高爐降焦增煤技術(shù)

供稿|陳奎，劉志朝，牟川福 / CHEN Kui，LIU Zhi-chao，MOU Chuan-fu

邯寶2號3200 m3高爐于2009年4月21日點火開爐，4月26日利用系數(shù)即達2.0以上，實現(xiàn)了較快的達產(chǎn)記錄。開爐以來，2號高爐操作者一直致力實施降焦增煤的技術(shù)攻關(guān)。通過總結(jié)大型高爐不同冶煉條件下的生產(chǎn)特點，施行標準化作業(yè)制度，優(yōu)化大型高爐日常操作管理，克服了原燃料劣化條件，在長期保持燃料比500 kg/t左右的情況下，實現(xiàn)了高爐焦比低于310 kg/t、煤比達到150 kg/t以上的低燃耗生產(chǎn)。

高爐降焦增煤

從高爐實施去“中心焦”到“平臺+漏斗”的裝料模式后，2號高爐爐況發(fā)生了根本性的變化，各項指標有了大幅提升，爐況穩(wěn)定順行周期變長，煤氣利用率提高到50%以上，焦比降至330 kg/t，燃料比降到510 kg/t以下。2011年以后，邯鋼邯寶公司鐵前焦化系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)柳林焦煤配比由22%逐步降至5%，配吃烏海高硫煤，其他高硫煤配比也大幅提高，隨著配煤結(jié)構(gòu)的調(diào)整，焦炭中灰分、硫分大幅升高，對高爐順行造成了巨大的影響。

由于原燃料質(zhì)量的降低，爐況不接受高風速、高動能操作，高爐爐況波動頻繁，為了穩(wěn)定爐況，促進順行，高爐在氣流紊亂的情況下往往采取兩種措施，一是料制上適當壓邊，突出中心；二是減小礦批或加焦批，或同時減礦批加焦批，減輕焦炭負荷“退守”。

總之，高爐在爐況穩(wěn)定的情況下，分步加負荷，能夠爭取指標；波動的時候，采取“退守”保爐況，指標又退步。整體平衡下來，高爐順行雖然得以維持，但煤比、焦比等主要經(jīng)濟技術(shù)指標大幅下滑，這是困擾高爐生產(chǎn)的一大問題。因此，要實現(xiàn)較低燃料比條件下降焦增煤的低燃耗生產(chǎn)必須滿足爐況穩(wěn)定順行這一充分條件。

實施降焦增煤的措施

隨著對大型高爐操作的認識和煉鐵廠全面實施“精細化管理”以及創(chuàng)新操作管理理念的落實，2號高爐面對現(xiàn)有劣化趨勢的原燃料條件，以爐況穩(wěn)定順行為基礎(chǔ)，采取了一系列操作調(diào)整，在現(xiàn)有冶煉條件下，通過控制高爐合適的入爐送風比、控制合理的爐腹煤氣量和煤氣量指數(shù)等操作理念的應用，優(yōu)化高爐工藝操作，實現(xiàn)了高爐長期穩(wěn)定順行、較低燃料比條件下的指標改善效果。

加強原燃料管理

原燃料客觀條件是大量低價料入爐，礦石品位整體下降、渣量增大；爐料結(jié)構(gòu)中比例占70%~75%的燒結(jié)礦品位降低、轉(zhuǎn)鼓強度不穩(wěn)定；焦化產(chǎn)能不能適應高爐需要，大量使用性能不穩(wěn)定的外購焦，干焦配比波動大，同時由于降成本需要，優(yōu)質(zhì)焦煤配比大幅降低，自產(chǎn)干熄焦炭性能降低；占15%~20%的生礦含粉率大，粘粉多等等，對爐況的操作穩(wěn)定帶來困難。

(1) 實施延伸管理，把握原燃料源頭質(zhì)量，尤其了解含鐵料成分波動情況；量化振料時間，規(guī)定了原燃料最大備料速度控制參數(shù)：外購焦為15 kg/s、干焦為20 kg/s、小燒為30 kg/s、大燒為40 kg/s，在保證了不虧料情況下，改善了篩分效果，最大限度減少入爐粉末；優(yōu)化排料順序，各種爐料混合平鋪，在排料過程中，不同料種在不同位置有不同的比例，達到滿足爐內(nèi)平臺穩(wěn)定的要求。

