贫杂矿冶炼技术要点概述

1、 红钢低品位高有害元素高炉中钛渣综合冶炼技术研发及产业化工作总结 红河钢铁有限公司 2015年4月2目 录1 项目概述.11.1 项目背景 .11.2 项目实施情况11.3 项目取得的成果22 项目实施完成的主要研究开发内容及达到的技术、经济指标42.1 项目实施完成的主要研究内容 .42.2 项目实施完成的技术、经济指标.123 项目知识产权获得、保护和管理及论文发表录用情况.153.1 知识产权获得、保护和管理.153.2 论文发表录用情况.164 项目实施的经验总结、综合分析和相关建议.194.1 项目实施的经验总结. . . 194.2 项目实施的综合分析和相关建议. . . .202

2、0红钢低品位高有害元素高炉中钛渣综合冶炼技术研发及产业化一阶段工作总结1 项目概述1.1项目背景21世纪仍占主导地位的高炉炼铁工艺进入新世纪近10余年来，世界钢产量由8.48亿吨增长到15.15亿吨，铁产量由5.76亿吨增长到10.82亿吨；中国钢产量由1.28亿吨增长到6.83亿吨，铁产量由1.30亿吨增长到6.297亿吨；中国炼铁产量翻了近5番，比重也从占世界生铁产量的22.65%增加到58.16%，至今仍然有继续扩大的趋势。高炉炼铁是资源消耗型的产业，铁矿和煤炭资源是保障高炉炼铁可持续发展的必要条件，从长期看，全球资源可满足钢铁企业发展对铁矿石的需求。但是矿石品种结构矛盾突出，世界铁矿资

3、源集中在澳大利亚、巴西、俄罗斯、乌克兰、中国、印度、美国、加拿大、南非等国，中国在原矿储量排序上位居全球第四，但按金属量计算，中国铁矿资源排名第六。亦即我国要以仅仅占世界的6%的铁矿石资源生产出占世界产量58%以上的生铁产量，资源产能处于严重不匹配，这极大地影响了我国炼铁工业可持续发展，利润，钢铁产业抗风险能力变差。钢铁企业的竞争在于综合实力的比拼，依靠的是技术创新能力、削减成本能力等核心内容，当今钢企面对的是由于资源紧张、产能过剩带来的生铁制造成本和钢材市场价格的巨大压力，低成本生铁制造技术成为增强竞争力的关键。我国钢铁规模扩张速度过快，国产铁矿石资源供给率持续下降，成为海外进口矿石的最大消

4、费国，钢铁企业利润绝大部分被海外矿山所攫取；加之炼铁产业集中度不高，促成进口铁矿石对我国钢铁企业形成垄断，价格始终居高不下。此外，物流运输成本、社会钢材库存的持续升高，整个钢铁工业利润受制于原材料价格和钢材市场，最终形成了我国炼铁产业目前的市场生铁成本倒挂现象。从目前世界和我国钢铁生产特点来看（图1），我国铁钢比在0.9221.016之间，这说明中国钢产量的增长主要依靠生铁产量增加来实现，这就意味着国内原本就不宽裕的矿石资源消耗量及速度进一步增加，造成国内铁矿石对钢铁生产保证率持续降低；国外近十年来生铁产量稳定，钢铁比为0.5450.629之间，这表明，国外钢产量的增长并未依靠生铁产能的增长来

5、实现，而是通过利用废钢或其他途径来实现钢产量的增长，国外炼铁进入资源消耗稳定、循环利用阶段，竞争能力增强。 图1 近十余年世界生铁产量及铁钢比趋势日前，行业分析机构世界钢动态公司（WSD）根据钢铁企业的生产规模、盈利能力、技术创新、议价能力、成本优势、财务状况等23个项目进行评估并发布世界级钢铁企业竞争力排名表明（2013年，中国贸易救济信息网），韩国浦项钢铁公司自2010年以来已经连续第四年获评全球最具竞争力钢铁企业；在最新排名中，雄踞世界产量第一多年的中国钢铁企业排名最高的宝钢排名出现大幅下滑，已经退出前十，其他中国钢企基本处于中下游水平，这与目前中国钢铁行业整体盈利水平偏低相关。这说明当

6、今世界钢铁企业的竞争在于综合实力的比拼，依靠的是技术创新能力、削减成本能力等核心内容。 我国不同地区的高炉冶炼由于矿石资源在全国的不均匀分布及存在沿海、内陆等地域及交通情况的显著差异性而存在差异，中国高炉炼铁装备与技术在整体取得很大进步的同时，基于各自钢铁企业具体条件，形成资源生产、技术特色各有不同：分布于我国沿海、近海经济发达地区和东北、华北、华东、中南矿区矿区集中区域，以宝钢、京唐、鞍本和武钢、邯宝、马钢、南钢新区为代表，以2800m3以上级大高炉群为生产主体，装备制造及技术指标处于国内先进水平，入炉品位保持在56.0%以上；上述地区中小高炉以唐钢不锈钢、新兴铸管及邢台、安阳为代表，特点为

7、利用系数均>3.80 t/(m3.d)，煤比仍达160kg/t以上，入炉品位仍然在54.5%以上；资源特色型钢铁企业如包头矿含氟和稀土金属氧化物(RexOy)，酒泉地区矿石含有BaSO4和BaCO3等，以包钢和酒钢为代表，在试验研究和多年生产实践中形成了独有生产特色；值得强调的是在矿石储量占17%的攀西地区，以攀钢为代表，依托储量巨大的单一矿石资源，特点是属于钒钛磁铁矿资源，入炉品位较低，钛负荷重，高炉操作难度很大，经过多年技术攻关后生产及经济指标稳定，形成独具高钛渣冶炼特色，这极大地发挥了本地资源优势。云南区位优势显著，但优质铁矿石资源相对储量不足，伴生矿、有害元素较高，阻碍其钢铁生产

