首鋼股份3號高爐（4000ｍ³）主要采用66％高堿度燒結(jié)礦+27％普通酸性球團(tuán)礦+7％塊礦的爐料結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦生產(chǎn)能耗高、氣體污染物排放多，且遷安境內(nèi)鐵礦石資源多為貧礦，選礦所得精礦粉粒度較細(xì)，更適合生產(chǎn)球團(tuán)礦，且大比例球團(tuán)礦冶煉具有高品位、低渣比、低能耗、低排放的特點(diǎn)，節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢明顯。根據(jù)公司生產(chǎn)經(jīng)營計(jì)劃和資源平衡安排，3號高爐于2019年8月4日開展高球團(tuán)礦配比冶煉試驗(yàn)。球團(tuán)礦比例由27％提高到38％后，由于球團(tuán)礦堆角小，易滾動(dòng)，軟熔溫度低的缺點(diǎn)，影響了高爐煤氣流分布，造成爐況波動(dòng)。通過各種調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了球團(tuán)礦在爐內(nèi)布料平臺的準(zhǔn)確控制，改善煤氣流分布，保證了高爐穩(wěn)定順行。

與燒結(jié)礦相比，球團(tuán)礦具有含鐵品位高、 粒度均勻、 冷態(tài)強(qiáng)度高、FeO含量低等優(yōu)點(diǎn)，但是球團(tuán)礦的缺點(diǎn)也十分明顯：

（1）球團(tuán)礦堆角小，易滾動(dòng)。隨著球團(tuán)礦比例不斷增加，這種滾動(dòng)更為明顯，從而使得料面形狀難以穩(wěn)定，煤氣穩(wěn)定性降低。

（2）球團(tuán)礦受熱還原時(shí)容易發(fā)生膨脹，影響高爐下料的均勻性，進(jìn)而影響高爐爐況的穩(wěn)定。

（3）球團(tuán)礦的軟熔溫度較低，在爐料下降過程中，過早的軟化造成軟熔區(qū)間變寬，軟熔帶變厚，且軟培帶根部整體上移，使得料柱的透氣性惡化，高爐壓差升高，影響煤氣流分布。

（4）球團(tuán)礦比例提高后，含鐵爐料的粒度降低，與焦炭層的“界面效應(yīng)”增加，影響高爐的順行狀況 。

普通酸性球團(tuán)礦高溫冶金性能較差，難以滿足大高爐高球團(tuán)礦配比冶煉試驗(yàn)的要求。經(jīng) 與公司協(xié)調(diào)， 給3號高爐調(diào)配京唐堿性球團(tuán)礦，采用燒結(jié)礦配加京唐堿性球團(tuán)礦、 酸性球團(tuán)礦、 生礦的爐料結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)用主要原料成分及性能見表１。與普通酸性球團(tuán)礦相比，京唐堿性球團(tuán)礦的還原膨脹率降低到平均17.4％，成品球1014mm粒級比例達(dá)到77％。球團(tuán)礦質(zhì)量的改善，為高爐高球團(tuán)礦配比冶煉試驗(yàn)提供了有力支撐。

３號高爐高球團(tuán)礦配比冶煉試驗(yàn)，計(jì)劃采用兩步走策略：

（1）以提高球團(tuán)礦比例為主，不過分追求技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，給冶煉試驗(yàn)創(chuàng)造寬松條件。

（2）球團(tuán)礦比例達(dá)到45％后，通過優(yōu)化高爐操作制度改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。實(shí)際上，由于京唐堿性球團(tuán)礦斷供，球團(tuán)礦比例只提高至38％。試驗(yàn)期間球團(tuán)礦比例的變化如圖１所示。

理論上，高品位球團(tuán)礦比例提高后，爐料整體品位提高，渣比降低，高爐燃料比應(yīng)該下降。但實(shí)際上，由于球團(tuán)礦比例提高后，煤氣流分布不穩(wěn)定，熱負(fù)荷頻繁波動(dòng)，爐溫波動(dòng)大，燃料比并沒有降低，而略有所上升，從512—516kg/t上升至517—525/t。試驗(yàn)期間，燃料比及入爐焦比的變化如圖2所示。

