鞍鋼朝陽鋼鐵2600 m3高爐強化冶煉生產(chǎn)實踐

胡德順，趙正洪，李澤安，呂寶棟，劉金存，金瑤

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽122000）

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司（簡稱朝陽鋼鐵）2600 m3高爐自2012年11月投產(chǎn)以來，基于朝陽鋼鐵單高爐生產(chǎn)的特點，為了應對外界原燃料質(zhì)量變化，增強高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性，采取了一系列措施以保持高爐長周期穩(wěn)定順行，高爐的技經(jīng)指標始終維持在中等水平。自2019年7月開始，為了擴大公司的經(jīng)營效益，高爐進入持續(xù)強化階段，但在強化過程中出現(xiàn)了原有的焦炭質(zhì)量無法適應高爐強化需要的問題，隨著煤比增加，入爐焦比降低，焦炭骨架作用更加突出，高爐順行空間變窄，同時隨著產(chǎn)能提高，高爐長壽問題日益突出。為解決以上問題，朝陽鋼鐵從穩(wěn)定高爐煤氣流分布入手，優(yōu)化裝料制度，有效穩(wěn)定了爐況；同時優(yōu)化出鐵制度及護爐措施，實現(xiàn)了高爐的提產(chǎn)降耗。

1 高爐強化冶煉的基礎

1.1 保證合理的爐料結構

高爐入爐焦比降低、煤比升高會對高爐產(chǎn)生兩方面影響：一是由于未燃煤粉增加，高爐邊緣阻力增加[1]，影響高爐下部氣流分布，促使風口氣流向中心區(qū)域穿透，整座高爐的透氣性變差。二是由于入爐焦比降低，焦炭的骨架作用突出，料柱透氣性變差。所以需要通過改善爐料結構，提高燒結礦強度來保證大噴煤時高爐的透氣性[2]。朝陽鋼鐵通過加強燒結礦質(zhì)量管理，優(yōu)化燒結配礦結構，將精礦比例由30%提高至60%，確保入爐燒結礦轉鼓強度達到80%以上，F(xiàn)eO穩(wěn)定在8%～10%。高爐爐料結構為72%燒結礦+28%球團礦，保證了高爐料柱透氣性。

1.2 強化日常管理

朝陽鋼鐵鐵前主要通過優(yōu)化配煤、配礦實現(xiàn)低成本戰(zhàn)略。優(yōu)化配煤會造成焦炭質(zhì)量波動，其主要體現(xiàn)在焦炭粒級方面，中塊焦40～60 mm比例逐步減少，焦炭平均粒徑波動較大。焦炭粒級變化趨勢見圖1。2019年7月高爐提高冶煉強度后，高爐煤氣流穩(wěn)定性變差，高爐順行空間變窄。針對此情況，朝陽鋼鐵制定了高爐精細化管理細則及有關高爐爐溫、堿度、熱壓、料批、風溫及出鐵量的操作規(guī)范，實施精細化管理，確保高爐操作思路統(tǒng)一，保證爐況穩(wěn)定。

圖1 焦炭粒級變化趨勢Fig.1 Variation Tendency for Particle Sizes of Coke

1.3 保證爐缸安全狀態(tài)受控

爐缸安全始終是影響高爐強化的關鍵因素。2018年4月，高爐鐵口中心線位置側壁溫度最高達到了630℃。為了保證爐缸安全狀態(tài)受控，避免爐缸受到非正常侵蝕，采取了三方面措施：

（1）保證爐缸工作狀態(tài)。確定爐缸熱制度，鐵水物理熱下限不低于1 490℃，并在此基礎上形成合理的操作爐型，控制高爐水系統(tǒng)溫差在1.5～2.5℃。動態(tài)控制系統(tǒng)溫差，當溫差達到上限時，適當降低邊緣煤氣流比例；當溫差處于下限時，提高邊緣煤氣流比例，避免渣皮無序脫落，影響爐缸工作狀態(tài)。

（2）長期使用含鈦球團，確保鐵水含鈦≥0.15%。為了保證爐缸側壁長期形成穩(wěn)定的渣皮，當側壁溫度上升時，逐步提高含鈦球團比例；當側壁溫度下降時，逐步降低含鈦球團比例。

（3）高爐檢修時，采用爐缸壓漿技術，以封堵煤氣在爐缸氣隙中的串動。

2 強化冶煉措施

2.1 調(diào)整裝料制度

2.1.1 增大批重

批重增大則礦層和焦層厚度增大。高爐爐內(nèi)的礦層增厚，料柱阻力變大，不利于順行，但同時礦石和煤氣的接觸時間延長，有利于提高煤氣利用率，從而改善燃料比；焦層增厚，軟熔帶區(qū)域焦窗增大，改善軟熔帶的透氣性[3]，可以穩(wěn)定煤氣流分布，特別是在高爐提高冶煉強度時，不易出現(xiàn)管道。

為了得到既有利爐況順行又能提高煤氣利用的礦石批重，首先，根據(jù)高爐的設計能力確定了其批重范圍，朝陽鋼鐵批重設計參數(shù)見表1；其次，采用循序漸進的方法逐步增大批重，在增大的過程中保證煤氣流分布不受影響，2019年高爐礦批變化趨勢見圖2；再次，需進一步增加焦炭負荷時，不減焦炭而是適當增加礦石批重。通過以上方法，2019年朝陽鋼鐵高爐礦批由7月的60 t逐步增大至72 t。