8、的不利客观因素是交通、资源、装备技术等；进入新世纪后钢铁工业有了较快速发展，2011年，钢铁产量1351.4万吨，排名全国第19。近年民营钢企发展势头迅猛，一方面对云南省经济发展起到良好促进作用，另一方面促成云南省内资源供给率紧张化。红河钢铁有限公司(以下简称“红钢”)地处云南省东南部，优质资源相对匮乏，且因地域、交通等导致进口矿、远距离优质精矿使用成本日趋升高，通过对低品位高有害元素中钛渣冶炼综合技术研发，规模利用好价格优势显著的本地及周边资源，进一步提升红钢本地及周边矿石资源的使用比例并形成产业化。最终在激烈的市场竞争中扬长避短，这对增强红钢炼铁工序核心竞争力和生命力、实现高效化生产及可持

9、续化发展具有重要意义。1.2 项目实施情况相对于高炉炼铁工艺设计规范规定的精料要求及高品质矿石资源（烧结矿、球团矿、块矿、粉、精矿化学组成成分和稳定性能）概念，贫杂矿矿石及资源的特点是：品位低，造渣成分(SiO2)、(Al2O3)等含量高，有害元素（硫、磷、铅、锌、砷、氟、氯、钾、钠、锡等）及不利于高炉冶炼过程和改善指标的成分接近或超过规定临界值(TiO2)；各组分含量不稳定；品种多，同一矿点数量少；理化及冶金性能差异大。高炉使用后对恶化了原本就极为复杂的高炉冶炼过程，并且，对高炉耐材和操作炉型存在破坏作用，这对高炉生产的稳定顺行、技术经济指标、高炉炉寿等均会造成不利影响，主要表现在：(1)

10、品位低、(SiO2)、(Al2O3)等脉石成分高的影响。入炉品位降低，直接导致渣量的大幅增加，渣量的增加扩大了成渣带的范围及厚度，必然加重了炉内透气、透液性阻力，是直接影响冶炼过程的根本因素；此外，加剧了对焦炭的侵蚀和溶蚀，使焦炭透气透液负荷加重。(2) (TiO2)含量增加的影响。随着入炉钛负荷的增加，炉渣中(TiO2)还原后使炉渣与焦炭的润湿性改善23，因此在滴落带和高炉中心料柱的空隙更易被还原的炉渣所堵塞，高炉中心难以吹透，易导致炉缸不均不活；由于还原出的Ti与C、N结合生成熔点极高的TiN、TiC存在于渣中使炉渣熔化性温度升高，炉渣流动性良好的温度区间变窄，粘度急剧增加，炉内风压波动大

11、，不易接受风量，造成冶炼困难。(3) 品种、数量、成分、不稳定的影响。矿石资源品种多，矿物组成复杂，造成烧结矿成分(SiO2)、(FeO)及碱度R不稳定，物理性能下降。从而为高炉日常生产操作带来难度，生铁Si含量及炉渣碱度波动大，控制不当会引起异常炉况的出现，影响冶炼过程。(4) 有害元素高的影响。矿石中带入的杂质影响烧结矿、球团矿质量，增加高炉熔剂用量和渣量，硫负荷增加造成高炉生铁质量下降，增加了炼钢炉外精炼的工作负荷；较为严重的是：铅、锌、钾、钠等有害元素在炉内的循环富集、膨胀和渗透，破坏高炉内衬和炉体，引起高炉内型及炉体发生变化，造成高炉渣皮不稳定，炉体变形、炉底上涨等现象。有害元素富集

12、造成的高炉内衬上涨，尤其对于风口带会造成风口中套变形和引起小套上翘，导致炉缸初始气流分布不合理，对高炉正常生产造成影响，甚至引发高炉风口连续烧坏等恶性生产事故。这些，使炉况不稳定因素增加，不易接受高炉强化冶炼，甚至影响顺行，引起高炉产量、综合燃料比等指标恶化。红钢炼铁工序经过十余年的建设发展，在装备技术起点较高基础上不断完善优化系统工艺流程，通过引进、吸收、消化和改造，整体装备水平和实用性均得到很大提升；设备管理和检修制度也不断得到完善，极大地提升了设备作业率、设备运行可靠度和检修、抢修效率；专业技术人员和岗位操作人员队伍得到切实锻炼，整体素质和业务素养进一步提高。此外，由于受限于地域条件，与

13、全国平均水平相比，红钢炼铁多年的较低品位生产实践为进一步开展贫杂矿冶炼积累了宝贵的实践经验。在红钢公司领导和厂领导的正确领导和支持下，结合红钢的原料状况和工艺装备条件，开展红钢低品位高有害元素高炉中钛渣综合冶炼技术研发，以红钢高炉为研究对象，从生产、技术、管理等多角度分析研究找出各种针对性的应对措施和途径，在理论分析研究基础上，通过在实践的过程中不断优化、探索、总结。一定程度上实现同比条件下持续改善生铁冶炼技术经济指标和生铁冶炼成本降低。初步效果为：有效扩大资源利用范围，本地粉矿(Tfe：48%50%)从15%增加到了40%，周边粉矿(Tfe：50%53%)从0%逐步增加并稳定在25%左右；全

14、部退出进口矿；总的来说，进口矿及高价优质精从60%削减到了20%，本地及周边矿石资源从40%增加到了80%。高炉酸性矿石方面，1#2#高炉形成了以本地含钛球团为主，3#高炉以本地含钛球团+周边块矿>10%的经济炉料结构。在烧结矿(Tfe)43.045.5%、(SiO2)超过9.0%、渣中(TiO2)>6.00%、有害元素负荷高位运行条件下，在入炉品位降低3.6%4.5%、渣量增至620660kg/t条件下，高炉利用系数仅下降4.5%6.0%，燃料比仅升高2.95%5.60%。亦即，同比条件下：高炉利用系数稳步提高，综合燃料比稳步下降；红钢炼铁厂高炉实现具有一定强化冶炼水平的长周期稳

