提高鞍鋼3號(hào)3200 m3高爐爐缸活躍程度實(shí)踐

張磊，田景長，張延輝

（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（以下簡稱鞍鋼）3號(hào)高爐（3200 m3）于2010年5月27日開爐投產(chǎn)，開爐以來保持高水平運(yùn)行。2016年3號(hào)高爐平均利用系數(shù)為 2.246 t/（m3·d）， 入爐焦比為 303 kg/t，燃料比為507 kg/t，高爐順行狀態(tài)良好。2017年6月，高爐1#鐵口下方3層環(huán)碳te108cl1溫度開始上升，最高達(dá)到633℃。為了保證爐缸安全，高爐采取降低生產(chǎn)強(qiáng)度、釩鈦礦護(hù)爐和加強(qiáng)爐缸冷卻強(qiáng)度等一系列措施護(hù)爐生產(chǎn)，但同時(shí)爐缸狀態(tài)逐漸變差，進(jìn)一步影響了高爐的順行狀態(tài)。針對(duì)此種情況，對(duì)鞍鋼3號(hào)高爐爐缸活躍性下降的原因進(jìn)行了分析，并通過采取相應(yīng)措施提升了爐缸活躍程度，明顯改善了高爐順行狀態(tài)。

1 不同爐缸狀態(tài)下的爐況

1.1 爐缸正常狀態(tài)下爐況

（1）爐底滿鋪碳磚，中心點(diǎn)溫度維持在較高水平。爐芯溫度高低直接體現(xiàn)爐缸蓄熱狀態(tài)，目前大多數(shù)高爐都將其作為日常生產(chǎn)中爐缸狀態(tài)變化好壞的監(jiān)視信號(hào)。2016年7月1～2017年7月1日爐芯溫度變化趨勢(shì)如圖1所示。由圖1可以看出，高爐爐芯溫度基本維持在600℃以上，除受計(jì)劃休風(fēng)影響外，溫度相對(duì)穩(wěn)定。

（2）爐內(nèi)順行狀態(tài)較好。① 風(fēng)量、風(fēng)壓和透氣性指數(shù)穩(wěn)定、對(duì)稱，風(fēng)壓波動(dòng)＜0.010 MPa。② 料尺下降均勻、順暢、整齊，無停滯和崩落現(xiàn)象，三尺相差＜0.5 m。③ 爐身冷卻系統(tǒng)水溫差周向均勻，8個(gè)方向水溫差相差＜1℃。④鐵水的物理熱及化學(xué)熱匹配良好，爐溫穩(wěn)定性較好。2017年3月爐溫及鐵水含硅量變化趨勢(shì)如圖2所示。由圖2可以看出，高爐鐵水的物理熱及化學(xué)熱匹配良好，爐溫穩(wěn)定性較好。

圖1 2016年7月1日～2017年7月1日高爐爐芯溫度變化趨勢(shì)Fig.1 Variation Tendency of Temperatures in Furnace Core from July 2016 to July 2017

圖2 2017年3月爐溫及鐵水含硅量變化趨勢(shì)Fig.2 Variation Tendency of Furnace Temperatures and Physical Heat in March 2017

（3）爐前出鐵狀態(tài)良好。爐缸工作狀態(tài)的好壞會(huì)直接體現(xiàn)在爐前出鐵狀態(tài)上。①鐵口深度合格且穩(wěn)定。②兩個(gè)鐵口出鐵間隔相同，出鐵即出渣。同時(shí)，兩個(gè)鐵口出渣、鐵量均勻。

1.2 爐缸工作狀態(tài)差時(shí)爐況

（1）爐芯溫度明顯下降或波動(dòng)幅度較大，不能維持在較高水平。2017年7月1日～8月17日高爐爐芯溫度變化趨勢(shì)如圖3所示。由圖3可以看出，高爐爐芯溫度下降明顯。

