歐冶爐穩(wěn)定經(jīng)濟運行生產實踐

季書民

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

歐冶爐自2015年6月開爐以來，始終圍繞著穩(wěn)定運行進行了一系列技術升級，隨著對歐冶爐的認識及操作控制水平的提高，積累了豐富的生產實踐經(jīng)驗。通過技術的升級，確保了歐冶爐穩(wěn)定順行，各項經(jīng)濟技術指標不斷進步。尤其進入2020年通過優(yōu)化配礦結構及穩(wěn)定原燃料質量，穩(wěn)定燃料粒級，優(yōu)化歐冶爐操作制度，穩(wěn)定操作指標，提高了作業(yè)率，保證了歐冶爐穩(wěn)定運行。文章以歐冶爐2020年5月穩(wěn)定順行的技術經(jīng)濟指標為實例，探討歐冶爐經(jīng)濟運行的實踐。

1 降低原燃料成本

在歐冶爐的生產過程中原燃料的成本約占總成本的88.7%。歐冶爐爐況順行是在兼顧經(jīng)濟性的同時維持爐況順行，尤其是豎爐爐況順行尤為重要。根據(jù)八鋼現(xiàn)有的配礦資源條件，使用酸性球團礦搭配高堿度燒結礦，根據(jù)礦石的性價比及經(jīng)濟性，得出適合歐冶爐還原爐爐料結構的最佳配礦結構為燒結礦:球團礦:生礦=40%:57%:3%，熟料率為97%。

1.1 不斷優(yōu)化配礦結構

爐料結構為燒結礦、球團礦、塊礦等按一定比例進行的合理搭配，合理的爐料結構不僅是精料技術的重要內容，同時也是降本增效的重要內容。

（1）提高球團礦抗壓強度，努力改善球團礦冶金性能，降低還原膨脹性，使抗壓強度大于2200N。歐冶爐球團礦的具體成分見表1。

表1 歐冶球團礦指標

(2)優(yōu)化燒結礦質量，燒結礦的還原性能包括還原性和低溫還原粉化。歐冶爐根據(jù)豎爐壓差及圍管壓差對燒結礦成分有一定的要求，其中燒結礦的低溫還原粉化率（RDI）是歐冶爐使用燒結礦重要的冶金性能指標之一，該指標主要影響豎爐的透氣性和煤氣流分布，從而影響豎爐順行和金屬化率。因此還原豎爐穩(wěn)定順行的關鍵是穩(wěn)定燒結礦成分，降低低溫還原粉化，燒結礦堿度穩(wěn)定在R=2.4、MgO為2.4%、轉鼓＞80%。具體指標見表2。

表2 歐冶爐用燒結礦指標

1.2 低焦比運行結構及加強燃料粒級管理

歐冶爐燃料主要使用焦炭+沫煤(焦沫)+噴吹煙煤，為了提高煤氣發(fā)生量，同時為了降低成本，使用了部分低品質的焦炭后，在保證煤氣發(fā)生量和與焦炭置換比的條件下，要確保使用足夠的沫煤和蘭炭。

歐冶爐的燃料結構需解決的問題：（1）還原爐使用焦炭，造成還原爐圍管壓差和歐冶爐還原爐全爐壓差偏低，料柱空隙度明顯偏大，使還原爐內的實際還原煤氣流速高于合理的還原煤氣流速，降低了還原歐冶爐還原爐煤氣的還原勢，不利于滿足含鐵爐料還原的熱力學和動力學條件。礦石的還原不僅與煤氣的還原勢相關，而且與礦石在爐內接觸還原煤氣的有效時間有關，還原煤氣流速高于合理的還原煤氣流速后，還原煤氣與礦石的有效接觸時間縮短降低了礦石的間接還原度。（2）氣化爐拱頂?shù)哪簭臍饣癄t拱頂加入后熱爆裂產生粉，大顆粒落下形成半焦床。粒度小到終端速度小于煤氣流速的會隨煤氣排除爐外，成為粉塵，進入熱旋風，通過煤氣除塵排出煤氣系統(tǒng)，小顆粒沫煤是造成燃料比升高的主要因素。

