鞍鋼高爐優(yōu)化操作爐型生產(chǎn)實(shí)踐

趙東明 李建軍 曾 宇 劉德輝 姜 曦

1.鞍鋼高爐概況

鞍鋼股份煉鐵總廠現(xiàn)有大型高爐8座，年產(chǎn)生鐵可以達(dá)到1700萬噸以上，是國(guó)內(nèi)單體產(chǎn)能最大的煉鐵廠。目前主要爐型有兩種，其中3200m3爐型的高爐4座，2580m3爐型的高爐4座。燒結(jié)機(jī)7臺(tái)，360m3燒結(jié)機(jī)3臺(tái)，265m3燒結(jié)機(jī)2臺(tái)，328m3燒結(jié)機(jī)2臺(tái)，其中6臺(tái)燒結(jié)機(jī)的配料使用混勻料場(chǎng)。2017年通過對(duì)高爐布料平臺(tái)邊緣起始位置、布料平臺(tái)寬度、中心加焦比例等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化匹配，開展?fàn)t缸管理與爐身管理，高爐群順行狀態(tài)明顯改善，穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)，高爐操作爐型實(shí)現(xiàn)了科學(xué)管理，達(dá)到了高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行的目標(biāo)。見圖1、圖2。

圖1 鞍鋼2017年以來利用系數(shù)與綜合焦比趨勢(shì)圖kg/t,t/m3

圖2 鞍鋼2017年以來利用系數(shù)與綜合焦比趨勢(shì)圖 kg/t

2.高爐用料結(jié)構(gòu)

鞍鋼本部高爐的用料結(jié)構(gòu)主要為燒結(jié)礦+球團(tuán)礦+塊礦，燒結(jié)礦比例在70-75%，外購塊礦比例不超過10%，燃料方面廠內(nèi)焦炭為全干熄焦，不足部分用外購焦補(bǔ)充，比例不超過20%。近些年隨著集團(tuán)公司工藝裝備的升級(jí)，高爐入爐原燃料水平較之以往有較大幅度的提高。7臺(tái)燒結(jié)機(jī)有6臺(tái)配備了綜合料場(chǎng)，廠內(nèi)焦炭實(shí)現(xiàn)了全干熄。但是受配煤、配礦資源影響，燒結(jié)礦的SiO2和堿度，焦炭的M40，灰分以及S等關(guān)鍵指標(biāo)還是會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)。由于歷史原因，燒結(jié)產(chǎn)能與高爐產(chǎn)量匹配度不好，燒結(jié)機(jī)與高爐無法做到單一供料。經(jīng)常出現(xiàn)使用兩種燒結(jié)礦同時(shí)入爐的現(xiàn)象。對(duì)鞍鋼高爐群爐況的整體順行狀態(tài)造成一定的影響。鞍鋼主要使用原燃料指標(biāo)見表1、表2、表3。

3.操作爐型調(diào)整思路

鞍鋼高爐以往由于原料條件不是非常理想，邊緣氣流不受控，煤氣流的控制以中心氣流為主，操作思路是敞開中心，抑制邊緣，通過強(qiáng)勁的中心氣流來保障高爐的順行狀態(tài)。當(dāng)中心氣流受到抑制時(shí)，通過增加中心加焦的比例來達(dá)到疏通中心氣流的目的，在疏通中心氣流的過程中，高爐中心加焦的數(shù)量在一批焦炭重量的比例一度達(dá)到了35%。經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，以強(qiáng)勢(shì)中心氣流作為操作煤氣流的劣勢(shì)逐步顯現(xiàn)。中心加焦比例升高以后，爐缸中心料堆肥大，爐缸中心區(qū)域透氣性、透液性下降，吹不透中心，不僅弱化了中心料柱的疏導(dǎo)作用，而且還加劇了邊緣的環(huán)流侵蝕。爐料平臺(tái)區(qū)由于焦炭量少，煤氣流在高爐內(nèi)部進(jìn)行二次分布時(shí)，沒有穩(wěn)定的通道，平臺(tái)礦焦比不合理，不僅煤氣利用率低，消耗高，而且高爐的順行狀態(tài)也呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，穩(wěn)定性不好。