15、定顺行，显著降低生铁冶炼制造成本；同时结合高炉合理冷却制度管理和炉体炉型监控与维护技术措施，铅锌钾钠等有害元素排除率显著提高，大大缓解有害元素对高炉炉体炉型的危害。1.3 项目取得的成果综合分析了影响炼铁工序生产技术指标的各个因素，对红钢炼铁在矿石资源贫杂化后综合冶炼技术应用展开研究，从理论上分析了可行性，依据红钢炼铁系统各个时期具体生产条件下的生产实践数据进行对比分析及总结。在本地及周边矿石资源逐步增加至7080%过程中，围绕矿石品质下降、成分不稳定、渣量、有害杂质元素增加这个中心环节，通过不断优化完善炼铁工序工艺流程、发挥技术装备特点优势。重点做好原燃料质量管理和生产组织、设备管理、炉体炉

16、型维护管理及检修效率、炉前生产效率、综合操作技术等方面的提升、改进工作，实现了高炉各技术参数新的协调发展，近来在烧结矿品位降低3%5%、(SiO2)从7.5%上升至9.5%、入炉品位47.0%49.0%、渣量超过660kg/t铁、钛负荷2535kg/t，S、KNa、PbZn等有害元素负荷超出规范数倍10余倍情况下，根据红钢炼铁近年来规模开展低品位贫杂矿冶炼技术研究及应用实践效果，不但高炉实现具有一定强化冶炼水平的长周期稳定顺行，1#2#、3#高炉利用系数、燃料比等指标分别稳定在2.65、2.35 t/(m3.d)以上和650、622kg/t铁以下，各有害元素脱除率分别达到了85%、95%、85

17、%以上；同时也实现了本地资源应用合理化，而且技术经济指标稳定、生铁冶炼制造成本降低。因地制宜、合理利用本地化资源工作卓有成效，实现了炼铁可持续化的高效生产，逐步形成了具有红钢特色的低成本生铁制造的发展模式。同时，红钢炼铁的较大规模使用低品位含多种有害元素贫杂矿中钛渣冶炼综合技术的形成，对于其他使用全外购焦炭、球团及矿石资源条件较差的炼铁企业，亦具有广泛的参考价值和实用性。(1) 通过优化烧结配矿及生产组织、控制适宜的FeO、MgO含量、添加增效剂、喷洒CaCl2溶液、优化高炉炉料结构及强化原燃料质量控制与管理，有效提高入炉原燃料理化、冶金性能指标及稳定性水平，这为炼铁高炉低品位大渣量强化冶炼提

18、供良好物质基础。(2) 强化高炉内外部生产物流组织、点巡检制度和大力提升炉前生产技术进步水平，提升生产组织效率、设备可靠度和作业率、提升炉前渣铁排放效率成为低品位大渣量条件下强化冶炼的关键。(3) 加强炉体监测、维护与冷却制度管理，确保炉体各部位热流强度稳定，采用定期校正风口中套、改造进风装置等技术措施控制风口内衬上涨速度，确保高炉始终拥有合理操作炉型和下部初始气流稳定，是避免炉缸工作不均不活、降低有害元素对炉况顺行不良影响、促进高炉稳定生产的保证。(4) 选用具有良好流动性和排碱能力的炉渣，适宜的综合冶炼强度和煤比，使用较高富氧率、高风温、高顶压使热量集中高炉下部，改善炉内透气性，抑制钛还原

19、，采用量化精细化操作技术、大力推行低Si铁冶炼等技术措施优化高炉操作制度及提升操作技术水平，确保高炉上下部制度相宜，煤气流分布合理，实现高炉各参数在新的生产条件下新的协调发展，是矿石贫化后实现高炉稳定顺行、强化冶炼和稳定技术经济指标的有效途径。(5) 当前客观条件下依靠贫杂矿冶炼综合技术体系的完善，规模使用具有较佳性价比的本地资源，生产效益和经济效益显著。红钢炼铁工序依靠贫杂矿冶炼综合技术体系的不断完善和科学系统化，生产效率和生产技术指标稳步前进。不仅消化了贫杂矿诸多缺点对高炉冶炼过程带来的的不利影响因素。高炉冶炼指标也在随品位下降、有害元素和钛负荷升高过程中突破了传统品位、产量、消耗的关系，

20、取得同比条件下逐步改善的稳定指标。这不但有效扩大可利用资源范围，大大缓解资源及物流、采购压力，保证矿石供给率和稳定率；且充分发挥出了贫杂矿的经济性优势，大幅度地降低了生铁制造成本，从而为红钢炼铁工序开创新的局面，形成具有自有贫杂矿冶炼特点的高效化可持续生产和发展模式，说明在当前原材料及钢材市场条件下的发展方向是正确的。其他方面，项目实施期间，形成了“用低品位高有害元素矿石冶炼合格生铁的方法”、“高有害元素用低品位矿石冶炼合格生铁的方法”等自主知识产权；修正了在相关冶炼条件下的操作技术规程；项目实施期间，累计少用进口矿、高价优精矿分别为49万、49万吨，多用本地及周边矿石资源数量超过98万吨。这

21、对近年在进口矿石价格高昂、物流成本不断上涨、钢材价格持续低位运行的现实情况下，由于有效扩大了矿石资源使用范围，这极大地缓解了物流运输、原材料及市场价格、矿石供给稳定率对炼铁过程与成本控制、现金流等带来的压力，经济和社会效益显著；项目实施期间，培养了一批专业技术人员及生产操作人员。2 项目实施完成的主要研发内容及达到的技术经济指标2.1 项目实施完成的主要研究内容2.1.1研究开发工作概况按照所承担专项工作的研究开发内容要求，在红钢公司领导和厂领导的正确领导和支持下，结合红钢的原料状况和工艺装备条件，开展红钢低品位高有害元素高炉中钛渣综合冶炼技术研发，以红钢高炉为研究对象，根据红钢近年资源条件和

22、高炉生产的现状，在深入调查研究和现场试验基础上，结合项目组成员多年实际操作和高炉生产技术管理经验，认真分析各种试验数据和生产数据，并认真查阅相关参考资料文献。围绕低品位贫杂矿冶炼对高炉冶炼过程、炉型、生产组织、技术指标的不利影响。从生产、技术、管理等多角度分析研究找出各种针对性的应对措施和途径，在理论分析研究基础上，通过在实践的过程中不断优化、探索、总结。初步形成满足可持续发展的低成本制造合理炼铁生产经营目标的确立与定位、装备技术的进步、原燃料预处理技术的进步和质量稳定水平的提高、合理炉料结构的选取、生产组织和设备运转效率及综合管理水平的提升、高炉适宜冶炼强度和喷煤比的选择、操作技术水平和人员