(2) 由于燒結(jié)礦品位降低幅度較大，渣鐵比大幅度提高，高爐下部透液性變差，煤氣流阻力增大，嚴重制約了高爐經(jīng)濟技術(shù)指標的提升。廠部要求燒結(jié)車間穩(wěn)定生產(chǎn)秩序，通過適當調(diào)整混勻料冶金廢料及各種除塵灰的配比；提高燒結(jié)礦粒度均勻程度，滿足整粒要求；燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定率97.5%、FeO%含量7%~9%、轉(zhuǎn)鼓強度≥80%合格率大于80%、綜合合格率90%等改善燒結(jié)礦性能措施，滿足了2號高爐爐況的透氣性和順行性要求。

(3) 2高爐煤氣流波動很大程度來源于爐缸透氣透液性差，引起一次分布的變化，主導了二、三次煤氣分布的調(diào)整，造成爐況不穩(wěn)定。因此，保持較好的焦炭冷、熱強度是穩(wěn)定爐況、提高煤比降低焦比的重要因素。2號高爐焦炭性能控制標準是M40≥87%、M10≤7%、CSR≥68%、CRI≤23%，能夠滿足降焦增煤要求。

上下部制度的調(diào)整

通過對裝料制度和送風制度的摸索調(diào)整，上下部制度達到相對平衡的局面，高爐爐況能夠適應較大的風量，入爐風量由5700 m3/min增加到6050~6150 m3/min、實際風速達到260~270 m/s、鼓風動能達到150~160 kJ/s，隨著強化，高爐產(chǎn)能得到提高，技術(shù)經(jīng)濟指標也取得了進步。

由于外圍原燃料條件變差，高爐在大風量入爐條件下，爐況穩(wěn)定性變差，高爐指標嚴重下滑。為適應原燃料條件劣化的客觀現(xiàn)實，2號高爐先是通過對布料擋位、布料角度、批重和對應料線的不斷摸索和調(diào)整，靠布料優(yōu)化了平臺加漏斗的料面形狀：確立了礦、焦最大角度為41°~41.5°、礦最小角度為32°~32.5°、焦最小角度為29°~29.5°、爐料最大角度落點離爐墻300~500 mm、料線(1.2±0.2) m、礦石在爐喉的厚度600~800 mm、焦炭在爐喉的厚度≥500mm、焦炭在爐腰的厚度≥200mm、焦批≥17.8t的控制區(qū)間。微調(diào)基礎(chǔ)布料矩陣：，礦石角差由9°調(diào)整為6°，礦焦同時往外移，控制爐料距離爐喉鋼磚0.2~0.4 m，中間環(huán)帶平臺寬度1.0~1.5 m，漏斗深約1.5 m。實現(xiàn)了突出中心、適當抑制邊緣，兼顧中間環(huán)帶合適煤氣量比例分配的分布效果，既保證了較高的煤氣利用率，又提高了抗干擾能力，促進了煤氣流的穩(wěn)定。

爐缸初始煤氣流分布是基礎(chǔ)，主導煤氣流二、三次分布，保證上下部制度的合理匹配，是保證煤氣流分布順暢、穩(wěn)定和獲得高煤氣利用率的關(guān)鍵。2號高爐在穩(wěn)定基礎(chǔ)布料矩陣和布料角度的基礎(chǔ)上，調(diào)小送風比至1.7~1.8之間，控制入爐風量在5800~5950 m3/min區(qū)間，提出在原燃料質(zhì)量有保證的情況下，送風比控制在上限水平，在原燃料質(zhì)量降低的情況下，送風比控制在下限水平；適當擴大風口面積至0.4247 m2，控制實際風速在245~260 m/s、鼓風動能在135~150 kJ/s，爐腹煤氣量由7950 m3/min以上降至7800 m3/min左右，提高富氧率至2.0%以上保持產(chǎn)量平衡。調(diào)整部分風口長度由643 mm到663 mm，助推爐況的穩(wěn)定和透氣性改善。根據(jù)當前原燃料條件和上下部制度匹配控制實踐，結(jié)合產(chǎn)能均衡穩(wěn)定的要求，2號高爐提出了爐腹煤氣量在7650~7850 m3/min、煤氣量指數(shù)不超62.5 m/min的控制要求，在原燃料條件有保證的情況下可以控制在62.5 m/min和7850 m3/min以上；在原燃料條件降低的情況下爐腹煤氣量指數(shù)和爐腹煤氣量控制在62.5 m/min和 7850m3/min以下。

通過上下部制度的合理調(diào)整，爐體水溫差波動區(qū)間變窄，表明高爐煤氣流分布穩(wěn)定合理，爐況穩(wěn)定性越來越好，抗干擾能力越來越強，為實現(xiàn)較低燃料比生產(chǎn)條件下的指標改善提供了保證。

