宣鋼1 號高爐長壽高效生產(chǎn)實踐

路 鵬 呂志敏 王 根 褚潤林 閆 軍 蘇愛民

（河鋼集團宣鋼公司）

0 概況

宣鋼1 號高爐（2 500 m3）于2008 年3 月15日點火生產(chǎn)，安全生產(chǎn)已超過11 年，單位爐容生鐵產(chǎn)量為8 836 t/m3。宣鋼1 號高爐在設(shè)計上采用了國內(nèi)先進(jìn)的裝備和工藝，如爐底爐缸部位采用“國產(chǎn)炭磚+美國UCAR 炭磚+陶瓷杯砌體”復(fù)合爐襯，并使用FK 系統(tǒng)自動監(jiān)測內(nèi)襯燒蝕狀況；爐腹、爐腰及爐身下部采用4 段銅冷卻壁，冷卻系統(tǒng)采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)等。近年來，通過優(yōu)化上、中、下部調(diào)劑，加強長壽化管理，控制住了1 號高爐爐體冷卻壁水管破損增加以及爐缸側(cè)壁溫度超標(biāo)的趨勢，高爐相關(guān)指標(biāo)得到了改善，實現(xiàn)了高爐長周期穩(wěn)定順行。

1 長壽高效生產(chǎn)技術(shù)措施

宣鋼煉鐵工作者經(jīng)過10 多年的努力，對大高爐長壽管理及生產(chǎn)維護做了大量的理論與實踐探索研究，已經(jīng)完全掌握了大型高爐操作與穩(wěn)定控制技術(shù)，并逐漸形成了以宣鋼原燃料為基礎(chǔ)的高爐生產(chǎn)操作與長壽維護系統(tǒng)技術(shù)體系。

1.1 提升原燃料質(zhì)量

1.1.1 燒結(jié)礦質(zhì)量提升

2016 年10 月開始將燒結(jié)礦熔滴試驗作為常規(guī)檢測，統(tǒng)計各試驗數(shù)據(jù)，形成鐵前試驗數(shù)據(jù)庫，分析鐵料單品種料與入燒結(jié)構(gòu)綜合冶金性能，制定燒結(jié)礦配料結(jié)構(gòu)評分系統(tǒng)，最終形成燒結(jié)配礦的閉環(huán)控制，實現(xiàn)燒結(jié)質(zhì)量的改善。尤其是對宣鋼燒結(jié)礦的微結(jié)構(gòu)特性開展了相關(guān)研究，并在此基礎(chǔ)上提出了提升燒結(jié)礦還原性的相關(guān)措施，進(jìn)一步提升其還原性能，以達(dá)到促進(jìn)高爐實現(xiàn)穩(wěn)定順行、節(jié)焦降耗的目的[1]。燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度和還原性變化如圖1 所示。

1.1.2 改善焦炭質(zhì)量

2017 年，對自產(chǎn)焦炭逐步實施降硫方案，高硫煤配比由8%降至4%，配加低硫焦煤新資源15%，焦炭含硫由0.90%降至0.83%。同時精細(xì)配煤，合理調(diào)整用煤礦點，控制焦炭灰分不超13.0%。宣鋼2015-2018 年焦炭灰分、硫分變化趨勢見表1。

圖1 燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強度及還原性的變化

表1 宣鋼2015-2018 年焦炭灰分、硫分變化趨勢

1.2 高爐下部初始?xì)饬骱侠砜刂?/h3>

風(fēng)口調(diào)整是控制下部氣流最有效的措施，高爐風(fēng)口隨著原燃料條件和生產(chǎn)狀況的不同進(jìn)行調(diào)整，高爐風(fēng)口帶溫度及爐缸側(cè)壁溫度大幅度上升且爐缸不活時，應(yīng)逐漸減小風(fēng)口的直徑或配合使用長風(fēng)口，適當(dāng)提高風(fēng)速與鼓風(fēng)動能，以吹透中心、抑制邊緣氣流、提高死焦堆的透液性、減弱鐵水環(huán)流的發(fā)生，從而減少對爐缸側(cè)壁的侵蝕，達(dá)到降低冷卻壁溫度的目的，實現(xiàn)高爐的穩(wěn)定順行[2-6]。

