梅钢五号高炉低熔剂消耗生产实践.pdf

梅钢五号高炉2 0 12 年投产，高炉容积为40 7 0 m。五号高炉生产中一般通过添加熔剂（硅石、蛇纹石）来调节炉渣碱度，使用熔剂将进一步增加高炉渣比，渣比升高亦将引起高炉燃料消耗的增加，进而提高铁水生产成本。据资料介绍，渣比提高10 0 kg/t，焦比升高3 0 kg/t，同时渣比提高会造成渣液在焦炭孔隙中滞留量升高，影响炉内料柱的透液性、透气性，易影响高炉顺行。五号高原Carajas 粉/时间%2019年262020年252021年23从表1可以看出，梅钢烧结用矿主要以原Carajas粉、哈默斯利YANDI粉矿和梅山精粉为主，其中原Carajas粉的使用比例基本稳定在2 5%左右。由于矿石价格和物流等原因，哈默斯利YANDI粉矿的使用比例逐渐从3 8%下降至2 4%，梅山精矿炉2 0 18 年熔剂单耗11.0 9kg/t，2 0 19年熔剂单耗16.24kg/t，渣比也都在3 10 kg/t以上，存在较大改善空间。因此，减少熔剂消耗以降低渣比对降低生产成本有重要意义。1优化烧结矿用料结构梅钢烧结矿用料结构相对稳定，用矿品种主要有原Carajas粉、哈默斯利YANDI粉矿、Pilbara混粉矿、梅山精粉、原图巴朗标粉、西皮和其他港外杂矿。2 0 19一2 0 2 1年梅钢烧结用矿结构见表1。表12 0 192 0 2 1年梅钢烧结用矿结构哈默斯利YANDI粉矿/Pilbara混粉矿/%386303244的用料比例由14%上升至2 3%，西皮粉的使用比例由5%上升至15%。2 0 2 0 年，烧结矿用料中偶尔会加人一些性价比相对较好的小品种杂矿，但总体所占比例较小，对烧结矿成分影响不大。部分矿石成分见表2。梅山精粉/原图巴朗标粉/西皮/杂矿及其他/%148206238%5815%383联系人：张光强，助理工程师，江苏.南京（2 10 0 0 0），上海梅山钢铁股份有限公司（总部）股份研究院梅钢技术中心；收稿日期：2 0 2 2-0 9-2 534从表2 可以看出，哈默斯利YANDI粉矿和梅山精矿品位接近，梅山精矿SiO2含量相对较高，西皮矿的品位高于哈默斯利YANDI粉矿的，且SiO,含量与哈默斯利YANDI粉矿的持平。因此，梅山精矿和西皮矿使用比例增加对烧结矿成分稳定影响不大。2019一2 0 2 1年梅钢烧结矿成分变化情况见表3，表明烧结矿成分整体较为稳定。2降低高炉熔剂消耗措施2.1增加球团矿使用比例年份TFe/%2019年57.782020年58.022021年57.37品名湛江酸性球团鄂州酸性球团乌克兰酸性球团从表4可以看出，鄂州球团、乌克兰球团SiO2含量较高，而Al,03含量较烧结矿Al,O;含量低，即增加球团矿使用比例可以增加炉料中SiO2带入量且不增加Al03含量，从而有效降低炉渣碱度，减少硅石和蛇纹石的使用量。球团矿堆角小，易滚动，大比例使用易加重中心造成煤气流不稳定；球团矿自身存在还原膨胀，易在炉身中部90 0 温度区间附近粉化，恶化块状带透气性。随着球团比不断上调，高炉中心气流被弱化的问题逐渐显现。为应对上述问题，坚持“打开中心、兼顾边缘”的装料制度，主要解决球团矿配加以后中心通路问题。在稳定中心焦炭角度和用量的前提下，将焦炭平台内移。焦炭外档角度由40.5逐步内移至3 9.5，焦炭最内档由2 8.5下调至2 8，焦炭平台角差11.5。焦炭角度内移后料面平台加宽、漏斗减小且变浅，可以阻碍球团矿的滚动以便形成强劲的中心气流。