/t和555.23kg/t。

4  高碱、高锌负荷下的提产降耗效果

高碱、高锌负荷使得高炉透气性差，出铁前后憋风严重；同时，其黏结物的形成和脱落也会对高炉气流产生较大的影响，尤其是高富氧条件下对高炉炉况稳顺影响很大。此外，长期的高锌负荷冶炼，还会使得高炉风口小套上翘严重，影响高炉初始煤气流的分布，导致高炉风口亮度不均匀、炉温不稳定。因此，2021年一季度前，3号高炉日均产量基本维持在4050t左右，且焦比、燃料比分别高达430kg/t和570kg/t以上，高炉产量低、消耗高。

在控制降低入炉碱、锌负荷的同时改善提升其排出效率，以及合理的控制高炉炉温、富氧率等，高炉炉况稳顺程度得到了大幅提高。2021年8月份以来，3号高炉生铁含硅稳定率持续稳定在90%以上。稳定顺行的炉况，为3号高炉在低品位和高碱、高锌负荷生产条件下提产降耗奠定了良好的条件基础；8月份以来，高炉产量大幅提高（8、9月份限产能生产冶炼），利用系数达3.60 t/（m³·d），高炉燃料比降低至555kg/t左右，焦比降低至400kg/t左右，如表5所示。

5  结语

（1）高碱、高锌负荷会导致高炉透气性差、高炉气流不稳定、风口小套上翘等问题；尤其是高富氧下，高炉煤气流变化较大且难以控制；

（2）结矿配矿时应避免锌元素的炉外循环和减少使用含钾、钠、锌等元素高的粉矿，同时采取优化炉料结构调整，可有效降低入炉碱负荷、锌负荷；

（3）高碱、高锌负荷下，高炉在强化中心煤气流促进有害元素排出的同时也要适当发展边缘，以实现促进两股煤气流的合理分布，稳定高炉气流；

（4）增加对罐机车、加强炉前组织协调以及精准控制铁口深度和堵口打泥量，可有效提高出铁时间占有率，促进碱负荷排出；

（5）控制炉温0.30～0.35 %、富氧率4.60 %左右，可有效促进高炉在高碱、高锌负荷条件下的稳定顺行，有利于高炉提产降耗生产冶炼。

6  参考文献

[1] 李肇毅，姜伟忠.高炉锌负荷对燃料比影响的定量分析[J].炼铁，2016，35（4）：15-17.

[2] 赵贵希，刘其敏.高炉碱负荷和锌负荷的来源透析及对策[J].中国冶金，2014，24（12）：51-54.

[3] 张建良.高炉解剖研究[M].北京：北京工业出版社，2019.

[4] 徐海波，孙艳芹，李燕江．抑制高炉锌危害的措施[J]．河北联合大学学报（自然科学版），2015，37（3）：48-51.

[5] 伍世辉，刘三林，李鲜明.韶钢6号高炉碱金属危害的控制[J].炼铁，2009，28（1）：

39-41.

[6] 杨雪峰，储满生，王涛.昆钢2000m³高炉风口上翘原因分析及治理[J].炼铁，2005，34（4）：1-4.

[7] 贾艳，李文兴.高炉炼铁基础知识[M].北京：冶金工业出版社，2005.

[8] 李向伟，尹腾，董遵敏.大型高炉高锌负荷冶炼技术的研究与应用[J].炼铁，2015，34（2）：8-11.

[9] 西鑫.锌在高炉中的危害机理分析及其防止[J].钢铁研究，1992（3）：36-41.

[10] 何敏，叶建刚.新钢6号高炉有害元素分析与对策[J].炼铁，2019，38（6）：58-60.