高爐渣鐵持續(xù)排放不凈的原因分析及改善措施

盧保軍

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司 煉鐵部，山東 日照276800）

1 前言

山鋼集團(tuán)日照公司1#5 100 m3高爐爐缸直徑14.6 m，死鐵層深度3.6 m，安全容鐵量3 064 t。高爐設(shè)4個(gè)鐵口，采用雙矩形出鐵場(chǎng)，2出鐵場(chǎng)對(duì)稱布置。每個(gè)出鐵場(chǎng)設(shè)有2個(gè)鐵口，每個(gè)鐵口設(shè)有獨(dú)立的液壓泥炮、液壓開(kāi)鐵口機(jī)、液壓移蓋機(jī)、鐵水?dāng)[動(dòng)溜槽，泥炮和開(kāi)口機(jī)同側(cè)布置。1#5 100 m3高爐于2017年12月18日點(diǎn)火開(kāi)爐，開(kāi)爐初期生產(chǎn)指標(biāo)穩(wěn)定，事故休風(fēng)率為零。2018年1—3月，平均日產(chǎn)鐵水9 996 t，利用系數(shù)平均1.96 t/（m3·d），焦比336 kg/t，煤比 148 kg/t，燃料比 484 kg/t，生鐵平均含硅0.487%。但進(jìn)入4月份后爐前渣鐵持續(xù)排放不凈，高爐的穩(wěn)定順行趨勢(shì)受到影響，風(fēng)量萎縮，產(chǎn)量下滑，生產(chǎn)計(jì)劃難以保證。

2 高爐渣鐵持續(xù)排放不凈原因分析

2.1 入爐料的影響

為保證開(kāi)爐后快速達(dá)產(chǎn)達(dá)效，入爐料的化學(xué)成分和冷熱態(tài)強(qiáng)度應(yīng)滿足大型高爐冶煉的需求，具體指標(biāo)情況見(jiàn)表1和表2。

表1 2018年1—7月份焦炭指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，焦炭的冷熱態(tài)強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足高爐的需要，這對(duì)于高爐的順利開(kāi)爐，快速達(dá)產(chǎn)達(dá)效起了關(guān)鍵性的作用。高爐實(shí)際操作中并不要求過(guò)低的焦炭反應(yīng)性［1］，焦炭的氣化反應(yīng)是高爐內(nèi)焦炭消耗的主要形式之一，焦炭的反應(yīng)性過(guò)低，氣化反應(yīng)進(jìn)行緩慢，爐缸內(nèi)死焦堆中的焦炭消耗變慢，死焦堆逐漸變大，滯留在死焦堆中的渣鐵通過(guò)的時(shí)間變長(zhǎng)，渣鐵不能及時(shí)排出，這勢(shì)必會(huì)造成虧渣鐵。

2.2 高爐高度方向溫度場(chǎng)變化的影響

高爐1—3月份屬于開(kāi)爐初期，操作爐型規(guī)整，高爐指標(biāo)良好。進(jìn)入4月份，高爐爐型逐步過(guò)渡到正常操作爐型，各項(xiàng)操作制度開(kāi)始向正常操作制度轉(zhuǎn)變，長(zhǎng)期虧渣鐵對(duì)高爐的影響開(kāi)始逐步顯現(xiàn)，并逐漸加劇，致使?fàn)t況開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)，高爐正常生產(chǎn)受到影響。

4月12日高爐連續(xù)爐溫在0.2%以下，鐵水物理熱溫度連續(xù)＜1 420℃，爐內(nèi)渣鐵低硅高堿，造成爐缸中心死焦堆內(nèi)爐渣趨于半凝固狀態(tài)，嚴(yán)重惡化爐缸透液性，爐缸出現(xiàn)嚴(yán)重堆積。

表2 2018年1—7月燒結(jié)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

伴隨爐缸及高爐死焦堆出現(xiàn)堆積，高爐透氣性指數(shù)降低，壓差升高，高爐爐內(nèi)被迫采取減風(fēng)應(yīng)對(duì)。由于入爐風(fēng)量減少，高爐冶煉強(qiáng)度降低，爐內(nèi)高溫區(qū)逐步上移，軟熔帶位置也不斷上升，初渣鐵形成的位置上移，渣鐵從滴落帶至爐缸渣鐵存儲(chǔ)區(qū)的路程延長(zhǎng)，滴落時(shí)間也變長(zhǎng)，爐缸渣鐵液面不能盡快得到補(bǔ)充，也造成渣鐵不能及時(shí)排出，引起虧渣鐵。