矿石布料制度也做出调整，矿石外档由3 8.5下调至3 7，外档焦炭和矿石角差由2 扩大至2.5。最内档矿石角度由3 1.5下调至3 0.5，矿石平台角差6.5。经过调整，高炉中心气流得到改善，煤气河南冶金表2 2 0 192 0 2 1年梅钢烧结用矿石成分品名TFe/%哈默斯利YANDI粉矿57.70西皮60.15梅山精矿57.40表3 2 0 192 0 2 1年梅钢烧结矿成分变化Feo/SiO,/%9.174.999.384.969.135.12表42019一2 0 2 1年五号高炉常用球团矿成分TFe/%SiO2/%64.263.4563.245.9364.765.70利用率也由45%提升到46.5%左右，实现了球团比例上升后高炉煤气流分布合理、中心气流稳定。2020年高炉球团矿使用比例和熔剂单耗变化趋势如图1所示。16熔剂单耗一球团比14121020123图1高炉球团比与熔剂单耗变化趋势从图1可以看出，2 0 2 0 年上半年球团比调整幅度较大，2 月、3 月以及6 月球团比例都较高，熔剂单耗也出现相应下降，5一7 月由于炉况波动，球团比例下调和焦比上升等因素熔剂单耗整体偏高。从8 月开始，随着炉况的稳定和球团比例的稳步上升，熔剂单耗出现较为明显降低，至2 0 2 0年12 月球团比例上升至10%左右，熔剂单耗也下降至2 kg/t，2 0 2 0 年第四季度平均熔剂单耗2.2 kg/t，2023年第1期SiO,/Cao/%4.430.054.480.056.223.29梅钢五号高炉烧结比例约为8 0%，考虑自产烧结矿碱度较高，因此高炉生产中添加硅石和蛇纹石来调节炉渣碱度和镁铝比，保证炉渣流动性。硅石的主要成分为Si02（90%），蛇纹石的主要成分为Si0z（40%）和Mg0（40%）。2 0 2 0 年2 月、3月以及下半年，五号高炉逐步增加球团矿使用量，最高使用比例为10%。球团矿均为外购高品位酸性或自熔性球团矿，其种类和化学成分较为稳定(见表4）。Cao/%9.369.299.71Al,0/%1.472.381.36MgO/Al,O,/%1.381.691.381.701.331.90CaO/%2.430.720.567%7%456789101112日期/月R2/倍1.881.871.90Al,0,/%1.161.130.4210%10%7%5%2023年第1期为历史最好水平。2.2配加高SiO,块矿2021年，由于矿石价格上涨等原因，五号高炉全年球团比保持5%左右，其主要炉料结构为烧结7 8%+球团5%+生矿17%。高炉使用块矿为哈混块矿，为减少硅石和蛇纹石的用量，在保证炉况顺行的基础上，加人了性价比较好的海南块矿或毛塔块矿，其成分见表5。从表5可以看出，海南块矿和毛塔块矿的SiO2含量明显高于哈混块矿的，而Al,0,含量哈混块矿中Al,O；含量相当，因此增加海南块矿或毛塔块矿的使用可以有效增加炉料中SiO2含量，减少硅石和蛇纹石的使用，降低熔剂单耗。根据成本核算和炉况顺行情况摸索出海南矿或毛塔矿的使用量品名哈混块矿海南块矿毛塔块矿从图2 可以看出，上半年酸性块矿使用比例调整幅度较大，随着使用比例的增加，熔剂单耗下降，考虑使用量过多会增加渣比，对降低成本不利，下半年酸性块矿使用比例基本维持在5%左右，熔剂单耗量也稳定在7 10 kg/t。