宣鋼4號高爐穩(wěn)定控制技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

張利波　褚潤林　王海濤　王聰淵

(河北鋼鐵集團宣鋼公司)

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宣鋼4號高爐穩(wěn)定控制技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

張利波褚潤林王海濤王聰淵

(河北鋼鐵集團宣鋼公司)

對宣鋼4號高爐(1800 m3)穩(wěn)定控制技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用進行了總結(jié)。通過采取合理的下部送風(fēng)制度，量化風(fēng)速、動能，保證合理爐腹煤氣量和一定大小回旋區(qū)實現(xiàn)高爐穩(wěn)定順行；根據(jù)下部送風(fēng)制度，選擇合理布料參數(shù)，按照“制衡”的原則，采取疏導(dǎo)和壓制措施使煤氣流分布均衡；結(jié)合爐缸工作狀態(tài)，精確控制鈦負荷、調(diào)整爐底冷卻強度；單場出鐵，控制與爐缸工作相適應(yīng)的鐵水流速，保證高爐爐缸活躍，實現(xiàn)了4號高爐的穩(wěn)定控制。

高爐爐缸煤氣流回旋區(qū)布料參數(shù)

0　前言

高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)對鋼鐵聯(lián)合企業(yè)總體的穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要，高爐生產(chǎn)的波動，將會造成企業(yè)全線生產(chǎn)的波動，進而給企業(yè)造成嚴重的經(jīng)濟損失。2015年4號高爐在單場出鐵、克服2月份高爐噴吹無煙煤中配加50%的高灰分無煙煤，7月下旬全部使用高灰無煙煤；9月份煙煤比由55%提高至60%；7月份焦化廠逐步提高自產(chǎn)焦炭含硫，含硫量由0.85%升高到0.95%，焦炭灰分由12.5%升高到13.0%。焦炭反應(yīng)性高，熱強度差(降到65%)，原燃料品種復(fù)雜且頻繁切換、設(shè)備日趨老化等不利因素，通過穩(wěn)定控制技術(shù)，高爐保持了長期的穩(wěn)定順行，技經(jīng)指標不斷改善，取得了良好的經(jīng)濟效益。

1　改進前的生產(chǎn)概況

隨著原燃料條件劣化后，4號高爐壓量關(guān)系欠穩(wěn)，表現(xiàn)為風(fēng)壓整體偏高，高爐加減風(fēng)頻繁，風(fēng)量萎縮，爐芯溫度降低幅度大，風(fēng)口燒損增加，經(jīng)濟指標下滑，給企業(yè)降本增效帶來不利影響。因此，必須盡快扭轉(zhuǎn)被動局面，匹配當下原燃料條件，穩(wěn)定高爐生產(chǎn)。

2　宣鋼4號高爐穩(wěn)定控制技術(shù)措施

2.1合理下部送風(fēng)制度穩(wěn)定控制技術(shù)

2.1.1量化風(fēng)速、動能，保證穩(wěn)定而有力的中心氣流

煉鐵界常說的高爐穩(wěn)定順行是“七分原料、三分操作”可以這樣理解，在高爐原燃料相對好的情況下，高爐的穩(wěn)定性較好，操作制度的范圍相對較寬。但是隨著原燃料質(zhì)量的降低，高爐操作技術(shù)要求更高，而且更加精細[1]。大型高爐在原燃料較差時，經(jīng)常出現(xiàn)高爐透氣性劣化，風(fēng)壓升高，引起風(fēng)量萎縮，進而導(dǎo)致爐缸工作惡化，其主要原因是大型高爐爐缸直徑大，風(fēng)量不足，高爐中心吹不透，因此大高爐需確保風(fēng)量，才能確保下部操作制度合理。

宣鋼4號高爐生產(chǎn)實踐顯示，隨著原燃料質(zhì)量不斷下降，高爐料柱透氣性明顯劣化，高爐不易接受風(fēng)量，通過以氧換風(fēng)措施，雖然短時間維持高爐穩(wěn)定順行，保證一定產(chǎn)能水平，但是高爐穩(wěn)定性下降，減風(fēng)次數(shù)增多，風(fēng)量降低，進而導(dǎo)致風(fēng)速動能降低，不僅沒有改善料柱透氣性，而且進一步劣化趨勢。4號高爐利用休風(fēng)機會高爐逐步縮小風(fēng)口面積，提高風(fēng)速、鼓風(fēng)動能、控制死焦堆體積，保證爐缸透氣性，透液性。休風(fēng)過程中逐漸用Ф115 mm風(fēng)口替換Ф120 mm風(fēng)口，風(fēng)口面積由0.2904 m2縮小至現(xiàn)在的0.2774 m2，見表1。4號高爐實際風(fēng)速由220 m/s～230 m/s提高到230 m/s～250 m/s，相應(yīng)鼓風(fēng)動能由100 kJ/s～110 kJ/s提高到110 kJ/s～120 kJ/s，保證了高爐下部制度合理。

