本鋼新1號高爐提高煤比實踐

高立波

1.概況

當前，企業(yè)的成本壓力加大，降本增效成為鋼鐵企業(yè)健康發(fā)展的必然趨勢。高爐噴煤不僅能降低高爐焦炭使用量，同時也可以減輕高爐冶煉對煉焦煤的依賴，成為企業(yè)降低生產(chǎn)成本的重要途徑。

本鋼板材股份有限公司煉鐵廠新1號高爐為本鋼特大型高爐，2008年10月開爐，有效容積4350m3，高經(jīng)比1.988，為矮胖型高爐。該高爐設(shè)計送風(fēng)采用四座霍格文氏改進型內(nèi)燃型熱風(fēng)爐；高爐設(shè)計采用串罐式無料鐘布料；采用環(huán)形出鐵場共4個鐵口，送風(fēng)風(fēng)口為38個。新1號高爐自開爐以來，先后經(jīng)歷了“漏斗加平臺”，即邊緣氣流和中心氣流均勻發(fā)展和“中心加焦”兩種操作制度，順行狀況一直不穩(wěn)，高焦比、高燃料比、低煤比始終困擾著新1號高爐（見表1）。

2.提高煤比的措施

2.1 精料

高爐穩(wěn)定順行的前提是精料，同時精料也是高爐提高煤比的前提條件。隨著高爐噴煤的不斷提高，焦炭在爐內(nèi)作為發(fā)熱劑和還原劑的作用逐漸被煤粉所取代，爐內(nèi)的焦炭越來越少，高爐料柱透氣性逐漸變差。因而，高爐下部焦炭的骨架作用顯得越來越重要，特別是焦炭熱強度，對料柱透液性起著非常重要的作用。進入2009年，由于生產(chǎn)設(shè)備頻繁故障以及原燃料供應(yīng)質(zhì)量變差，高爐順行受到很大的影響。2010年在原燃料條件逐步改善和提高的條件下，新1號高爐順行逐漸轉(zhuǎn)好。

2.1.1 改善入爐燒結(jié)質(zhì)量

燒結(jié)礦在入爐結(jié)構(gòu)中占有很大的比重，實際生產(chǎn)中燒結(jié)比例能夠達到70%以上。新1號高爐由于是在有限的場地基礎(chǔ)上進行改造，占地面積小，主要依靠廠內(nèi)265m2燒結(jié)供應(yīng)。一旦遇到燒結(jié)機故障，必須通過車皮運輸來保證供應(yīng)，期間經(jīng)過多次摔打，燒結(jié)礦質(zhì)量嚴重下降。因此在實際生產(chǎn)當中，只有通過改善燒結(jié)工藝，采用低溫?zé)Y(jié)技術(shù)，逐步提高燒結(jié)礦產(chǎn)量和質(zhì)量，保證燒結(jié)礦品位穩(wěn)定，同時使燒結(jié)礦FeO保持在7%-10%，MgO波動≤ 0.05%。另外要加強信息共享管理，在燒結(jié)礦配料發(fā)生變化時，及時通知新1號高爐。

2011年4月，為進一步改善燒結(jié)入爐質(zhì)量，又在高爐燒結(jié)礦槽方面做出了改進，陸續(xù)對高爐燒結(jié)槽9個燒結(jié)篩進行了改造，將原有的上?5mm下?3mm的雙層棒條篩更換為上?7mm下?5mm雙層棒條篩。燒結(jié)篩下物從9%增加到13.5%，燒結(jié)礦入爐粒度得到提高，高爐灰鐵比不斷降低，高爐透氣性得到改善，高爐順行逐漸轉(zhuǎn)好（見圖1）。

表1 新1號高爐各項經(jīng)濟技術(shù)指標及參數(shù)

圖1 2009-2011年本鋼新1號高爐灰鐵比對比情況 kg/t

2.1.2 優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)

