萊鋼3200m3高爐提高煤氣利用率降低燃料比實(shí)踐

湯登軍

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司 銀山型鋼煉鐵廠，山東 萊蕪 271104）

1 概述

鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，各企業(yè)都在努力降低成本。作為鋼鐵企業(yè)的前端流程，高爐鐵水生產(chǎn)成本的降低將直接帶來(lái)鋼鐵產(chǎn)品成本的降低，提高企業(yè)的利潤(rùn)空間。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，煤氣利用率每提高1%，焦比降低1.2%。提高煤氣利用率的途徑是合理控制中心和邊緣兩股氣流，延長(zhǎng)煤氣在高爐內(nèi)停留的時(shí)間，提高間接還原的比例，擴(kuò)大間接還原區(qū)域，降低直接還原度。萊鋼型鋼煉鐵廠3#3200m3高爐2012年以來(lái)經(jīng)過(guò)不斷摸索與總結(jié)，逐步形成了合理的操作制度，煤氣利用率達(dá)到46.73%，燃料比降低至495kg/t，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)保持了較好水平（見(jiàn)表1）。

表1 2012年1—10月高爐主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

2 高爐提高煤氣利用率的前提和基礎(chǔ)

2.1 合理的爐料結(jié)構(gòu)

合理的爐料結(jié)構(gòu)應(yīng)以滿足高爐強(qiáng)化冶煉、穩(wěn)定順行和提高高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為主，同時(shí)兼顧本企業(yè)實(shí)際煉鐵資源的合理調(diào)配。根據(jù)高爐的生產(chǎn)實(shí)踐和研究表明，采用高堿度燒結(jié)礦配加酸性球團(tuán)礦和部分塊礦是當(dāng)前我國(guó)高爐冶煉爐料結(jié)構(gòu)較為理想的發(fā)展模式。目前萊鋼3#高爐采用此模式，熟料比穩(wěn)定在90%以上，為提高煤氣利用率、降低燃料比奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 改善焦炭質(zhì)量

爐況穩(wěn)定順行是提高煤氣利用率的前提，而原燃料質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到爐況順行。隨著高爐冶煉強(qiáng)度提高及燃料比的下降，焦炭質(zhì)量對(duì)高爐爐況的穩(wěn)定順行起關(guān)鍵性作用，改善焦炭質(zhì)量是提高煤氣利用率的必要條件。在公司協(xié)調(diào)下焦炭質(zhì)量穩(wěn)步提升，2012年4月及5月焦炭CRI平均值穩(wěn)定在68%以上。焦炭質(zhì)量變化見(jiàn)圖1。

圖1 2012年1—10月焦炭質(zhì)量變化情況

3 高爐降低燃料比的冶煉措施

3.1 改善爐缸熱狀態(tài)［1］

3.1.1 保證爐缸熱制度

萊鋼3#高爐爐缸直徑13300mm，死鐵層深度3000mm。較深的死鐵層有利于緩解爐缸的侵蝕，有利于提高爐缸的蓄熱和鐵水脫硫。在確定熱制度時(shí)，充分考慮了多方面的因素。在操作爐型的形成過(guò)程中，［Si］含量控制在0.5%～0.7%，同時(shí)相應(yīng)的鐵水溫度控制在1500～1520℃。隨著合理操作爐型的形成與溫度、煤氣利用的穩(wěn)定與提高，［Si］含量逐步降低。高爐爐況穩(wěn)定時(shí)，［Si］含量控制在0.30%～0.45%，但鐵水溫度不隨［Si］含量的降低而降低，并規(guī)定鐵水溫度的下限為1500℃，低于此值時(shí)要有明顯調(diào)整措施。除了常規(guī)的調(diào)劑原則外，尤其要關(guān)注晝夜間大氣溫度、濕度的變化。理論上，1 g濕度影響1kg左右的燃料比，因此當(dāng)濕度發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)據(jù)此進(jìn)行燃料比的調(diào)整以保證爐溫的穩(wěn)定。另外要特別注意噴吹煤種的變化，每班查詢一次噴吹煤的種類(lèi)、配比、成分，當(dāng)發(fā)生較大變化時(shí)及時(shí)調(diào)劑，保證熱制度的穩(wěn)定。

3.1.2 增加富氧量

高爐噴煤后，理論燃燒溫度降低。為保證正常的爐缸熱狀態(tài)，要求有足夠的熱補(bǔ)償。隨著噴煤量的上升，在其他條件不變的情況下，風(fēng)口區(qū)域未燃煤粉增多，燃料比上升，還會(huì)使高爐透氣性變差，引起高爐難行，而富氧有利于煤粉燃燒率的提升。萊鋼3#高爐在保證爐況穩(wěn)定順行的前提下將富氧量提至14000m3/h，取得了良好的效果。

