山鋼日鋼2#5 100 m3高爐合理操作爐型的形成與維護(hù)

邢英亮

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照276800）

1 前 言

山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司2#5 100 m3高爐（以下簡(jiǎn)稱2#高爐）在設(shè)計(jì)上采用緊湊型、模塊化總圖布置。該高爐設(shè)有4 個(gè)鐵口、40 個(gè)風(fēng)口、兩個(gè)夾角為81°的矩形出鐵場(chǎng)，采用皮帶上料、PW 爐頂技術(shù)、爐頂均壓煤氣全回收技術(shù)。高爐冷卻采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)全冷卻方式，在第7～12段爐腹、爐腰和爐身中、下部高熱負(fù)荷區(qū)域使用6 段鉆孔水冷通道全覆蓋鑲磚銅冷卻壁。高爐采用4 座改進(jìn)型頂燃式熱風(fēng)爐，預(yù)熱系統(tǒng)采用前置預(yù)熱爐（燒高爐煤氣）+板式換熱器的方式。2#高爐2019年4月11日開爐以來(lái)，始終把合理操作爐型的形成與維護(hù)放在首要位置，高爐要想長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，必須形成合理的操作爐型，抓好基礎(chǔ)管理工作，對(duì)各項(xiàng)基本操作制度不斷優(yōu)化和完善。通過(guò)1 a 來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐證明，2#高爐保持長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，利用系數(shù)達(dá)到2.2 t/（m3·d）以上，燃料比490 kg/t。

2 合理操作爐型的特征

合理操作爐型，應(yīng)是能適合一定的原燃料條件和操作制度，能保持爐況長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行、高產(chǎn)、低耗、長(zhǎng)壽。通過(guò)對(duì)開爐以來(lái)數(shù)據(jù)的歸納分析，總結(jié)出2#高爐當(dāng)前冶煉條件下，爐體各部位合理參數(shù)范圍:銅冷卻壁7～12段壁體溫度應(yīng)控制在軟水溫度10～20 ℃，銅冷卻壁熱負(fù)荷控制在25 700 kW 左右，13 段、14 段壁體溫度應(yīng)為 12 段壁體溫度 90～100 ℃，爐喉鋼磚溫度控制在軟水溫度15～20 ℃，13～18 段冷卻壁熱負(fù)荷控制在19 300 kW 左右。當(dāng)前冷卻強(qiáng)度下，水溫差應(yīng)在3.5～5 ℃，全爐熱負(fù)荷控制45 000 kW左右。

3 合理操作爐型的維護(hù)

3.1 原燃料管理

3.1.1 堅(jiān)持精料方針

1）穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量。精料是高爐冶煉的基礎(chǔ)，“七分原料，三分操作”說(shuō)明精料對(duì)高爐生產(chǎn)的決定性影響［1］。燒結(jié)礦作為高爐冶煉的主要原料，其質(zhì)量的波動(dòng)直接影響高爐的穩(wěn)定性。加強(qiáng)對(duì)燒結(jié)礦成分及粒度組成的監(jiān)控，一是加強(qiáng)中和混勻工作，穩(wěn)定爐料成分。做到入爐料成分穩(wěn)定，減少波動(dòng)，關(guān)系到爐溫的穩(wěn)定和生鐵質(zhì)量，是保證爐況穩(wěn)定的主要條件。二是優(yōu)化入爐料的粒度組成，這是改善料柱透氣性和強(qiáng)化冶煉過(guò)程的重要影響因素。燒結(jié)礦部分指標(biāo)控制要求:TFe≥56.5%、FeO 9.0～9.5%、RDI+3.15 mm≥70%，R2控制2.0±0.5。

2）加強(qiáng)篩網(wǎng)和篩速管理。滿足上料速度的前提下，加強(qiáng)篩分，合理調(diào)整篩速，燒結(jié)礦控制在2～3.5 t/min，球團(tuán)礦3～5 t/min，塊礦2～2.5 t/min，備料前對(duì)振篩進(jìn)行空振，發(fā)現(xiàn)仍有夾料現(xiàn)象,手動(dòng)清理，保證篩網(wǎng)的有效利用，最大程度地篩透，確保凈料入爐，從而減少了塊狀帶堵塞料柱空隙的發(fā)生，降低阻損，保證軟熔帶“焦窗”的透氣性。