表1 鞍鋼燒結(jié)礦主要技術(shù)指標(biāo) %

表2 鞍鋼球團(tuán)礦主要技術(shù)指標(biāo) %

表3 鞍鋼自產(chǎn)焦炭主要技術(shù)指標(biāo) %

爐缸工作狀態(tài)是高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，一個(gè)活躍的爐缸是靠風(fēng)量吹出來的，而不是依賴增加中心加焦的數(shù)量疏導(dǎo)出來的?；诎颁摳郀t操作爐型的特點(diǎn)，制定了有針對(duì)性的操作爐型的調(diào)整方案。通過上下部制度調(diào)劑，嚴(yán)抓鐵水物理熱，穩(wěn)定的造渣制度，適宜的中心加焦比例等手段，多措并舉，對(duì)爐缸的工作狀態(tài)進(jìn)行綜合治理。下部調(diào)劑方面，通過縮小風(fēng)口面積，提高風(fēng)速，延長(zhǎng)回旋區(qū)長(zhǎng)度，使煤氣流向中心擴(kuò)展，使中心保持合適的溫度，控制焦炭堆積數(shù)量，改善爐缸區(qū)域的透氣性與透液性。爐缸熱制度方面，將高爐鐵水溫度作為紅線來進(jìn)行管理，規(guī)定高爐出鐵后期鐵水溫度嚴(yán)格禁止低于1490℃，保證爐缸的熱儲(chǔ)備。造渣制度方面，通過控制合適的終渣堿度來保證渣鐵的流動(dòng)性，終渣堿度的控制范圍在1.12-1.18區(qū)間，嚴(yán)格禁止高爐低物理熱，高堿度操作。上部調(diào)劑方面，在順行條件允許的情況下，逐步降低中心加焦的比例，改善爐缸中心料堆的工作狀態(tài)，通過對(duì)高爐運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)爐缸工作狀態(tài)的本質(zhì)提升。

4.爐型管理的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 中心加焦技術(shù)

中心加焦技術(shù)在鞍鋼煉鐵廠有著非常悠久的應(yīng)用歷史，同時(shí)，鞍鋼也是國(guó)內(nèi)第一家使用中心加焦技術(shù)的鋼鐵企業(yè)。中心加焦技術(shù)在鞍鋼的第一次應(yīng)用的時(shí)間是1991年9月，應(yīng)用的高爐為11號(hào)高爐，其有效容積為2580m3，在當(dāng)時(shí)取得了非常好的效果，之后中心加焦技術(shù)在國(guó)內(nèi)逐漸得到普及與推廣。近些年，一些曾經(jīng)使用中心加焦技術(shù)企業(yè)為了獲得更好的燃料比，嘗試取消中心加焦，取消后燃料比較之前有10kg/t-20kg/t的降幅。但是，取消中心加焦的同時(shí)，對(duì)入爐原燃料結(jié)構(gòu)以及質(zhì)量也都提出了更高的要求。在原燃料結(jié)構(gòu)不合理或條件變差時(shí)，高爐的順行將無法得到保證，很容易造成高爐難行，甚至長(zhǎng)時(shí)間無法做到達(dá)產(chǎn)達(dá)效。從鞍鋼2580m3高爐1/5物理模型試驗(yàn)結(jié)論看，在同樣布料制度條件下，100%燒結(jié)礦和100%球團(tuán)礦的料面形狀截然不同，球團(tuán)礦更容易向中心滾落。中心加焦的作用主要有兩方面，一方面是疏導(dǎo)中心氣流，另一方面則是阻止球團(tuán)過多地滾入中心。爐料結(jié)構(gòu)設(shè)定為燒結(jié)礦比例70%，球團(tuán)比例為30%時(shí)，料面形狀也與100%球團(tuán)礦接近。中心加焦量受爐料結(jié)構(gòu)影響,存在極限值。其數(shù)量的多少取決于爐料結(jié)構(gòu)中球團(tuán)礦的配比，當(dāng)球團(tuán)礦配比低于15%時(shí)，中心加焦的比例可以按照15%以下比例進(jìn)行控制；當(dāng)球團(tuán)礦配比為 15%-35%時(shí)，中心加焦比例按照15%-25%控制較為適宜。當(dāng)球團(tuán)礦配比大于>35%時(shí)，中心加焦比例要相應(yīng)提高。

