摘  要  “加鈦護(hù)爐”已成為目前主流維護(hù)爐底、解決爐缸危機(jī)的做法之一，但目前護(hù)爐用鈦資源種類繁多，如何選擇鈦資源類型以及如何更加高效使用鈦資源是目前煉鐵工作者面臨的迫切需要了解的問題。本文首先對國內(nèi)某大型高爐常用鈦資源進(jìn)行成分和冶金性能分析，其次從鈦還原動力學(xué)角度提出了鈦微觀均勻性的指標(biāo)，從拉料與布料調(diào)整方面提出了鈦資源在爐頂截面分布的宏觀均勻性指標(biāo)，用于探討和優(yōu)選不同類型鈦資源和使用方法，為含鈦爐料類型的選擇以及如何更加有效使用該鈦資源提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞  高爐，加鈦護(hù)爐，宏觀均勻性，微觀均勻性

Application of macro and micro homogeneity in titanium resource utilization 

WU Jian-long1，CHEN Hui1，MA Ze-jun1，SUN Jian1，WANG Wei1， LIANG Hai-long1，ZHENG Peng-chao2， CHEN Yan-bo2 

Shougang Research Institute of Technology, Beijing 100043, China；

Shougang Jingtang Iron & Steel Co., Ltd. , Caofeidian, 063200, China

Abstract  It has been recognized that using titanium resources to maintain hearth to resolve the crisis and prolong the life of blast furnace. However, there is a wide range of titanium resources, how to choose the appropriate type is a problem to be solved. This paper firstly analyzed the composition and metallurgical properties, then put forward the micro titanium uniformity index from titanium reduction dynamics, change the way forward from the cloth in the distribution of top titanium resources section macroscopic homogeneity index for discussion and selection of different types of titanium resources and use method. And the conclusions provide a reference for iron workers to choose a reasonable type of titanium.

Keywords  Blast-furnace, Titanium resources to maintain hearth, Macro homogeneity, Micro homogeneity

1  前言

近年來，隨著高爐大型化發(fā)展趨勢、冶煉強(qiáng)度的逐步增加，爐缸發(fā)生燒穿、側(cè)壁溫度急劇升高等問題的高爐明顯增多[1]。在常規(guī)采取措施提高冷卻強(qiáng)度、控制冶煉強(qiáng)度等措施基礎(chǔ)上，廣大煉鐵人員越來越認(rèn)可通過使用鈦資源維護(hù)爐底、解決爐缸危機(jī)的方式[2~3]。然而目前鈦礦資源種類繁多，有國外進(jìn)口鈦礦，有國內(nèi)高、低品位不同的鈦礦、鈦球等，如何選擇適宜鈦資源在對高爐順穩(wěn)影響盡量小前提下維護(hù)爐缸安全成為煉鐵工作者亟待解決的問題。

2  不同類型鈦資源成分及冶金性能分析

國內(nèi)某大型高爐近些年常用鈦資源類型有外購鈦資源C鈦球、J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦及自主研發(fā)的含鈦球團(tuán)Z鈦球，以上五種常用鈦資源成分及還原性能如表2.1所示。

由表 2.1可以看出，C鈦球、J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦中含TiO2量較高，鐵品位偏低，屬于專用護(hù)爐用鈦料，使用時難免降低綜合入爐品位加大渣量。而Z鈦球則是通過在普通球團(tuán)中添加鈦精粉得到的，為此TiO2含量偏低，但鐵品位卻遠(yuǎn)超其它幾種專用護(hù)爐鈦料，大量使用也不會對綜合品位產(chǎn)生影響。

如圖 2.1所示，為不同類型鈦資源還原度。從還原度來看，Z鈦球還原度位居首榜達(dá)80.58%，而C鈦球還原度次之為65.92%，其它J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦還原度依次降低為58.84%、52.14%、49.85%。

3  鈦的微觀均勻性用于鈦資源類型優(yōu)選

從反應(yīng)動力學(xué)角度考慮，只有含鈦氧化物在盡可能多的去接觸到外界還原氣氛才能更加迅速被還原，而影響含鈦氧化物還原重要因素之一就是Ti元素在含鈦爐料中的分散程度，分散程度越高與外界還原氣氛接觸面越多[4~6]。

