袁 宇 皓

（山东钢铁集团有限公司 研究院，山东 济南 250101）

摘 要：通过对转炉炉渣成分及矿物组成的分析，认为：在特定情况下，高炉喷吹转炉炉渣可以促进煤粉燃烧率、改善高炉冶炼条件，能够取得较好的经济效益。目前，在中国高炉现有的原料、燃料条件下，高炉喷吹转炉炉渣，不具备可行性。同时，目前的工艺流程、装备条件，无法支撑高炉喷吹转炉炉渣。

关键词：转炉；炉渣；催化剂；燃烧率

1  前 言

日本某钢铁企业成功开发了高炉喷吹转炉炉渣技术。经风口向高炉喷吹15 kg/t左右的转炉炉渣，提高了煤粉燃烧率，降低了一定数量焦比；改善了渣铁流动性，提高了高炉透气性指数。

针对日本某钢铁企业开发的高炉喷吹转炉炉渣技术，通过从机理上对高炉喷吹转炉炉渣技术进行了分析，同时，结合国内高炉喷吹工艺、装备等现状，对国内高炉喷吹转炉炉渣技术应用进行了可行性分析，国内企业对日本某企业高炉喷吹转炉炉渣技术应认真研究，通过掌握其高炉原燃料背景，结合企业自身实际情况，慎重推行。

2 转炉炉渣成分

转炉炉渣成分随原料、炼钢方法、生产阶段等条件变化而不同，主要由 CaO、MgO、SiO₂、Al₂O₃、 FeO、Fe₂O₃、fCaO（游离态氧化钙）等氧化物组成。

通过矿物岩相分析，转炉炉渣中氧化物主要以铁酸钙的形态存在，游离态的氧化物很少，主要为游离态氧化钙，其他游离态氧化物很少存在。

3  高炉喷吹转炉炉渣技术机理分析

3.1 转炉炉渣对煤粉的催化作用

研究表明^［1］：Ca²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺ 等金属氧化物离子，对无烟煤等低挥发分煤粉在高炉喷吹时有一定的催化作用，但对高挥发分煤粉的催化燃烧性能的提高极为有限。

氧化钙、铁氧化物对煤粉燃烧有催化作用，这方面研究在国内已经很成熟^［2］，同时在上世纪后期得到广泛应用，也取得了非常不错的效果，但这些都是基于高炉喷吹单种无烟煤的基础上实施的提高煤粉燃烧率的措施。随着炼铁技术的不断进步，不同的煤种不断开发用于高炉喷吹生产，其中较为典型的是贫煤及贫瘦煤的使用^［3］。同时，高炉冶炼环境的改善，如富氧率的提高、风温的提高等措施，使高炉喷吹煤粉的燃烧性能得到极大改善，煤粉催化剂的使用大为降低，尤其在使用了挥发分较高的长焰煤、贫煤、贫瘦煤以后，煤粉的挥发分得到明显的提高，这时催化剂的使用基本没有明显提高煤粉燃烧率的效果，目前鲜有使用煤粉催化剂的厂家。

日本某钢铁企业高炉喷吹转炉炉渣后，由于转炉炉渣中存在一定量游离态氧化钙对煤粉燃烧起到了催化作用，煤粉的燃烧率得到提高，进而高炉焦比有所降低。

3.2 转炉炉渣对高炉风口区冶炼环境的改善

转炉炉渣中，含有一定量的氧化镁，氧化镁能有效改善高炉炉渣流动性，降低高炉炉渣对煤气的阻力，提高透气性。日本某钢厂正是利用了转炉炉渣的这种性能。北美和北欧一些国家的高炉实现了全球团高炉冶炼技术，在这种冶炼条件下，要获得合格的铁水，一是随同高炉入炉料配加一定比例的含氧化钙的熔剂，二是通过风口喷吹含有效成分为氧化钙的粉状熔剂。转炉炉渣中含有大量的氧化钙，理论上可以作为高炉熔剂使用，北欧一些国家就有喷吹转炉炉渣的经历，这里高炉喷吹转炉炉渣的目的仅仅是优化酸性炉料条件下的高炉渣系。