3號高爐高球團(tuán)礦配比冶煉試驗(yàn)期間，重點(diǎn)觀察了煤氣流分布、Ｚ值、W值、軟水差、透氣性指數(shù)等操作參數(shù)的變化。

（1）煤氣利用率

由圖3可知，球團(tuán)礦比例提高后，煤氣利用率變化明顯，煤氣穩(wěn)定性變差。其主要原因是：布料時(shí)球團(tuán)礦頻繁滾動(dòng)，料面不穩(wěn)定，造成煤氣流不穩(wěn)；球團(tuán)礦受還原時(shí)容易發(fā)生膨脹，料柱透氣性惡化，爐況波動(dòng)。

（2）Ｚ值、W值

試驗(yàn)前期，隨著球團(tuán)礦比例逐步提高，高爐中心溫度逐漸降低，中心加重，Ｚ值震蕩走低。中后期調(diào)整，中心漸開，Z值升高。試驗(yàn)中期適度發(fā)展邊沿氣流，高爐的W值逐漸走高。試驗(yàn)后期穩(wěn)定邊沿，W值趨于平穩(wěn)。3號高爐Ｚ值和W值變化如圖4所示。

（3）上部軟水溫差

由圖5可看出，試驗(yàn)前期球團(tuán)礦比例提高，高爐上部軟水溫差升高，表明邊沿氣流發(fā)展，爐身中下部渣皮脫落嚴(yán)重，爐墻溫度升高。試驗(yàn)中后期邊沿氣流趨穩(wěn)定，上部軟水溫差震蕩下降。

（4）透氣性指數(shù)

由圖6可看出，隨著球團(tuán)礦比例逐步提高，高爐透氣性指數(shù)趨小。試驗(yàn)后期，球團(tuán)礦比例≥35％，并持續(xù)6天后，高爐透氣性指數(shù)急劇減小，說明大比例配吃球團(tuán)礦，對高爐透氣性的影響有一定的累積效應(yīng)，這種累積效應(yīng)在大高爐冶煉中尤為明顯。主要是球團(tuán)礦比例提高后，含鐵爐料與焦炭層的“界面效應(yīng)”累積增加，加之大高爐的冶煉“慣性”，料柱透氣性嚴(yán)重惡化。

（1）原燃料調(diào)整

球團(tuán)礦比例提高后，爐渣（Al₂O₃）含量上升幅度較大，（MgO）含量呈下降趨勢。為改善爐渣流動(dòng)性，將燒結(jié)礦（MgO）含量適當(dāng)上調(diào)，爐渣中（MgO、Al₂O₃）和爐渣堿度控制在合理范圍。試驗(yàn)前后高爐爐渣中（MgO）、（Al₂O₃）、鎂鋁比及堿度的變化如圖７所示。由圖可知，爐渣鎂鋁比、堿度均基本穩(wěn)定。

試驗(yàn)期間，保持焦炭質(zhì)量穩(wěn)定，入爐一級焦比例≥75％，波動(dòng)要小。燒結(jié)礦以自產(chǎn)燒結(jié)礦為主，保持燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定，不配吃外購燒結(jié)礦，二燒比例英≥85％，不發(fā)生大的波動(dòng)。加強(qiáng)現(xiàn)場取樣管理，確保原燃料質(zhì)量不發(fā)生大的波動(dòng)。加強(qiáng)原燃料篩分力度，減少粉末入爐。

（2）操作制度調(diào)整

根據(jù)相關(guān)操作參數(shù)變化，爐內(nèi)操作制度也做出了相應(yīng)調(diào)整。

一是調(diào)整料罐放料方式

球團(tuán)礦易滾動(dòng)，在布料時(shí)容易滾向中心漏斗和邊沿爐墻處，使中心和邊沿兩股氣流均有所減弱，不利于爐況順行。為此：

①調(diào)整放料延時(shí)，適當(dāng)延長球團(tuán)礦在Ｎ１皮帶上的長度，使球團(tuán)礦與燒結(jié)礦充分混勻；

②調(diào)整料罐放料順序，盡量將球團(tuán)礦放在礦料批中段，布料時(shí)球團(tuán)礦落在礦石環(huán)帶的中，燒結(jié)礦分布在礦石環(huán)帶兩端，減少球團(tuán)礦往邊沿和中心滾動(dòng)，減輕對軟熔帶和煤氣分布的影響。

