首鋼股份高爐澆注后合理操作爐型的維護

張猛超，賈 新，王榮剛，李志海，韓紅偉

(北京首鋼股份有限公司，河北遷安064400)

首鋼股份1號高爐2004年投產(chǎn)，2019年降料面放殘鐵后進行爐缸爐底整體澆注，經(jīng)過爐缸重塑的爐型較原設計爐型有所不同。開爐以來為確保高爐順穩(wěn)運行，各項經(jīng)濟指標不斷提高，首鋼股份積極對高爐的裝料、冷卻及熱制度等進行了科學優(yōu)化，同時積極應對原燃料質(zhì)量波動帶來的不利影響，逐步建立了適應新爐型條件下的科學操作制度，使1號高爐維持合理操作爐型與強化冶煉有機結(jié)合，實現(xiàn)首鋼股份高爐在爐缸整體重塑后的長周期順穩(wěn)及低耗運行。

1 首鋼股份高爐爐型變化情況

1.1 澆注后爐型的變化

高爐設計爐型對開爐后煤氣流分布影響較大，對以后的操作爐型維護起關鍵性作用［1-2］，科學合理的設計爐型是高爐操作順行的保障。

表1 澆注前后1號高爐爐型的變化Table 1 The fur nace shape change before and after pouring of No.1 BF

表1為1號高爐澆注前后部分爐型參數(shù)變化，原設計爐型非鐵口區(qū)域厚度1143 mm，澆注后非鐵口區(qū)域平均厚度為1258 mm，鐵口區(qū)域由原來的1714 mm加厚至2214 mm，主要為了延緩鐵口區(qū)域的侵蝕。在原爐缸象腳區(qū)侵蝕嚴重部位采用與側(cè)壁和爐底成45°的斜面澆注，在爐缸敏感區(qū)域加厚保護。

1.2 邊緣熱負荷波動

1號高爐爐身六、七、八段冷卻采用銅冷卻壁，九段之上為鑲磚冷卻壁，受邊緣氣流不穩(wěn)定影響，爐身的水溫差變化較大，溫差有時一天之中在1.5～3.5℃的較大范圍波動，表明爐腰及爐腹處的渣皮脫落重建加快，邊緣氣流的穩(wěn)定性較難控制，進而不利于高爐的進一步強化。

1.3 爐頂料罐偏析影響

首鋼股份1號高爐采用并罐無鐘式爐頂布料裝置，并罐布料器在布料過程中會發(fā)生粒級及質(zhì)量偏析現(xiàn)象［3］，當使用北罐裝焦炭時中心透氣性較好，當南罐裝焦炭時邊緣氣流發(fā)展，中心氣流受到抑制，透氣性下降。整體透氣性在一段時間內(nèi)呈現(xiàn)周期性變化，此時爐內(nèi)關系隨之波動。

2 高爐合理操作爐型的維護

2.1 上部裝料調(diào)整

從2019年受到燒結(jié)提產(chǎn)的影響，燒結(jié)礦的質(zhì)量明顯下滑，粒級無法達到要求控制標準；焦炭的粒級也不斷地下滑，使高爐的整體壓量關系惡化，導致高爐強化受到制約。

圖1 首鋼股份1號高爐近期焦炭粒級趨勢圖Fig.1 The trend chart of recent coke grade of No.1 BF in Shougang co.,ltd

1號高爐入爐焦炭平均粒級如圖1所示，整體上干焦平均粒級不斷地劣化，最低時為48 mm，為應對焦炭劣化引起的焦炭骨架透氣性減弱，爐內(nèi)壓量關系惡化現(xiàn)象，高爐積極以“守住中心，疏導邊緣”的思路調(diào)整裝料，一定程度遏制不斷變差的壓量關系，為穩(wěn)定爐況起到了較好效果。

2.2 爐身熱負荷的控制

邊緣煤氣流波動可以引起爐身熱負荷變化，冷卻水溫差變動是二者變化的直接反應，圖2為1號高爐近期的爐身水溫差變化趨勢。

圖2 首鋼股份1號高爐中修后爐身水溫差走勢圖Fig.2 The trend chart of furnace shaft water temperature difference after mediumrepair of No.1 BFin Shougang co.,ltd

如圖2所示，從去年到今年年初可以看出1號高爐爐身水溫差不穩(wěn)定，水溫差上升下降波動頻繁，數(shù)值不能在一個平穩(wěn)范圍內(nèi)，證明爐身熱負荷不穩(wěn)定。

煤氣流在邊緣沒有固定的通路，導致邊緣的熱負荷不穩(wěn)定，反映在水溫差上數(shù)值時高時低。邊緣氣流頻繁波動不利于爐身及爐腹銅冷卻壁上渣皮的穩(wěn)定，引起銅冷卻壁渣皮的頻繁脫落和重建，降低銅冷卻壁的使用壽命，渣皮脫落進入爐缸消耗較多熱量，使爐缸工作穩(wěn)定性變差。邊緣氣流不穩(wěn)易造成爐內(nèi)壓量關系趨緊，影響高爐順行，在保證中心氣流穩(wěn)定的前提下，通過上部調(diào)劑增加邊緣焦炭比例，減少邊緣礦焦混料區(qū)的產(chǎn)生，疏導邊緣以穩(wěn)定爐況。

同時合理控制邊緣氣流有利于軟熔帶根部穩(wěn)定在爐腰和爐腹部位。對于七層銅冷卻壁而言，軟熔帶根部穩(wěn)定在此處附近能使渣皮波動控制在一個合理的范圍，避免軟熔帶位置上下波動帶來的爐腰渣皮結(jié)厚。