由于受成本壓力影響，造成燒結(jié)礦粉品位不斷降低，為進一步優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，生礦使用量從5%增加到11%，既保證了綜合入爐品位穩(wěn)定，降低渣鐵比，又減小了生鐵成本帶來的壓力。目前，新1號高爐采用的爐料結(jié)構(gòu)為：燒結(jié)礦70.5%+自產(chǎn)球團18.5%+外購塊礦11%。在造渣制度方面，保證爐渣中MgO穩(wěn)定在8%-10%之間，保證了渣鐵流動性良好和生鐵質(zhì)量穩(wěn)定，使爐缸工作活躍，熱量充沛，為進一步提高煤比打下了良好的基礎(chǔ)。

2.1.3 穩(wěn)定入爐焦炭質(zhì)量

新1高爐焦炭為焦化廠自產(chǎn)干熄焦。實際生產(chǎn)中由于焦四焦炭質(zhì)量最好，所以采用以焦四焦為主，其余用焦三焦來補充。焦四焦炭和焦三焦炭在冷、熱強度、熱反應(yīng)性和粒度方面存在很大差異。為保證高爐順行穩(wěn)定，除通過公司協(xié)調(diào)要求焦化廠生產(chǎn)穩(wěn)定外，針對焦四和焦三焦炭進行定槽、定量入爐，在焦化廠生產(chǎn)條件穩(wěn)定的前提下，焦四和焦三焦炭入爐比為3:1，避免因為焦四產(chǎn)量不足而造成的波動；為降低焦炭消耗，選擇小于25mm小塊焦與礦石一起入爐，布料時，小塊焦布在爐喉邊緣平臺位置，遠離中心，這樣可以減少小塊焦對中心和邊緣煤氣流分布的影響。由于小塊焦粒級與礦石粒級相近，改善礦層的透氣性，同時由于礦石和小塊焦接觸面增大，邊緣礦石的間接還原也得到了很大的改善。

2.2 提高高爐技術(shù)操作

2.2.1 上下調(diào)劑相結(jié)合，優(yōu)化布料制度

（1）送風(fēng)制度調(diào)整。新1號高爐自開爐以來，由于受爐況波動影響，實際風(fēng)速245m/s，鼓風(fēng)動能12450kg.m/s，始終處于中心難以吹透、爐缸不活躍的狀態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)風(fēng)壓冒尖現(xiàn)象，高爐風(fēng)量不能長期穩(wěn)定，高爐熱源難以平衡。爐身9段冷卻壁溫度不穩(wěn)，尤其當原燃料出現(xiàn)波動，焦炭質(zhì)量變壞時，高爐經(jīng)常出現(xiàn)異常。為此，新1號高爐將風(fēng)口面積由以前的0.4720m2縮到的0.4686m2，通過縮小風(fēng)口面積提高鼓風(fēng)動能，同時，通過改進熱風(fēng)爐燒爐制度，使送風(fēng)溫度1200℃逐步提高到1250℃，使鼓風(fēng)動能達到13500kg.m/s以上，這樣中心氣流活躍，中心料柱透氣性、透液性得到改善；延長風(fēng)口回旋區(qū)長度，促進了煤粉燃燒，邊緣氣流也得到了改善，爐身9段冷卻壁溫度趨于穩(wěn)定，有利于渣皮的穩(wěn)定形成。