二是調(diào)整裝料制度（見表2）

試驗(yàn)初期，球團(tuán)礦比例＜30％，對高爐煤氣流影響并不明顯。考慮到球團(tuán)礦使軟熔帶上移，造成中心氣流受抑制，布料以拓寬焦炭平臺為主，讓 礦 料批中的球團(tuán)礦布在礦石環(huán)帶中間，疏松中心氣流為主。球團(tuán)礦比例提高至32％，由于球團(tuán)礦易滾動(dòng)的特性， 料面形狀開始不穩(wěn)定，十字測溫中心溫度下降。將焦炭布料擋位6的2圈焦炭改為擋位6、7各1圈焦炭，中心擋位焦炭不變，穩(wěn)定焦炭平臺。試驗(yàn)后期， 球團(tuán)礦比例≥35％邊沿氣流趨發(fā)展，中心氣流不足，采用適當(dāng)發(fā)展中心氣流、穩(wěn)定邊沿氣流的裝料制度。布料調(diào)整為焦炭中心擋位7、8不動(dòng)，其余礦焦擋位角度整體外移0.5°。

三是調(diào)整送風(fēng)制度

送風(fēng)制度決定了風(fēng)口回旋區(qū)的大小、 形狀和煤氣流的一次分布， 對活躍爐缸起著重要作用。試驗(yàn)后期，球團(tuán)礦比例≥35％，中心氣流受壓制嚴(yán)重，邊沿氣流發(fā)展。為吹透中心，加大了實(shí)際風(fēng)速，保證實(shí)際風(fēng)速≥260ｍ/s，以提高鼓風(fēng)動(dòng)能，活躍中心爐缸。

四是調(diào)整熱制度

球團(tuán)礦比例≥35％后，高爐操作爐型變化明顯，軟溶帶根部整體上移， 爐腹到爐身下部渣皮脫落嚴(yán)重，熱負(fù)荷頻繁波動(dòng)，試驗(yàn)期間高爐爐溫和物理熱控制在中上，力求穩(wěn)定，減少波動(dòng) 。

（3）認(rèn)真做好爐前出鐵工作，加強(qiáng)外圍設(shè)備的點(diǎn)檢和維護(hù)。球團(tuán)礦比例提高后，邊沿氣流發(fā)展， 爐墻頻繁的脫落，尤其是下部爐墻脫落，也直接或間接造成了鐵口卡鐵流現(xiàn)象變多，使得鐵口不見渣、見渣晚、見渣后斷流的次數(shù)有所增加。因此， 必須把握好出鐵節(jié)奏，保證重疊，杜絕間隔出鐵，保證渣鐵出凈。同時(shí)，要加強(qiáng)外圍設(shè)備的點(diǎn)檢和維護(hù)，杜絕因設(shè)備故障影響髙爐整體生產(chǎn)。

本次試驗(yàn)，首鋼股份3號高爐進(jìn)行了持續(xù)18天的燒結(jié)礦配加堿性團(tuán)礦、酸性球團(tuán)礦、 生礦的冶煉探索，最高球團(tuán)礦比例達(dá)到38％，并持續(xù)了6天。試驗(yàn)驗(yàn)證了球團(tuán)礦質(zhì)量是髙球團(tuán)礦比例冶煉是否成功的關(guān)鍵，基本掌握了高爐高球團(tuán)礦配比冶煉時(shí)操作制度的調(diào)整規(guī)律，為后續(xù)高球團(tuán)礦配比冶煉生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（1）試驗(yàn)證明，球團(tuán)礦比例＜30％，對高順行影響不大。球團(tuán)礦比例≥35％，高爐操作爐型變化明顯，煤氣流分布不穩(wěn)。通過調(diào)整料罐放料方式，實(shí)現(xiàn)了球團(tuán)礦在爐內(nèi)布料平臺上的準(zhǔn)確控制，穩(wěn)定了煤氣流分布，改善了煤氣利用率。

（2）布料調(diào)整上，球團(tuán)礦比例＜32％，以拓寬、穩(wěn)定焦炭平臺為主，穩(wěn)定煤氣流。球團(tuán)礦比例≥35％， 以“發(fā)展中心，穩(wěn)定邊沿” 為主，活躍爐缸，力保順行。

（3）球團(tuán)礦比例≥35％，高爐中心氣流受到抑制，采用了加大實(shí)際風(fēng)速，提高鼓風(fēng)動(dòng)能的操作對策，保證了中心煤氣通路。

（4）球團(tuán)礦比例提高后，熱負(fù)荷頻繁波動(dòng)，爐溫起伏明顯，燃料比略有所上升。