2.3 穩(wěn)定爐渣成分

在爐渣堿度適宜，渣中Mg O含量在5%～10%范圍，Al2O3含量控制在15%以下時，爐渣穩(wěn)定性較好［3-4］，當含量低于某數(shù)值時會引起熔化性溫度的升高。4月份高爐渣Mg O含量下降比較明顯，最低時含量為5.43%，在Al2O3含量基本上穩(wěn)定的情況下渣中鎂鋁比下降較多，使爐渣的熔化性溫度升高、影響爐渣黏度的穩(wěn)定性。

圖3 1號高爐爐渣中鎂鋁比趨勢圖Fig.3 Thetrend chart of Mg/Al ratioin slag of No.1 blast furnace

從圖3中可以看出三月份開始1號高爐渣中鎂鋁比逐漸降低，最低時為0.40。渣中Mg O含量的降低導致鎂鋁比降低，引起爐渣的流動性變差，引起高爐的壓量關系惡化，同時脫硫效果變差，這種關系在焦炭提硫，焦炭質(zhì)量劣化的同時會顯現(xiàn)得更加明顯。同時爐渣的流動性變差，會使爐渣及鐵水下滲過程的平衡被打破，引起風口回旋區(qū)工作條件惡化，威脅風口壽命。從圖3看出從4月中旬左右逐步改善燒結(jié)礦成分后爐渣鎂鋁比恢復到之前的正常值范圍，同時積極調(diào)整爐溫水平至0.45%左右，以減弱Mg O含量降低給爐渣性能帶來的影響。整體來看1號高爐爐渣中Mg O含量控制在6%～7.5%的范圍之間，爐渣的流動性相對穩(wěn)定，對黏度的影響不大。

2.4 合理的下部調(diào)節(jié)

鼓風動能決定煤氣流的初始分布，適宜的鼓風動能可以保證充足的爐腹煤氣量，改善煤氣流的分布，鼓風動能增加后回旋區(qū)加深，邊緣氣流逐漸減弱，中心氣流逐漸加強。保持一定的鼓風動能可以吹透中心，控制中心焦堆的數(shù)量和更新速度，保證較好的爐缸活性。相應爐腹煤氣量不足會導致邊緣發(fā)展，爐身熱負荷波動，進而影響爐缸的活性。根據(jù)實踐調(diào)整表明1號高爐的鼓風動能在10 000～11 000 kg·m/s，爐腹煤氣量指數(shù)在57～59.5 m/s之間，高爐整體的穩(wěn)定性較高，更利于強化冶煉。

2.5 其他調(diào)整

并罐式爐頂布料首先在爐頂料罐內(nèi)會產(chǎn)生爐料偏析，由于兩個料罐的中心線與爐喉中心線不重合，爐料在沿中心喉管下降的過程中落點不在爐喉中心點，在此也產(chǎn)生偏析［5］。結(jié)果呈現(xiàn)不是圓形的料面，粒級也不是均勻分布。

根據(jù)倒罐對煤氣流影響適時調(diào)整南北罐裝焦批數(shù)，減弱倒罐對爐內(nèi)壓量關系影響，盡可能地穩(wěn)定高爐工作狀態(tài)。

3 合理操作爐型的積極效果

嚴格抓好原燃料的質(zhì)量，積極應對原燃料劣化帶來的不利影響，對裝料制度不斷的優(yōu)化，保證好“中心開、邊緣穩(wěn)”的煤氣流效果。對于爐渣成分波動引起的爐渣熔化性溫度及流動性的變化，積極采取提高爐溫及物理熱等辦法去應對，保證好爐況的順行［6］。在原燃料質(zhì)量劣化的不利狀況下1號高爐取得了較好的經(jīng)濟技術(shù)指標，如表2所示，高爐利用系數(shù)不斷提高，第一季度入爐焦比控制在350 kg/t以下。在之后燒結(jié)礦及焦炭質(zhì)量劣化較明顯的狀況下，4月份利用系數(shù)2.562 t/m3·d，燃料比控制在495 kg/t以下。前4個月整體指標達到近期來最好水平，控制合理的操作爐型實現(xiàn)了1號高爐優(yōu)化指標、降本增效的目標。

表2 2020年1號高爐技術(shù)經(jīng)濟指標Table 2 Technical and economic index of No.1 blast furnacein 2020

4 結(jié)語

(1)對于1號高爐而言，合理的操作爐型是上部布料調(diào)劑、熱負荷控制、穩(wěn)定渣鐵組分及下部送風控制等相互作用的有機整體，保證各項操作制度與高爐強化相匹配是重點。

(2)1號高爐克服原燃料質(zhì)量劣化的不利影響，調(diào)整上部布料制度，保證中心氣流，疏導邊緣氣流，穩(wěn)定爐身熱負荷。根據(jù)1號高爐實際爐況調(diào)整，將鼓風動能控制在10 000～11 000 kg·m/s，爐腹煤氣量指數(shù)控制在57～59.5 m/s之間，高爐保持了較好的穩(wěn)定性。

(3)針對渣中鎂鋁比波動影響爐渣的性能，通過提高爐溫水平至0.45%左右，調(diào)整燒結(jié)礦中Mg O含量等手段來改善。在爐渣堿度控制合理范圍內(nèi)，1號高爐渣中Mg O含量控制在6%～7.5%的范圍之間，Al2O3含量在14%以下，爐渣性能能滿足生產(chǎn)的要求。經(jīng)過對1號高爐操作爐型的維護，逐步適應了澆注爐型變化和原燃料質(zhì)量劣化的狀況，取得了較好的經(jīng)濟技術(shù)指標。