從歐冶爐的燃料消耗以及實踐運行表明：歐冶爐從燃料結構、粒度組成、焦炭質量上還有很大的優(yōu)化提升空間，另外，與相同規(guī)模的高爐煉鐵工藝相比，歐冶爐的生產成本還有下降的空間。2020年1～5月歐冶爐大焦比指標見圖1。

圖1 2020年1-5月歐冶爐大焦比

2020年5月由于歐冶爐穩(wěn)定運行，通過提高沫煤和焦沫的粒級，大焦比降至本年度最低水平。通過生產實踐，歐冶爐還原爐使用5-25mm的部分小焦，通過還原爐頂部的礦布料器與歐冶爐還原爐燒結礦和球團礦混合配入。

還原爐加入粒度合適的不同質量不同粒度的小焦進行混合配比，增加還原歐冶爐還原爐內煤氣與礦石的有效接觸面積，利于進入還原歐冶爐還原爐燒結礦和球團礦的還原，進而增加還原歐冶爐還原爐礦石的還原金屬化率，減少氣化爐的焦炭使用量。提高沫煤和焦沫的粒級，小于5mm的小焦不大于25%，配加入氣化爐。使高揮發(fā)分沫煤產生還原煤氣，粉料中粒度達到臨界流化速度高于煤氣流速的會沉降下來，成為固定床的組成部分，較大的顆粒則很快通過流化床，沉積下來形成半焦床，替代焦炭完成鐵的還原、滲碳、熔化，碳素的燃燒等物理化學反應。因此氣化爐配加大于5mm的沫煤和焦沫，替代了部分焦炭使用量，達到降低大焦比的目的。歐冶爐進一步優(yōu)化燃料結構，降低冶金焦比，發(fā)揮焦炭在氣化爐內的骨架的作用，通過經(jīng)濟性核算使用M40＞86.0%的焦炭，大焦比可維持在147kg/tHM。

2 優(yōu)化生產工藝操作

2.1 豎爐工況穩(wěn)定順行

豎爐壓差及圍管壓差穩(wěn)定控制，控制參數(shù)豎爐壓差低于55 kPa,圍管壓差低于35kPa。豎爐壓差反應豎爐接受煤氣量的能力，爐料與煤氣在相向運動過程中的匹配關系，較高的煤氣量與適宜的壓差最直觀反饋豎爐的穩(wěn)定性，豎爐工況穩(wěn)定順行最直接的參數(shù)由豎爐的壓差及圍管壓差反饋，通過操控均處于標準之內，反映出豎爐順行狀態(tài)良好，2020年5月歐冶爐豎爐壓差與圍管壓差波動平穩(wěn)，上限控制在標準之內，見圖2。

圖2 2020年5月歐冶爐圍管壓差與豎爐壓差

2.2 豎爐布料模式

歐冶爐國產布料器，堅持“平臺-漏斗”的布料模式，通過布料制度調整平臺的寬窄、位置和漏斗的深淺來平衡邊緣和中心氣流的分配。合理的布料平臺寬度控制在約1.5m，中心漏斗深度應控制在1.0～1.5m。布料矩陣各檔位之間的角差分布應當注意連續(xù)穩(wěn)定，不要差異過大，兩個檔位之間的角差最大不超過2°，調整煤氣流的分布，合理的煤氣流分布將有助于獲得低的豎爐料柱壓差、高的煤氣單耗和高的煤氣利用率。因而可以獲得高的金屬化率。礦布料檔位調整的總體趨勢是壓邊、開放中心，從而抑制氣流發(fā)展邊緣，適當加強中心氣流，具體布料控制見表3。

表3 歐冶爐礦布料器的布料檔位控制

2.3 豎爐頂煤氣單耗與金屬化率關系

預還原礦金屬化率確定后，還原豎爐的噸鐵還原氣量基本穩(wěn)定，DRI金屬化率的高低反映了豎爐內煤氣還原鐵礦石的利用效率，是歐冶爐豎爐的重要指標之。一般而言，金屬化率越高，燃料消耗就越低，同樣也會帶來氣化爐操作更加穩(wěn)定，鐵水硅素越穩(wěn)定。圖3為歐冶爐2020年1～5月金屬化率的推移圖。