集中分布的Ti氧化物，雖然量比較多，但由于分布集中在某一小區(qū)域，與外部還原介質(zhì)接觸面積則會大大降低，不利于還原的進(jìn)行；而凌亂分布的Ti氧化物，雖然含量較少，但其與還原介質(zhì)接觸機(jī)會和面積都會大大增加，有利于鈦氧化物的進(jìn)一步還原。為此，提出微觀均勻性的概念，用于評價鈦資源中鈦元素在爐料中分散程度。

利用掃描電鏡SEM分析，對不同類型鈦資源進(jìn)行面掃描，可以得出視野界面內(nèi)鈦的分布情況，并利用網(wǎng)格細(xì)化處理得出鈦的分散程度，從而為鈦的微觀均勻性評價提供可能。如圖 3.1所示，為J鈦礦和Z鈦球兩種鈦資源的微觀均勻性評價圖。

如圖 3.1所示，左圖為J鈦礦的微觀均勻性，右圖為Z鈦球的微觀均勻性，其中亮點為鈦元素在SEM分析下面掃的顯示狀態(tài)。可以看出，J鈦礦中的鈦元素分布較為集中，這與J鈦礦天然形成時，內(nèi)部含鈦結(jié)構(gòu)富集導(dǎo)致的；而Z鈦球中鈦元素分布在整個視野內(nèi)，這也與造球工藝導(dǎo)致球團(tuán)其內(nèi)部含鈦分散于整個球團(tuán)中導(dǎo)致的。

利用掃描電鏡，通過對含Ti爐料的面掃描微觀結(jié)構(gòu)觀察，辨別了Ti在含Ti爐料中的賦存狀態(tài)，并研究提出了用于評價Ti分散程度的定量計算方法。

式中：D(Ti in burden)為Ti在爐料的分散度，%；ATi為微觀觀察視場內(nèi)，Ti占有的網(wǎng)格數(shù)，個網(wǎng)格；A0為微觀觀察視場內(nèi)，總的網(wǎng)格數(shù)，個網(wǎng)格。D(Ti in burden)值越大，則表明Ti元素的分散程度越高，亦即越趨向于均勻化分布。

通過以上畫網(wǎng)格分析，可以得出以上五種類型鈦資源的均勻性指數(shù)如表 3.1所示。由表 3.1可以看出，含鈦量多少與微觀均勻性無明顯關(guān)系，主要是與鈦資源本身結(jié)構(gòu)和成礦工藝有關(guān)。

圖3.2為不同類型鈦資源鈦氧化物微觀均勻性指數(shù)圖。

由圖 3.2可以看出，G鈦礦、D鈦礦、J鈦礦這三種鈦塊礦資源，其鈦氧化物的微觀均勻性指數(shù)較低，均在40%以下，不利于鈦氧化物與還原介質(zhì)的接觸。而C鈦球和Z鈦球的鈦氧化物均勻性指數(shù)較高，基本都接近100%，有利于鈦氧化物與還原介質(zhì)的接觸。

C鈦球和Z鈦球的微觀均勻性較高，鈦元素呈均勻分布存在，有利于鈦氧化物與還原介質(zhì)的接觸，而G鈦礦、D鈦礦和J鈦礦鈦的微觀均勻性較低不利于鈦氧化物與還原介質(zhì)的接觸。從動力學(xué)角度考慮通過微觀均勻性優(yōu)選鈦資源，C鈦球和Z鈦球可以優(yōu)先選擇使用，有利于鈦氧化物的還原，提高鈦資源的利用率。

4  鈦資源宏觀均勻性用于布料制度調(diào)整探討

從整個高爐來考慮，使用外購鈦資源時用量較少，通過溜槽會分布在爐料某一小區(qū)域，而大批量使用z鈦球時，會使得整個爐缸都充滿了z鈦球。兩者相對于整個高爐而言，有著明顯的集聚和分散形態(tài)。這兩種不同形態(tài)的集聚會影響到它們與還原介質(zhì)的接觸面積、與其他爐料的交互反應(yīng)、造渣反應(yīng)等，從而對高爐順行產(chǎn)生影響。

