本鋼北營(yíng)新2#高爐布料矩陣的優(yōu)化實(shí)踐

李 杰

本鋼集團(tuán)北營(yíng)煉鐵廠 遼寧 本溪 117000

本鋼北營(yíng)新2號(hào)高爐是由中冶京城設(shè)計(jì),有效容積3200m3,采用西冶串罐無(wú)鐘爐頂,于2014年7月26日投產(chǎn)。投產(chǎn)后,由于新1爐計(jì)劃配吃400m2燒結(jié)機(jī)沒(méi)有預(yù)期投產(chǎn)以及焦化設(shè)備和技術(shù)改造沒(méi)如期完成,生產(chǎn)料供給緊張,導(dǎo)致新2爐開(kāi)爐后配吃燒結(jié)礦質(zhì)量較差,所以,新2爐開(kāi)爐后,為保證爐況穩(wěn)定順行,采用中心加焦的布料模式,但煤氣利用率偏低,燃耗較高。到2014年12月末,400m2燒結(jié)機(jī)各項(xiàng)配套工程完工,并且焦化設(shè)備及技術(shù)改造已經(jīng)完成,新2爐配吃原、燃料質(zhì)量均有所改善。所以,新2爐為降低燃耗,改善生產(chǎn)指標(biāo),將布料矩陣由中心加焦布料模式向“平臺(tái)+漏斗”布料模式調(diào)整,并取得了較好的效果,實(shí)現(xiàn)高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大幅提升。

一、布料矩陣的優(yōu)化

1.1 布料矩陣調(diào)整的意義和必要性 布料矩陣調(diào)整的意義在于布料矩陣是大型高爐重要的基本操作制度之一,是控制煤氣流分布的一種調(diào)劑手段。它的目的是依據(jù)爐頂裝料設(shè)備的特點(diǎn)及原燃料的物理性能,采用各種不同的裝料方法,改變爐料在爐喉的分布狀況,達(dá)到控制煤氣流合理分布,以實(shí)現(xiàn)最大限度的利用煤氣的熱能與化學(xué)能；

布料矩陣調(diào)整的必要性是因?yàn)椴剂暇仃囀歉郀t上部調(diào)劑重中之重,它與下部調(diào)劑制度相結(jié)合,決定著高爐內(nèi)煤氣的分布和利用水平。在一定的原料和設(shè)備條件下,與熱制度、造渣制度組成高爐穩(wěn)定、順行、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽的必要和充分條件。

1.2 布料矩陣調(diào)整的基本原則

(1)礦石角位分布在距爐喉中心1/2半徑以外的環(huán)帶內(nèi)。一般最靠近中心的布礦點(diǎn)與爐喉中心的距離達(dá)到爐喉半徑的60—65%。

(2)焦碳角位數(shù)多于礦石,各角位上的焦碳環(huán)數(shù)傾向于平均分配。爐喉中心的焦碳要起“焦壩”作用,阻擋礦石特別是球團(tuán)礦流向中心。

(3)最大的礦角大于最大焦角一個(gè)角位,或二者同角。

(4)根據(jù)爐喉直徑和料流寬度,確定布料圈數(shù),形成“邊緣穩(wěn)、中心活”的煤氣分布格局。

(5)布料設(shè)備可靠,檔位、環(huán)數(shù)與重量準(zhǔn)確。

(6)與送風(fēng)制度相匹配,對(duì)形成“下活,上穩(wěn)”的格局,保證高爐的順行。

1.3 布料矩陣調(diào)整的過(guò)程 新2爐開(kāi)爐至今,共經(jīng)歷了三個(gè)階段的矩陣調(diào)整,第一階段主要是開(kāi)爐初期受原燃料條件限制,采用中心加焦布料模式,雖然中心加焦布料模式適應(yīng)原燃料質(zhì)量波動(dòng)能力較強(qiáng),但燃料比偏高。第二階段是原、燃料條件有所改善后,為提高高爐生產(chǎn)指標(biāo),采用新型“平臺(tái)+漏斗”布料模式,并實(shí)現(xiàn)高爐各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)得到穩(wěn)定提升。第三階段是布料矩陣優(yōu)化期?！捌脚_(tái)+漏斗”基礎(chǔ)布料矩陣確定后,在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷地對(duì)高爐主要參數(shù)進(jìn)行總結(jié)、分析,最終確定新2爐合理的布料矩陣,高爐各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)得到進(jìn)一步提升。

