关键字:高炉　精料　低炉温　低钛　生铁

1　前言
濮阳市林州钢铁有限责任公司(简称林钢)是一个专业炼铁厂，是豫北地区规模较大的铸造用生铁生产基地，具有低S、低P(一般〔S〕≤0.03％，〔P〕≤0.04％)质量特点的优质球墨铸铁用生铁是公司的拳头产品。近年来，随着我国汽车工业的结构性调整，许多精密铸件对生铁质量要求越来越高，尤其对生铁中的某些微量元素要求更严。因此，为满足市场对球墨铸铁用生铁低S、低P、低Ti(即三低)的质量要求，也为进一步扩大生铁的质量优势，决定组织攻关开发市场需求大、要求内在质量高的低钛生铁(〔Ti〕≤0.03％)新产品，经过理论计算、技术分析、原料优化、高炉操作，于2005年3月成功开发出低钛生铁新产品。现浅谈一下我们冶炼低钛生铁的生产实践。

2　生铁降钛的理论依据
2.1生铁中钛的来源
林钢以冶炼铸造生铁为主，受原料条件和炉况波动的双重影响，即使生产炼钢生铁，炉温也常控制在较高水平，因此，生铁中的钛含量也比较高，是低钛生铁要求钛含量的两倍多。分析表明，在高炉冶炼所用的原燃料中，烧结矿中TiO₂含量为0.13％，焦炭中TiO₂含量为0.20%，因此，烧结矿和焦炭是生铁中钛的主要来源，林钢生铁化学成分见表1。

表1林钢生铁化学成分，％

铁种　　　　　　 Si 　　　　Mn 　　　　　S 　　　　　P　　　　　 C 　　　　Ti
铸造用生铁 　　　1.57 　　　0.28 　　　0.019　　　 0.035 　　　4.38 　　　0.083
球墨铸铁用生铁 　1.33 　　　0.11 　　　0.028 　　　0.036 　　　4.30 　　　0.073
炼钢用生铁 　　　0.90 　　　0.11　　　 0.035 　　　0.035 　　　4.37　　　 0.063

2.2钛在高炉内的还原及其影响因素
　　钛以TiO₂形态存在于矿石中，TiO₂比SiO₂更稳定，更难还原。与Si的还原一样，Ti的还原需要消耗大量的热量，还原单位重量Ti所消耗的热量比还原Si时大0.14〔1〕倍。因此，在高炉内，钛的还原只能是在高温条件下的直接还原。
　　理论与实践表明：影响钛还原的主要因素有炉温、炉渣碱度、渣中TiO₂含量、入炉TiO₂负荷。
炉温对Ti还原的影响体现在对Si的还原上。由实验证实，渣内SiO₂和TiO₂同时还原，并且〔Ti〕／(TiO₂)和〔Si〕／(SiO₂)几乎成直线的关系。因此，控制了硅的分配比，就能控制钛的分配比〔2〕，而炉温的高低影响着硅的还原，因此也影响着钛的还原，所以，炉温愈高，愈有利于钛的还原，炉温愈低，愈不利于钛的还原，生铁中的钛含量也就愈低。
　　炉渣碱度也严重影响〔Ti〕的增减，当渣中TiO₂含量较高(>25％)时，〔Ti〕随碱度升高而减少；而TiO₂含量较低(<25％)时，〔Ti〕却随碱度升高而增加〔3〕。因此，高炉冶炼低TiO₂渣时，在保证生铁脱硫的条件下，保持较低的炉渣碱度，以减少TiO₂的还原。当其它条件一定时，〔Ti〕随渣中TiO₂含量的增加而增加，即炉渣中TiO₂含量愈高，愈有利于Ti的还原，生铁中的Ti含量就愈高；炉渣中TiO₂含量愈低，愈不利于Ti的还原，生铁中的Ti含量就愈低，林钢高炉冶炼(TiO₂)量属于后者。
　　根据钛在炉内还原率公式ηTi=进入生铁Ti／入炉钛×100％知，入炉TiO₂负荷升高，则〔Ti〕含量升高，但钛的还原率下降，入炉TiO₂负荷降低，则〔Ti〕含量降低，但钛的还原率上升，因此，降低入炉TiO₂负荷，可降低生铁中的钛含量。
综上所述，在高炉冶炼中，降低生铁中钛含量的主要途径有：降低入炉TiO₂负荷、减少TiO₂入炉量，低硅操作、低碱度、低渣量等。

3　高炉试验
　　钛的还原与硅的还原呈正相关关系，因此不同原料、不同高炉操作条件下，钛在高炉内的还原率是不同的，为掌握在林钢高炉冶炼条件下高炉内Ti与Si的定量关系，我们跟踪统计了95炉次〔Si〕≤1.0％的〔Si〕、〔Ti〕对应值，经一元线性回归分析后得出：