2.3 鐵口噴濺的影響

1#5 100 m3高爐鐵口區(qū)域爐殼采用進(jìn)口超微孔大塊炭磚砌筑，爐缸炭磚在鐵口區(qū)域加厚450 mm，平滑過(guò)渡，鐵口框內(nèi)采用剛玉質(zhì)澆注料澆筑成型。但從開(kāi)爐投產(chǎn)以來(lái)，鐵口就出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間噴濺問(wèn)題。高爐生產(chǎn)時(shí)，爐缸內(nèi)液態(tài)渣鐵在爐內(nèi)高壓和液態(tài)渣鐵自身重力共同作用下通過(guò)鐵口孔道連續(xù)排出爐外。如果鐵口孔道發(fā)生串氣現(xiàn)象，在排放渣鐵時(shí)，爐缸內(nèi)的高壓煤氣進(jìn)入鐵口孔道，打破了原有的動(dòng)力平衡穩(wěn)定性，渣鐵排放時(shí)就會(huì)產(chǎn)生噴濺［2］。鐵口噴濺嚴(yán)重降低主溝耐材的壽命，造成鐵量損失，影響高爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。由于噴濺造成高爐渣鐵排放不凈，直接影響高爐順行，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.4 爐內(nèi)壓差控制不當(dāng)?shù)挠绊?/p>

進(jìn)入5月份以后，高爐長(zhǎng)期處于慢風(fēng)狀態(tài)，入爐風(fēng)量6 000～6 700 m3/min，壓差±188 kPa（全風(fēng)時(shí)風(fēng)量7 100 m3/min，壓差±185 kPa）。為了最大限度的提高入爐風(fēng)量，保證足夠的冶煉強(qiáng)度，爐內(nèi)壓差長(zhǎng)期按上限控制。在高壓差作用下，滴落帶內(nèi)煤氣流速加快。由氣體阻力公式（F=kv2）可知，當(dāng)煤氣流速增加1倍時(shí)，煤氣流對(duì)滴落的渣鐵的阻力增加4倍。由于風(fēng)量減小，冶煉強(qiáng)度降低，爐內(nèi)軟熔帶上移，渣鐵滴落帶空間變大，渣鐵滴落距離延長(zhǎng)。滴落阻力增大，滴落距離增加，直接導(dǎo)致液態(tài)渣鐵的滴落時(shí)間大幅增加。

在爐前出鐵過(guò)程中，如果在鐵口內(nèi)側(cè)附近爐缸渣鐵液面下降到達(dá)鐵口上沿的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有足夠的渣鐵滴入鐵口區(qū)域，不能保證鐵口區(qū)域渣鐵液面高于鐵口上沿，鐵口就會(huì)噴濺。鐵口噴濺就會(huì)導(dǎo)致?tīng)t缸因透液性差而積存的渣鐵無(wú)法環(huán)流至鐵口區(qū)域，無(wú)法正常排放，造成爐內(nèi)虧渣鐵。

3 采取的主要措施及效果

3.1 對(duì)鐵口附近進(jìn)行高壓灌漿處理

由于高爐砌筑采用干法砌筑，鐵口組合磚內(nèi)部沒(méi)有涂抹粘結(jié)劑。在正常生產(chǎn)過(guò)程中，由于液壓泥炮堵鐵口時(shí)的撞擊和液壓開(kāi)口機(jī)鉆鐵口時(shí)的沖擊震打，導(dǎo)致鐵口組合磚之間縫隙變大。爐缸煤氣通過(guò)組合磚之間的縫隙竄入鐵口通道，造成鐵口噴濺，無(wú)法正常放凈渣鐵。高壓灌漿可以使鐵口組合磚之間的縫隙被灌漿料有效填充，凝固后堵塞煤氣通道，避免爐缸煤氣經(jīng)過(guò)磚縫竄入鐵口通道，制止鐵口的噴濺，有利于排凈渣鐵。在高壓灌漿的基礎(chǔ)上，堵口采用高滲透性抗噴濺無(wú)水炮泥。抗噴濺炮泥的作用原理和灌漿相似，但效果不如灌漿顯著。

經(jīng)過(guò)鐵口灌漿處理后，開(kāi)鐵口初期的鐵口噴濺明顯減輕，對(duì)放凈渣鐵起到了較好的輔助作用。圖1、圖2分別為2#鐵口灌漿前后開(kāi)鐵口5 min時(shí)鐵口噴濺情況。

圖1 灌漿前2#鐵口開(kāi)口5 min時(shí)鐵口噴濺情況

圖2 灌漿后2#鐵口開(kāi)口5 min時(shí)鐵口噴濺情況

3.2 縮小鉆頭直徑延長(zhǎng)出鐵時(shí)間

在滿足出鐵速度及下渣時(shí)間的前提下使用較小的鐵口鉆頭。鉆頭直徑由全風(fēng)時(shí)的Φ72.5 mm逐步縮小到Φ55 mm。如果下渣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或出鐵速度＜爐內(nèi)渣鐵的生成速度，則擴(kuò)大到Φ60 mm或Φ 62.5 mm，具體尺寸由前一爐的出鐵情況確定。

更換小鉆頭后，有效的延長(zhǎng)了爐前出鐵時(shí)間，使?fàn)t缸內(nèi)部因爐缸透液性差而積存的渣鐵可以有更多的時(shí)間通過(guò)環(huán)流到達(dá)鐵口區(qū)域，補(bǔ)充鐵口區(qū)域的渣鐵液面，避免鐵口因渣鐵液面下降而造成的噴濺，使?fàn)t缸內(nèi)渣鐵可以更多的排放出去，緩解爐缸堆積狀態(tài)。