3）加強(qiáng)入爐料管控。當(dāng)班工長(zhǎng)及槽下人員加強(qiáng)看料，各不少于3次，工長(zhǎng)每小時(shí)記錄料流開度，密切關(guān)注高爐返礦量的變化，出現(xiàn)異常及時(shí)排查原因，燒結(jié)停開機(jī)料、質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的燒結(jié)礦必須外排，嚴(yán)禁入爐引起爐況波動(dòng)。

4）穩(wěn)定爐料結(jié)構(gòu)。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［2］。2#5 100 m3高爐開爐以來(lái)熟料率穩(wěn)定在85%～87%。

3.1.2 穩(wěn)定焦炭質(zhì)量

焦炭質(zhì)量的好壞對(duì)高爐生產(chǎn)有著重大的影響，特別是其冷、熱態(tài)性能的好壞直接影響著高爐中下部料柱的透氣性、透液性，最終影響高爐的順行狀態(tài)。特大型高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求高，日照公司配備4 座7.29 m 焦?fàn)t，高爐使用的焦炭為自產(chǎn)焦，經(jīng)過(guò)2 a多的摸索，焦炭質(zhì)量能夠滿足高爐需求，如表1所示。

表1 2#高爐開爐以來(lái)焦炭質(zhì)量指標(biāo)

振篩下料口優(yōu)化改造，改善布料偏析，減少入爐粉末，入爐料實(shí)施平鋪料操作，穩(wěn)定邊緣氣流。1）槽下振篩下料口分兩次對(duì)其進(jìn)行改造，使稱量斗內(nèi)燒結(jié)礦堆尖靠近，減少落料偏析。改造前兩料點(diǎn)間距4.5 m，第1步增加0.85 m平板，間距縮小至2.9 m，第2 步增加0.6 m 斜坡，間距縮小至1.8 m，實(shí)現(xiàn)稱量斗內(nèi)料堆尖進(jìn)一步拉近。2）堅(jiān)持“鋪好、布好”的原則，實(shí)施平鋪料操作。球團(tuán)礦平鋪率控制50%～60%，塊礦平鋪率控制45%～55%，焦丁平鋪率控制35%～45%。平鋪具體位置根據(jù)高爐實(shí)際情況合理進(jìn)行調(diào)整，原則上塊礦、球團(tuán)起止位置控制距離料頭、料尾分別在30～40 s，焦丁布料位置作為邊緣煤氣流調(diào)劑的一個(gè)手段。

3.2 強(qiáng)化爐前出鐵管理

針對(duì)特大型高爐來(lái)說(shuō)，出好渣鐵對(duì)高爐的穩(wěn)定順行是至關(guān)重要的。虧渣鐵會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓差升高，邊緣氣流波動(dòng)，冷卻壁及水溫差大幅波動(dòng)，操作爐型不穩(wěn)定，還存在很大的安全隱患，因此2#高爐采取了一系列出鐵管理措施，確保及時(shí)出凈渣鐵，避免憋渣鐵現(xiàn)象。

1）三鐵口循環(huán)出鐵模式。因爐缸直徑大，為減少爐缸死區(qū)，鐵口采用3用1備出鐵模式。

2）爐缸區(qū)域灌漿。開爐初期鐵口區(qū)域煤氣火大，竄煤氣嚴(yán)重影響到渣鐵排放。采取對(duì)爐缸冷卻壁及鐵口區(qū)域進(jìn)行灌漿處理，對(duì)減少鐵口噴濺達(dá)到預(yù)期效果。

3）爐前倒場(chǎng)操作標(biāo)準(zhǔn)化。開爐初期，爐前倒場(chǎng)時(shí)均存在虧渣鐵現(xiàn)象，嚴(yán)重影響操作爐型的穩(wěn)定。通過(guò)改變操作思路，優(yōu)化開口時(shí)機(jī)，相鄰鐵次由正間隔10 min 改為出鐵60 min 時(shí)打開備投用鐵口，鐵口工作狀態(tài)較差時(shí)有充足時(shí)間開二次，變被動(dòng)為主動(dòng)，這樣操作大大減少了渣鐵出不凈對(duì)爐況的影響。

4）根據(jù)不同廠家炮泥量化打泥，鐵口深度3.8～4.0 m，規(guī)范鉆頭直徑使用57.5～60 mm，爐前設(shè)備操作標(biāo)準(zhǔn)化。

5）負(fù)間隔出鐵，相鄰鐵次按110～120 min打開鐵口，日出鐵時(shí)間≮1 750 min，重疊時(shí)間30±10 min，避免因重疊時(shí)間不足導(dǎo)致虧渣。