（2）布料制度調(diào)整。布料制度是高爐冶煉中的重要技術(shù)，長期穩(wěn)定順行的高爐離不開好的布料制度。合理的布料制度應(yīng)該根據(jù)不同高爐爐頂設(shè)備的特點，根據(jù)原燃料的物、化性能，通過調(diào)整裝料，改變裝入順序和裝入方法，調(diào)整批重的大小，改變布料溜槽的傾角、布料環(huán)數(shù)和料線高低等，控制爐料裝入爐喉時的落點位置、堆積厚度、徑向剖面形狀、粒度和品種等的徑向分布和圓周分布情況，以實現(xiàn)煤氣流的合理分布，充分利用煤氣的能量并使爐料順暢下降[1]。布料制度也要適應(yīng)外圍條件的變化，新1號高爐在開爐初期采用“平臺加漏斗”的布料矩陣，中心不采用加焦技術(shù)。此種布料矩陣的采用初期，煤氣利用率在49.5%左右，焦比和燃料比消耗較低，但對原燃料的條件和操作水平要求極高。由于新1號高爐原燃料條件變差，高爐入爐料質(zhì)量逐漸減低，高爐順行受到影響，風(fēng)量不斷減少，中心氣流嚴重不足，料柱透氣性變差，壓差升高，高爐頻繁出現(xiàn)管道現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)頂壓冒尖崩料現(xiàn)象。針對新1號高爐原燃料特點，通過嘗試中心加焦，人為創(chuàng)造一條煤氣流通路，對高爐的中心氣流起到引導(dǎo)作用，中心加焦對原燃料波動的適應(yīng)性加強；采用中心加焦矩陣后，避免由于邊緣氣流過度發(fā)展而造成爐腹、爐腰等溫度過高影響高爐壽命，同時也有利于渣皮的穩(wěn)定。

實際生產(chǎn)中，中心加焦布料矩陣有利于高爐控制風(fēng)量，促使爐缸活躍等，但燃料消耗高，燃料比通常在530kg/t以上。為進一步降低高爐消耗，降低生鐵成本，新1號高爐在保持爐況順行穩(wěn)定時，采取以“中心氣流為主，邊緣氣流為輔，穩(wěn)定中間環(huán)帶，擴大礦石批重，提高煤氣利用”的調(diào)整思路，在中心加焦的基礎(chǔ)之上對布料矩陣進行調(diào)正：⑴擴大礦角差，礦角差由10°擴展到13°來增加礦平臺寬度，保證煤氣流穩(wěn)定；⑵在爐況順行的基礎(chǔ)上減少中心加焦量，布料矩陣由邊緣氣流溫度控制在100℃，中心氣流控制在600℃左右，保證邊緣和中心氣流均勻。經(jīng)過調(diào)整后，煤氣利用率得到了很大的提高，穩(wěn)定在47.0%左右，燃料比也降到515g/t（見圖2）。

圖2 本鋼新1號高爐煤氣流分布

（3）穩(wěn)定焦窗厚度，擴大礦石批重，提高煤氣利用率

在一定的冶煉條件下每個高爐都有對應(yīng)的一個穩(wěn)定冶煉強度，適宜的冶煉強度也是穩(wěn)定送風(fēng)制度的基本前提，強度高低與產(chǎn)量、焦比、質(zhì)量等關(guān)系密切。本鋼新1號高爐為了改善煤氣利用，降低燃料消耗，礦石批重由115噸→119噸→121.5噸，最大增加到126t/ch。大批重的應(yīng)用不僅穩(wěn)定了冶煉強度，降低熱源損耗，同時減少了爐料界面效應(yīng)，更有利于高爐煤氣流的穩(wěn)定。隨著煤比的不斷提高，中心焦炭的透氣性和透液性更顯重要，同時焦炭平臺對控制爐內(nèi)O/C比、粒度分布起著重要作用。在日常操作中，新1號高爐隨著礦批的擴大，也保證了爐喉焦窗厚度在500mm以上。

2.2.2 提升熱風(fēng)溫度，為提高煤比提供有力支持

伴隨煤比的不斷提高，噴吹煤粉加熱、分解和裂化，使風(fēng)口前理論燃燒溫度大幅度降低。根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，每增加煤比10kg/t，約降低理論燃燒溫度20℃-30℃。為保證適宜的理論燃燒溫度，保證高爐噴吹煤粉的揮發(fā)物揮發(fā)和燃燒，就必須采用一切手段給予補償。新1號高爐通過提高富氧率和提高風(fēng)溫，實現(xiàn)了這一難題。