〔Ti〕=0.075〔Si〕+0.0004(r=0.90)
同时，计算出不同〔Si〕条件下钛在炉内的还原率(见表2)

表2钛在炉内的还原率，％

〔Si〕 1.00～0.90 0.89～0.80 0.79～0.70 0.69～0.60 0.59～0.50 0.49～0.40
Ti 37.70 34.43 32.24 28.96 20.22 15.85
试验中还发现，〔Si〕的变化对生铁中的钛含量的影响，在〔Si〕低时生铁中钛含量降低得比〔Si〕高时更为明显。

4　低钛生铁的冶炼技术及生产实践
　　在分析了生铁中的钛源、降钛途径及高炉冶炼具体条件下炉内钛的还原情况后，根据我厂高炉用料杂、成分波动大、高炉容积小的特点，制订了下述冶炼低钛生铁的具体技术措施：
4.1控制钛源，降低入炉TiO₂负荷
　　在供给我厂高炉原燃料的供方中，经跟踪化验分析后，选择购进TiO₂≤0.05％的精矿粉和TiO₂≤0.12％的焦炭。
4.2低硅操作
　　 根据试验得出的〔Si〕、〔Ti〕定量关系及所购原燃料，经下列配料计算。
原燃料：烧结矿TFe=59％，TiO₂=0.072％，批重1700kg／批。焦炭TiO₂=0.12％，批重650kg批。
每批料的理论出铁量为：
0.59×17000.94=1067kg/批
入炉Ti的总量为：
〔(1700×0.072％)+(650×0.12％)〕×48／80＝1.2024kg/批
则生铁中的钛含量为：
〔Ti〕=1.2024×20.22％1067×100％=0.023％
并确定将炉温控制在〔Si〕≤0.50％。
4.3适宜的炉渣碱度
　　林钢高炉炉渣中TiO₂含量在0.25％左右，小于5％，属低钛渣，根据炉渣碱度对〔Ti〕的影响，考虑到硫负荷的大小和炉内生铁脱硫的需要，选择炉渣二元碱度在0.95～1.10。
4.4使用高风温
　　鼓风所带的物理热不仅能在高炉下部全部被利用，而且可替代部分焦炭燃烧所产生的热量，因此，提高风温，一方面可降低焦比，减少焦炭带入TiO₂，减少渣量及(TiO₂)含量；另一方面，可提高渣铁温度，保证炉缸充足的热量，使渣铁有足够的温度和良好的流动性，炉缸工作更均匀、活跃，脱硫条件也得以改善，因此，要求风温≥900℃。
4.5精心操作，稳定炉况
　　冶炼低钛生铁的特点是必须控制较低的炉温水平，〔Si〕、〔S〕、〔Ti〕的含量与标准偏差要求十分严格，同时炉缸热量也处于十分紧张与接近平衡状态，工长必须精心操作，下部保持全风操作，尽量使用高风温，勤放上渣以缩短渣在炉内的停留时间，上部保持7PK+3KP(P—矿，K—焦)的装料制度，稳定两股气流，使高炉上稳下活，稳定顺行。
4.6加强设备管理
　　冶炼低钛生铁是全厂综合水平的集中体现，要求原料、操作、设备管理各方面的密切配合，防止设备事故发生，尤其对高炉的冷却设备要加强巡视检查，发现问题应及时处理，防止因冷却设备漏水造成炉缸冻结。
　　在上述6条措施下，通过周密布署，合理组织，于2005年3月在两座高炉上同时进行了为期一周的低钛生铁生产，共产低钛生铁4260t，其化学成分(表3)完全符合低钛生铁的质量要求。

表3低钛生铁化学成分，％

5　结语
　　（1）小高炉上冶炼低钛生铁是完全可以的，低钛生铁冶炼的基本条件是：精料、低炉温高炉操作及良好的设备管理，三者之中，精料是基础、操作是关键、设备是保证。
　　（2）由于钛在炉内的还原率随炉温不同而不同，因此，只有找出高炉具体冶炼条件下钛的还原率是多少，才能制订出相应的原料选择条件及高炉操作制度。
　　（3）凡能降低矿耗、降低焦比的任何措施，都可降低入炉TiO₂。进而降低〔Ti〕含量，如提高入炉矿品位、提高风温、改善煤气利用和保持炉况顺行等，都有利于低钛生铁冶炼。但这些要以精料为基础。
　　（4）低钛生铁新产品的成功开发，进一步提高了生铁的内在质量，对企业产生了良好的经济效益和社会效益。