23、整体素质提升等一系列贫杂矿冶炼核心技术体系。主要研究内容和技术措施、途径如下：(1) 加强原燃料理化性能、冶金性能、质量稳定水平的研究与控制力度。对烧结原料资源变化、褐铁矿比例增加后的合理配矿、操作技术应用、合适MgO和FeO含量的确定、喷洒CaCl2溶液技术和添加剂应用等展开研究和实践。找寻出资源变化后改善烧结矿转鼓指数、低温还原粉化指数、软熔熔滴区间及各理化指标稳定性等关键指标的途径，确定合理范围；对焦炭的选取，分析M40、M10、CRI、CSR等指标水平与品位、渣量、强化冶炼强度的关系并进行控制；对高炉原燃料管理实行预警制度，并建立起原燃料指标与冶炼强度、操作制度、技术指标的有机对应关系

24、；(2) 研究完善炼铁大工序工艺流程、优化最佳生产组织模式、发挥整体生产效应。建立炼铁大工序内各工序、系统的有机统一联系，形成最佳匹配模式。依靠装备技术进步，找寻出烧结生产、高炉生产、炉前生产的最佳组织模式，采取措施提升生产组织效率、设备可靠度和作业率、提升炉前渣铁排放效率；(3) 研究低品位大渣量高有害元素条件下的中钛渣冶炼对高炉炉型、气流分布的影响并找出有效解决途径和措施。加强炉体监测、维护，制定合理的冷却制度管理，确保炉体各部位热流强度稳定，采用技术措施控制风口内衬上涨速度，确保高炉始终拥有合理操作炉型和下部初始气流稳定；(4) 研究低品位大渣量高有害元素条件下的中钛渣冶炼对冶炼过程、气

25、流分布、炉渣流动性的影响。选用具有良好流动性和排碱能力的炉渣，研究控制适宜的综合冶炼强度和煤比，使用较高富氧率、高风温、高顶压使热量集中高炉下部，改善炉内透气性，抑制钛还原，促进高炉生产稳定顺行、稳定生产技术经济指标，并有效提升有害元素排除效率；(5) 研究低品位贫杂矿中钛渣冶炼下的操作制度优化关系。选择适宜高炉操作制度及提升操作技术水平，日常操作推行量化精细化操作技术、推行低Si铁冶炼等技术措施，确保高炉上下部制度相宜，煤气流分布合理，实现高炉各操作参数在新的生产条件下协调发展。2.1.2 研究工作开展情况(1) 低品位多品种烧结原料条件下的烧结矿质量控制研究针对前述烧结原料变化特点，烧结精

26、料内容的重点转变为追求烧结矿良好的冶金性能、物理性能及稳定性的持续提高，减小化学成分的波动。在烧结精料方面重点做好三个方面的工作：首先对烧结原燃料资源建立分级系统技术档案，加大对现有资源条件的配矿研究力度，改追求品位为以冶金性能和性价比为控制目标的配矿技术思路；其次加大烧结原料预混力度及频次，注重造堆和取料成分质量稳定，建立模型强化混合料及烧结矿成分预测，建立起在实际生产配比变动>10%或使用新品种时先通过烧结杯及冶金性能试验获取数据的高温烧结性能预控预判、事前分析、事后总结归档机制；再者通过烧结新技术新工艺的应用和优化烧结操作技术参数来达到强化烧结制粒、矿化效果及改善烧结矿冶金性能，优

27、化工艺技术生产以针状铁酸钙为粘结相的高还原性、高强度、粒度组成好的高碱度烧结矿(SFCA)。结合品位降低后的高炉生产实际需要，提出了对烧结矿ISO转鼓、R稳定率、还原强度、还原粉化指数、还原磨损指数、还原度等9个质量指标的控制值范围。控制烧结矿物理性能、稳定率、高温冶金性能等关键指标应达水平。为达到上述烧结质量控制指标，烧结矿碱度控制1.801.95取得最佳生产效果范围，控制好布料、混合、制粒、打水、添加物等中间工艺过程，采取改善熔剂和固体燃料粒度，严格控制水分，延长混合造球时间，提高混合制粒率，提高混合料的透气性度；实施低温烧结(1 250l 280) 、厚料层烧结等技术管理措施。研究及实践

28、结果表明：(a) 褐铁矿粉粒度控制技术。控制适宜的褐铁矿粉粒度组成，增加13mm部分比例，严格控制>10mm数量，可在褐铁矿粉比例较高时，减少烧结过程中烧结料层的爆裂现象，提高垂直烧结速度和烧结成品矿强度；(b) 提高混合料料温技术。完善烧结混合料预热系统，提高烧结料的温度，可减少烧结过程中烧结料层的过湿现象，降低抽风阻力，提高垂直烧结速度；(c) 烧结机机头机尾柔磁性密封技术。可有效降低烧结系统漏风率，提高抽风负压，提高垂直烧结速度，降低料层表面返矿，提高成品率；(d) 九辊偏析布料技术。可使布料均匀，提高料层偏析程度，改善烧结料层透气性、提高点火温度效果，提高烧结矿产量与强度；(e)

29、 强化制粒技术。采用锥形逆流强化制粒技术，提高混合料的成球率，减小抽风阻力，改善烧结料层的透气性，提高烧结矿产量质量；(f) 烧结矿喷洒CaCl2溶液技术，有效降低烧结矿低温还原粉化率，避免烧结矿在高炉块状带提前粉化，从而改善高炉透气性；(g) 控制适宜烧结矿MgO含量技术，控制烧结矿中适宜的MgO含量有利于改善烧结矿的矿相结构，提高烧结矿强度和成品率。同时有利于改善高炉冶炼过程的炉渣流动性和稳定性要求；(h) 烧结添加剂技术。提高烧结矿中针状铁酸钙数量，提高烧结矿转鼓强度，减少烧结矿在转运过程中的粉化率。此外，为利于烧结矿形成铁酸钙和满足高炉炉渣成分和性能要求，对烧结矿Al2O3/SiO2