2.1.2 提高高爐頂壓

在煤氣量不變的前提下，提高爐頂壓力可以提高煤氣利用率、降低燃料消耗。一方面，煤氣體積縮小，煤氣中的CO濃度顯著提高，提高了礦石還原效率[4]；另一方面，煤氣流速降低，增加了礦石與煤氣的接觸時間，使間接還原得到充分發(fā)展，有利于礦石的還原。因此，提高爐頂壓力不僅可以提高高爐生產(chǎn)效率，還能夠有效降低高爐能耗。2019年高爐爐頂壓力變化趨勢見圖3。在操作過程中適當提高爐頂壓力和熱風壓力促使煤氣流速降低、煤氣濃度不斷上升，加快還原過程，縮短了冶煉周期，促進了高爐強化。

表1 朝陽鋼鐵批重設計參數(shù)Table 1 Design Parameter of Batch Weight in Chaoyang Steel

圖2 2019年高爐礦批變化趨勢Fig.2 Variation Tendency for Batch Weight of Ores in BF in 2019

圖3 2019年高爐爐頂壓力變化趨勢Fig.3 Variation Tendency for Pressure on Top of BF in 2019

2.1.3 優(yōu)化布料矩陣

2.2 開展提煤降焦工作

由于朝陽鋼鐵單高爐生產(chǎn)的現(xiàn)狀在短期內(nèi)無法改變，近幾年生產(chǎn)過程中，高爐主要以穩(wěn)定順行為前提，兼顧高爐長壽，限制煤比進一步提高，避免噴煤量增大后，礦焦比提高、焦炭的骨架作用突出、風口理論燃燒溫度降低等一系列不利于強化冶煉的因素出現(xiàn)。為了進一步降低生鐵成本，提高市場競爭力，提出開展以煤替焦工作，在操作過程中輔以高風溫及提高富氧鼓風等手段，達到提煤降焦的效果。2019年高爐煤比變化趨勢見圖4。通過將高爐風溫控制在1 180℃以上，富氧由7 000 m3/h提高至9 000 m3/h，高爐煤比逐步提升，打通了過煤氣中心通路，改善了煤氣流分布狀態(tài)，從而強化了高爐操作。

表2 高爐布料角度調(diào)整過程Table 2 Adjustment Process for Angles on Burden Distribution in BF

圖4 2019年高爐煤比變化趨勢Fig.4 Variation Tendency for Coal Ratios of BF in 2019

2.3 制定合理的造渣制度

渣溫和渣的流動性均會影響高爐的穩(wěn)定順行，在較高的生產(chǎn)強度下，合理的造渣制度有利于改善鐵水質(zhì)量，促進高爐順行，對高爐的爐況順行起著至關重要的作用。朝陽鋼鐵高爐造渣制度：一是通過控制終渣堿度來控制渣溫，終渣堿度控制范圍為1.15～1.20；二是通過控制鎂鋁比來控制渣的流動性，鎂鋁比控制范圍為0.4～0.6。

2.4 強化爐前出鐵工作

朝陽鋼鐵高爐有3個鐵口，正常使用2個鐵口。在高強度冶煉條件下，高爐出凈渣鐵及出鐵速度是否大于冶煉速度尤為關鍵。鐵口若是先關后開，由于新打開的鐵口孔道較小，鐵水流速小，鐵水流速增長緩慢，爐缸累計的渣鐵會快速增多，易造成憋風。因此，將鐵口出鐵方式逐步優(yōu)化為零間隔出鐵或負間隔出鐵，保證出鐵速度大于渣鐵生成速度，為高爐強化創(chuàng)造條件。

3 取得的效果

朝陽鋼鐵自2019年7月實施高爐強化冶煉開始，在保證高爐長壽和穩(wěn)定順行的基礎上，取得了良好的高爐技術經(jīng)濟指標，具體見表3。由表3可以看出，由于高爐煤氣利用率提高，高爐燃料比呈大幅下降趨勢，煤比實現(xiàn)了突破性進展，高爐技經(jīng)指標得到了全面提升，高爐利用系數(shù)由2.25 t/（m3·d）提高至2.33 t/（m3·d），燃料比由545 kg/t降低至530 kg/t，煤比由129 kg/t提高至153 kg/t，實現(xiàn)了高爐的提產(chǎn)降耗。

表3 2013～2020年高爐技經(jīng)指標Table 3 Technical and Economical Indexes of BF from 2013 to 2020

4 結語

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司為了實施高爐強化冶煉，在保證合理的爐料結構、強化日常管理、保證爐缸安全狀態(tài)受控基礎上，提出了高爐強化冶煉措施，包括調(diào)整裝料制度、開展提煤降焦工作、制定合理的造渣制度和強化爐前出鐵工作。通過采取增大批重、提高高爐頂壓、優(yōu)化布料矩陣、大幅提高煤比、控制終渣堿度和鋁鎂比、零間隔或負間隔出鐵等措施，實現(xiàn)了高爐長周期穩(wěn)定順行，高爐利用系數(shù)由2.25 t/（m3·d）提高至2.33 t/（m3·d），燃 料 比由545 kg/t降低至530 kg/t，煤比由129 kg/t提高至153 kg/t，實現(xiàn)了高爐的提產(chǎn)降耗。