4.2 布料平臺(tái)寬度

鞍鋼本部高爐的布料特點(diǎn)為中心加焦，礦、焦同角，布礦的檔位為5-6個(gè)環(huán)位，布焦的檔位在布礦檔位的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)中心加焦檔位。中心加焦布料角度選擇的原則就是布中心焦時(shí)，料流軌跡與溜槽的擋板不會(huì)發(fā)生碰撞。鞍鋼高爐平臺(tái)區(qū)域布料角度的選擇是通過11等分面積法計(jì)算得到的。通過對(duì)爐喉面積進(jìn)行11等分，從而確定料流軌跡在各檔位的落料點(diǎn)。再通過函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出11個(gè)布料檔位的角度。近些年，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)對(duì)布料制度的使用較為靈活，且取得了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效果。對(duì)這些典型高爐的布料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從圖3和圖4可以看出，適當(dāng)縮小礦平臺(tái)寬度有助于高爐提高風(fēng)速，增加風(fēng)量，吹活爐缸。我們認(rèn)為平臺(tái)寬度在不超過爐喉半徑1/3的前提條件下，可伴隨順行狀態(tài)、用料結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，風(fēng)量大，順行好，球團(tuán)比例低，平臺(tái)可適當(dāng)拉寬。反之，則向反方向調(diào)整，有利于高爐長(zhǎng)期的高效穩(wěn)定順行。

4.3 布料平臺(tái)邊緣起始位置

圖3 風(fēng)量與礦平臺(tái)角位差關(guān)系圖 m3/min

圖4 風(fēng)量與礦平臺(tái)角位差關(guān)系圖 m/s

日本新日鐵經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，邊緣氣流難于控制是由于高爐爐身剖面產(chǎn)生不規(guī)則凸凹不平形狀所致。鞍鋼在線運(yùn)行的8座高爐中，有7座采用銅冷卻壁與鑲磚鑄鐵冷卻壁相結(jié)合的冷卻形式，1座采用銅冷卻板與鑄鐵冷卻壁相結(jié)合的冷卻形式。在近些年的生產(chǎn)實(shí)踐中，都不同程度受到水溫差波動(dòng)，壁體穩(wěn)定性不好的困擾。通過近幾年的研究認(rèn)為，邊緣氣流難于控制的主要原因不是在于邊緣的礦焦比，而是在于邊緣布料起始角度的選擇。邊緣料流的落點(diǎn)位置距爐墻距離決定了邊緣氣流控制的難易程度，料流軌跡與爐墻相切是最理想的。角度大，布料軌跡打爐墻形成反彈，爐料的堆尖位置將遠(yuǎn)離爐墻。角度過小，布料軌跡將遠(yuǎn)離爐墻。根據(jù)鞍鋼 2580m3高爐 1/5 物理模型試驗(yàn)結(jié)果，焦炭、燒結(jié)礦、球團(tuán)礦三種主要爐料在高爐內(nèi)的穩(wěn)定堆角分別為 35°，33°和26°，在此角度時(shí)，料面穩(wěn)定，不容易滾落。換言之，三種主要爐料中，球團(tuán)是最容易發(fā)生滾落的。邊緣未布料區(qū)域很容易形成以球團(tuán)為主的滾落區(qū)混料，其縱向分布的礦焦比隨機(jī)性大，是邊緣溫度場(chǎng)不受控的主要原因。

4.4 熱負(fù)荷管理

高爐爐身熱負(fù)荷是高爐邊緣煤氣流的數(shù)字反映，其運(yùn)行區(qū)間的高低、穩(wěn)定性如何則是邊緣煤氣流工作狀態(tài)的直接表現(xiàn)。爐身熱負(fù)荷長(zhǎng)期穩(wěn)定且在高位運(yùn)行，這說明邊緣氣流略強(qiáng)，可適當(dāng)壓制。反之，則要采用適當(dāng)疏松料柱的方法增加邊緣氣流。爐身熱負(fù)荷若是穩(wěn)定性不好，波動(dòng)大，則說明邊緣氣流不順暢，煤氣流在邊緣沒有穩(wěn)定的通路，要通過上部調(diào)劑減少邊緣的混料區(qū)，增加邊緣焦炭數(shù)量，改善邊緣煤氣通道。熱負(fù)荷穩(wěn)定性不好時(shí)，操作要按照下限壓差操作，防止因?yàn)閴翰钸^高而導(dǎo)致管道形成，破壞了高爐的順行狀態(tài)。

5.結(jié)論

（1）活躍的爐缸是高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。上部布料制度是否合理，只有在爐缸活躍的前提下才具備判定的條件。

（2）邊緣起始角度選擇的合適，通過爐身熱負(fù)荷管理可以使高爐操作者更容易地控制邊緣氣流，從而使高爐具有更好的可操作性，且可以獲得更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

（3）根據(jù)原燃料條件、原料結(jié)構(gòu)、順行狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整布礦平臺(tái)寬度、中心加焦比例，可以實(shí)現(xiàn)高爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。