為此，提出了宏觀均勻性的概念，其定義基于高爐截面分散度。該方法在考慮高爐每批加入含Ti爐料的量與裝料矩陣的基礎(chǔ)上，通過計算含Ti爐料在爐喉的分布面積，研究提出了用于評價含Ti爐料在高爐截面分散度的定量計算方法。

式中：D(Ti in throat)為含Ti爐料在高爐截面的分散度，%；A(Ti-in-throat)為含Ti爐料在爐喉的分布面積，m2；A(throat)為高爐爐喉的面積，m2；D(Ti in throat)值越大，則表明含Ti爐料的分散程度越高，亦即越趨向于在爐喉截面均勻化分布。

國內(nèi)某大型高爐爐喉直徑為11.2m，計算爐喉面積為98.47m2，則Athrot為98.47m2。

其料批批重為170t，布料圈數(shù)為20圈，則平均每圈重8.5t。

布料制度如表 4.1所示：

在皮帶上的拉料順序以及布料檔位控制，決定著含鈦爐料在高爐爐頂截面的分散度。目前主要拉料方式主要分為兩種，有分開式拉料模式和混鋪式拉料模式。對不同拉料模式下的不同類型鈦資源的最大分散度進(jìn)行計算。

（1）分開式拉料

①使用外購鈦資源時，用量較少，約3~5t/批次，按照5t/批進(jìn)行計算。分開式拉料時將外購鈦資源放置皮帶最前段，隨后依次布置其余三種塊礦、球團(tuán)礦、燒結(jié)礦高爐常用爐料，如圖 4.1所示。這樣可以將鈦資源放置到爐頂料罐內(nèi)下部，有利于對鈦資源檔位的調(diào)控。

按照5t/批進(jìn)行計算，按照檔位進(jìn)行計算，則：

若分布在35°檔位上，則D（Ti in throat，35°）=(5.44*5/8.5)/98.47*100%=3.25%;

若分布在33°檔位上，則D（Ti in throat，33°）=(4.86*5/8.5)/98.47*100%=2.90%;

若分布在30°檔位上，則D（Ti in throat，30°）=(4.26*5/8.5)/98.47*100%=2.55%;

若分布在27°檔位上，則D（Ti in throat，27°）=(3.58*5/8.5)/98.47*100%=2.14%;

通過計算可以看出，將外購鈦資源放在皮帶最前端，并分布在最外圈，D（Ti in throat）最大，宏觀均勻性為3.25%。

②使用Z鈦球時，因TiO2含量低、Fe品位高，可大量使用約可使用52t/批。將Z鈦球分布在皮帶最前端，塊礦和燒結(jié)礦緊隨其后，如圖 4.2所示。

在使用Z鈦球時，約52t/批次，從最外側(cè)檔位開始計算，則可以鋪滿35°和33°檔位，則D （Ti in throat，35°~33°）=（5.44+4.86）/98.47*100%=10.45%.

總體而言，在分開式拉料模式下，使用Z鈦球時D（ Ti in throat）最大，而使用外購鈦資源時，則放在最外側(cè)檔位時D （Ti in throat）最大。

（2）混鋪式拉料

混鋪式拉料，是指調(diào)整好料罐的放料時序，使得各種爐料混合放置在皮帶上。

①使用外購鈦資源時，將鈦資源混鋪式分布在皮帶上，以燒結(jié)礦打底，塊礦和球團(tuán)礦混合其中，而鈦資源則盡可能平鋪于上方，如圖 4.3所示。

按照混鋪式布料，將外購鈦資源5t薄薄一層鋪在整個料批上，則

D（ Ti in throat）=（5.44+4.86+4.26+3.58）/98.47*100%=18.42%.

然而，理論分析上采用混鋪式時外購鈦資源可以分散在整個料批上，然而實際上由于外購鈦資源用量較少，難以實現(xiàn)，在實際操作中只能盡量分散在料批上。

②使用Z鈦球時，將Z鈦球混鋪式分布在皮帶上，如圖 4.4所示。

Z鈦球用量為52t/批，具備均勻分布在整個料批的可能，此時

D（ Ti in throat）=（5.44+4.86+4.26+3.58）/98.47*100%=18.42%.