与2 0 2 0 年下半年相比年份2019年2020年2021年从表6 可以看出，近3 年以来五号高炉炉渣碱度整体呈现上升趋势，提高炉渣碱度可以减少硅石的加入，降低高炉熔剂单耗，炉渣在可流动的温度下，酸性渣比碱性渣粘度大，在Ca0%50%的情况下，随着碱度的提高，炉渣粘度不断下降，若碱度过高，渣中易产生不能完全熔化的固相颗粒，使粘度增加，因此从炉渣粘度合适的角度出发，碱度应保持在0.8 0 1.2 5之间2。目前五号高炉炉渣碱度能够满足流动性需求，生产中未发生炉渣流动性变差事件。五号高炉渣中Al,O3含量呈现下降趋渣比/年份(kg:t)2019年16.242020年6.902021年7.20从表7 可以看出，2 0 2 0 年和2 0 2 1年五号高炉河南冶金适宜控制在块矿的5%左右。2021年高炉酸性块矿使用比例和熔剂单耗变化趋势如图2 所示。考虑11月和12 月因海南块矿断货等原因，数据不具参考性，未将其进行对比。11%1010%212345678910日期/月图2 2 0 2 1年梅钢五号高炉酸性块矿使用比例与熔剂单耗变化趋势表52 0 192 0 2 1年五号高炉常用块矿成分TFe/%62.7954.2351.80表6 2 0 192 0 2 1年梅钢五号高炉炉渣碱度与镁铝比变化表CaO/SiO1.181.211.25表7 2 0 192 0 2 1年梅钢五号高炉部分经济指标完成情况熔剂单耗/35熔剂单耗一一酸性块矿占比8%4%SiO2/Cao/%3.150.0816.960.7824.050.06略有上升，但从长期数值来看，依旧处于较好水平。2.3适当提高高炉渣碱度五号高炉生产中主要通过添加硅石和蛇纹石来调节炉渣碱度和镁铝比。近年来高炉炉渣碱度和镁铝比变化情况见表6。MgO/Al,0:/%7.5015.307.1415.147.1614.79势，其主要原因是炉料中酸性球团矿和酸性块矿的增加，其Al,O;含量较烧结矿中Al,O,含量少，当炉渣中Al,0,%=15%17%时，炉渣适宜的镁铝比为0.400.50 3，因此炉渣中Al,0,含量下降可以减少蛇纹石的使用，也可以达到降低熔剂单耗的目的。3应用效果梅钢五号高炉通过增加炉料中酸性球团矿使用比例和酸性块矿使用比例等方式减少了高炉熔剂的使用，从而降低了炉料渣比，降低了高炉焦比，提高了高炉利用系数，具体数据见表7。焦比/利用系数/(kg:t)(kg:t)313377302362307350熔剂单耗有明显下降，高炉渣比也随之下行，这5%Al,O,/%1.081.080.63MgO/Al,0,0.490.470.48(t:m:dr)2.072.222.4236使得高炉焦比下降，高炉利用系数上升，高炉渣比下降对高炉顺行有积极意义，2 0 2 0 年下半年至2021年底，高炉连续顺行16 个月，高炉日铁水产量近万吨。4结语梅钢大高炉通过优化烧结矿用料结构，稳定烧结矿质量；增加球团矿使用比例；增加酸性块矿使用比例；适当提高高炉炉渣碱度来实现低熔剂消耗生产。从使用效果看，降低高炉熔剂消耗的最有效方式是增加球团矿的使用比例，且球团矿品位高，使用量增加不会造成渣比上升，但其缺(上接第2 1页）a(ln0)/o-8均有最大值，且最大值时的应变对应着lnO-8曲线拐点处应变，此处应变为AH60C高强钢发生动态再结晶时的临时应变。当变形温度一定时，临界应变随着应变速率的增大而增大；当应变速率一定时，临界应变随着变形温度的增大而减小。使用最广泛的Sellras模型来表示临界应变：8c=azh(15)对其两边求对数，得：ln8c=lna+blnz根据不同变形温度和不同应变速率下的临界应变8 c和对应的Z值，绘制出ln8c-lnZ散点图，对其进行线性拟合，如图11所示。