鞍鋼4號(hào)高爐爐墻結(jié)厚原因及解決措施

趙東明，李建軍，曾宇，佟敏英，劉德輝

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠 ，遼寧 鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠4號(hào)高爐（2580 m3）設(shè)有4個(gè)鐵口、30個(gè)風(fēng)口，采用新型PW串罐式無(wú)料鐘爐頂布料設(shè)備，爐底爐缸采用碳磚與陶瓷杯相結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)采用除鹽水密閉循環(huán)系統(tǒng)、全冷卻壁結(jié)構(gòu) （爐腹、爐腰、爐身下部區(qū)域6～9段采用銅冷卻壁），沖渣工藝為冷茵芭工藝，除塵采用干法煤氣除塵系統(tǒng)。4號(hào)高爐于2015年6月15日停爐大修更換爐缸耐材，2015年8月22日點(diǎn)火送風(fēng)，開(kāi)爐后順利達(dá)產(chǎn)，燃料消耗水平較低。但由于原燃料條件變化和操作等原因，2016年10月?tīng)t身下部出現(xiàn)爐墻結(jié)厚現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)爐墻結(jié)厚原因進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)措施，爐墻結(jié)厚得到有效處理，高爐爐況明顯好轉(zhuǎn)。

1 爐墻結(jié)厚的現(xiàn)象

爐墻結(jié)厚主要表現(xiàn)是爐身熱負(fù)荷明顯下降。表1為2016年4號(hào)高爐爐墻結(jié)厚前后的技術(shù)指標(biāo)。從表1中可以看出，2016年9月至10月，爐身熱負(fù)荷由58 497 MJ/h下降為40 529 MJ/h，7～9段銅冷卻壁體溫度平均下降7℃，6段銅冷卻壁體溫度下降4℃。隨著生產(chǎn)進(jìn)行，高爐爐況順行變差，風(fēng)壓穩(wěn)定性變差，崩滑料時(shí)有發(fā)生，高爐燃料消耗上升，結(jié)合爐身熱負(fù)荷和銅冷卻壁溫度的變化趨勢(shì)，可以看出2016年10月高爐發(fā)生爐墻結(jié)厚。

2 爐墻結(jié)厚原因分析

2.1 入爐原料質(zhì)量

鞍鋼4號(hào)高爐入爐燒結(jié)礦以鞍鋼礦山集團(tuán)東燒廠所產(chǎn)燒結(jié)礦為主，由火車運(yùn)輸至礦槽；有時(shí)輔以廠內(nèi)落地?zé)Y(jié)礦，由汽車運(yùn)輸至礦槽。由于燒結(jié)礦露天運(yùn)輸和儲(chǔ)存，下雨會(huì)淋濕燒結(jié)礦，導(dǎo)致燒結(jié)礦受潮，粉末會(huì)粘附在大粒燒結(jié)礦表面入爐，使高爐入爐粉末增多。2016年4號(hào)高爐所用燒結(jié)礦＜5 mm粒級(jí)含量和返礦率見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，2016年4號(hào)高爐所用燒結(jié)礦＜5 mm粒級(jí)含量呈上升趨勢(shì)，高爐返礦率呈下降趨勢(shì)。由于高爐采取發(fā)展中心、抑制邊緣的裝料制度，邊緣氣流受到抑制，造成入爐粉末在邊緣富集，邊緣自動(dòng)加重，爐墻結(jié)厚。

表1 2016年4號(hào)高爐爐墻結(jié)厚前后的技術(shù)指標(biāo)

圖1 2016年4號(hào)高爐燒結(jié)礦＜5 mm粒級(jí)含量和返礦率

2.2 冷卻強(qiáng)度

近些年高爐生產(chǎn)普遍通過(guò)加大冷卻水量以增強(qiáng)冷卻強(qiáng)度，但這種方式在邊緣氣流受到抑制的情況下會(huì)加劇爐墻結(jié)厚。2016年4號(hào)高爐爐身冷卻系統(tǒng)參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可以看出，1～10月冷卻水量保持在4 800 m3/h水平，冷卻強(qiáng)度偏大，由于出現(xiàn)爐墻結(jié)厚，11月開(kāi)始減少爐身冷卻水量，降低冷卻強(qiáng)度；冷卻水進(jìn)水溫度平均33.5℃，比較穩(wěn)定；1～9月冷卻水溫差總體穩(wěn)定，平均2.80℃，9月末冷卻水溫差開(kāi)始持續(xù)下降，10月平均冷卻水溫差2.00℃，10月中旬水溫差最低降至1.20℃，說(shuō)明爐墻結(jié)厚已經(jīng)形成。

表2 2016年4號(hào)高爐爐身冷卻系統(tǒng)參數(shù)

2.3 裝料制度

鞍鋼4號(hào)高爐裝料制度的操作理念為發(fā)展中心、抑制邊緣，但過(guò)分抑制邊緣容易發(fā)生爐墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤現(xiàn)象。2016年4號(hào)高爐中心焦炭比例和邊緣礦焦比（邊緣礦與焦炭份額比）見(jiàn)圖2。

由圖2可以看出，中心焦炭比例在1～8月低于30%、9月開(kāi)始逐漸增加超過(guò)30%，邊緣礦焦比8月開(kāi)始逐漸增大。2016年9月中旬裝料制度，中心焦炭比例30%，邊緣礦焦比2.96；10月上旬裝料制度，中心焦炭比例33%，邊緣礦焦比3.09；10月中旬裝料制度， 中心焦炭比例35%，邊緣礦焦比3.15。中心焦炭比例和邊緣礦焦比例逐漸增大，中心氣流過(guò)分發(fā)展、邊緣氣流不足，邊緣較重，煤氣供給爐墻的熱量不足，使軟熔帶附近的半熔爐料黏到爐墻上，形成爐墻結(jié)厚。