4 国内高炉喷吹转炉炉渣技术可行性分析

4.1 高炉喷吹转炉炉渣前提条件

转炉炉渣的催化作用适用于挥发分较低的煤种，目前国内高炉喷吹用煤基本上以混合煤为主，挥发分在15%左右，同时，高炉的富氧率、风温较前些年有大幅提高，因此喷吹煤的燃烧已不成问题，在此条件下，使用催化剂作用已然不大。至于转炉炉渣对高炉透气性的改善作用没有得到广泛认可，日本某钢铁企业高炉喷吹转炉炉渣取得了不错的效果，应该与其高炉原燃料条件有关。其实，向高炉喷吹转炉炉渣的效益远远没有喷吹转炉灰的效益大，转炉灰除了具备催化燃烧和提高高炉透气性作用外，由于含有60%左右的铁，能有效提高产量，降低焦比。

4.2 转炉渣喷吹方式的适宜性

煤粉催化剂必须尽可能要和煤粉混匀，否则其催化作用将不能充分发挥。因此要求转炉炉渣和煤粉混合制粉才能达到充分混匀的目的。

转炉炉渣堆密度是煤粉的3倍左右，大部分转炉炉渣细粉会“沉淀”在煤粉仓的底部，因此混合喷吹时会造成转炉炉渣过于集中，催化作用大打折扣。

同时转炉炉渣中的氧化钙、铁氧化物等物质主要以铁酸钙的形式存在，喷入高炉后有阻碍游离态氧化钙催化煤粉燃烧的负效应，此时，转炉炉渣起不到对煤粉的催化作用，或者说，作用甚微；同时铁酸钙分解需要吸收大量的热量，在目前国内原燃料条件下，高炉喷吹转炉炉渣从机理分析是行不通的。

4.3 转炉炉渣磷含量

转炉炉渣中磷含量高，高炉渣不具备脱磷能力。如果高炉喷吹转炉炉渣时，带入的磷除了少量随高炉煤气排除外，大部分又回到钢水中，这样造成钢水脱磷成本上升。

4.4 对设备的损害

济南某钢铁企业某高炉停产前喷吹过焦炉除尘灰，喷吹比例约10%左右，造成喷吹管道大面积磨损，曾造成停煤抢修，转炉炉渣硬度更高，对管道的磨损将更甚。转炉炉渣中含少量颗粒铁，在制粉时会对磨机造成损坏。另外，转炉炉渣硬度高、可磨性差，加工成本高。

5 结 论

5.1 目前国内高炉喷吹煤燃烧性好、高炉富氧率、高炉风温较原来明显提高，使用转炉炉渣的催化作用意义不大，同时铁酸钙也会使游离态氧化钙的催化作用大打折扣。

5.2 目前国内高炉喷吹工艺装备，难以实现转炉炉渣和煤粉的均匀混合，催化燃烧作用弱化。

5.3 转炉炉渣中磷含量太高，如果进行高炉喷吹，会造成磷在高炉与转炉间循环富集，增加钢水脱磷的成本。

5.4 转炉炉渣中的颗粒铁对喷煤制粉磨机造成损伤，同时喷吹管道无法支撑转炉炉渣的喷吹。

5.5 综上分析认为，目前国内高炉喷吹转炉炉渣催化提高煤粉燃烧率的意义不大，喷吹转炉炉渣经济上不合算，设备达不到喷吹要求，高炉喷吹转炉炉渣技术不适合在国内推广。

5.6 日本某钢铁企业高炉喷吹转炉炉渣能降低其高炉焦比，取得较好的经济效益，应与其原燃料条件有直接关系。

参考文献：

［1］ 卫广运，张建良，柴轶凡，等.氧化钙催化煤粉燃烧失效机理 研究［J］.冶金能源，2015，34（4）：23-27.

［2］ 张辉，刘应书，房连增，等.热重分析法研究不同添加剂对煤粉的催化燃烧［J］.北京科技大学学报，2013，35（6）：818-825.

［3］ 刘仁生，赵兵，吴小军 . 高炉喷吹煤燃烧促进剂的优化选择 ［J］.煤炭加工与综合利用，2009，23（5）：42-45.