凌钢5号2300m³高炉于2012年10月开炉，基本上以含钛较高的地方矿粉为主。2016年以后，为进一步减少采购费用、降低生铁成本，凌钢高炉开始使用外购高钛承德球团矿。2020年，5号高炉配套的链箅机-回转窑又配加了5%的高钛建平磷铁矿。在使用过程中，随着铁水中钛含量的不断升高，高炉操作难度增加，炉况稳定性变差，焦比升高。针对这种情况，高炉开展了高铁钛冶炼技术攻关，逐步克服铁水中钛含量偏高对高炉的不利影响，形成了一套适合凌钢高炉的操作制度和管理办法，取得了较好的经济效果。

凌钢烧结矿原料结构为42%外矿+35%地方矿+23%厂内回收废料，球团矿原料结构为100%地方矿，高炉原料结构为65%烧结矿+25%厂内球+10%外购球和少量块矿。所有原料中地方矿含钛量较高，尤其是建平磷铁矿高达3.3%以上，外购承德球团与本地球团矿含钛量也偏高，分别达到0.85%、0.69%，外矿含钛量较低。各种原料含钛情况见下表1。

2020年，5号高炉原料中钛含量及入炉钛负荷见下表2。由表2可知，高炉原料结构中烧结矿TiO₂含量为0.47%，球团矿中TiO₂含量为0.67%，高炉入炉钛负荷高达8.85kg/t.fe。尤其是2020年8月份以后，5号高炉配套的链箅机-回转窑单独配加5%以上建平磷铁矿，导致钛负荷升高约0.6kg/t.fe，进一步增加了高炉操作难度。

2019年以来，凌钢5号高炉铁水中[Ti]、[Si]相关性趋势及[Ti+Si]含量的变化情况见图1。

从图1可知，随着铁水中[Si]含量上升，[Ti]含量也随之升高。两年来，铁水中[Ti]、[Si]含量平均分别为0.147%、0.44%，高于其他厂家高炉炉役末期护炉水平。尤其是今年4～10月份，高炉钛负荷高达9.4kg/t.fe，炉缸、炉底温度大幅度下降（见图2），炉缸工作不活跃，高炉顺行受到严重影响。铁水中[Ti]、[Si]大幅度上升且波动较大，[Ti]、[Si]平均含量分别达到0.157%、0.45%，其中4月份分别达到0.18%、0.48%的历史最高水平。为了活跃炉缸，高炉采取大风量操作，煤气流分布不稳定，炉温、热负荷等波动较大，煤气利用率下降，4～10月份仅为42.1%，比2019年下降1.4%，高炉尽管完成了计划产量，但消耗成本较高，严重影响了高炉稳定低成本运行。

图2 标高7.3m第4、5层碳砖之间炉底温度趋势图

TiO₂物质到达软融带后，在大约1200℃反应生成TiC及TiN进入初渣相。首钢钢铁研究所研究表明：随着TiO₂质量分数增加，液相出现的初始软化温度降低，同时初渣的融化温度升高，固液共存温度区间扩大，导致高炉软融带变宽，透气性下降。尤其是当质量分数超过6%，对高炉透气性的影响较大。5号高炉TiO₂质量分数约为0.5%，TiO₂对软熔带宽度及高炉透气性影响不大。

炉渣中形成的Ti（CN）过高，会增加炉渣黏度，渣铁分离差，降低高炉透气性。根据北京科技大学对低钛渣的研究：当温度高于1393℃时，渣中才开始形成固熔体Ti（CN）；当温度达到1510℃时，Ti（CN）达到最大值，然后随着温度升高却急剧降低，呈“山峰”状。在现实应用研究中，渣温大于1567℃就具有较好的流动性，基本不会影响炉况。

按渣温高于铁温100℃反推算，可以得到：铁水温度达到1410℃时，渣中Ti（CN）达到最大峰值，铁水温度大于1467℃时，渣中Ti（CN）基本不会影响炉渣流动性。

高炉渣按（TiO₂）含量划分为三种类型：高钛型（>20%）、中钛型（5～20%）、低钛型（<5%）。TiO₂比SiO₂酸性弱一些，随着（TiO2）的升高，炉渣熔化性温度呈升高趋势。如低钛炉渣熔化性温度在1250～1350℃，中钛炉渣熔化性温度在1310～1430℃，高钛炉渣熔化性温度在1380～1450℃。当（TiO2）含量小于4%时，提高（TiO2）含量有利于降低炉渣粘度，增强炉渣脱硫性能；当（TiO2）含量大于4%时，炉渣粘度直线上升，脱硫能力明显下降。5号高炉渣含（TiO2）约2.0%，属于低钛渣。在保证铁水温度前提下，采取低硅操作，降低铁中[Ti]，提高渣中（TiO2），能够提高炉渣流动性，增强脱硫能力，有利于高炉生产。