1 號高爐已處于爐役后期，風(fēng)溫水平降低導(dǎo)致鼓風(fēng)動能下降，同時爐缸側(cè)壁溫度階段性偏高，必須保持足夠的鼓風(fēng)動能和風(fēng)口回旋區(qū)深度，吹透中心，保證爐缸活躍度。為此，1 號高爐從2017 年5 月開始逐步調(diào)整風(fēng)布局，風(fēng)口面積由原來的0.339 3 ㎡縮小至現(xiàn)在的0.328 5 ㎡（如圖2 所示），風(fēng)口長度由L 585 mm 改為L 615 mm，鐵口上方風(fēng)口長度改為L 635 mm，高爐實際風(fēng)速保持在250 m/s以上，鼓風(fēng)動能達(dá)到了110 ～120 kJ/s（原來是100 ～110 kJ/s），為保持爐缸活躍性，合理分布初始?xì)饬鞯於嘶A(chǔ)。

圖2 宣鋼1 號高爐送風(fēng)面積的變化

1.3 優(yōu)化裝料制度，維護合理操作爐型

一般而言，初始合理的煤氣流分布有利于高爐形成穩(wěn)順的軟熔帶，伴隨風(fēng)量的增加，會推動煤氣流逐步向操作者所希望的抑制邊緣靠近，形成以中心為主的有助于促進(jìn)發(fā)展成良好操作爐型的氣流分布[7-10]。

上部調(diào)劑制度與下部煤氣流分布匹配，使高爐內(nèi)部溫度場和外部強化冷卻相對平衡，達(dá)到相對穩(wěn)定爐體熱負(fù)荷，是維持合理穩(wěn)定的操作爐型，減緩爐墻侵蝕的主要途徑。1 號高爐布料從中心注焦模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌脚_+漏斗”布料模式，從開始的兼顧中心、發(fā)展邊緣逐漸過渡到目前的適當(dāng)發(fā)展中心、抑制邊緣氣流的合理分布趨勢，布料矩陣由逐步演變?yōu)?。通過上下部調(diào)整，實現(xiàn)了高爐煤氣流分布合理、穩(wěn)定，爐體熱負(fù)荷整體穩(wěn)定在85 000 ～100 000 MJ/h 之間，冷卻壁水管燒漏現(xiàn)象也得到了控制，冷卻壁水管損壞情況變化如圖3 所示。

圖3 宣鋼1 號高爐冷卻壁水管的損壞情況

1.4 冷卻制度調(diào)整

中部煤氣流分布控制，主要是通過高爐冷卻制度的分段式管理來配合實現(xiàn)，通過計算高爐在高度上和圓周方向上的熱負(fù)荷進(jìn)行分區(qū)管理。不同高度區(qū)域的熱負(fù)荷管理標(biāo)準(zhǔn)不同，圓周上應(yīng)保持熱負(fù)荷的均勻，同時還需要依據(jù)不同高爐的生產(chǎn)特點將熱負(fù)荷控制在一個合理的范圍內(nèi)，太高可能會導(dǎo)致爐墻渣皮脫落、邊緣管道行程，太低會導(dǎo)致爐墻結(jié)厚。

形成合理的操作爐型需要結(jié)合原燃料的條件，通過調(diào)整氣流分布和冷卻制度來形成有利于爐況穩(wěn)定順行的操作爐型，在高爐爐役的不同階段，操作爐型的管理標(biāo)準(zhǔn)也需要不斷變化，以實現(xiàn)高爐長期的穩(wěn)定順行。

在高爐生產(chǎn)實踐中，結(jié)合冷卻壁溫度和爐體熱負(fù)荷的變化趨勢，優(yōu)化冷卻系統(tǒng)和供水參數(shù)，摸索出合適的爐體控制數(shù)據(jù)，維持合理的操作爐型， 才能保證高爐穩(wěn)定順行。針對進(jìn)入爐役末期的爐體現(xiàn)狀，1 號高爐軟水的進(jìn)水溫度由46 ℃降低至40 ℃。通過冷卻制度的調(diào)整，滿足了高爐在不斷強化過程中的渣皮穩(wěn)定性，高爐冷卻壁溫度和爐體熱負(fù)荷處于合理控制范圍。

1.5 穩(wěn)定造渣制度

造渣制度應(yīng)該適合于高爐冶煉的要求，有利于高爐的穩(wěn)定順行，尤其在爐役后期高爐強化冶煉條件下，保持爐渣的穩(wěn)定性和良好的流動性顯得愈加重要[11]。Al2O3、MgO 和堿度對爐渣的流動性影響很大，Al2O3上升導(dǎo)致爐渣黏度和熔化性溫度上升，而MgO 增加起到緩解作用。2016 年曾一度嘗試降低燒結(jié)礦MgO 含量，由2.1%逐步下調(diào)至1.7%左右，同時高爐爐渣的MgO/Al2O3比值由0.55 左右降低到0.50 左右，爐內(nèi)表現(xiàn)為壓差升高，爐外出鐵時常出現(xiàn)爐渣粘稠、粘溝現(xiàn)象，引發(fā)爐況波動，最終燒結(jié)礦MgO 含量又由1.7%提高至2.1%左右，隨后高爐爐況很快恢復(fù)至正常。2018 年燒結(jié)礦MgO含量與高爐壓差對應(yīng)關(guān)系變化如圖4 所示。