（2）爐內(nèi)順行狀態(tài)明顯變差。①操作困難，風(fēng)壓偏高且不穩(wěn)，風(fēng)量偏少，透氣性變差，氣流發(fā)展不均衡，風(fēng)壓波動(dòng)＞0.020 MPa。②料尺下降不均勻，三尺相差最多時(shí)達(dá)1.0 m。③爐型維護(hù)困難加大，渣皮易脫落，邊緣氣流極不穩(wěn)定，爐身周向氣流分布不均勻，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)爐身黏結(jié)。④熱制度失常，鐵水化學(xué)成分波動(dòng)，兩個(gè)鐵口出鐵爐溫相差較大。2017年7月爐身水溫差周向變化趨勢(shì)如圖4所示。由圖4可以看出，高爐周向氣流分布不均勻，東南側(cè)最低點(diǎn)水溫差較東側(cè)最高點(diǎn)水溫差相差5℃。

圖3 2017年7月1日～8月17日高爐爐芯溫度變化趨勢(shì)Fig.3 Variation Tendency of Temperatures in Furnace Core from July 1th,2017 to August 17th,2017

圖4 2017年7月爐身水溫差變化趨勢(shì)Fig.4 Variation Tendency of Difference in Water Temperature of Furnace Stack in July 2017

（3）爐前出鐵狀態(tài)明顯變差。①鐵口深度不穩(wěn)定，易噴濺，時(shí)有焦炭從鐵口噴出情況出現(xiàn)，渣鐵出不凈。②兩個(gè)鐵口出鐵情況不均勻，經(jīng)常出現(xiàn)一邊出鐵另一邊出渣的情況。

2 導(dǎo)致爐缸活躍性下降原因分析

爐缸活躍性是指液態(tài)渣鐵進(jìn)入爐缸，并能由爐缸內(nèi)自由排出的順暢程度。影響高爐爐缸活躍性的因素大致可分為以下三方面：焦炭所提供的“透氣-透液通道”的數(shù)量，渣鐵流動(dòng)性能，風(fēng)口回旋區(qū)的形狀和大小。三種因素相輔相成，相互影響。因此，能影響以上三方面的因素均影響爐缸活躍性[1]。

2.1 護(hù)爐措施對(duì)爐缸活躍性造成不利影響

為保證爐缸安全而采取的護(hù)爐措施均對(duì)爐缸活躍性造成不利影響。

（1）限強(qiáng)度生產(chǎn)，風(fēng)壓控制較低，致使鼓風(fēng)動(dòng)能較低，不利于吹活爐缸。由于鼓風(fēng)動(dòng)能是決定回旋區(qū)形狀和大小的主要因素，所以合理的鼓風(fēng)動(dòng)能不僅是爐缸活躍性狀態(tài)良好的前提條件，更是高爐操作者可控的重要的調(diào)節(jié)手段[2]。2017年7月高爐鼓風(fēng)動(dòng)能變化趨勢(shì)如圖5所示。由圖5可以看出，高爐鼓風(fēng)動(dòng)能下降明顯，不利于吹活爐缸。

圖5 2017年7月高爐鼓風(fēng)動(dòng)能趨勢(shì)Fig.5 Variation Tendency of Blast Kinetic Energy in July 2017

（2）長期進(jìn)行釩鈦磁鐵礦護(hù)爐冶煉。由于鈦化物的析出，渣鐵流動(dòng)性能變差。

（3）由于限強(qiáng)度生產(chǎn)，高爐停止富氧，不利于氣流穩(wěn)定及煤粉燃燒，中心死料柱有不完全燃燒煤粉顆粒，不利于渣鐵滲透。

2.2 焦炭質(zhì)量變差

大型高爐冶煉要保證爐缸工作狀態(tài)的穩(wěn)定，焦炭質(zhì)量是重中之重，要求焦炭的性能指標(biāo)和粒級(jí)分布穩(wěn)定、良好，特別是焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度和熱態(tài)性能指標(biāo)要求穩(wěn)定。焦炭的高溫性能低會(huì)嚴(yán)重影響其在高爐軟熔帶和滴落帶中的骨架作用，降低高爐的整體透氣性[3]。

2017年8月24日～9月22日鞍鋼西區(qū)煉焦檢修，高爐干焦比例由80%直接下降至0，高爐實(shí)行全濕焦生產(chǎn)。由于焦炭質(zhì)量明顯下降，對(duì)爐缸活躍度及料柱透液性造成極不利影響，爐芯溫度明顯下降。2017年8月20日～10月2日高爐爐芯溫度變化趨勢(shì)如圖6所示。由圖6可以看出，高爐爐芯溫度下降明顯，且波動(dòng)較大。

