摘要：  为提高白云鄂博特殊矿高炉强化冶炼技术水平，在高炉精料和操作技术两大方面进行了优化，前者包括烧结和球团新技术应用、高炉含铁炉料结构优化、炼焦配煤优化；后者涵盖提高炉缸活跃性、改善煤气流分布及顺行状况等措施。应用这一综合技术，2006年包钢炼铁厂高炉平均利用系数突破2．0 t／(m³·d)，白云鄂博特殊矿强化冶炼技术取得了显著进步。

关键词：  高炉；白云鄂博铁矿；强化冶炼；精料技术；操作技术

包头钢铁(集团)公司(以下简称包钢)炼铁原料主要以白云鄂博铁矿为主。白云鄂博矿是世界上罕见的铁、稀土、碱金属等多金属共生矿。首先因其质地致密，结构复杂，是难于选分的矿石，其选矿磨矿粒度细，造成烧结制粒成球性差；其次由于含有氟、钾、钠等有害元素，导致其烧结矿、球团矿的质量较差。由此导致大量使用白云鄂博铁矿的包钢高炉长期以来处于难冶炼的状态。包钢高炉投产后相当长的时间内，利用系数低于1．0 t／(m³·d)，经20世纪70~80年代的炉瘤攻关，高炉生产基本转入正常，利用系数突破1．7 t／(m³·d)。近几年通过对白云鄂博矿冶炼技术攻关，提高精料水平，优化操作技术，高炉利用系数不断提高。随着烧结和球团新技术的应用、高炉含铁炉料结构的优化、炼焦配煤的优化，以及提高炉缸活跃性、改善煤气流分布和顺行状况等措施的实施，2006年全厂年均高炉利用系数首次突破2．0 t／(m³·d)，达到2．035 t／(m³·d)，月均最高达到2．201 t／(m³·d)，焦比降为445kg／t，燃料比降为566 kg／t，工序能耗降为444 kg(标煤)／t，包钢高炉特殊矿冶炼技术指标有了很大的突破，并取得了显著的经济效益。

1    精料技术进步

1．1  改善烧结矿和球团矿质量

    包钢烧结用铁料主要是细精矿粉，占铁料配比的85％。而细精矿粉又是以白云鄂博铁精矿为主。白云鄂博矿的特殊性和精矿的高比例给烧结生产带来很大困难，造成料层透气性差，垂直烧结速度低，烧结矿转鼓指数低，粒度组成差。近2年通过对白云鄂博精矿烧结工艺的研究，应用相关烧结新技术，对原有设备进行了一系列的技术改造，2006年烧结矿主要技术指标取得了较大的突破，为高炉强化冶炼创造了条件。近几年烧结矿转鼓指数及小粒级比例变化见图1。

    为了改善球团矿质量，一方面优化配料以提高球团矿含铁品位，另一方面采用带式焙烧机全密封技术，提高了球团矿的转鼓指数、一次达标率及转鼓达标率。球团矿相关质量指标见表1。

1．1．1烧结自动配料技术的应用

    配料过程是烧结生产工艺的一个重要工序，它将直接影响着烧结矿质量和烧结过程的稳定。多年来，烧结生产的配料一直采用人工配料，误差大、精度低。通过电气和计量改造、程序软件的开发应用，先后在180、265 m²烧结机上实施了自动配料技术。使用自动配料技术后烧结原料配比趋于稳定，混合料水、炭波动减少，烧结矿质量明显改善。2006年180、265 m²烧结机所生产烧结矿的一次合格率较2005年分别提高了9．28和16．99个百分点。

1．1．2生石灰消化技术的应用

    过去，由于生石灰消化不充分，混合料的料温低，混合和制粒效果差，烧结料层的过湿现象严重，料层的透气性不好。近2年逐步改造了180 m²和265 m²烧结机原生石灰消化器，增加了生石灰的消化时间，保证了生石灰的充分消化。改造后混合料的料温分别提高了12℃和18℃，料层的透气性明显改善，为厚料层操作创造了条件。

1．1．3强力造球技术在混合机上的应用

    烧结混合料成球率的高低直接影响到烧结料层的透气性，是影响烧结机产量和质量的重要因素之一。包钢90 m²烧结机的二次圆筒混合机，筒体尺寸为声3 000 mm×9 000 mm，倾角为0．85⁰，转速为8．8 r／min。因筒体长度短，容量小，制粒效果一直较差。200 6年7月中修期间，包钢90 m²烧结机的二次混合机筒体加装了锥式逆流衬板。实践表明，锥式逆流衬板有效地延长了造球时间，改善了造球效果。二次混合机改造前后制粒效果对比如表2所示。

1．1．4低温点火技术的应用

    过去包钢烧结操作点火温度偏高，在(1150±50)℃，强度虽略有改善，但造成表层过熔，透气性变差，垂直烧结速度降低。为能够改善料层透气性，在生产过程中适当降低点火温度，将点火温度控制在(1 050±20)℃水平，同时采取混合料面预热措施，烧结表层未出现过熔现象，垂直烧结速度有所提高(图2)，烧结能耗得以降低。