理論分析，在使用混鋪式布料時，Z鈦球和外購鈦資源均可以滿足D（ Ti in throat）最大為18.42%，但由于外購鈦資源用量較小實際操作較為困難。由于外購鈦資源用量較少，均勻分布在料批上不容易操作，只能在料罐閘口盡可能小情況下下料， D（ Ti in throat）會小于18.42%；而Z鈦球用量大，均勻分布在料批上操作簡單可行，D （ Ti in throat）可達(dá)到18.42%。

采用分開拉料模式時，使用Z鈦球的宏觀均勻性最高為10.45%，使用其它類外購鈦資源的宏觀均勻性最高為3.25%；采用混合拉料模式時，使用Z鈦球宏觀均勻性最高為18.42%，使用其它類外購鈦資源宏觀均勻性因用量少的問題會小于18.42%。

建議采取混鋪拉料和使用Z鈦球，可以最高程度提高觀均勻性，有利于鈦資源的高效利用。另外從補爐角度出發(fā)，針對爐缸某高溫區(qū)域，可以采用分開式拉料方式將大量含鈦資源分布在爐缸某一高溫區(qū)域，從而起到針對性補爐、護(hù)爐操作。

5  結(jié)論

（1）C鈦球、J鈦礦、G鈦礦、D鈦礦中含TiO2量較高，鐵品位偏低，屬于專用護(hù)爐用鈦料，使用時會降低綜合入爐品位加大渣量；而Z鈦球TiO2含量偏低，鐵品位卻遠(yuǎn)超其它幾種專用護(hù)爐鈦料，大量使用也不會對綜合品位產(chǎn)生影響。

（2）C鈦球和Z鈦球的微觀均勻性較高，有利于鈦氧化物與還原介質(zhì)的接觸，而G鈦礦、D鈦礦和J鈦礦鈦的微觀均勻性較低不利于鈦氧化物與還原介質(zhì)的接觸。從微觀均勻性角度考慮，C鈦球和Z鈦球優(yōu)選，有利于鈦氧化物的還原，提高鈦資源的利用率。

（3）分開拉料模式時下Z鈦球的宏觀均勻性最高為10.45%，其它類外購鈦資源的宏觀均勻性最高為3.25%；混合拉料模式下，Z鈦球宏觀均勻性最高為18.42%，使用其它類外購鈦資源宏觀均勻性因用量少的問題會小于18.42%。為了提高

（4）建議采取混鋪拉料和使用Z鈦球，可以最高程度提高觀均勻性，有利于鈦資源的高效利用。另外從補爐角度出發(fā)，針對爐缸某高溫區(qū)域，可以采用分開式拉料方式將大量含鈦資源分布在爐缸某一高溫區(qū)域，從而起到針對性補爐、護(hù)爐操作。

6  參考文獻(xiàn)

[1]湯清華.高爐爐缸爐底燒穿事故分析及解決對策[J].鞍鋼技術(shù), 2012，375(3)：1-6.

[2]張賀順，馬洪斌，任健. 首鋼高爐使用承德球團(tuán)礦護(hù)爐的研究[J]. 鋼鐵研究，2010, 38 (4): 5-8.

[3]霍吉祥，黃俊杰.首鋼京唐2號高爐護(hù)爐措施[J].煉鐵, 2013，32(3)：14-16.

[4]孫健，武建龍，儲滿生, 陳輝. 高爐爐缸側(cè)壁溫度升高與控制等相關(guān)問題的探討[C].第六屆寶鋼年會,2015,9:5035-5041.

[5]陳輝，馬澤軍，孫健，周繼良.含鈦爐渣冶煉及加鈦護(hù)爐亟待關(guān)注的問題[C].第十三屆全國大高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會,2012,9:705-712.

[6]張勇，魏麗艷，張殿偉.高爐含鈦爐料性能及護(hù)爐效果研究[J].冶金信息導(dǎo)刊，2013（2）： 21-23.