高炉原料中的钛在软熔带就开始少量反应生成Ti（CN）进入初渣相，到达炉缸后将会进行如下反应:

Ti+C=TiC

ΔG=-166483+93.11T

2Ti+N₂=2TiN

ΔG=-279842+129.29T

根据以上二式吉布斯自由能可以判断，当温度越低时，越容易析出TiC、TiN。含钛物质Ti（CN）跟随铁水进入炉缸，由于比重较大透过铁水进入炉底及炉缸侧壁，因炉缸的冷却作用，有利于生成固熔体Ti（CN）并沉积，对炉底、炉缸起到保护作用，同时也很容易造成炉缸堆积、炉底升高。影响铁水中Ti（CN）的生成因素有Ti、C、N₂，铁水中的C、N₂基本不变，相比之下，Ti则是反应限制环节。因此，Ti在铁水中的熔解度将是生成Ti（CN）的关键因素。北京科技大学在迁钢做了相关的气、液相实验，得出Pco和温度对Ti在铁水中的熔解度的影响很大，温度越高，熔解度越大；Pco越大，则熔解度越小。因此，凡是有利于提高温度和降低Pco均有利于铁水中Ti的熔解，如减小富氧、风量、喷煤等能够降低Pco，有利于增加铁水中Ti的熔解。

炉渣中（TiO2）为3～4%，生铁含钛超过0.15%后，炉缸明显“热结”，炉缸容积变小，高炉不易接受风量，技术经济指标变差，铁水粘沟粘罐现象严重。含钛铁水粘度为5～10mPa.S，不含钛铁水粘度在1300～1400℃时约为2～3.5mPa.S，熔融铁水出现固相时温度随着钛含量增加而升高。出现固相，粘度急剧增加，固相达到10～20%时，铁水将变得不能流动。

文献表明，随着生铁中含钛量的增加，液相线温度为增加趋势，[Ti]每增加0.02%，液相线温度将升高21.5℃。由凌钢高炉炉况波动时可以看到，当铁水[Si]、[Ti]较高时，因铁水液相线温度升高很多，渣铁流动性极差，高炉最终陷入轮番“热结”与“炉凉”的两难境地，导致高炉长期不顺。

当[Ti]超过0.142%后，铁水温度一旦降至接近液相线温度，铁水中石墨碳含量大幅增加，甚至产生石墨漂浮，使铁水流动性恶化。尤其是炉缸冷却壁周围的铁水由于温度的降低，石墨碳析出更多，出炉铁水极易产生粘沟、粘罐。

减少石墨析出，在保证脱硫前提下，应尽可能压低炉温，严格控制铁水中[Ti]、[C]和[Si]的含量。

2020年，凌钢5号高炉钛负荷8.85kg/t.fe，高炉生铁[Si]平均0.436%，[Ti]平均0.146%，（TiO2）平均1.867%，属于高铁钛、低渣钛冶炼。铁中[Ti]长期超过了高炉炉役末期护炉水平，给高炉操作带来了很大困难。针对这种情况，高炉采取了一系列应对措施，实现了高炉稳定顺行，取得了较好经济效果。

精料是实现高炉高产、优质、低耗、长寿的基础，更是高铁钛冶炼高炉稳定顺行的基础。凌钢5号高炉原燃料为自产烧结矿、球团矿及100%外购焦炭，烧结比不到65%，烧结矿转鼓较差，外购焦炭质量不稳定，具体情况见表3。

4.1.1 严控原燃料入厂质量

一是提高入厂矿粉质量标准：凌钢地方矿粉含Ti、K、Na、Zn、S都比较高，可谓“五毒”俱全。除对矿粉品位、SiO2、P、S等常规成分控制外，逐步新增对矿粉中Ti、K、Na、Zn进行严格控制，详见表4。不符合标准要求大幅度降价，尤其是K、Na、Zn等有害元素，超出限值无条件拒收。

二是严格执行入垛焦炭质量标准：5号高炉用焦炭全部为外购，为确保高炉长期稳定顺行，严禁不合格焦炭入垛。拒绝入垛标准为：M40<83%、M10＞7.5%、CSR<65%。