風(fēng)溫的提高不僅補償了噴吹煤粉所消耗的熱源，而且有助于提高鼓風(fēng)動能。經(jīng)過新1號高爐實際計算，風(fēng)溫每提高50℃，鼓風(fēng)動能提高900kg·m/s，這樣既保證了噴吹煤粉的充分燃燒，同時也保證了爐缸熱量充沛和活躍。

本鋼新1號高爐配備了四座改進型霍戈文內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，高爐單位爐容的蓄熱面積為88.7m2。針對煤氣用量不足、燒爐時間短、風(fēng)溫供給能力不足的狀況，新1號高爐引進自動化燒爐系統(tǒng)，自動根據(jù)風(fēng)溫調(diào)整參數(shù)，使空氣、煤氣配比更加合理。在實際燒爐過程中摻加一定量的焦爐煤氣，保證燃燒時間達到100分鐘-110分鐘，使熱風(fēng)爐能夠充分燃燒，拱頂溫度均能達到1280℃，拱頂溫度提高，送風(fēng)時間增加至100分鐘?？刂坪侠淼膹U氣溫度在330℃-360℃，能夠滿足高爐高風(fēng)溫需求（見表2）。

2.2.3 富氧噴煤，提高煤粉燃燒率

生產(chǎn)實踐證明，富氧率提高1%，理論燃燒溫度提高35℃-45℃，噴煤量可增加13kg/t-23kg/t。由于富氧和噴煤對冶煉過程的影響大部分是相反的，兩者有機結(jié)合，才能相輔相成，也才能產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益[1]。同時富氧也為提高煤比打下了良好的基礎(chǔ)，適宜的理論燃燒溫度是保證爐缸熱量充沛活躍的基本條件。如果富氧率過高，而噴煤量上不去，將導(dǎo)致理論燃燒溫度上升，爐況不順，產(chǎn)生崩料、懸料；如果富氧率過低，則噴煤量過高，將導(dǎo)致煤粉燃燒不完全，會導(dǎo)致爐涼和高爐透氣性變差，高爐操作長期處于超高壓差狀態(tài)，會影響高爐順行。只有保持合適的理論燃燒溫度，才能使風(fēng)口前煤粉完全燃燒，高爐上下部熱量才能分布合理[1]。實踐證明，本鋼新1號高爐煤比達到160kg/t以上時，富氧率控制在3.5%左右，理論燃燒溫度達2200℃-2300℃，保證了風(fēng)口區(qū)煤粉的充分燃燒。

2.2.4 穩(wěn)定加濕，減少影響

鼓風(fēng)濕分提高，由于水分分解吸熱，從而使理論燃燒溫度降低，影響煤粉燃燒率[1]。根據(jù)新1號高爐實際經(jīng)驗計算，1g/m3加濕影響理論燃燒溫度9℃左右。因此在實際生產(chǎn)中，每次休風(fēng)恢復(fù)全焦冶煉期間，加濕可以作為操作調(diào)整手段。高爐順行期間，加濕控制在10g/m3-15g/m3。

表2 2012年新1號高爐風(fēng)溫及理論燃燒溫度 ℃

表2 2012年新1號高爐煤比情況 kg/t

2.2.5 改進配煤工藝，提高煤粉燃燒率

（1）提高噴吹煤粉粒度

煤粉粒度越小，燃燒率越高。但是粒度過小，磨煤機產(chǎn)量降低，電耗升高?；曳秩埸c低，黏度較大的煤粒度過細，渣化早，容易堵塞噴槍[1]。通過實踐摸索，控制煤粉粒度-200網(wǎng)目比例大于60%，-100目比例達到90%，避免了煤粉在風(fēng)口結(jié)焦堵槍現(xiàn)象，同時滿足了高爐工藝生產(chǎn)需求。

（2）增大煙煤和無煙煤混噴比例

實踐證明，煙煤揮發(fā)分高，可磨性和燃燒性好，但發(fā)熱量低；無煙煤揮發(fā)分低，可磨性和燃燒性差，但發(fā)熱量高。通過實踐摸索，新1號高爐將兩種煤按一定比例結(jié)合起來，實現(xiàn)混合噴吹，將煙煤的比例控制43%，使煤粉的發(fā)熱值達到25000KJ/KG-29000KJ/KG，既實現(xiàn)煤粉安全經(jīng)濟噴吹，又增加了高爐穩(wěn)定順行。