2.3 高煤比操作

近年來3號(hào)高爐一直追求低成本冶煉效果，操作上降低入爐焦比，提高煤比，由此帶來的一系列冶煉效果的變化對(duì)爐缸活躍性均有一定影響。目前研究普遍認(rèn)為，在較高煤比條件下冶煉，風(fēng)口循環(huán)區(qū)未燃煤粉量增加和入爐焦粉化加劇，會(huì)使高爐透氣性下降，爐內(nèi)壓差升高，死料柱的透氣透液性相對(duì)變差，爐芯活躍性相對(duì)下降。2017年8月30日～10月1日高爐煤比與爐芯溫度變化趨勢(shì)如圖7所示。由圖7可以看出，當(dāng)煤比較高時(shí)，爐芯溫度呈下行趨勢(shì)；隨著煤比的下降，爐芯溫度有所升高。

圖6 2017年8月20日～10月2日高爐爐芯溫度變化趨勢(shì)Fig.6 Variation Tendency of Temperatures in Furnace Core from August 30th,2017 to October 2th,2017

圖7 2017年8月30日～10月1日高爐煤比與爐芯溫度變化趨勢(shì)Fig.7 Variation Tendency of Coal Ratio in BF and Core Temperature from August 30th,2017 to October 1th,2017

3 提高爐缸活躍度實(shí)踐

在高爐生產(chǎn)操作中，為保證高爐爐缸安全，必須有爐缸安全的紅線意識(shí)，在爐缸環(huán)碳溫度及對(duì)應(yīng)熱流強(qiáng)度上升到警戒線時(shí)，及時(shí)采取措施控制爐缸溫度；而在爐缸長壽狀態(tài)可控的情況下，要適當(dāng)提升冶煉強(qiáng)度，創(chuàng)造一切條件活躍爐缸，保證高爐順行狀態(tài)[4]。針對(duì)影響3號(hào)高爐爐缸活躍性原因，同時(shí)考慮到爐缸環(huán)碳溫度異常升高的實(shí)際，制定以下幾項(xiàng)措施改善爐缸活躍性。

3.1 提高鼓風(fēng)動(dòng)能，吹活爐缸

適當(dāng)?shù)墓娘L(fēng)動(dòng)能可以保持一定的回旋區(qū)深度，使?fàn)t缸初始煤氣最大限度向爐缸中心滲透，能有效提高整個(gè)死焦堆的透氣、透液能力。尤其當(dāng)原燃料條件變差，同時(shí)由于長壽原因高爐處于中等冶煉強(qiáng)度時(shí)，更應(yīng)該提高鼓風(fēng)動(dòng)能[5]：

（1）在爐缸環(huán)碳溫度可控的條件下，吹足風(fēng)壓；

（2）逐步縮小風(fēng)口面積，由32個(gè)直徑130 mm的風(fēng)口，縮為32個(gè)直徑120 mm的風(fēng)口，在增加鼓風(fēng)動(dòng)能的同時(shí)，降低生產(chǎn)了強(qiáng)度，對(duì)爐缸長壽工作也有一定作用。

3.2 優(yōu)化釩鈦礦使用模式

為避免爐缸加鈦礦使?fàn)t底凝鐵層增厚，3號(hào)高爐靈活停用鈦礦，只在爐缸溫度超標(biāo)時(shí)使用，同時(shí)靈活調(diào)整使用量，且一旦爐底溫度下降到警戒值以下時(shí)立即停用。這種方法抑制了爐底溫度的下降，既有利于渣鐵排放，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈦礦的合理利用，大大節(jié)約了鈦礦和燃料消耗[6]。

3.3 少量富氧，控制煤比在合理范圍內(nèi)

在爐缸長壽狀態(tài)可控的前提下，適當(dāng)富氧噴吹，好處如下：① 富氧配合大噴吹，既有利于順行，減少處理崩、滑料等異常爐況對(duì)爐缸熱儲(chǔ)備的損失，又提高了煤粉燃燒率，減少料柱中殘存煤粉顆粒，改善死料柱透液性。②富氧增加理論燃燒溫度，加強(qiáng)冶煉強(qiáng)度，同時(shí)鐵水排放量的增加也有利于提高爐芯溫度。③一旦需要控制爐缸環(huán)碳溫度，就立即降低煤比，提高入爐焦比，同時(shí)增加中心加焦量，以此來提高中心料柱的透液性[7]。