圖2 2016年4號(hào)高爐中心焦炭比例和邊緣礦焦比

2016年4號(hào)高爐爐喉溫度見(jiàn)圖3，10月?tīng)t喉溫度下降，說(shuō)明邊緣氣流不足，高爐發(fā)生爐墻結(jié)厚。

圖3 2016年4號(hào)高爐爐喉溫度

3 爐墻結(jié)厚的處理

3.1 加強(qiáng)原料質(zhì)量管理

針對(duì)高爐入爐粉末增多的情況，嚴(yán)格控制燒結(jié)礦＜5 mm粒級(jí)含量，要求燒結(jié)礦＜5 mm粒級(jí)含量≤5%，廠內(nèi)落地?zé)Y(jié)礦篩分后才可供給高爐使用；同時(shí)加強(qiáng)對(duì)高爐槽下燒結(jié)礦振動(dòng)篩的檢查，東燒返礦率控制在11%～12%范圍，返礦率出現(xiàn)異常時(shí)，要及時(shí)查找原因，保證入爐燒結(jié)礦質(zhì)量。

3.2 降低冷卻強(qiáng)度

2016年11月16日開(kāi)始降低爐身冷卻水量，由4 800 m3/h降至3 600 m3/h，冷卻強(qiáng)度降低。經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，4號(hào)高爐爐身冷卻水量為4 000～4 300 m3/h、爐身冷卻水溫差為3～4℃時(shí)冷卻強(qiáng)度適宜，爐身熱負(fù)荷宜控制在60 000～80 000 MJ/h范圍。熱負(fù)荷低于下限時(shí)，邊緣氣流弱、有結(jié)厚傾向，應(yīng)疏松邊緣；熱負(fù)荷高于上限時(shí)，邊緣氣流盛，應(yīng)抑制邊緣，防止燒壞冷卻設(shè)備。

3.3 調(diào)整裝料制度

2016年10月，在爐墻結(jié)厚初期，高爐出現(xiàn)燃料消耗增加、順行變差的情況，由于對(duì)爐墻結(jié)厚重視不夠，僅在11月中旬采取發(fā)展邊緣、抑制中心的措施，裝料制度，下旬又恢復(fù)發(fā)展中心、抑制邊緣的操作，中心焦炭比例最高時(shí)達(dá)到40%，裝料制度。 12月?tīng)t況進(jìn)一步惡化，爐墻結(jié)厚嚴(yán)重，高爐重新采取疏松邊緣、適當(dāng)抑制中心的裝料制度，爐況逐漸好轉(zhuǎn)，至2017年3月?tīng)t況基本恢復(fù)正常。

2017年6月開(kāi)始采取逐漸抑制中心、發(fā)展邊緣的操作制度，燒結(jié)礦由6環(huán)位布料改為5環(huán)位布料，裝料制度，中心焦炭比例逐漸減少，邊緣礦焦比逐漸降低。對(duì)熱負(fù)荷與中心焦炭比例、邊緣礦焦比進(jìn)行線性回歸分析，熱負(fù)荷與中心焦炭比例的關(guān)系見(jiàn)圖4，熱負(fù)荷與邊緣礦焦比的關(guān)系見(jiàn)圖5。

由圖4、5可以看出，熱負(fù)荷與中心焦炭比例的關(guān)系不明顯，而熱負(fù)荷與邊緣礦焦比的關(guān)系顯著，且邊緣礦焦比低于2.0時(shí)，熱負(fù)荷不低于60 000 MJ/h，可同時(shí)保持熱負(fù)荷和銅冷卻壁溫度在適宜范圍內(nèi)。因此高爐裝料制度調(diào)整時(shí)，宜控制邊緣礦焦比不超過(guò)2.0。

圖4 熱負(fù)荷與中心焦炭比例的關(guān)系

圖5 熱負(fù)荷與邊緣礦焦比的關(guān)系

4 處理效果

通過(guò)加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管理，減少爐身冷卻水量，降低冷卻強(qiáng)度并調(diào)整裝料制度，2017年3月4號(hào)高爐爐況恢復(fù)正常，高爐順行良好，高爐熱負(fù)荷調(diào)整到60 000～80 000 MJ/h的適宜范圍，銅冷卻壁溫度在50～60℃的適宜區(qū)間。2016年1月至2017年11月4號(hào)高爐銅冷卻壁溫度見(jiàn)圖6。

圖6 4號(hào)高爐銅冷卻壁溫度

5 結(jié)論

（1）原料質(zhì)量變差、入爐粉末增多是本次4號(hào)高爐爐墻結(jié)厚的誘因，而冷卻制度和裝料制度不合理、調(diào)整不及時(shí)是造成4號(hào)高爐爐墻結(jié)厚的主要原因。

（2）加強(qiáng)燒結(jié)礦質(zhì)量管理，控制燒結(jié)礦＜5 mm粒級(jí)含量≤5%、東燒返礦率在11%～12%范圍，保證燒結(jié)礦質(zhì)量。

（3）加強(qiáng)操作爐型管控，建立爐身冷卻水溫差和銅冷卻壁溫度的預(yù)警機(jī)制，按照爐身冷卻水溫差 3～4℃、 爐身熱負(fù)荷 60 000～80 000 MJ/h、銅冷卻壁溫度50～60℃的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取有效措施。

（4）提高對(duì)爐墻結(jié)厚的認(rèn)識(shí)，當(dāng)爐墻結(jié)厚、爐況順行變差時(shí)，及時(shí)調(diào)整高爐裝料制度，采取抑制中心、疏松邊緣的裝料制度，且裝料制度調(diào)整時(shí)邊緣礦焦比不宜超過(guò)2.0。