30、比和MgO/Al2O3比控制范围为分别为0.250.30、1.301.60；FeO是烧结矿的主要成分，对烧结矿强度与冶金性能有重要影响，利用系数、成品率随FeO的上升而提高，FeO达一定值后指标亦达最大值，具有典型的二次曲线特性。随FeO的上升，还原性变差，低温还原粉化率改善。因此将对强度和还原性均有较大影响作用的FeO百分比控制范围为9.0±1.0。质量、能耗、冶金性能等各种指标效果均好。此外，在生产组织中发挥装备优势，采取单机对单炉模式，采取烧好、烧透为原则，不追求高产量烧结。在烧结矿原料劣化、成分波动大、褐铁矿比例增加、品位降低过程中，采取以上技术措施后，效果显著，3台烧结机产

31、品质量得到改善，各项理化及冶金性能指标均达到了预期要求。不但保证了品质，烧结矿返矿也显著降低，也间接降低了高炉用矿成本，这为高炉低品位大渣量冶炼从物质基础和成本控制上创造了良好条件。(2) 低品位冶炼条件下高炉炉料结构的质量控制研究高炉用球团矿与炉料结构方面，优先采用链篦机回转窑工艺生产的高强度、高还原度含镁球团，还原膨胀指数(%)18.0，平均抗压强度(N/个) 2200；高炉合理炉料结构选取应以高碱度烧结矿为主，兼顾资源条件，选择含MgO的优质球团矿及成分良好的块矿。从成本控制、烧结矿强度、高炉冶炼要求出发，烧结矿、球团矿比例应有一定合理范围，品种变化率要5.0%。以3#高炉为例，逐步建立

32、起了合理的炉料结构（7075%烧结矿+1520%球团矿+010%块矿）并长期稳定（图2.7）。总的来看，红钢高炉综合入炉料冶金性能良好：软化期间温度() 80，熔滴期间温度() 170，最大压差(Pa) 600×9.8，总特征值S (KPa.) 900；(3) 低品位冶炼条件下高炉燃料的质量控制研究焦炭在高炉冶炼中起骨架、热源、渗碳、还原剂作用，焦炭质量对高炉生产顺行稳定、改善高炉炉缸工作状况、技术经济指标至关重要。稳定的水分、固定碳含量、灰分可有效稳定炉况及改善技术经济指标，加强高炉用焦成分、冷热态冶金性能质量、粒度组成及稳定性控制，并在采购上将热态性能纳入价格体系。针对各个高炉长

33、期固定23种品质差别不大的焦炭，采购方面宁稳定不求过优，避免过好及过差焦质的结合后形成波动；建成可堆存3万余吨大棚，采用室内分品种堆存及确保10天以上库存，具体使用上严格遵守先到先用、后到后用，既保证提前掌握理化及冶金性能分析，又稳定水分含量。在高炉槽下分品种严格称量混合，所有焦炭入炉前经过3道筛分。在进场质量、搭配比例发生变化时，一旦偏离标准即刻修正冶炼方针，不至引起炉况发生大的变化。喷吹煤粉在高炉煤比较高时会引起炉温发生较大波动。通过强化喷吹煤粉的预混匀工作和均匀化喷吹工作，针对喷吹用煤的特点，在大棚专设煤粉场地，采取措施在使用前2次预混，加大取样分析频次，在喷煤系统精准配煤；保证了喷吹煤

34、粉固定碳含量在77.0%左右，挥发分稳定在9.0%左右，标准偏差小于1.000。将<200目比例由62%稳步提升到67%；喷吹上消除脉冲式喷煤，广喷均喷。(4) 低品位冶炼条件下其他原燃料质量控制及总体效果严格控制槽下筛分工作：烧结矿入炉前筛分系统采用槽上入仓前预分级槽下给料机高效振动双层筛流程，从2013年全年来看，3座高炉入炉烧结矿筛上物5mm比例分别为1.30%、1.56%、1.20%，平均1.41%，筛下物5mm比例分别为32.51%、30.15%、21.79%，平均为28.15%；入炉焦末5mm部分为1.50%，既控制了入炉粉末，也避免了成品矿流失焦炭采用二级筛分；工艺上采用小

35、粒度烧结矿入炉工艺、焦丁自回收系统、矿焦混合入炉工艺：有效利用了烧结返矿中>5mm部分和做到焦丁不落地，同时利用小粒度烧结矿抑制边缘气流，提高煤气利用率；焦丁与矿石混合入炉，改善了矿石层透气性。高炉块矿进行整粒，控制2570mm比例达到95%。对造好的混匀料堆，对化学成分稳定性相对较差的头、尾料去除后再配入下一个料堆，对烧结矿成品仓、高炉仓、焦炭仓实行半仓卸料。研究及实践效果表明，建立以追求冶金性能良好的合理配矿思路，加大预测预混频次和力度、准确度，采用洒CaCl2溶液和使用烧结增效剂等新工艺新技术，控制适宜的MgO、FeO含量，可以弥补由于烧结原料品种增加、褐铁矿配比增加、成分波动带来

36、的对烧结矿质量的不良影响，显著改善烧结矿转鼓指数、低温还原粉化、还原度等理化、冶金性能指标及稳定性，根据高炉在新的生产条件下实物实际冶炼需要重点关注焦炭反应性和反应后强度指数和高炉综合入炉料软熔、熔融性能等高温冶金性能，选取合理高炉炉料结构、燃料结构并趋于长期稳定等是高炉低品位大渣量强化冶炼提供物质基础。(5) 低品位中钛渣冶炼条件下生产组织效率的要求与控制品位劣化、高炉渣量、钛负荷的增加引起生产负荷增加，对生产设备、生产组织效率、突发事故应急能力提出更高要求；渣量及钛负荷增加对高炉冶炼过程造成不利影响，恶化透气透液性，影响渣铁流动性，炉缸工作活跃程度下降；铅锌钾钠等有害元素会对高炉炉体炉型产