3.4 加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管理

3號(hào)高爐爐料結(jié)構(gòu)為68%～70%燒結(jié)礦+22%球團(tuán)礦+3%～5%澳塊礦。在選擇上，盡可能多使用熟料，保證熟料率在90%以上。少用或不用落地礦，提高入爐礦石強(qiáng)度。市場(chǎng)嚴(yán)峻形勢(shì)導(dǎo)致鞍鋼原燃料條件波動(dòng)，塊礦、球團(tuán)礦均不穩(wěn)定，粉末多，為改善料柱透氣性，采取燒結(jié)礦的分級(jí)入爐方式，同時(shí)適當(dāng)使用回收焦丁和礦石一起布到爐內(nèi)。在正常生產(chǎn)中，制定嚴(yán)格的原燃料檢查制度，并實(shí)時(shí)掌控塊礦、球團(tuán)礦的粉末量，尤其是焦炭的水分等參數(shù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)采取調(diào)劑措施，包括焦炭負(fù)荷及布料制度的調(diào)整，最大限度減少爐況的波動(dòng)。同時(shí)與燒結(jié)及焦化工序加強(qiáng)聯(lián)系，及時(shí)了解原燃料的理化性能指標(biāo)，如有變動(dòng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.5 維持鐵水充沛的物理熱和合適的爐渣堿度

在保證爐渣脫硫和流動(dòng)性滿足高爐正常生產(chǎn)情況下，逐步將爐渣中的MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來的7%～8%降低至4%～5%，爐渣二元堿高度由1.15±0.05提高至1.20±0.05。同時(shí)提高爐缸熱量，控制出鐵溫度在1 500℃以上，避免因二元堿度的提高導(dǎo)致爐渣熔點(diǎn)升高，穩(wěn)定性變差，從而造成操作困難。通過優(yōu)化高爐造渣制度，不僅直接降低了高爐軟熔帶軟熔體的數(shù)量，改善了高爐軟熔帶的透氣性，還直接降低了燒結(jié)配礦成本[8]。

3.6 加強(qiáng)爐前出鐵組織

維護(hù)好鐵口，及時(shí)出凈渣鐵，是防止側(cè)壁溫度波動(dòng)和提升爐缸活躍度的基本要求，主要采取措施如下：① 高爐堅(jiān)持一次開鐵口作業(yè)；② 調(diào)整炮泥成分，使之耐渣鐵沖刷和易于與磚襯結(jié)合成牢固的保護(hù)層；③加強(qiáng)泥套和開堵口作業(yè)管理，減少冒泥幾率；④及時(shí)調(diào)整打泥量，使鐵口深度穩(wěn)定在3.0～3.2 m，出凈爐缸渣鐵。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)各個(gè)鐵口均勻出鐵、輪流出鐵和出凈渣鐵。

4 實(shí)踐效果

2017年8月開始對(duì)鞍鋼3號(hào)高爐采取提高爐缸活躍度的各項(xiàng)措施。2017年7～10月高爐主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示，可以看出，采取措施后，高爐各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均明顯提升，說明爐缸狀態(tài)回升后，高爐狀態(tài)有了明顯改善，產(chǎn)能基本恢復(fù)正常狀態(tài)。

表1 2017年7～10月高爐主要技術(shù)指標(biāo)Table 1 Key Technical Indexes of BF from July to October 2017

5 結(jié)語

大型高爐爐缸活躍程度對(duì)爐況順行穩(wěn)定程度有著重要的影響，爐缸中心點(diǎn)溫度下降到一定程度后，高爐順行將變得十分困難。為保證爐缸安全而采取的一系列護(hù)爐措施、焦炭質(zhì)量變差和高煤比操作等對(duì)爐缸活躍性均有一定影響。爐缸環(huán)碳溫度高的高爐，要注意協(xié)調(diào)好提高爐缸活躍性和保證爐缸安全的關(guān)系。鞍鋼3號(hào)高爐通過提高鼓風(fēng)動(dòng)能，優(yōu)化釩鈦礦使用模式，控制合適煤比操作，加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管理，維持鐵水充沛的物理熱和合適的爐渣堿度，以及加強(qiáng)日常的鐵口維護(hù)，有效改善了爐缸的活躍性。