6）規(guī)范爐前炮泥使用管理，跟蹤炮泥使用過(guò)程及時(shí)做出有效評(píng)價(jià)，便于后期炮泥質(zhì)量管理。

7）根據(jù)出鐵情況靈活調(diào)整開口時(shí)間間隔。時(shí)刻統(tǒng)計(jì)盈虧渣鐵量，當(dāng)爐虧鐵量＞100 t 時(shí)，或渣量持續(xù)＜100 t/h 時(shí)，及時(shí)打開下一鐵口進(jìn)行重疊出鐵。

3.3 熱制度與造渣制度

1）強(qiáng)化爐溫意識(shí)，重視爐缸熱量。爐溫的大幅波動(dòng)影響操作爐型的穩(wěn)定，對(duì)高爐爐況產(chǎn)生影響，且對(duì)煉鋼工序產(chǎn)生影響。2018年1#高爐爐況失常，低爐溫是導(dǎo)致?tīng)t況加劇惡化的一個(gè)重要原因。2#高爐開爐后，操作上始終重視爐缸熱量，爐溫按照0.30%～0.50%控制，爐溫中限0.40%，嚴(yán)禁＜0.30%持續(xù)4 h 以上，保持鐵水溫度≥1 510 ℃，保證爐缸良好工作狀態(tài)，2#高爐實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定順行；根據(jù)來(lái)料成分及時(shí)核對(duì)配料堿度，控制實(shí)際終渣堿度1.15±0.05，爐渣以石頭點(diǎn)渣為準(zhǔn)。

2）重視排堿工作。高爐入爐堿金屬呈升高趨勢(shì)，2019年由 5月份 2.0 kg/t→6月份 3.3 kg/t→8月份以后穩(wěn)定在3.6 kg/t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)《5 100 m3高爐標(biāo)準(zhǔn)化操作條例》入爐原燃料雜質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)。入爐堿金屬的升高給高爐操作帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，堿金屬的循環(huán)富集對(duì)原燃料、爐型穩(wěn)定都具有相當(dāng)大的破壞力；因此，高爐定期排堿工作勢(shì)在必行，操作上主要通過(guò)階段性爐溫做上限、降低爐渣堿度的措施，改善爐渣良好的流動(dòng)性進(jìn)行排堿，減少堿金屬在爐內(nèi)富集，確保高爐操作爐型的合理穩(wěn)定，保持高爐穩(wěn)定順行。

3.4 優(yōu)化上下部制度

通過(guò)送風(fēng)制度與裝料制度調(diào)整，達(dá)到上下部制度的合理匹配，保證邊緣、中心兩道氣流的合理分布，上穩(wěn)氣流、下活爐缸，以實(shí)現(xiàn)爐型合理穩(wěn)定，高爐適應(yīng)性強(qiáng)。

3.4.1 下部制度的調(diào)整

送風(fēng)制度主要是保持適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能和理論燃燒溫度，以達(dá)到初始?xì)饬鞣植己侠恚瑺t缸工作均勻活躍，為爐況穩(wěn)定順行奠定基礎(chǔ)［2］。高爐以提升風(fēng)量、提高風(fēng)速為核心，吹透中心，活躍爐缸，提高料柱的整體透氣性，增強(qiáng)爐況的順行程度與抵抗外界變化的能力。以持續(xù)優(yōu)化上下部調(diào)劑為手段提高煤氣利用，降低燃料消耗，保持較大風(fēng)量吹透、吹活爐缸，減小中心死焦堆空間體積。

2#高爐開爐以來(lái)，風(fēng)口逐步全部調(diào)整為Φ126 mm×L645 mm，風(fēng)口面積由開爐時(shí)的0.434 1 m2調(diào)整至現(xiàn)在的0.498 8 m2，風(fēng)口布局更加均勻。經(jīng)過(guò)調(diào)整，風(fēng)量達(dá)到7 300 m3/min 以上，壓差逐步降低，風(fēng)速保持在250 m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能保持在12 500 kg·m/s以上，使得初始煤氣流分布均勻合理。