37、生破坏作用。针对此开展的工作有：设备方面。通过功能性承包、全员包机制及强化点、巡检制度，检修质量及效率提高。使高炉检修周期大大延长和检修时间显著缩。高炉实现季度检修16h1次，每月仅有1座高炉检修的制度。年扣外因休风率控制到了1.50%以下，慢风率<0.50%，其中>24h以上休风次数全年仅有1次；生产组织效率方面，以高炉生产为中心，高炉内外部物流效率提高。通过铁路线改造、增加运行铁罐编组数使1#2#高炉对罐间隔时间由40min缩短至30min以内，3#高炉对罐间隔时间由20min缩短至10min以内，对罐出铁准点率达到了98%以上，并且有条件每天进行46次零间隔出铁。高炉造渣过程

38、中渣量增加，恶化软熔带、滴落带透气透液性，炉渣滞留于炉缸中的数量增加和时间延长，不但促进了渣中钛的还原，影响渣铁流动性，也造成炉缸实际容量减小，炉缸工作活跃程度下降，进而影响产量及指标，甚至炉况失常。因此，高炉炉前渣铁排放效率及炉渣处理能力成为限制强化冶炼的关键。红钢3座高炉炉前采取技术有：(a) 中钛渣冶炼下3座高炉均采用贮铁式大沟技术。提升炉前沟坝快干式耐火材料等级，铁沟使用寿命达到35个月，其中3#高炉达到贮铁式大沟大做一次通铁量30万t，局部修补10万t以上，施工时间控制为支模、浇筑2h以内，脱模4h以内，烘烤12h以内，并且均实现了在线进行；(b) 提高炮泥质量和强度等级，炉门深度维

39、持在铁口通道的1.31.5倍，并对开口机凿岩机进行改造，开铁口时间控制在5min以内；(c) 对因渣量剧增引起的轮法脱水器渣处理系统处理能力不足问题，将放干渣系统进行水化改造后，得到有效解决。采用上述措施效果：全厂高炉炉门深度合格率>98%，出铁流速2.53.5t/min，3座高炉日均出铁次数达到了1619次，班渣铁出尽率>95%；尤其3#高炉出铁时间间隔控制到了20min以内，并且双铁口、单次铁出渣铁量均衡性明显提高，较好地解决了由于品位劣化渣量增加约10%和中钛渣冶炼怕憋的问题。改进炉前工作及增加出铁次数后，与品位较高时相比，3#高炉日产量未见明显减少，炉缸侧壁温度未见升高，炉

40、底温度未见下降，炉缸工作活跃指数仍然保持在2.002.50的较好水平。(6) 低品位高有害元素中钛渣冶炼条件下冷却制度及炉型维护技术研究及应用渣量增加，高炉成渣过程、成渣带和气流会发生变化，从而引起高炉内部热负荷、热流强度相应变化，钛负荷、有害元素的增加会影响高炉炉型、初始气流分布及炉缸工作状态，针对性开展的冷却制度管理与炉体维护内容有：a 对1#2#高炉开式工业水冷却系统：依据实际高炉冶炼强度控制炉缸水温差23，炉腰水温差24，炉腹水温差612，炉身水温差36，炉缸冷却壁温度350550；对各供水环管水压严格控制，调水周期>5天；b 对3#高炉密闭软水冷却系统冷却制度管理内容有：(a)

41、 密闭软水冷却系统软水质量控制与补水量、炉体588个测温点温度跟踪，加装漏水微量检测系统，确保水质稳定合格，也便于观察成分变动、冷却器及炉体侵蚀状态和判断是否泄漏入炉；(b) 密闭软水冷却系统水温差的确定和热流强度的控制。由炉体热负荷计算公式，依据实际冷却面积及水量计算，确定3#高炉软水水温差上限为10，日常控制范围9.0±0.5，由于水的比热容与温度无关，根据生产经验，进水温度控制为50时各部位温度及水温差更易于稳定，炉况顺行程度及冷却参数稳定性更强。由于中部冷却制度调剂对炉型及炉况影响很大，调整依据主要为水温差的控制及高炉各部位壁体温度及热流强度的稳定程度，因此确定调整原则为：早

42、调、少调、调准，根据高炉炉况实际需要，调整顺序为：稳定水量控制软水进水温度范围内调整进水温度最后调进水量。从生产实践看看，各部位实际热流强度(MJ/m2.h)控制效果与设计热流强度值对比基本吻合，各部位热流强度走势相同并在设计值正常范围内上下振荡趋于稳定，各部位冷却壁壁体温度稳定；c 高炉炉体监控与控制、维护技术。入炉有害元素增加会加剧高炉炉底、内衬上涨，继而引起炉体变化，在风口带会引起进风装置变动和风口上翘问题，影响高炉生产。在高炉炉基、炉身、炉顶、风口带等各部位均设立机械测量点并建立台账，采用人工校正、进风装置改造有效解决因有害元素负荷增加而引起的高炉炉底、内衬上涨带来的高炉进风装置变动和

43、风口上翘问题。控制风口内衬上涨速度<15mm/月，风口平均上翘角度<2°/月，其中>5°者在生产中不多于3个，确保了高炉初始煤气流分布合理，炉缸工作良好，有害元素排除率明显上升，风口校正周期也得以延长。研究与实践表明，高炉拥有合理的操作炉型及初始气流分布，是高炉在低品位大渣量条件下优化生产操作制度改善技术经济指标、进行长周期稳定强化冶炼的有力支撑和保证。红钢3座高炉通过研究摸索出了科学而合理的冷却制度、炉体及炉型维护技术参数并强化管理，及时调整以适应原燃料条件及操作参数变化对高炉内型带来的影响，3座高炉冷却制度和炉型控制较为合理，尤其是3#高炉开炉数年来各