-1.00-1.25-1.50三-1.75-2.00-2.25-2.503.183.203.223.243.263.283.303.323.343.363.38图11lnec-Inz之间的关系由图11可得到拟合方程：ln8c=1.889 75lnZ-8.097 69故，临界临界应变预测模型为8c=3.04 104z 1.89 753结论（1）A H 6 0 C 高强钢在不同变形条件下对动态再结晶行为有显著的影响，随着变形温度的升高，流变应力降低；随着应变速率的增大，流变应力增大，并且变形温度越高，应变速率越低，动态再结晶越彻底；采用Zener-Hollomon参数的正弦函数计算出材料参数值、n、A 以及AH60C高河南冶金点是市场价格较高。使用酸性块矿同样能降低高炉熔剂单耗，且酸性块矿市场价格相比于球团矿低，但是酸性块矿品位低，大量使用同样会增加高炉渣比。因此，建议在高炉生产中根据市场价格和高炉实际渣比等因素灵活调整球团矿和酸性块矿的使用比例。5参考文献【1周传典.高炉炼铁生产技术手册【M】.北京：治金工业出版社，2 0 0 2：118-119.【2 成兰伯.高炉炼铁工艺及计算 M北京：冶金工业出版社，1991:15-23.【3 王筱留.钢铁冶金学【M】.4版.北京：治金工业出版社，2013:132-151.强钢热变形激活能g为2 93 3 0 5.16 3 J/mol。（2）A H 6 0 C高强钢应力应变曲线具有动态再结晶特征，其变形温度达到10 50，应变速率达到0.1s-时应力应变明显出现了完全动态再结晶现象；并且lno-8曲线出现拐点，在（ln）/8与曲线出现最大值，曲线最大值对应的应变即为动态再结晶临界应变。（3）A H 6 0 C 高强钢发生动态再结晶行为时，临界应变随着变形温度的升高而降低，随着(16)应变速率的增大而增大，且在本次试验条件下，AH60C高强钢以及动态再结晶临界应变预测模型为 8 c=3.04 10-4z.1889754参考文献【1王三忠，张胜伟，王鸿飞.AH60C低合金高强度结构钢板的开发与质量控制J】.连铸，2 0 0 6（5）：2 1-2 3.【2 王恩睿，陈子刚，李红俊，等.热变形参数对7 0 0 MPa级热轧高强钢变形抗力及显微组织的影响J.塑性工程学报，2 0 2 0，2 7（12）：144-151.【3 仲维锋，庄利珍，滕敦波.先进高强DP980钢动态再结晶行为J.塑性工程学报，2 0 19，2 6（4）：17 1-17 5.【4苏连锋，王昭东，刘相华，等.用蠕变方程建立高强微合金钢的流变应力预测模型J】.钢铁研究，2 0 0 2，3 0（2：1nz23-26.【5彭海健，李德富，郭胜利，等.GH690合金热变形流变行为的研究J】，稀有金属，2 0 11，3 5（3）：3 56-3 6 1.(17)【6 曾伟明，韩坤，张梅，等.微合金超高强度钢的热变形行为及流变应力模型J】：热加工工艺，2 0 10，3 9（16）：7-10,14.(18)7 陈刚，姚远超，贾寓真，等.3 0 Cr4MoNiV超高强度钢热变形本构方程的构建与优化J】材料导报，2 0 2 2，3 6(21):194-200.【8 汤伟，袁武华，朱志飞.超高强度钢AF1410的高温变形本构方程及热加工图J.热加工工艺，2 0 17，46（2 3）：129-133.【9黄顺喆，厉勇，王春旭，等.SAE9310钢动态再结晶临界条件的研究J.航空材料学报，2 0 14，3 4（3）：21-27.2023年第1期