1.3.1 開(kāi)爐初期布料矩陣的確定 新2爐開(kāi)爐初期因原、燃料供給緊張,燒結(jié)礦配吃300m2及360m2的混料,并且受300m2及360m2產(chǎn)量影響,高爐槽存經(jīng)常低位運(yùn)行,增加了小粒度燒結(jié)礦入爐比例；燃料方面,全部配吃4.3m 的三焦,在反應(yīng)性及熱強(qiáng)度方面不及6.0m 的一焦。所以,鑒于短期內(nèi),新2爐原、燃料條件不能得到有效改善,最終決定采用中心加焦的布料模式,以適應(yīng)目前現(xiàn)有原燃料條件。具體如下:

以原燃料條件、設(shè)備水平為基礎(chǔ),以開(kāi)爐布料軌跡測(cè)量結(jié)果為依據(jù),建立中心加焦模式的基礎(chǔ)布料矩陣:

在開(kāi)爐初期冶煉鑄造鐵結(jié)束后,爐溫降至0.4%～0.6%之間,礦批逐漸加至88t水平。隨著負(fù)荷的增加,煤比提高,將矩陣調(diào)整為:

此階段煤氣利用率在44.50%左右,燃料比平均為540-545kg/t,至11月份利用系數(shù)達(dá)到2.3t/d.m3左右。

1.3.2 布料模式的轉(zhuǎn)型 12月份以后,400m2燒結(jié)投入生產(chǎn),以及焦化等配套項(xiàng)目的改造相繼完成,原、燃料條件明顯改善。為提高高爐生產(chǎn)指標(biāo),決定改變中心加焦布料模式,采用“平臺(tái)+漏斗”布料模式。具體調(diào)整過(guò)程如下:

第一步調(diào)整:調(diào)整邊沿及中心負(fù)荷,疏通兩道氣流。

增加邊緣焦炭層厚度,改善料層透氣性,同時(shí)邊緣負(fù)荷由9.2減輕至7.5,中心負(fù)荷由0.8加重至1.8,焦礦同時(shí)減少檔位,縮小礦、焦角差0.5°；具體如下:

1月7日調(diào)整布料矩陣:

第二步調(diào)整:輕邊緣,顧中心,拉伸焦炭平臺(tái),形成中心漏斗。

取消中心加焦角位,保留最小檔位布料圈數(shù),以保證中心氣流,焦角差由10°調(diào)整為13°,以搭建一定寬度焦炭平臺(tái),同時(shí)焦礦角同縮1°,緩解邊緣不足。具體如下:

1月10日調(diào)整布料矩陣:

第三步調(diào)整:穩(wěn)定焦炭平臺(tái),奠定布礦基礎(chǔ)。

減小焦炭最小布料角位圈數(shù),增加焦平臺(tái)總體料層厚度,使軟融帶焦窗面積增加,料柱透氣性改善,以及優(yōu)化爐料與煤氣流接觸條件,實(shí)現(xiàn)煤氣熱能和化學(xué)能被充分利用。具體如下:

1月12日調(diào)整布料矩陣:

在上述布料矩陣的調(diào)整過(guò)程中,高爐爐況整體順行較好,礦批90t,焦批19t,焦丁2.6t,壓力、壓差、K 值較穩(wěn),下料均勻順暢,基本無(wú)崩塌料現(xiàn)象,偶有小滑尺。風(fēng)量5350m3/min-5450m3/min,壓力380～385kpa,富氧9000m3/h,風(fēng)溫1220℃,十字測(cè)溫中心T 450～700℃,邊緣T 70～130℃,波動(dòng)振幅較均勻,10段、13段爐身靜壓較穩(wěn),10段壁體溫度無(wú)鋸齒狀波動(dòng)。煤氣利用率1月中旬即從44.50%上升至47.35%,燃料比從541.2kg/t降至518kg/t,爐溫穩(wěn)定0.3%～0.5%,PT 1500～1510℃,矩陣改進(jìn)效果顯著。

1.3.3 布料矩陣的優(yōu)化 3月初,為了進(jìn)一步提高產(chǎn)量、優(yōu)化一氧化碳利用率,降低燃料比,將礦批由90 t/批增加至93t/批,焦批由19 t/批減至18.7t/批,風(fēng)口面積由0.3947m2擴(kuò)大至0.4027m2,調(diào)整矩陣如下:

矩陣優(yōu)化后,焦角差10°,焦炭加權(quán)平均角34.56°,焦炭平臺(tái)寬度1.36m,占爐喉半徑比例30.32%,最大角落點(diǎn)距離爐墻0.45m。礦角差為6°,礦石加權(quán)平均角為37.65°礦石平臺(tái)寬度0.84m,占爐喉半徑比例18.75%,最大角落點(diǎn)距離爐墻0.34m,最小角落點(diǎn)距離爐喉中心3.32m,占爐喉半徑之比為74%,與要求60%～65%相比略大。礦焦角差為3.08°,漏斗深度為1.88m,邊緣負(fù)荷Fb=8.16,中心負(fù)荷Fz=1.75。主要參數(shù)變化如下:

(1)風(fēng)量5450m3/min左右,壓力、壓差穩(wěn)定,K 值3.0～3.4,爐身靜壓波動(dòng)較小,6～9段銅冷卻壁水溫差(2.5～3.0℃)溫度穩(wěn)定,10～16段冷卻壁水溫差(2.0～2.5℃)穩(wěn)定,十字測(cè)溫中心溫度600～700℃,邊緣溫度65～115℃。

(2)尺型較好,下料均勻順暢,無(wú)停滯或塌落現(xiàn)象。

(3)3月份一氧化碳利用率實(shí)現(xiàn)48.17%,FR 平均513kg/t。爐溫0.35～0.50%,PT 1500～1510℃,爐渣R2=1.15～1.18,渣鐵流動(dòng)性好,生鐵含S≤0.030%,一級(jí)品率100%。

從以上結(jié)果分析,矩陣優(yōu)化后,礦石布料角度整體外移,同時(shí)考慮內(nèi)環(huán)檔位面積小,并保證爐料呈層狀下降,穩(wěn)定軟融帶氣流分布,從第二檔位開(kāi)始將各檔位圈數(shù)依次遞減。另外,為形成較深的中心漏斗,及穩(wěn)定的焦炭床結(jié)構(gòu),焦炭檔位減少至5檔,同時(shí)各檔位相應(yīng)增加布料圈數(shù),以保證焦窗面積及氣流良好分布,再有就是焦炭最小檔位布料圈數(shù)增加至4圈,以防止礦石向中心滑落,在保證煤氣利用率的同時(shí),保證高爐中心氣流的通暢。

1.3.4 指標(biāo)參數(shù)匯總 新2爐自開(kāi)爐以來(lái),經(jīng)過(guò)各方面的改進(jìn),煤氣利用率顯著提升,燃料消耗大幅度下降,具體參數(shù)見(jiàn)表1:

表1 新2爐部分月份指標(biāo)Table 1 new part of the month of the 2 indicators

二、加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管理

2.1 穩(wěn)定原燃料配吃比例 全部配吃干熄焦,其中25%～30%的焦炭為6m 焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭,70%～75%的焦炭為4.3m 焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭,其焦炭成分見(jiàn)表2。燒結(jié)礦由300m2及360m2燒結(jié)機(jī)供給,10%～15%為300m2燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)礦,85%～90%為360m2燒結(jié)機(jī)的燒結(jié)礦,其成分見(jiàn)表3。

