承鋼4#高爐裝料制度的優(yōu)化

牛西園，張曉冬，李福民

(1. 華北理工大學 冶金與能源學院 河北 唐山 063009；2. 河北鋼鐵集團 承德鋼鐵公司，河北 承德067002)

?

承鋼4#高爐裝料制度的優(yōu)化

牛西園1，2，張曉冬2，李福民1

(1. 華北理工大學 冶金與能源學院 河北 唐山 063009；2. 河北鋼鐵集團 承德鋼鐵公司，河北 承德067002)

冶煉釩鈦礦高爐；裝料制度；送風制度；低[Si+Ti]冶煉；煤氣利用

裝料制度是當前高爐煉鐵的關(guān)鍵技術(shù)難題之一，也是影響高爐技術(shù)經(jīng)濟指標的重要因素。承鋼4#高爐改變原有的中心加焦型裝料制度，率先在全國冶煉釩鈦礦高爐中采用“平臺+漏斗”型裝料制度，實行大α角、大礦角、礦焦同角、大角差、大礦批技術(shù)，并探索相匹配的技術(shù)措施，有效提高了煤氣利用率，降低了燃料消耗。

0 引言

承鋼4#高爐的有效容積為2 500 m3，是目前世界上冶煉釩鈦礦的最大高爐。自2008年9月點火投產(chǎn)以來一直冶煉釩鈦礦。由于原燃料條件的限制，入爐品位不足56.5%，渣比高達440 kg/t，且存在釩鈦燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低、軟熔性能差、渣鐵粘等問題，高爐開爐以后主要以中心加焦型裝料制度為主，爐況未能保持長期穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟指標與國內(nèi)先進高爐有較大差距[1, 2]，優(yōu)化高爐操作制度成為必然選擇。

1 中心加焦型與“平臺+漏斗”型裝料制度的特點

中心加焦型裝料制度是在中心爐料內(nèi)布入15%～30%的焦炭，在爐墻附近區(qū)域的爐料布入較小比例的焦炭，用來發(fā)展中心氣流，抑制邊緣氣流。其優(yōu)點是對原燃料的質(zhì)量要求略低，對原燃料變化適應(yīng)能力較強[3]。但這種裝料制度會導致風氧量不足，煤氣利用率低于48%，需要控制較高的[Si+Ti]才能保證正常的脫硫要求，因而其燃料比較高，一般在530 kg/t以上[4]。

“平臺+漏斗”型裝料制度是使爐料在靠近爐墻區(qū)域內(nèi)形成一定寬度的平臺，在中心區(qū)域形成一定錐度的漏斗，通過調(diào)整漏斗錐度和平臺區(qū)域內(nèi)爐料的礦焦比，充分發(fā)展中心氣流，適度抑制邊緣氣流。結(jié)合送風制度，這種裝料制度可獲得較高的煤氣利用率，但對原燃料質(zhì)量的要求較高，對人員的操作水平要求較為苛刻[3]。

2 裝料制度對高爐冶煉的影響

4#高爐開爐后采用中心加焦型裝料制度，中心爐料中布入15%～30%的焦炭，用來確保強勁的中心氣流，同時采取較輕的邊緣負荷來發(fā)展邊緣氣流，形成“W”形的軟熔帶，由于當時釩鈦燒結(jié)礦的堿度較低，堿度中值為1.9，風量一直維持在4 600～4 700 m3·min-1，中心氣流時有時無，一旦中心氣流消失，則會出現(xiàn)邊緣管道行程、偏尺塌料、銅冷卻壁結(jié)厚等現(xiàn)象，高爐爐況未能達到長期順行，各項技術(shù)經(jīng)濟指標較差，而且，此種裝料制度必須控制較高的爐溫才能保證渣鐵流動性，因而燃料比較高。2種裝料制度的料面形狀如圖1所示。

圖1 2種裝料制度的料面形狀

圖2為2種裝料制度的爐內(nèi)圖像。自2012年以來，隨著焦炭質(zhì)量逐步穩(wěn)定，燒結(jié)礦堿度逐漸提高至2.10，原燃料質(zhì)量得到保證，已具備改變裝料制度的條件。因此，通過試驗逐步采用“平臺+漏斗”型裝料制度，通過調(diào)整漏斗錐度和平臺區(qū)域內(nèi)的礦焦比，充分發(fā)展中心氣流，適度抑制邊緣氣流，形成倒“V”形的軟熔帶，優(yōu)化了煤氣流的分布[3，5-7]。2種裝料制度的軟熔帶形狀如圖3所示。