1．1．5厚料层烧结技术的应用

    厚料层操作可以提高烧结过程的自动蓄热能力，降低固体燃耗，抑制过烧现象，从而降低FeO含量，改善烧结矿还原性。同时厚料层还可以使高温保持时间延长，液相的同化和熔体的结晶较为充分，使结构得到改善，从而提高烧结矿强度和成品率。2005年改造了2台90 m²烧结机，料层高度由原来的600 mm提高到630 mm。改造后烧结矿转鼓指数约提高了2个百分点，小于5 mm粒级的烧结矿降低了约2个百分点，成品率有较大幅度提高。烧结料层提高前后相关指标对比情况见表3。

1．1．6降MgO技术的应用

    近年来，随着铁精矿SiO₂含量逐渐降低，烧结矿液相减少，强度有所下降。在烧结矿液相减少情况下，适当降低烧结矿中。MgO含量，可以有效增加铁酸钙矿物相的生成。2004年以前，包钢烧结矿MgO的质量分数控制在2．6％～2．8％，转鼓指数在65％的水平。2004年之后，逐步实施了降低烧结矿MgO含量的技术措施，2005年将烧结矿．MgO的质量分数降至2．2％的水平，转鼓指数提高至73％左右；2006年又将烧结矿MgO的质量分数降至2．0％的水平，转鼓指数超过了76％，同时也降低了烧结矿人炉粉末。

1．1．7全密封技术在球团带式焙烧机的应用

  包钢球团162 m²带式焙烧机是德国鲁奇公司转口日本的设备，由于设备后期系统漏风严重，打乱了风(热)平衡，制约了球团矿质量的提高。为此，借鉴国内烧结机治理漏风的经验和做法，对带式焙烧机进行了全密封技术的改造。由此风量损失得以减小，各风机能力提高，有利于调节风系统各段风量的合理分配，同时热平衡相对稳定，炉温易控制，从而改善了球团矿质量(表4)。

1．2炉料结构的优化技术

1．2．1烧结矿冶金性能的对比分析

  包钢烧结矿占含铁炉料结构的70％左右。因此包钢烧结矿冶金性能很大程度上决定着包钢含铁炉料结构的综合性能，是包钢综合炉料结构优化的重点。

    本研究针对不同碱度和FeO含量的7组烧结矿，进行了还原度、低温还原粉化及软熔滴落性能的测定，结果见表5。由此可见，在当前条件下，包钢烧结矿的二元碱度在1．8～2．0为宜；当碱度在1．8时，烧结矿中FeO的质量分数应控制在8％左右；而碱度在2．0时，烧结矿中FeO的质量分数应控制在10％左右。

1．2．2合理炉料结构的探讨

    合理的炉料结构是精料技术的重要内容，是高炉冶炼获得良好技术经济指标的基础。长期以来，包钢的炉料结构主要以自产烧结矿与自产球团矿相互搭配为主，其熟料比高达98％以上。这种炉料结构存在不合理性，不但不能通过配加外矿克服白云鄂博矿难冶炼的缺点，入炉品位也较低。为此，进行了包钢高炉合理炉料结构的研究，实验结果见表6。

    根据这一研究结果可知，用部分澳洲块矿代替部分球团矿，其冶金性能得以改善；而用球团矿代替部分烧结矿，冶金性能反而变差；包钢合理的高炉炉料结构为：70％烧结矿+20％球团矿+10％澳洲块矿。因此，2005年起，包钢烧结矿碱度控制在2．0左右，并且逐渐提高澳洲块矿在高炉炉料结构中的比例到7％左右，取得了良好的高炉经济技术指标。

1．3  改善包钢焦炭质量的措施

    包钢焦炭在灰分、硫分、冷强度、反应性及热强度指标方面与国内同行相比差距较大，2003  2004年焦炭灰分达到13．4％，硫分达到0．9％，冷强度M40为78．94％，反应性为27．90％，热强度为57．7％。

    2005年7月后，包钢炼焦配煤中增配了低灰、低硫的蒙古煤和木里煤，相应地降低了乌肥煤等灰分、硫分较高的西部煤配比。优化配煤方案为：同德，22％；邯郸，8％；镇城底，13％；晋中，7％；大武口，12 9／6；木里，5％；乌焦，10％；乌肥，3％；河杨，8％；蒙古，12％。

    通过优化配煤，使得包钢焦炭的灰分、硫分两项指标有了较大的改进，焦炭工业分析及转鼓指数指标见表7。

    优化配煤后的焦炭热性能与抗碱性也有所改善，不同焦炉生产的焦炭的热性能和抗碱性测定结果列于表8。

2    高炉操作技术进步

    高炉操作技术是高炉顺行的保障，对高炉强化冶炼至关重要。近年来包钢高炉陆续采用了提高炉缸温度、控制鼓风动能、加大回旋区深度、选择合理的装料制度、控制冷却壁温度、提高风温和富氧率及炉顶煤气压力等措施，提高了白云鄂博特殊矿高炉强化冶炼技术水平。