3.1.3 提高風(fēng)溫水平

使用高風(fēng)溫已經(jīng)成為高爐煉鐵節(jié)能減排、降低燃料比以及提高煤比的主攻方向。萊鋼3#高爐采用卡魯金式熱風(fēng)爐，設(shè)計(jì)風(fēng)溫水平可以達(dá)到1200℃以上。風(fēng)溫的提高，一方面提高了實(shí)際風(fēng)速，活躍了爐缸；另一方面給爐內(nèi)帶來(lái)了大量直接熱收入，為噴煤提供了熱量補(bǔ)償，保證一定的理論燃燒溫度，促進(jìn)了煤粉的燃燒。3#高爐平均風(fēng)溫水平由原來(lái)的1150℃提高到1200℃。

3.2 控制煤氣流分布

3.2.1 采用大礦批技術(shù)

批重對(duì)爐料在爐喉的分布影響很大。批重太小布料不均，小到一定程度，將使邊緣和中心無(wú)礦石。批重增大，相對(duì)加重中心而疏松邊緣，而且軟熔帶氣窗增大，料柱界面效應(yīng)減少，有利于改善料柱透氣性。客觀上來(lái)講，每座高爐都有一個(gè)臨界批重，萊鋼3#高爐通過(guò)對(duì)批重進(jìn)行反復(fù)嘗試總結(jié)，最終確定110 t左右的礦批適合本高爐目前的爐型及原燃料條件。這一批重，一是可以兼顧中心、疏松氣流，改善煤氣利用；二是隨著焦批的增大，焦窗增大，軟熔帶透氣性增加，有利于改善料柱透氣性；三是比較適用于3#高爐上料設(shè)備的上料能力，提高設(shè)備作業(yè)效率。

3.2.2 采用合理的中心加焦比例

中心加焦是在高爐中心部位另外填加焦炭來(lái)改善爐缸焦炭床充填結(jié)構(gòu)，從而確保倒V型軟熔帶的穩(wěn)定存在，以及提高爐缸透氣性和透液性。它不僅能夠活躍中心，而且能促進(jìn)順行，是有利于增產(chǎn)、節(jié)焦、長(zhǎng)壽的一種綜合技術(shù)措施，增加高爐吸納內(nèi)外部各種矛盾的能力。但過(guò)多的中心加焦使得C區(qū)焦炭量增加，從而減少了進(jìn)入燃燒帶燃燒的焦炭量，造成燃料比上升。而在目前的原燃料條件下，過(guò)低的中心加焦比例又不利于爐況的順行。3#高爐反復(fù)實(shí)踐，最終將中心加焦比例由25%減至21%，取得了良好的效果。

3.2.3 提高爐頂壓力

3#高爐采用高壓操作，頂壓/風(fēng)量控制在0.035～0.038。嚴(yán)禁壓差超過(guò)185 kPa。提高爐頂壓力后，使煤氣在高爐中停留的時(shí)間延長(zhǎng)，提高煤氣利用，降低入爐燃料比。另外，提高爐頂壓力還有利于穩(wěn)定煤氣流，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行，提高煤氣利用率。爐頂壓力每提高0.1%，降低燃料比0.5%。但爐頂壓力絕非越高越好，除了設(shè)備因素外，過(guò)高的爐頂壓力將造成風(fēng)壓的上升，最終造成風(fēng)速、動(dòng)能的下降，影響爐缸的工作。因此頂壓調(diào)劑應(yīng)以保證風(fēng)速＞270m/s、動(dòng)能＞140 kJ/s為基本原則。當(dāng)負(fù)荷較輕，料柱透氣性較好時(shí)，頂壓/風(fēng)量比值取上限，反之下限。從2011年底開(kāi)始，3#高爐把頂壓逐漸提高至0.225MPa，加強(qiáng)了煤氣流的穩(wěn)定，高爐順行狀況得到一定的改善，為提高煤氣利用率創(chuàng)造有利條件。

3.2.4 探索合適的裝料制度

隨著高爐噴煤比的增加和富氧率的提高，焦炭負(fù)荷逐步加重以后，打通中心氣流顯得尤為重要。經(jīng)不斷摸索，總結(jié)出了適合低燃料比條件下的布料矩陣。布料矩陣除最外檔和中心檔外，中間各檔礦和焦的布料圈數(shù)保持一致，這樣礦焦分布比較均勻，有利于軟熔帶“焦窗”的透氣性。調(diào)整布料矩陣對(duì)邊緣氣流抑制時(shí)，采用拉大礦帶角差，在相同的礦石批重下，較寬的礦石帶使礦層變薄，有利于改善料柱透氣性，穩(wěn)定煤氣流并提高邊緣煤氣的利用水平。經(jīng)過(guò)2012年以來(lái)的反復(fù)摸索、試驗(yàn)，最終確定了目前的裝料制度：礦批110 t左右；料線1600mm；布料矩陣為：