4.1.2  严控原燃料入炉质量

一是优化创新突破，提升人造富矿质量：通过管理创新、技术突破，提升烧结、球团生产水分、料面控制水平，治理系统漏风，保障设备运行精度，努力提高烧结矿、球团矿质量。

二是优化备垛上料，减少焦炭混料：焦炭品种多，质量差别大，尽量采取单品种“平铺直取”备垛；焦炭上料系统皮带长约4km，全程25min，如果按5分斗要料，大约15min就能上满槽，很难保证不混料。通过好坏搭配、减少品种、固定料流、定量上料、空出料段、密切联系等，尽量避免混料。

三是优化振料时间，提升筛分效果：通过合理调整给料机振幅及闸门开启度，统一优化给料机振料时间，调整烧结矿、球团矿、焦炭振料速度,分别为40kg/s、60kg/s、30kg/s相对合理。同时，合理调整振动筛振幅，周期交替更换上、下层筛片，定时定人检查筛子状况，确保筛分效果。

四是优化装料顺序，实现原料充分混匀：对12个矿槽进行烧结矿-球团矿-烧结矿-球团矿-烧结矿“五段式”排料，并灵活调整各料斗上料量，实现烧结矿、球团矿充分混匀入炉，防止球团矿滑向中心导致布料偏析。对5个焦槽进行干熄焦-水熄焦-干熄焦“三段式”排料，并灵活调整各种焦炭比例，将最好的干熄焦布到中心，强力稳定中心气流。

高铁钛冶炼高炉顺行区间窄，操作难度大。以炉内操作为关键，树立“超压差”、“低料线”、“炉凉”、“憋铁”等规范化操作观念，建立“热负荷”、“低炉温”、“燃料比”、“煤气利用率”等趋势化、定量化管理制度，推行“定炉温、定料批、定顶压、定压差、定碱度”的“五定”标准化操作规范，精准判断、精确调剂、精密组织、精细管理，优化调整各项操作制度，实现煤气流合理分布，炉缸工作良好，炉况稳定顺行。

4.2.1  稳定边缘，开放中心，优化高炉装料制度

5号高炉原燃料条件较差，基本装料制度为“窄平台+中心焦”，矿平台宽度为6度，中心焦比例25%，取得了较好的经济效果。但随着炉役的增加，以及高炉钛负荷的升高，2020年前几个月炉况并不稳定：炉缸、炉底温度大幅度下降，热负荷周期性波动，炉温起伏大，高炉时常出现次中心“过吹”。原因之一是高炉钛负荷高，炉温低时炉缸Ti（CN）、石墨炭富集，炉温高时铁水流动性差，炉温波动频繁交替出现，最终导致炉缸堆积，中心“死料堆”肥大，整体料柱透气性差，造成最薄弱的次中心“过吹”现象。10月份以后，高炉制定了“开放中心、稳定边缘、保风保热、以缸为纲”的操作方针，调整装料制度为“负角差+窄平台+中心焦”，改善烧结矿质量，下调炉温规范，高炉逐渐恢复正常。目前，高炉技术人员正在研究“窄平台+次中心焦”、“宽平台+中心焦”等装料制度，以便进一步稳定炉况，提高煤气利用率，降低焦比。

4.2.2  上下兼顾，合理布局，优化高炉送风制度

炉缸工作活跃是高铁钛冶炼的关键。高炉原燃料条件较差，一直采用较小的风口面积。为了确保炉缸活跃，10月末利用计划检修机会对送风系统参数进行了部分调整：逐步增加风量300m³/min，提高风速和鼓风动能，建立了炉缸、炉底温度监控模型，严格贯彻“保风保热、以缸为纲”思想。调整后，炉缸、炉底温度上升，炉缸活跃程度明显增强，收到了较好效果，见表5。 

4.2.3  稳定炉温，保证热量，优化高炉热制度

合理控[Si]、控[Ti]是含钛高炉操作的重点。通过铁水粘度与液相线温度以及含钛铁水成分与石墨含量的关系，结合高炉生产实际，在保证脱硫前提下，采取了降硅操作。严格控制[Si]为0.35%±0.05%，[Si+Ti]为0.4～0.55%，铁水温度为1490±10℃（见图3）。控制铁中[Ti]<0.14%，促使钛向渣中转移，这样既保证了铁水流动性，又提高了炉渣流动性。采取措施后，12月份，铁水[Ti]、[Si]分别完成0.134%、0.396%，平均日产完成5934吨的历史最高水平。