44、部位冷却元件无一损坏。实践表明。红钢炼铁工序通过完善优化整个炼铁工序及其附属设施及相关供应供辅设施，提高了工序内各系统匹配性及整体技术装备，并通过加强制度管理及技术改造提升了设备作业率、高炉炼铁综合生产效率，重点采取缩短对罐时间、提高对罐率、整点率、炉门深度合格率、铁次等技术措施显著提升了高炉炉前渣铁排放效率及处理能力，及时排净渣铁，改善炉内透气透液性、活跃炉缸成为低品位中钛渣强化冶炼的关键；并通过合理冷却制度的选择、合理热流强度的控制、炉体炉型的监控与矫正等技术管理措施及时消除了因渣量、有害元素增加引起的高炉内部热负荷、热流强度、高炉炉型、初始气流分布及炉缸工作状态的不利影响，使高炉在低品位

45、大渣量高有害元素中钛渣冶炼条件下始终维持高炉操作炉型合理及进风初始气流分布合理，实现高炉强化冶炼、长周期稳定顺行、取得稳定技术经济指标的又一基础条件。(7) 低品位高有害元素中钛渣冶炼操作制度的研究与应用在低品位高有害元素中钛渣冶炼过程中，一度对高炉冶炼的正常稳定生产造成威胁，因此，有必要对硫、磷、铅、锌、钾、钠等有害元素在炉内的综合行为和危害、分配途径、脱出效率及存在规律作进一步的分析研究和平衡，并结合分析大渣量中钛渣冶炼特点后采取相应技术措施。除采取前述综合生产技术进步与管理措施化解渣量大对高炉冶炼过程、炉缸工作状态、炉体炉型的不利影响之外，在原燃料质量控制水平、生产组织效率、炉前工作效率

46、有效提升，炉体冷却及炉型管理更科学化、合理化的基础上，通过掌握高炉布料规律、发挥无料钟炉顶技术装备优势选择合适的装料制度，选择有害元素排除效率高、流动性好、稳定性强的炉渣，以及合理的综合送风制度，持续研究分析总结出具体条件下适宜的冶炼强度和喷煤比，以及进一步推进低硅冶炼和各种高炉操作技术的进步。最终适应外界变化并实现各技术参数协调发展，实现高炉一定强度冶炼的长周期稳定顺行、有效提高有害元素排除效率、稳定技术经济指标是高炉日常操作的重要任务。a 有害元素对高炉炉体破坏行为研究及处理技术研究表明，钾钠铅锌等有害元素在炉内的行为途径与入炉量、渣量、除尘灰量、炉温、炉渣碱度成分、炉内停留时间等因素密切

47、相关。温度及时间在KNa、PbZn等有害元素对高炉内衬砖体侵蚀过程中影响关系为：钾钠首先进入砖体，并随着温度升高和时间延长，在砖体内的含量增加，实验温度高于1000度后，KNa在砖体内的含量迅速降低，表明KNa对砖体侵蚀的适温度区间为7001000度，Zn随KNa之后进入砖体，随侵蚀时间延长在砖体内的含量增加，但随温度升高，Zn在砖体内的含量逐渐降低，表明在高温下Zn有从砖体中逸出的可能。Pb在砖体受K、Na、Zn侵蚀出现孔隙后才进入砖体，在砖体中含量不随温度而变化。有害元素K、Na、Zn、Pb在砖体中的含量均随着实验时间(12h120h)延长而增加。这导致在长期未能改善风口工作环境时，在碱金

48、属及铅锌作用下引起的内衬不均匀上涨、中套变形甚至损坏、风口上翘、现象加剧，严重影响高炉初始煤气流分布及炉缸活跃程度，恶化高炉顺行。此外，生产实践中还发现其对高炉炉体破坏作用存在规律：容积较小高炉由于入炉钛含量、炉缸内衬温度较高及炉内炉顶压力较低，有害元素对容积较小高炉内衬及炉体破坏作用影响较小；而容积较大高炉影响作用明显，其中又反映为在铁口、渣口方向风口上翘速率尤为突出。在入炉钾钠负荷突破6.00kg/t、铅锌负荷突破2.00kg/t过程中，3#1350m3高炉该部位风口上翘速度由1.5°/月上升为2.53.0°/月，内衬速度达到2035mm/月，内衬、风口上涨上翘速度几乎

49、上升1倍。因此，重点加强对3#高炉进行包含增加风口中套校正频次、逐步更换缩短风口中筒装置等手段进行人工校正，生产实践中也树立了凡是上翘角度>5°风口必须校正、每次必校正35个风口中套、检修时间严格控制<24h的技术思想，保证了高炉在大部分作业时间里内衬平均上涨速度<15mm/月，平均风口上翘角度<2.0°/月，保证高炉所用斜7°风口有效吹活炉缸。生产实践证明，加快人工校正频次、缩短休风时间后的高炉消除了中小套恶性烧损现象，高炉拥有更大的鼓风动能，更易于适应强化冶炼手段，生产效果良好。b 低品位高有害元素中钛渣冶炼造渣制度研究及参数选取红钢3

50、座高炉进入了中钛渣冶炼范围，而同普通矿冶炼的最大区别在于渣系由四元渣系(CaO-MgO-SiO2-A12O3)变为五元渣系(CaO-MgO- SiO2-TiO2- A12O3)，这会对典型四元系渣系各成分百分比造成影响，甚至超出该范围。中钛型炉渣是一种有一定稳定性和脱硫能力的炉渣。TiO2为弱酸性物质，对炉渣碱度影响不大，对造渣黏度的影响仍然取决于炉渣碱度、(MgO)、(A12O3)等成分的影响，但中钛渣熔化性温度变窄。研究结果表明：在高炉冶炼温度下，(A12O3)最佳范围为10%14%；MgO的脱硫能力不如CaO。但适当增加炉渣中MgO含量能使熔渣的粘度和熔化性温度降低，(MgO)含量在8%

51、12%范围内每增加2%，相同粘度下温度需增加1520，随着(MgO)含量在该范围内的提高，炉渣粘度有所下降，而且其下降趋势随炉渣碱度的提高而增加；但炉渣(MgO)含量和碱度(1.051.20)在靠近上限时温度粘度曲线均有明显拐点出现。因此，在保证顺行基础上适当提高(MgO)含量和炉渣碱度，维持合理的(MgO)/(A12O3)值范围，不仅能有效改善炉渣流动性和稳定性，而且利于保持充足的炉缸温度，提高炉渣脱硫能力。同时也能抑制SiO2还原反应和促进钛酸钙的生成，减少硅、钛的还原。从而改善软熔带和炉缸工作状态，改善炉内透气透液性和活跃炉缸。红钢入炉矿石原料中由于烧结矿SiO2的增加幅度较大，一定程度