其中第4檔位的礦石角度比第4檔位的焦炭角度大1°，較好地兼顧了邊緣氣流與中心氣流。

3.3 使用合理的造渣制度

較高的爐渣堿度能使?fàn)t缸溫度充裕，有利于煤粉燃燒，以改善鐵水質(zhì)量，促進(jìn)高爐順行。為保證煉出合格生鐵以及充足的熱量，最終實(shí)際終渣堿度控制在1.25左右，三元堿度1.50左右，四元堿度0.95～1.08。爐渣的物理性能與化學(xué)成分對(duì)冶煉過(guò)程影響極大。合理的爐渣成分和性能，有利于爐況順行和確保鐵水質(zhì)量。為改善爐渣的穩(wěn)定性和流動(dòng)性，嚴(yán)格控制鎂鋁比，渣中MgO/Al2O3＞0.6，大大降低了爐渣黏度，保證了爐渣流動(dòng)性。

4 焦炭質(zhì)量波動(dòng)時(shí)的應(yīng)對(duì)措施

1）采用高還原性礦石與高熱流比操作，使大量的氣體產(chǎn)物CO2在中溫區(qū)釋出，避免與高溫焦炭接觸，以降低焦炭的溶損反應(yīng)。3#高爐通過(guò)增加富氧率，降低噸鐵煤氣量來(lái)提高爐料與煤氣的熱流比，目前的噸鐵煤氣量在1500m3/min左右。

2）使用合理的風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能以避免風(fēng)口區(qū)粉焦上升，采用中心加焦和礦石混裝焦丁等疏松中心的裝料制度，使料柱透氣性得到改善。目前的風(fēng)速280m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能1400 kJ/s。隨著噴煤量增加，礦焦比增加，料柱透氣性變差，壓差升高。3#高爐將篩下焦回收再篩分出小焦丁，在礦石中每批料混加2500～3500kg焦丁，焦丁比達(dá)到45～55kg/t，有效地改善了料柱的透氣性，有利于高爐順行。

3）采用適宜的理論燃燒溫度以避免SiO2大量揮發(fā)上升，在低溫區(qū)凝聚從而堵塞爐料空隙，造成料柱透氣性惡化，壓差升高。3#高爐目前的理論燃燒溫度在2250℃左右，料柱透氣性指數(shù)長(zhǎng)期保持在36以上［2］。

5 強(qiáng)化日常管理工作

3#高爐實(shí)施精細(xì)管理，統(tǒng)一操作，保證爐況穩(wěn)定，確保順行。高爐順行是取得一切良好指標(biāo)的前提，大型高爐出鐵更是關(guān)鍵。為此，萊鋼3#高爐采用零間隔出鐵，保證鐵口不斷流。要求鐵口工作時(shí)間＞100min后，立即開(kāi)另一個(gè)鐵口，真正意義上實(shí)現(xiàn)了零間隔、負(fù)間隔，為穩(wěn)定順行創(chuàng)造了條件；同時(shí)，根據(jù)冶煉強(qiáng)度的大小及時(shí)調(diào)整鉆頭尺寸，由60mm增大到65mm。鐵口實(shí)行專(zhuān)人負(fù)責(zé)制，加強(qiáng)鐵口維護(hù)，確保泥套的完整；穩(wěn)定、統(tǒng)一打泥量，維持合適的鐵口深度，保證鐵口合格率。穩(wěn)定炮泥質(zhì)量是維護(hù)好鐵口和出凈渣鐵的關(guān)鍵，在炮泥質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題后，及時(shí)與炮泥生產(chǎn)廠家聯(lián)系，根據(jù)具體情況及時(shí)調(diào)整炮泥質(zhì)量，減少因鐵口問(wèn)題引起的高爐休、慢風(fēng)時(shí)間。引入出鐵速度這一爐前考核指標(biāo)，要求出鐵速度6～8 t/min，避免高爐憋風(fēng)。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)加強(qiáng)原燃料管理，采取上下部綜合調(diào)節(jié)相結(jié)合，提高爐前、爐內(nèi)的技術(shù)水平和操作管理，萊鋼3#3200m3高爐煤氣利用率有了較大的改善，燃料比下降明顯（見(jiàn)圖2）。

圖2 2012年1—10月煤氣利用率、燃料比變化情況

由圖2可以看出，萊鋼3#3200m3高爐煤氣利用率由2012年1月份的42.11%逐步上升至10月份的46.73%，燃料比相應(yīng)地由1月份的517kg/t逐步降低至10月份的495kg/t，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 湯登軍，邱國(guó)興，李海明，等.萊鋼3200m3高爐強(qiáng)化冶煉實(shí)踐［J］.山東冶金，2012，34（2）：18-20.

［2］ 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2005：87-88.