表2 焦炭成分Table 2 composition of coke

表3 燒結(jié)礦成分Table 3 composition of sinter

為穩(wěn)定原料質(zhì)量,建立質(zhì)量跟蹤體系,從原料的生產(chǎn)到入爐,建立詳細(xì)的的數(shù)據(jù)庫(kù),在運(yùn)轉(zhuǎn)、篩分、布料方面嚴(yán)格控制,并不定期進(jìn)行質(zhì)量抽檢,及時(shí)反饋,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)波動(dòng),及時(shí)調(diào)整。

2.2 優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu) 正常爐料結(jié)構(gòu)為14%～17%球團(tuán)+8%澳礦+75%～78%燒結(jié)礦。根據(jù)各種原料的物理性能,合理安排爐料的排料順序:30%～35%燒結(jié)礦+14%～17%球團(tuán)+8%澳礦+43%～45%燒結(jié)礦,避免球團(tuán)向漏斗內(nèi)滑落。

焦炭采取分級(jí)入爐,15mm～25mm 的小焦與礦石一起入爐,焦丁排在燒結(jié)礦的前部,經(jīng)過(guò)中間斗混和后,占整個(gè)料段的三分之二,改善了礦層的透氣性,并且有利于形成一定的邊沿氣流。穩(wěn)定焦丁比在50kg/t,并根據(jù)小焦的倉(cāng)存量,增減10mm～15mm 的外進(jìn)焦丁用量,避免小焦外排現(xiàn)象,減少外排焦丁運(yùn)輸費(fèi)用。

2.3 加強(qiáng)原燃料篩分管理

2.3.1 篩網(wǎng)管理 調(diào)整部分篩網(wǎng)規(guī)格:焦丁由單層5mm 篩網(wǎng)調(diào)整為單層10mm 篩網(wǎng)；塊礦由雙層5mm 篩網(wǎng)調(diào)整為單層4.5mm 篩網(wǎng)；球團(tuán)由單層5mm 篩網(wǎng)調(diào)整為上層5mm、下3mm 雙層篩網(wǎng)。并且每周檢查篩網(wǎng)情況,做到定期更換,在保證篩分的情況下,減少了返礦量。

2.3.2 提高篩分效率,減少粉末入爐 在保證正常上料的前提下,將篩分速度控制在最小,提高篩分效率,其調(diào)整后各種原料的篩分速度見(jiàn)表4:

表4 原料篩分速度Table 4 screening speed of raw materials

2.4 加強(qiáng)布料管理 開(kāi)爐裝料過(guò)程中測(cè)定FCG 曲線,生產(chǎn)中堅(jiān)持定時(shí)校核曲線,根據(jù)礦焦批大小、礦焦粒度組成、料流調(diào)節(jié)閥使用時(shí)間等設(shè)定合理的料流調(diào)節(jié)閥開(kāi)度,保證各檔位布料量精確且無(wú)縫隙銜接,實(shí)現(xiàn)了礦石外環(huán)實(shí)際布料量誤差0.2%以內(nèi),中心環(huán)布料量誤差在3%以內(nèi),焦炭外環(huán)實(shí)際布料量誤差在1%以內(nèi),中心加焦布料量誤差在5%以內(nèi)。此外利用休風(fēng)機(jī)會(huì)校核探尺零位和溜槽傾角,及時(shí)修正布料誤差。

三、結(jié)語(yǔ)

結(jié)合北營(yíng)公司原燃料質(zhì)量變化情況,合理調(diào)整高爐爐料結(jié)構(gòu)及裝料制度等,使高爐實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定、順行,并且燃耗得到降低,高爐生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)很大改善。