圖2 2種裝料模式的爐內(nèi)圖像

圖3 2種裝料制度的軟熔帶形狀

3 布料角度的確定

自2012年以后，優(yōu)化了“平臺+漏斗”型裝料制度，優(yōu)化過程如表1所示。通過實行大α角、大礦角、礦焦同角、大角差、大礦批技術(shù)，增加了礦石環(huán)帶的寬度，在爐喉部位形成布料平臺，同時加重邊緣負荷，抑制邊緣煤氣流，穩(wěn)定了高爐內(nèi)煤氣流的分布。

表1 4#高爐的基本料制

自2013年以來，根據(jù)布料方程，結(jié)合現(xiàn)場測角結(jié)果，在固定料線情況下，計算出不同角度時礦石落點與爐中心、爐墻的距離，如表2所示。

表2 礦石的布料矩陣

根據(jù)布料方程，結(jié)合現(xiàn)場測角結(jié)果，在固定料線情況下，計算出不同角度時焦炭落點與爐中心、爐墻的距離，如表3所示。

表3 焦炭的布料矩陣

由計算結(jié)果可知，自2013年以來，礦石的平臺寬度為1.1～1.3 m，距離爐喉爐墻為0.2～0.4 m，距離爐喉中心為3.8～4.0 m，考慮礦石的滾動，實際礦石環(huán)帶寬度為2.5 m左右。焦炭的平臺寬度為1.6～1.8 m，距離爐喉爐墻為0.3～0.5 m，距離爐喉中心為2.1～2.3 m，平臺寬度及漏斗大小符合要求，可以形成穩(wěn)定的焦炭平臺，并可滿足冶煉釩鈦礦的爐況要求。

圖4 料面初始形狀

“平臺+漏斗”型布料制度的料面初始形狀如圖4所示。經(jīng)過生產(chǎn)實踐，得出了“平臺+漏斗”型裝料制度的控制要點：

(1)平臺寬度應(yīng)具有合適的范圍，平臺過窄或過寬均會造成氣流不穩(wěn)定。焦炭平臺寬度是合理料面形狀的根本，焦炭檔位數(shù)多于礦石，各檔位上的焦炭環(huán)數(shù)傾向于平均分配，形成1.5～2.0 m的焦炭平臺，焦炭層厚度應(yīng)確保不小于500 mm，既能保證爐料及軟熔帶的透氣性，又能夠形成深度為2 m左右的布料漏斗，穩(wěn)定中心氣流。

(2)最大礦角時礦石落點不能碰撞爐墻，根據(jù)原燃料質(zhì)量狀況維持在300～400 mm的距離，最小礦角時礦石落點與爐喉中心的距離應(yīng)達到爐喉半徑的65%，以保持一定的邊緣氣流通路。

由表4可知，經(jīng)過裝料制度的優(yōu)化，煤氣利用率顯著提高，熱負荷逐漸降低。雖然自2013年以后入爐品位逐步下降，各項技術(shù)指標卻取得了較大突破。2015年的平均燃料比為489 kg·t-1，平均煤比為133.9 kg·t-1，達到全行業(yè)的先進水平。

表4 2010-2015年4#高爐的技術(shù)指標

4 裝料制度的配合措施

4.1 送風制度調(diào)整

針對高爐上部裝料制度的特點，對送風制度進行調(diào)整，如表5所示。維持風速在270～280 m·s-1，送風比提高至1.83，以保證初始煤氣流能充分深入中心，保證爐缸活躍。生產(chǎn)實踐表明，在滿足風速和鼓風動能的情況下，適當降低高爐入爐風量，增加富氧量，既能控制合適的爐腹煤氣指數(shù)，滿足透氣性K值要求，又能保證爐況順行，提高煤比[4，8]。

表5 4#高爐的送風比參數(shù)