提高煤粉的燃燒率

富氧噴煤、以煤代焦對高爐有明顯的間接效益，而煤粉燃燒性的好壞，預示著噴入高爐的煤粉在風口區(qū)能否完全燃燒，它直接影響煤粉的置換比。煤粉完全燃燒與否，與煤種、煤粉的成分和粒度有關(guān)，并且與鼓風參數(shù)如氧濃度、風溫等有密切關(guān)系。

(1) 通過對高爐用煤理化試驗表明，煤粉的燃燒率隨揮發(fā)分含量的升高呈上升趨勢。單純從煤粉燃燒率的角度看，煤粉中灰分含量升高燃燒率呈下降趨勢。試驗還表明，影響置換比最主要的因素是煤粉含碳量，其在67%~70%之間變化時，含碳量每增加1%，置換比可提高0.15左右。因此，高爐在噴吹煤的選擇上綜合考慮了煤粉的煤質(zhì)指標， 2號高爐配煤結(jié)構(gòu)中煙煤比例在45%~52%，混合煤灰分控制在8%~10%，揮發(fā)分20%~24%，煤粉含碳量68%~72%，能夠有效提高燃燒率，煤粉置換比在0.785~0.861之間。

(2) 固定風溫1200℃，控制綜合加濕用量在5~15 g/m3，保證理論燃燒溫度在2100~2300℃，達到增加單位時間煤粉燃燒量的效果，未燃煤粉相對減少，從而提高置換比。

(3) 富氧對煤粉燃燒有著重要的促進作用，適當增加富氧率，有利于改善加大煤量后煤粉的燃燒。高爐在要求產(chǎn)能均衡的冶煉條件下，富氧率逐步由1.4%提高至2.0%。

(4) 通過噴煤系統(tǒng)自動控制研發(fā)，噴吹設備工藝的優(yōu)化，噴吹操作程序的改進，操作方式的優(yōu)化，不僅實現(xiàn)計算機全自動噴煤，而且噴煤均勻率、穩(wěn)定率達到了95%以上。

渣鐵處理管理

渣鐵處理能力差，尤其是連續(xù)渣鐵排放差，會對爐況的穩(wěn)定順行帶來極不利的影響，2號高爐本著“均衡穩(wěn)定、安全有效”的原則，為適應渣量大、渣比高的實際情況，對爐前渣鐵處理制定了量化指標，并固化成制度出鐵模式，助推了高爐持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

采用鋼釬維澆注料澆注鐵口泥套，杜絕了鐵口冒泥現(xiàn)象。運用打泥自動控制系統(tǒng)，根據(jù)爐況基礎(chǔ)，調(diào)整打泥量，確保了鐵口深度穩(wěn)定合格。消除每爐鐵理論鐵量、估計鐵量和實際鐵量的偏差，提高2號高爐渣鐵處理能力，有效避免了憋渣憋鐵對爐況的影響。

出鐵場有4個鐵口，采用2用2備制，根據(jù)安全通鐵量決定倒場安排。高爐制定了詳細的“爐前鐵口倒場操作法”，保證了倒場期間爐內(nèi)、爐外的穩(wěn)定協(xié)調(diào)。

量化渣鐵處理過程，對每爐鐵的出鐵間隔時間、鉆頭大小、鐵口深度、出渣間隔時間、鐵水流速、堵口打泥量、打泥壓力等指標制定了量化標準：①出鐵間隔0~10 min；②鐵口深度3500~3700 mm；③出鐵流速5.6~6..0 t/s；④下渣來渣時間≤20 min；⑤出鐵時間100~120 min； ⑥出鐵次數(shù)10~13 次/d；⑦打泥壓力1500~2000 kN；⑧打泥量200~250 kg/次；⑨鉆頭使用直徑55 和60 mm兩種；⑩由于出鐵流速慢、下渣來渣時間超過40 min規(guī)定時間，要重疊出鐵。

針對渣鐵處理量化標準，進行了一系列技術(shù)改造。比如開口機增設霧化裝置、更換性能更加優(yōu)良的鑿巖機、開發(fā)爐前打泥智能系統(tǒng)等等，提高了渣鐵處理能力。

結(jié)束語

爐況長期穩(wěn)定順行是實現(xiàn)低燃耗生產(chǎn)的充分條件。降焦增煤實施能夠彌補自產(chǎn)干焦的不足，利于干焦配比的穩(wěn)定和提高，減少使用外購焦品種和比例，促進爐況穩(wěn)定和指標改善。不過分追求煤比“數(shù)量”，達到焦比、煤比、燃料比的最優(yōu)平衡，實現(xiàn)低燃耗生產(chǎn)效益最大化。