日常操作參數(shù)的選擇:1）頂壓的使用。頂壓的使用不能超過(guò)設(shè)計(jì)上限，日常操作中主要取決于風(fēng)量的大小，隨著風(fēng)量變化頂壓與之調(diào)整。在爐況順行、全風(fēng)狀態(tài)下，當(dāng)減風(fēng)不大于全風(fēng)量的2.05%時(shí)，頂壓不必調(diào)整，若風(fēng)量長(zhǎng)時(shí)間接近2.05%無(wú)法加全或超過(guò)2.05%，頂壓按照系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以保證風(fēng)速在合理范圍。風(fēng)量與頂壓的合理匹配，關(guān)乎煤氣流的合理分布，日常操作中要格外注意。2）風(fēng)溫的使用。關(guān)閉混風(fēng)大閘，風(fēng)溫全用。主要目的:一是熱能100%利用，減少資源浪費(fèi)；二是減少高爐工長(zhǎng)爐溫調(diào)劑手段，利于爐溫穩(wěn)定控制。目前風(fēng)溫平均達(dá)到1 240 ℃以上，但是送風(fēng)前后風(fēng)溫溫差大，不利于爐況的穩(wěn)定。下一步需優(yōu)化燒爐，穩(wěn)定風(fēng)溫在1 240～1 250 ℃。3）火焰溫度的控制。穩(wěn)定富氧率4%，通過(guò)加（或脫）濕鼓風(fēng)控制火焰溫度在2 290±30 ℃，保證煤粉的燃燒率。

3.4.2 上部制度的調(diào)整

2#高爐借鑒1#高爐的操作經(jīng)驗(yàn)，開爐順利，為進(jìn)一步穩(wěn)定爐況，提高煤氣利用，降低燃料消耗，突破固有思維，2#高爐逐步取消中心加焦布料模式。

理論上合理風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度為2.14 m，當(dāng)前風(fēng)量維持7 300 m3/min，風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度2.03 m＜2.14 m，說(shuō)明鼓風(fēng)動(dòng)能顯小，爐缸死焦堆略大。布料寬度接近回旋區(qū)長(zhǎng)度，說(shuō)明布料是相對(duì)合理的。結(jié)合當(dāng)前原燃料條件，布料矩陣調(diào)整的思路是疏導(dǎo)邊緣，追求兩股氣流，控制角差10°～11°，礦石最小布料角度31°，平臺(tái)寬度控制在1.8～2.0 m，合理使用批重，實(shí)現(xiàn)“平臺(tái)+中心漏斗”的料面形狀，中心氣流始終保持暢通。2#高爐經(jīng)典布料矩陣:焦炭7檔，圈數(shù)為4 333 224；礦石6 檔，圈數(shù)為333 321；焦炭最大角度較礦石跨出1°，以適度發(fā)展邊緣氣流。

日常操作中以微調(diào)為主，爐型的維護(hù)主要具體操作如下:1）當(dāng)原燃料條件變差時(shí)，或銅冷卻壁溫度低于52 ℃、水溫差持續(xù)低于3 ℃時(shí)，邊緣焦炭由3圈調(diào)整為4圈，以疏導(dǎo)邊緣氣流；當(dāng)水溫差持續(xù)高于5.5 ℃時(shí)，邊緣焦炭由4 圈調(diào)整為3 圈，以適當(dāng)抑制邊緣氣流。2）焦丁除具有改善礦石層的透氣性作用外，還用來(lái)調(diào)整邊緣煤氣流，通過(guò)調(diào)整焦丁平鋪起始位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。3）調(diào)整礦批平衡中心與邊緣兩股煤氣流。4）為保證中心氣流暢通，通過(guò)循環(huán)加中心焦的方法，即每隔10批料額外增加2 t焦炭，按11°布下，當(dāng)中心氣流較弱時(shí)增加循環(huán)頻次。

4 結(jié) 語(yǔ)

山鋼集團(tuán)日照公司煉鐵廠2#高爐通過(guò)加強(qiáng)原燃料管控、強(qiáng)化爐前出鐵管理、優(yōu)化操作制度等技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了特大型高爐設(shè)計(jì)爐型向操作爐型轉(zhuǎn)變的順利過(guò)渡，2#高爐保持長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)量和低燃耗生產(chǎn)，鐵水爐溫合格率大幅提升，并形成合理的操作爐型。合理的操作爐型與生產(chǎn)條件和冶煉制度相對(duì)應(yīng)，與高爐煤氣流運(yùn)動(dòng)和分布規(guī)律相匹配。在日常操作中，高爐操作者非常重視合理操作爐型的維護(hù)，以實(shí)現(xiàn)高爐安全、穩(wěn)定、順行、優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和長(zhǎng)壽的生產(chǎn)目標(biāo)。