表1　宣鋼4號高爐風(fēng)口調(diào)節(jié)統(tǒng)計表

注：風(fēng)口長度均為600 mm。

2.1.2確保合理爐腹煤氣量和一定大小回旋區(qū)

高爐是一密閉反應(yīng)容器，確保一定量的爐腹煤氣量，才能保證爐料與煤氣充分反應(yīng)，實現(xiàn)能量有效交換，保證高爐穩(wěn)定順行，因此操作中4號高爐避免長時間低壓操作。但是爐腹煤氣量增加到一定限度，又會導(dǎo)致高爐煤氣流速迅速升高，引起壓差升高，誘發(fā)管道行程，破壞高爐穩(wěn)定順行，經(jīng)過反復(fù)試驗，4號高爐爐腹煤氣量穩(wěn)定在4700 m3/min ～4750 m3/min，最大幅度滿足高爐需求。

從煤氣流分布角度，確保一定大小的回旋區(qū)高爐初始煤氣流趨向中心，才能使徑向分布趨于均勻，保證一定中心氣流，使死料柱保持一定溫度，維持一定透氣和透液性，確保爐缸活躍。在實際操作中，回旋區(qū)還沒有很好準確的測量方法，但在實際應(yīng)用中，通常用鼓風(fēng)動能作為定量控制參數(shù)，替代回旋區(qū)長度。

4號高爐通過調(diào)整風(fēng)口面積，保證一定的入爐風(fēng)量，實現(xiàn)了下部送風(fēng)制度穩(wěn)定，確立了合理的爐腹煤氣量、回旋區(qū)長度、鼓風(fēng)動能等關(guān)鍵參數(shù)，實現(xiàn)了合理初始煤氣流分布。

2.2上部布料制度穩(wěn)定控制技術(shù)

高爐布料制度的作用是：根據(jù)下部送風(fēng)制度，選擇合理布料參數(shù)，按照“制衡[2]”的原則，采取疏導(dǎo)和壓制措施，使煤氣流分布均衡，提高煤氣利用率。高爐大型化后，布料制度對煤氣流合理分布作用更加重要。

在原燃料品種日益復(fù)雜且頻繁切換條件下，高爐軟融帶位置、厚度不穩(wěn)定，邊緣氣流易發(fā)展，4號高爐堅持“壓住邊緣，找準中心”的總體操作思路，進一步優(yōu)化“平臺+漏斗”的操作模式，在保證爐況順行的前提下，逐步將礦角外擴，拉大礦、焦角差，并增加礦角外環(huán)圈數(shù)，最大限度地提高邊緣礦焦比例，同時適當縮小中心焦角角度，增加中心焦圈數(shù)，保證了邊緣氣流的穩(wěn)定，中心合理，煤氣利用率逐步提高。其2015年高爐在線煤氣利用率變化趨勢如圖1所示。

圖1　4號高爐煤氣利用率變化趨勢

2.3爐缸活躍性控制技術(shù)

爐缸活躍度是高爐穩(wěn)定順行、高產(chǎn)和長壽的關(guān)鍵，直接影響高爐穩(wěn)定順行及技經(jīng)指標優(yōu)化，隨著爐役延長和生產(chǎn)指標不斷強化，高爐爐缸側(cè)壁會出現(xiàn)升高的情況，爐缸碳磚侵蝕影響高產(chǎn)、技術(shù)指標和成本。結(jié)合4號高爐爐役后期爐缸工作狀態(tài)，摸索適應(yīng)原燃料劣化，爐役后期爐缸侵蝕等不利因素條件下高爐入爐鈦負荷標準、爐底冷卻強度控制標準、減少爐缸氣隙對爐缸活躍度起著至關(guān)重要的作用。4號高爐通過以下措施保證了爐缸活躍度。

2.3.1入爐鈦負荷控制標準

鈦礦能起到護爐作用，形成由金屬Fe、FeO、石墨C、SiO2、Al2O3、TiC、TiN、Ti(C，N)的粘滯層是減輕炭磚侵蝕的有效途徑。經(jīng)過長期研究、摸索、試驗得出4號高爐鈦負荷控制標準，保證爐缸活躍度。

(1)4號高爐爐缸側(cè)壁溫度超過報警值，控制入爐鈦負荷8.5 kg/t～10.5 kg/t，既能起到很好的護爐作用，又能保證不降低爐芯溫度導(dǎo)致爐缸不活而加劇鐵水環(huán)流的沖刷侵蝕。

(2)當爐芯溫度低于280 ℃，控制入爐鈦負荷6.5 kg/t～8.5 kg/t、同時適當降低生鐵含硅量，貫徹“高物理熱，低化學(xué)熱”的操作方針、保證中下限的爐渣堿度，控制在1.15～1.20，對于改善爐缸渣鐵透液性，提高爐渣的流動性，改善爐缸活躍性有利。