圖3 金屬化率與頂煤氣單耗的關系

在歐冶爐預還原豎爐內，含鐵爐料與煤氣作相向逆流運動而發(fā)生還原反應，生成較高金屬化率的海綿鐵。煤氣的還原勢是影響含鐵爐料還原的主要因素，其主要包括煤氣成分、含量、溫度、流量等。豎爐還原煤氣的主要成分是CO和H2，共占煤氣組成的90%以上，豎爐還原煤氣具有很強的還原勢，即豎爐內具有更有利含鐵爐料還原的熱力學和動力學條件。另外，含鐵爐料的還原不僅與煤氣的還原勢相關，而且與含鐵爐料在爐內接觸還原煤氣的有效時間有關。歐冶爐豎爐的裝料容積約為1056m3，但是在還原煤氣圍管以下的爐料處于還原呆滯區(qū)，而圍管以上的有效還原區(qū)容積約為714m3。含鐵爐料在豎爐內的有效還原時間大約為4.5 h，通過控制和穩(wěn)定合適的頂煤氣單耗，可使含鐵爐料在豎爐內塊狀帶間接還原區(qū)域內能夠得到更高的還原度。

由圖3可知，DRI金屬化率在2020年一月最低，主要原因是豎爐煤氣流分布不均勻，邊緣氣流逐漸朝爐墻邊緣發(fā)展，只有少量的煤氣到達豎爐的中心，煤氣利用變差。通過改善原燃料的質量和優(yōu)化豎爐布料模式，煤氣利用率得到提高和穩(wěn)定。同時若取得高的金屬化率，需要豎爐爐料提高間接還原時間，消耗合適的頂煤氣單耗。生產實踐經(jīng)驗表明，在保證豎爐合適的壓差及透氣性，890m3/tHM的頂煤氣單耗所對應了57.8%的金屬化率。

2.4 控制合適的熱制度和造渣制度

風口鼓入純氧，風口理論燃燒溫度達到約3800℃，鐵水硅含量偏高，鐵水硅含量平均2.66%,歐冶爐風口成功配加頂煤氣后，降低了理論燃燒溫度，抑制[Si]的還原。

頂煤氣噴入后，成分中的CO2在高溫區(qū)不能穩(wěn)定存在，與C發(fā)生反應：CO2+C=2CO-165686kJ

反應為高溫區(qū)的吸熱反應，使風口前理論燃燒溫度降低，在氣化爐風口高溫區(qū)存在此反應；

SiO2+2C+Fe=FeSi+2CO-547647kJ

硅化物FeSi在高溫區(qū)能穩(wěn)定存在而溶解在鐵水中，因此降低了還原時的熱消耗和還原溫度，由于頂煤氣回配后降低了風口燃燒溫度，且反應為吸熱反應，故抑制了該反應的正向進行，所以在頂煤氣回配后，[Si]可快速降低到＜1%。

圖4 2020年1～5月歐冶爐生鐵含硅控制、生鐵硅含量

使用國產布料器實行平臺加漏斗的布料模式，煤氣流分布較均勻，邊緣中心兩道氣流合適，煤氣利用率較高，金屬化率對爐溫的影響非常大，較高的金屬化率可使較低的[Si]也能保證生產所需足夠的熱量。受歐冶爐消耗固廢（脫硫劑）硫負荷升高影響，歐冶爐提高爐渣堿度，控制標準由1.05～1.15提高1.13～1.20。這段時間的生產證明，在較高堿度1.13～1.20范圍內，控制物理熱大于1480℃，[Si]＜1%，爐渣流動性不受影響，熱制度與造渣制度是保證良好的渣鐵流動性前提條件。

參照圖4可知，通過CPK（指工序在一定時間里，處于控制狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))下的實際加工能力）可顯著反應歐冶爐氣化爐降低生鐵含硅，穩(wěn)定生鐵含硅的能力。5月Cpk=1.69，當Cpk大于1.33時，該流程生產的產品的理論合格率=99.993%，反映氣化爐穩(wěn)定順行,氣化爐熱制度可控。

2.5 煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行

煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行是歐冶爐穩(wěn)定運行的核心，包括干法除塵穩(wěn)定運行、粉塵線穩(wěn)定運行、加壓機穩(wěn)定運行、煤氣工藝洗滌水穩(wěn)定運行。