（3）實現(xiàn)廣噴、均噴、連續(xù)噴吹

利用熱風(fēng)爐煙氣干燥煤粉，使煤粉水分小于1%；噴煤槍的角度由以前的7°變?yōu)?°，使輸煤系統(tǒng)暢通。通過全風(fēng)口噴煤、高壓倒罐等措施實現(xiàn)廣噴、均噴、連續(xù)噴吹；制定規(guī)章制度，督促管工及值班室人員加強對煤槍檢查力度，發(fā)現(xiàn)煤槍破損和位置不正，及時調(diào)整和更換，避免磨壞風(fēng)口而增加的高爐操作不穩(wěn)定因素。

2.2.6 加強高爐操作，合理控制高爐爐溫，實行低硅冶煉

冶煉過程充沛、穩(wěn)定的爐溫是保證高爐穩(wěn)定順行的基本前提，但是伴隨高爐焦炭負荷不斷增加和煤比的提高，過高的爐溫反而不利于高爐的穩(wěn)定順行和降低生鐵成本。

針對本鋼新1號高爐實際生產(chǎn)情況，在爐況穩(wěn)定期間要求全風(fēng)溫操作，杜絕工長隨意調(diào)整風(fēng)溫；實際操作中注重各班料批的穩(wěn)定，避免因為各班料批不一而產(chǎn)生的熱源波動；日常操作中要求全風(fēng)作業(yè)，并保持風(fēng)量的統(tǒng)一和穩(wěn)定；實行爐溫趨勢化管理，每個班對本班爐溫進行班前預(yù)測，班中調(diào)整。新1號高爐恢復(fù)爐況期間[Si]的控制范圍為0.5%-0.7%，物理熱在1505℃以上，確保爐缸的熱儲備，使爐缸的活躍程度得到改善，加快了高爐的恢復(fù)進度。通過及時調(diào)整熱制度，新1號高爐[Si]的控制范圍為0.4%-0.55%，物理熱在1500℃以上，有利于進一步強化高爐和爐況長期穩(wěn)定順行。隨著原燃料條件的改善、負荷的增加，今后新1號高爐的煤比將進一步提高，爐缸活躍程度將需要進一步加強，這可能具備低[Si]冶煉的條件，爐溫將降到0.3%-0.4%的水平。

2.2.7 加強爐前出鐵操作

隨著焦比降低、煤比提高，高爐對出渣、出鐵要求也會逐漸提高。為此，本鋼新1號高爐嚴抓爐前操作，杜絕鐵口冒泥、穩(wěn)定打泥量在215L以上，保證鐵口深度在3.5m-3.8m，每天出鐵次數(shù)控制在9-10次，減少鐵口難開及打不開次數(shù)，并制定嚴格的爐前考核制度；對爐前出鐵設(shè)備進行改進，加強渣鐵溝檢查，減少渣、鐵溝耽誤次數(shù)；實行“零間隔”出鐵，減少爐內(nèi)存渣鐵次數(shù)；積極協(xié)調(diào)運輸調(diào)度，進行連續(xù)續(xù)罐出鐵，做到鐵罐不滿不走，大幅度提高鐵罐的利用率，同時減輕鐵水運輸勞動強度。

3.結(jié)語

本鋼新1號高爐為提高煤比采取了一系列技術(shù)措施，實際證明：精料不僅是高爐穩(wěn)定順行前提，同時也是提高煤比的首要條件；合理的操作方法和制度，有利于高爐長期的穩(wěn)定順行；改善煤粉燃燒的措施和混合噴煤技術(shù)，是實現(xiàn)高煤比的有力條件[2]。嚴抓爐前出鐵，為高爐降低焦比、提高煤比提供了有利支持（見表2）。