2.3.2爐底冷卻強度控制標準

經(jīng)過長期研究、摸索、試驗得出4號高爐爐底冷卻強度控制標準，保證爐缸活躍度。

(1)當爐芯溫度低于250 ℃，控制爐底水量低于80 m3/h,同時控制爐底水溫差不低于0.8 ℃～1.0 ℃。

(2)當爐芯溫度高于300 ℃，控制爐底水量高于100 m3/h，同時控制爐底水溫差不高于0.5 ℃。

通過控制入爐鈦負荷標準、調(diào)整爐底冷卻強度、保證了爐缸活躍。

2.4與爐缸工作相適應(yīng)的鐵水流速控制技術(shù)

4號高爐設(shè)東西兩個鐵口，長期單場出鐵，爐缸工作不穩(wěn)定，鐵水環(huán)流差，影響高爐順行，尤其是焦炭質(zhì)量不穩(wěn)定后，高爐爐缸狀態(tài)穩(wěn)定性逐步走差，出鐵次數(shù)明顯增加，單爐出鐵最短30 min，高爐強化冶煉受到限制，并且出鐵時間短，爐缸對側(cè)鐵水難以滲透到出鐵鐵口區(qū)域，影響爐缸活躍度，為了改善爐缸工作狀態(tài)及高爐生產(chǎn)指標，摸索與爐缸工作相適應(yīng)的鐵水流速，4號高爐通過優(yōu)化出鐵模式達到了預(yù)期效果。

(1)根據(jù)理論鐵量計算，計算出出鐵鐵間間隔在30 min，為延長出鐵時間，降低出鐵次數(shù)，將鐵間間隔延長至40 min，鐵水流速由原來的5.5 t/min～6.0 t/min降低至4.8 t/min～5.2 t/min。

(2)提高爐前操作技能，根據(jù)爐缸溫度決定打泥量，由打泥量控制鐵口深度，控制鐵口深度由原來的2.7 m～2.9 m增加到2.9 m～3.1 m之間，減少造成鐵口波動的人為因素。

(3)根據(jù)爐況、爐溫、上次出鐵情況，控制鉆頭使用，保證出鐵時間大于70 min，提高鐵口合格率。

(4)根據(jù)爐缸工作需要，協(xié)調(diào)廠家制作與爐缸工作狀態(tài)相適應(yīng)的炮泥，避免因炮泥質(zhì)量波動造成鐵口深度波動，進而導(dǎo)致鐵水流速變化，造成出鐵時間短，影響爐缸工作狀態(tài)。

通過以上措施，高爐出鐵次數(shù)由原來的(15±1)次降低到(12±1)次，并且通過實踐證明，延長出鐵時間降低鐵水流速對于保持爐缸活躍及降低生產(chǎn)成本意義重大。

3　效果

宣鋼4號高爐在單場出鐵，原燃料品種復(fù)雜且頻繁切換，設(shè)備日趨老化條件下保持了長期的穩(wěn)定順行，高爐焦比、燃料比進一步降低，其中2015年12月份燃料比最低降至505 kg/t·Fe，大焦比最低降至353 kg/t·Fe，2015年高爐技術(shù)經(jīng)濟指標見表2。

表2　宣鋼4號高爐技術(shù)經(jīng)濟指標統(tǒng)計

4　結(jié)語

研究4號高爐穩(wěn)定控制技術(shù)基本規(guī)律,為進一步優(yōu)化和改進宣鋼及其它鋼廠大型高爐改善爐缸活躍性，穩(wěn)定煤氣流控制技術(shù), 提升應(yīng)對高爐原燃料劣化的操作技術(shù),對推進大型高爐操作技術(shù)進步具有重要指導(dǎo)意義。

[1]張龍來，林成城．大型高爐穩(wěn)定控制技術(shù)探討[J]．寶鋼技術(shù)，2011 (2)：1-5．

[2]孟令君，高賢成，董龍果，等．濟鋼3200 m3高爐優(yōu)化布料模式實踐[J]．山東冶金，2011，33(1)：52-54．

INNOVATION APPLICATION IN THE STABILITY CONTROL TECHNOLOGY ON XUAN STEEL'S NO.4 BF

Zhang LiboChu RunlinWang HaitaoWang Congyuan

( Xuansteel Ironworks，Hebei Steel Group)

The paper summarizes the innovation application in the stability control technology on Xuan Steel′s No.4 BF. A series of effective technical measures are taken, such as using reasonable lower blast system, quantificative wind velocity and blast kinetic energy, guarantee reasonable gas flowrate in bosh and raceway size that keep blast furnace stably and smoothly, selecting reasonable charging parameters, adopting relieving and pressing according to “checks and balances” principles that stabilize gas flow distribution, controlling Ti burden accurately and adjusting bottom cooling intensity on integration of hearth working condition, controlling hot metal flow velocity that adapt hearth working under one cast house, in order to assure hearth active and stability control in No.4 BF.

blast furnacehearthgas flowracewaycharging parameters

聯(lián)系人：張利波，工程師，河北．宣化(075100)，河北鋼鐵集團宣鋼公司煉鐵廠；2016—4—20