2．1确保炉缸活跃性

2．1．1提高炉缸温度

    2006年开始．逐步认识到维持充足的炉缸物理温度，对于提高炉缸活跃程度非常重要。为此在高炉操作上对铁水温度进行严格控制，避免炉缸物理温度持续偏低现象发生。由表9可知，除5号高炉铁水温度略有降低之外，其它高炉的铁水温度逐年升高，2006年与2004年相比，平均增幅达到9．4℃。

2．1．2调整鼓风动能

    2003—2004年期间，因焦炭质量变差，高炉不接受风量，风速降低，高炉稳定顺行周期缩短。通过大量调查认为，在燃料质量较差时应缩小进风面积，增加鼓风动能；而当燃料条件改善后，应适当扩大进风面积。近几年由于焦炭质量变差，高炉进风面积趋于缩小。历年包钢各高炉进风面积如表10所示，高炉进风面积调整后炉缸活跃，高炉顺行状况逐步好转。

2．1．3加大回旋区深度

    为了进一步确保炉缸活跃，采取了加大回旋区深度的措施。从2005年后逐渐增加斜风口数量，到目前为止，斜风口数量已达到90％以上；从2006年4月底开始在大高炉安装长风口，风口长度由550mm加长到600 mm。并且通过风口焦取样测定了高炉的风口回旋区深度，回旋区深度已达到2．3 m水平。

2．2选择合理的装料制度

    适当抑制边缘煤气流，改善煤气利用率是强化冶炼的一项重要措施。为了达到这个目的，包钢高炉采取特定的装料制度，该制度下的料面形状中心呈漏斗状，顶温低，煤气利用率高。炉顶温度平均150℃，煤气利用率达到45％以上，同时也降低了焦比，提高了高炉利用系数。该装料制度下炉喉温度曲线见图3。

2．3控制冷却壁温度

抑制边缘气流后，需要相应地调整冷却制度，防止冷却壁热面温度降低后造成炉墙结厚。近几年开始探索如何调整冷却制度，以适应冷却壁热面温度的要求。例如，当冷却壁热面温度持续降低，并低于50℃时，考虑调整冷却壁水量，一般减正常水量的10％；又如，当冷却壁热面温度降到50℃，且呆滞，并伴随轻微的滑尺或崩料，一般减正常水量的20％。

2．4高风温操作

    2006年全厂平均风温为1165℃，而2005年全厂平均风温为1159℃，整体水平上有较大的提高(表11)。由于2号高炉的1号热风炉燃烧室火井掉砖，燃烧器严重堵塞，所以在此表中没有统计2号高炉的风温。

2．5增加富氧率

    合理安排富氧，大高炉按8 000～12 000 m³／h，小高炉按5 000～7000 m³／h进行富氧操作。由表12可知，2006年富氧率平均为1．77％，比2005年升高了0．34个百分点。2006年富氧率最高时达到3．7％。富氧率提高后，炉腹煤气量减少，风口前理论燃烧温度升高，为高炉顺行和提高炉缸温度创造了条件。

2．6提高炉顶煤气压力

    提高炉顶煤气压力，可以降低炉内煤气流速，是强化冶炼、改善煤气利用率、降低焦比的有力措施。2006年炉顶煤气压力较2005年都有不同程度的提高，见表13。2006年全厂高炉顶压平均达到0．149 MPa，比2005年升高了0．006 MPa。提高炉顶煤气压力后,炉况顺行得到改善，稳定性提高，煤气流分布趋向合理。

    通过以上的精料和操作技术进步，包钢高炉利用系数显著提高，首次突破2．0 t／(m³·d)，且燃料比下降，吨铁工序能耗明显降低。2006年与2005年相比，高炉利用系数提高了0．113 t／(m³·d)，燃料比降低了5 kg／t，吨铁工序能耗降低了4 kg(标煤)／t，直接经济效益约为4 900万元。

3    结论

    (1)通过烧结和球团新技术的应用、炼焦配煤的优化以及高炉含铁炉料结构的优化，改善了烧结矿、球团矿以及焦炭的质量，优化了高炉炉料结构，提高了精料水平，为包钢高炉特殊矿强化冶炼创造了有利条件。

    (2)包钢高炉通过采用提高炉缸温度、控制鼓风动能、加大回旋区深度、选择合理的装料制度、控制冷却壁温度、提高风温和富氧率及炉顶煤气压力等措施，确保了炉缸活跃性，改善了煤气流分布及顺行状况，提高了高炉利用系数。

    (3)包钢高炉在精料和操作技术进步的基础上，2006年全厂年均高炉利用系数突破2．0t／(m³·d)，焦比、燃料比以及工序能耗均明显降低，经济效益显著，达到了强化冶炼的目的。

                                          (1．北京科技大学冶金与生态工程学院  2．包头钢铁(集团)公司)