4.2 低[Si+Ti]冶煉

“平臺+漏斗”型裝料制度對爐腹煤氣量及體積非常敏感，難以接受高[Si+Ti]和物理熱。實施低[Si+Ti]冶煉，物理熱控制在1 470 ℃以上，降低軟熔帶位置，減小滴落帶高度，降低硅鈦的還原，[Si+Ti]維持在0.30%～0.40%，有效緩解了爐渣粘稠的問題[5，9]。2015年高爐的物理熱平均為1 476 ℃，[Si+Ti]平均為0.355%，達到全國先進水平。

5 結(jié)論

(1)采用“平臺+漏斗”型裝料制度，使爐料在邊緣區(qū)域形成一定寬度的平臺，在中心區(qū)域形成一定錐度的漏斗，形成倒“V”形的軟熔帶，提高了煤氣利用率，降低燃料比，滿足冶煉釩鈦礦的爐況要求。

(2)采用高風速、高動能的送風制度，送風比提高至1.83，透氣性明顯改善，匹配上部裝料制度的優(yōu)化。

(3)“平臺+漏斗”型裝料制度為低[Si+Ti]冶煉打下了良好基礎(chǔ)，高爐物理熱控制在1 470 ℃以上，[Si+Ti]控制在0.30%～0.40%，可有效緩解爐渣粘稠的問題，使爐缸狀態(tài)明顯改善。

(4)通過裝料制度的優(yōu)化，2015年在入爐品位56.35%的條件下，4#高爐全年平均燃料比489 kg·t-1，平均煤比133.8 kg·t-1，達到全行業(yè)先進水平。

[1] 畢婕, 高斌, 陳黨杰. 承鋼 4#高爐調(diào)整煤氣流分布的實踐[J]. 河北冶金, 2014, (4): 25-29.

[2] 李海軍. 承鋼2 500 m3高爐釩鈦磁鐵礦冶煉新技術(shù)[J]. 河北冶金, 2014, (8): 42-45.

[3] 韓健, 柳祎. 邯寶煉鐵廠3 200 m3高爐操作制度的優(yōu)化[A]. 2011年全國冶金節(jié)能減排與低碳技術(shù)發(fā)展研討會文集[C], 2011: 360- 365.

[4] 岳富偉, 武靖喆, 高斌. 2 500 m3高爐裝料制度移形實踐[J]. 河北冶金, 2013, (2): 26-29.

[5] 趙東銘, 田中明, 王光偉, 等. 鞍凌2 600 m3高爐取消中心加焦裝料制度實踐[J]. 煉鐵，2014, 33(6): 47-50.

[6] 盛亞, 陳德權(quán), 章銘明. 武鋼5號高爐取消中心加焦工業(yè)試驗[J]. 鋼鐵研究, 2015, 43(2): 10-13.

[7] 韓旺學, 武連海. 酒鋼2 500 m3高爐操作制度探討[J]. 河北冶金, 2012, (8): 32-33.

[8] 胡金波, 王偉國, 魏廣斌, 等. 唐鋼3 200 m3高爐煤氣流分布的調(diào)整與控制[J]. 河北冶金, 2011, (7): 28-29.

[9] 陳黨杰, 楊博, 李海東, 等. 降低2 500 m3高爐鐵元素消耗的生產(chǎn)實踐[J]. 河北冶金, 2015, (9): 31-34.

Charging System Optimization of No.4 Blast Furnace in Chengde Iron and Steel Company

NIU Xi-yuan1, 2, ZHANG Xiao-dong2, LI Fu-min1

(1.College of Metallurgy and Energy, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China;2.Chengde Iron and Steel Company, Hebei Iron and Steel Group, Chengde Hebei 067002, China)

blast furnace for smelting vanadium-titanium iron ore; charging system; air supply system; low [Si+Ti] smelting; gas utilization

Charging system is not only one of the key technical problems of blast furnace, but also an important factor which influence its technical and economic indexes. The original charging system of “Coke-adding at center” was replaced by “platform + funnel” type charging system of the blast furnace smelting vanadium-titanium iron ore, the large α angle, large mine angle, same mine-coke angle, big angle difference, large ore batch technologies were adopted, and the match technical measures were explored, thus the gas utilization is improved effectively, and the fuel consumption is reduced.

2095-2716(2017)01-0046-05

TF538

A