4.2.4  合理控硫，工序兼顾，优化高炉造渣制度

5号高炉炉渣（TiO2）含量约2.0%，小于5.0%，属于低钛渣。但铁中[Ti]高，基本长期维持在0.15%，属于高铁钛冶炼。由低钛炉渣性质可知，提高渣中（TiO2）含量有利于降低炉渣粘度，增强炉渣脱硫性能。在工艺操作上，严格控制[Ti]<0.14%、[Si]在0.30%～0.40%、炉渣二元碱度R2在1.12～1.18倍范围内。当特钢冶炼高标准品种钢时，控制R2在中上限水平，保证[S]≤0.030%；正常生产时控制R2在中下限水平，保证[S]≤0.035%，并保证铁水温度1480℃以上。通过合理控制炉渣碱度，控制铁中[S]既要满足下道工序生产，又要保证炉缸工作活跃，实现高炉长期稳定高效运行。

高炉铁口浅，炉缸内铁水容易形成“环流”，长期侵蚀炉缸“象脚区”；高炉铁口浅，不利于炉缸中心活跃，容易造成中心“死料堆”肥大，加剧铁水“环流”侵蚀炉缸，严重影响高炉顺行、长寿。同时，铁口浅容易发生各类铁口事故，甚至炉缸烧穿，导致高炉大修。要牢固树立“憋渣铁就是事故”、“浅铁口就是要命”的理念，及时排净渣铁，确保高炉稳定顺行长寿。

4.3.1  狠抓炮泥质量，保证铁口深度

“浅铁口就是要命”。高炉不顺、短寿往往从连续浅铁口开始，保证铁口深度是炉前日常操作的核心。采取炮泥多家备用、质差淘汰、事故炮泥等措施，改善炮泥质量，实施定量打泥，严格执行交接班制度，杜绝浅铁口、潮铁口、铁口渗漏等现象，保证铁口深度。

4.3.2  提高铁口泥套质量，杜绝堵铁口冒泥现象

铁口泥套质量差，容易发生堵不上铁口、高炉休慢风、铁水落地、刷坏泥炮、刷坏冷却水管道、放炮等生产安全事故。通过取消低价中标、优质优价，提升铁口泥套浇注料质量，改进泥套制作方法，保证铁口泥套完好，杜绝堵铁口冒泥现象。

4.3.3  精密组织兑罐出铁，保证渣铁及时排净

“憋渣铁就是事故”。憋渣憋铁容易导致炉墙粘结物脱落、炉凉、铁水跑大流、坏风口、风口烧穿等事故，高炉炉型受到破坏，炉况长期不顺，保证及时排净渣铁是炉前工作的第一要务。尽量采取双铁口对出，既有利于炉前量化操作，又能稳定铁口深度；精密组织、内外协调，及时为高炉取兑罐；经常校核开口机大臂与钻杆平行精度；推行铁口预钻制度，确认铁口泥套完好、铁口眼对中；针对炉温高低不同，优化开铁口方式，分段选择钻头大小，准确把握更换钻头时机，力争顺利打开铁口，保证及时排净渣铁。

4.3.4  推行零故障管理，大幅度降低设备故障

设备稳定运行是高炉稳定的前提。尤其是炉顶、炉前、送风等主线设备至关重要，发生故障会直接造成高炉休慢风。通过贯彻设备优质优价思想，不惜成本坚决提升主线设备质量；建立零故障奖励制度，加强日常化维保，落实专业化点检，实施周期化更换，完善系统化定修，全面推进全员设备管理，基本实现了设备零故障运行，高炉计划检修周期达到6个月，高炉各项指标明显改善，取得了良好经济效果（见上表6）。

1）精料是高炉稳定、高产、低耗的基础。凌钢高炉钛负荷约9kg/t.fe，铁中[Ti]含量接近0.15%，渣中（TiO2）含量约2.0%，属于高铁钛冶炼，操作难度极大，需要在矿粉源头上有效控制钛含量。

2）高炉操作基本原则是“开放中心、稳定边缘、保风保热、以缸为纲”。尤其是高铁钛冶炼，没有较高的鼓风动能、铁水温度，没有良好的炉缸工作状态，就不可能保证高炉长期稳定顺行。

3）高铁钛冶炼高炉顺行区间窄，低硅操作是唯一出路。根据凌钢原燃料条件及高炉操作实践，保持[Si+Ti]含量0.40～0.55%、R2在1.15±0.03相对合适，铁水和炉渣流动性均能得到提高，能够维持高炉长期稳定高效运行。

4）炉前渣铁排放是高炉操作重点。“憋渣铁就是事故”、“浅铁口就是要命”绝不是危言耸听，高炉操作者一定要认识到炉前渣铁排放的重要性。