52、上稀释了炉渣(MgO)相对含量，从源头上在烧结矿配矿时就综合计算出烧结矿成分及炉渣成分组成，对烧结矿Al2O3/SiO2 比和MgO/Al2O3比控制范围为分别为0.250.30、1.301.60；在此基础上分阶段稳步将烧结矿MgO由2.50%提升到3.60%，实践中，在烧结矿强度变化不大情况下，红钢3座高炉(MgO)含量范围8.35%9.50%，二元碱度CaO/ SiO2为1.081.13，三元碱度(CaO+ MgO)/ SiO2为1.351.36，维持了五元渣系各成分相对含量合理，稳定提升(MgO/ A12O3)在0.750.88范围，实际生产中炉渣流动性、稳定性、排碱、脱硫效果均好：实验

53、室测试为炉渣熔化性温度<1250，粘度0.450.75Pa.s，生产实测炉渣流速>2m/s，用自制炉渣流动性测量模具测量，400g炉渣流动距离从30 mm 延长到40mm；以2#高炉为例，在硫负荷升至6.50kg/t铁以上、铁水Si含量控制下限情况下，脱硫系数维持在15.520.0倍，渣中硫含量达到了渣铁总硫量的90%以上。铁水中S含量稳定在0.040%以下；3座高炉渣中(K2O+NaO)含量1.50%2.0%，即排碱能力超过90%。c 低品位高有害元素中钛渣冶炼装料制度研究及参数选取以所确定的布料角度和基础矩阵为基础，红钢3座高炉结合原燃料质量、冶炼强度控制、增加风口进风面积等下

54、部综合鼓风技术的优化，对基础矩阵进行科学合理的的调整以满足品位劣化、渣量增加条件下生产需要。高炉装料制度主要技术指导思想为：(a) 维持相对稳定的料层厚度；渣量增加应减薄料层厚度以改善透气性，但矿批过小易产生管道及不利于中钛渣的大风量冶炼需求,基本维持整个料层厚度，但焦层增加矿层减薄，为改善软熔带透气透液性创造了条件；(b) 兼顾顺行与煤气热能利用，采取逐步发展边缘的布料矩阵；品位下降后，3#炉矩阵过渡顺序为： ，并长期稳定。这样，最终通过在边缘和中心各增加约8.3%的焦炭和并减少16%的外沿矿石，边缘和中心O/C比均得到了改善，也确保了焦炭平台、矿石平台的宽度和中心漏斗的深度。满足不同倾角下

55、炉料在炉喉截面的分布规律，保证炉料形成平台、堆尖位置合理，更好地使煤气流分布适应了当期生产条件的要求。此外，为保持相对高的煤气利用率，料线由1.60m提高到1.40m。d 低品位高有害元素中钛渣冶炼送风制度、冶炼强度的研究及参数选取针对原料条件发生的变化后对高炉冶炼过程发生的相应变化和对操作参数提出的新要求，对红钢3座高炉综合送风制度围绕适宜鼓风动能、富氧率、喷吹煤比进行选择和优化，并对现实条件下综合冶炼强度进行研究和选择，以实现高炉上下部制度相适应，各操作参数协调发展、煤气流分布合理为目标。以3#高炉为例进行分析比较和说明红钢高炉在品位劣化、钛负荷升高后的综合送风制度技术指导思想、应用和成效

56、。(a) 以维持较大风口进风面积保证高炉有较大的进风量。有了原燃料冶金理化性能、稳定性的不断改善及出铁次数的增加，为逐渐增加进风面积以获取更大的鼓风动能创造了条件，随着钒钛矿比例的逐步增加，进风面积变化为0.2249m30.2266 m30.2275 m30.2284 m3，相应地，风量由3000 m3逐步增加到了目前的3100 m33200 m3，鼓风动能由11.0kkg.m/s增加到了11.5k12.0kkg.m/s；(b) 适宜冶炼强度的研究与选择。一定范围内，随着高炉冶炼强度的增加，炉腹煤气发展指数上升，炉腹煤气量增加，高炉利用系数提高，透气性阻力系数上升。在现阶段原燃料条件下通过限制

57、入炉风压措施满足不超高炉透气性阻力系数K上限、控制炉腹煤气量的目的后，高炉各相关操作参数趋于稳定，生产技术指标稳定。(c) 富氧率和适宜煤比的选取。富氧对中钛渣冶炼具有积极的作用，并且，分析为对炉腹煤气量和透气性阻力系数K影响最小，节能效果明显，高炉富氧率逐步地稳定到了2.02.5%范围；煤比方面，由于在既定原燃料条件下喷煤量受到炉缸热状态、煤粉燃烧速率、高炉稳定顺行、置换比和操作水平等多方面因素的限制，当超过冶炼条件允许的合适喷煤量后，在高炉内无法全部消化掉而造成煤粉在高炉内的利用率和置换比降低，不但会使燃料比升高，还会影响高炉顺行和强化。利用相对置换比公式，红钢3座高炉控制喷煤率在20%29%以内，即煤比125140 kg/t范围内，理论燃烧温度2250±30，重力除尘灰中固定碳含量1722%，最高不大于25%，相对置换比稳定到0.901.20的较高水平。综合燃料比随着入炉品位的降低虽有升高但趋于稳定，并且，按同条件校正结果表现为稳步下降。e 低品位高有害元素中钛渣冶炼热制度的控制及量化精细化操作技术研究和实践表明，对中钛渣冶炼，由于还原出的Ti与C、N结合生成熔点极高的TiN、TiC存在于渣中使炉渣熔化性温度升高，炉渣流动性良好的温度区间变窄，粘度急剧增加，炉内风压波动大，不易接受风量，造成冶炼困难。基于硅、钛还原的相似性及对冶炼