圖4 燒結(jié)MgO 含量與1#高爐壓差對應(yīng)關(guān)系的變化

實踐表明，在現(xiàn)有高爐爐渣Al2O3偏高（＞15%）及渣鐵比偏高（＞340 kg/t）的情況下，高爐爐渣鎂鋁比不宜進(jìn)一步降低，為保證爐渣具有良好的穩(wěn)定性和流動性，高爐爐渣鎂鋁比應(yīng)保持在0.55 左右。

同時，通過實行低硅低硫操作方針，生鐵含硅量基本控制在0.25%～0.40%，含硫量保持在0.025%～0.035%，鐵水物理熱按照1 500 ～1 520 ℃控制，四班統(tǒng)一操作，注重細(xì)節(jié)，減少因人為操作因素所導(dǎo)致的不利影響，維持爐溫、風(fēng)量、料速的連續(xù)性和穩(wěn)定性，杜絕連續(xù)低燃料比現(xiàn)象發(fā)生，保證充沛的渣鐵物理熱[12]。

1.6 嚴(yán)格控制有害元素含量

高爐內(nèi)有害元素（主要包括K、Na、Zn）的循環(huán)富集，會導(dǎo)致高爐爐墻粘結(jié)、煤氣流紊亂、熱制度失常等，引起爐況不順，嚴(yán)重影響了高爐的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)，同時也增加了設(shè)備的維護難度；高爐內(nèi)有害元素含量的增加會加重對爐體磚襯的侵蝕，尤其是爐缸風(fēng)口區(qū)域，侵蝕形成的煤氣通路是造成爐缸側(cè)壁溫度異常升高的主要原因，同時富集的有害元素還會導(dǎo)致高爐爐體上漲及風(fēng)口上翹，對高爐長壽生產(chǎn)影響很大。近幾年來，通過控制進(jìn)廠原料有害元素，控制高鋅物料循環(huán)使用，實現(xiàn)了高爐入爐鋅負(fù)荷≤350 g/t，堿負(fù)荷≤4 kg/t 的控制目標(biāo)，有效地減少了由于有害元素對高爐長壽及穩(wěn)定順行帶來的不利影響。宣鋼1 號高爐有害元素入爐負(fù)荷變化趨勢如圖5 所示。

圖5 宣鋼1 號高爐有害元素入爐負(fù)荷變化趨勢

1.7 定修灌漿

利用定修機會對確認(rèn)點進(jìn)行爐體灌漿，及時將爐缸爐墻冷側(cè)可能出現(xiàn)的氣隙和煤氣通路填充密實，從而實現(xiàn)高爐爐墻的無氣隙化運行。灌漿過程中必須嚴(yán)加控制，以防止灌漿壓力過高對墻體產(chǎn)生危害，一般灌漿壓力不宜超過1.5 M Pa。

2 取得的效果

通過采取上述措施，在連續(xù)保持爐況16 個月穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上，1 號高爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)不斷提升。2019 年第一季度，高爐入爐焦比完成340 kg/t，同比降低15 kg/t，煤比完成172 kg/t，同比提高19 kg/t，再創(chuàng)歷史最好水平，為企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定及成本降低創(chuàng)造了良好條件。

3 結(jié)語

（1）爐役后期的高爐實際內(nèi)型直徑變大，高徑比減小，下部通過適當(dāng)縮小風(fēng)口面積，加長風(fēng)口長度，吹透中心，保證爐缸活躍是爐況穩(wěn)定的關(guān)鍵.

（2）爐役后期裝料制度調(diào)整上保證充足穩(wěn)定的中心氣流，適當(dāng)抑制邊緣氣流，實現(xiàn)煤氣流的穩(wěn)定控制是實現(xiàn)高爐爐況穩(wěn)定的重點.

（3）對高爐渣鎂鋁比控制范圍要視原燃料條件、操作條件分別對待，不能一概而論。就目前宣鋼高爐爐渣Al2O3含量偏高（＞15%）及渣鐵比偏高的情況下，高爐爐渣鎂鋁比不宜長時間低于0.53。

宣鋼1 號高爐通過采取一系列操作技術(shù)，目前高爐爐缸爐底溫度處于正常水平，爐體冷卻壁損壞頻率減少，爐況長期穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)不斷改善，有望實現(xiàn)15 年的設(shè)計爐齡。