3.3 嚴(yán)格控制爐內(nèi)壓差

高壓差嚴(yán)重制約高爐的入爐風(fēng)量，降低高爐的強(qiáng)化冶煉程度，危及風(fēng)口使用壽命，不利于煤氣流的穩(wěn)定分布。高壓差下極易形成管道氣流，破壞高爐的順行程度。銅冷卻壁渣皮因氣流變化導(dǎo)致頻繁脫落，不利于形成規(guī)整的操作爐型。同時(shí)高壓差嚴(yán)重制約高爐實(shí)際風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能的提高，不利于爐缸活躍。顯然，高壓差也是高爐增產(chǎn)、降耗、提高鐵水質(zhì)量的限制性因素［2］。國(guó)內(nèi)寶鋼、沙鋼等大型高爐壓差平均維持在170～185 kPa。

為了緩解爐缸堆積，加強(qiáng)爐缸內(nèi)渣鐵排放，高爐嚴(yán)格控制爐內(nèi)壓差。正常操作時(shí)±170 kPa，≯175 kPa。由圖3可以看出，伴隨爐內(nèi)控制壓差的降低，高爐盈鐵量在增加，虧渣鐵現(xiàn)象明顯降低。

圖3 日盈鐵量與日均壓差關(guān)系

3.4 增加富氧

高爐內(nèi)任意區(qū)域的壓差都與料柱孔隙率的三次方成反比。高爐長(zhǎng)期虧渣鐵導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)積存渣鐵過(guò)多，渣鐵積存在滴落帶內(nèi)會(huì)堵塞滴落帶內(nèi)焦炭孔隙，影響滴落帶透氣性，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)壓差升高。渣鐵積存在爐缸內(nèi)不能及時(shí)排出爐外，就會(huì)造成高爐憋渣鐵，造成高爐下部空間減小，不能為后續(xù)爐料冶煉提供足夠空間，導(dǎo)致風(fēng)壓升高。爐內(nèi)壓差升高，高爐只能采取減風(fēng)應(yīng)對(duì)。在高爐風(fēng)量無(wú)法增加的條件下，應(yīng)適當(dāng)增加富氧量，以加快爐缸內(nèi)焦炭的燃燒消耗，減小死焦堆的體積，從而加快死焦堆的置換速度。增加富氧量也可以在控制入爐風(fēng)量的前提下，提高風(fēng)口區(qū)焦炭的燃燒速率，使?fàn)t料下降速度增加，高溫區(qū)向下移動(dòng)。伴隨高溫區(qū)的下移，軟熔帶的位置下移，滴落帶區(qū)間降低，生成的渣鐵滴落路程減少，進(jìn)入爐缸的時(shí)間縮短，有利于爐缸渣鐵液面的補(bǔ)充，從而促進(jìn)更多的爐缸內(nèi)非鐵口區(qū)域的堆積渣鐵排出爐外。

3.5 適當(dāng)提高爐溫和配加熔劑洗爐

由于爐況波動(dòng)，氣流不穩(wěn)，致使?fàn)t溫控制難度增加，爐溫波動(dòng)較大。由于壓差控制偏高，爐溫控制整體處于下限水平。爐缸熱狀態(tài)長(zhǎng)期不足，爐缸中心點(diǎn)溫度由3月份的373℃降低到8月中旬的259℃，爐缸中心死焦堆內(nèi)積存的爐渣基本處于凝固或半凝固狀態(tài)。

針對(duì)爐缸熱狀態(tài)不足的狀況，爐內(nèi)采取提高爐溫，保證渣鐵溫度≮1500℃，并配加螢石洗爐的處理措施。通過(guò)提高爐溫洗爐，爐缸內(nèi)渣鐵流動(dòng)性得到了根本性的改善。8月下旬，爐缸中心點(diǎn)溫度由259℃上升至263℃。爐缸內(nèi)堆積狀況得到有效緩解，爐內(nèi)虧渣鐵現(xiàn)象得到進(jìn)一步緩解。

3.6 改進(jìn)效果

通過(guò)采取上述的一系列措施，8月份爐內(nèi)虧渣鐵現(xiàn)象大為改善，日均虧鐵量由7月份的124.0 t降低到8月份的46.6 t，取得了較好的效果。入爐風(fēng)量由7月下旬的平均5 944 m3/min和8月份上旬的平均5 805 m3/min，逐步上升至8月下旬的平均6 254 m3/min，高爐爐況趨于好轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論

4.1 生成的渣鐵及時(shí)排出爐外對(duì)大型高爐的穩(wěn)定順行和強(qiáng)化冶煉的影響很大，連續(xù)虧渣鐵一周以上，在日常操作中一定要引起足夠重視。

4.2 長(zhǎng)期連續(xù)虧渣鐵，操作上應(yīng)下控壓差，減少渣鐵滴落的阻力。

4.3 適當(dāng)提高焦炭的反應(yīng)性，加快爐缸死焦堆的置換速度，對(duì)于快速恢復(fù)爐況的作用很大。

4.4 適當(dāng)提高爐溫及配加熔劑，可以有效緩解虧渣鐵。