正常狀態(tài)下，煤氣溫度應控制在80～250℃.煤氣溫度過高、過低都會影響系統(tǒng)的正常運行。通過均勻調整豎爐煤氣流，減少爐頂布料影響，減少低料線，以達到控制頂煤氣溫度。

粉塵線暢通，不堵塞，保證熱旋風底料位，提高熱旋風的除塵效率，達到除塵煤粉在氣化爐拱頂燃燒，充分循環(huán)利用，減輕下游布袋除塵器及冷填洗滌器的除塵負荷，同時提高豎爐的煤氣含塵，強化豎爐的透氣性。

減少加壓機的跳機次數(shù)，可有效減少豎爐減頂煤氣的次數(shù)，防止豎爐爐況波動對順行造成影響，同時防止了豎爐爐料粘接。

提高板框壓濾機的作業(yè)率，提高板框壓濾機的高壓泵壓力，穩(wěn)定在12MPa，穩(wěn)定提高低流泵的流量，保證輔流沉淀池的懸浮物小于70mg/m3。

2.6 優(yōu)化中心煤氣導入裝置的功能

豎爐中心煤氣導入裝置（CDG）可起到調節(jié)中心氣流的作用，同時（CDG）的煤氣導出口位于螺旋上部，可起到抑制8個DRI螺旋煤氣反竄的作用。

2.7 強化出鐵管理

歐冶爐設置2個矩形出鐵場，2個鐵口，要求穩(wěn)定打泥量，控制鐵口深度在3.4～3.6m，出鐵時間100～120min，間隔90min。

為了及時排凈渣鐵，減少出鐵對爐況的影響，歐冶爐進行改進：

（1）堵口后退泥炮時間不超過20分鐘，防止炮泥高溫烘烤燒結泥膛；

（2）爐底鐵路待罐情況下，執(zhí)行鐵口預開口操作，進行鐵口孔道烘烤，預防噴濺；

（3）開鐵口鉆頭使用55mm口徑，需要小孔徑鉆頭，執(zhí)行工藝評審制度；

（4）加強對爐前崗位工的培訓，優(yōu)化生產組織，統(tǒng)一四班操作；

（5）針對開口困難，在每個開口機上增加霧化裝置，并且改進鉆頭質量；

（6）安裝打泥壓力表和打泥流量表，量化打泥指標。

通過一系列措施，爐前正常生產秩序得以延續(xù)，為歐冶爐長期穩(wěn)定順行創(chuàng)造了條件。

3 保證關鍵設備的穩(wěn)定運行

歐冶爐設備的穩(wěn)定運行，杜絕頻繁休風，是提高作業(yè)率的基礎，穩(wěn)定設備運行，提高設備作業(yè)率采取了以下措施：

（1）粉塵線輸粉管長壽技術優(yōu)化。粉塵線水平段粉塵流速高，是磨損最嚴重的部位。開發(fā)TP室設備進廠制造精度檢測裝置和在線調整TP室精度。根據(jù)易磨段的特性溫度越低材料強度越高，耐磨性越好，在易磨損段增加了水冷套管，提高了耐磨性能。使粉塵線輸粉管使用由15天增加到150天。

（2）減少礦煤垂直皮帶重大塌陷事故。

（3）氣化爐圓周均勻開風口，確保爐缸工作均勻，減少風口破損后對爐缸熱制度的影響。

（4）輔流沉淀池工藝操作情況：池水清澈懸浮物小于70mg/m3，刮泥機扭矩合適，板框壓濾機高壓泵壓力達到作業(yè)值12MPa，每班壓泥10板，輔流沉淀池工藝設備參數(shù)控制在合適范圍內。

（5）加壓機跳機次數(shù)由每月10次降低到1次。

2020年1～5月歐冶爐設備作業(yè)率見圖5。通過不斷優(yōu)化設備管理，5月作業(yè)率達到98.1%的高水平。

圖6 2020年1-5月歐冶爐設備作業(yè)率

4 結語

（1）歐冶爐長期穩(wěn)定經(jīng)濟運行必須從精料做起，在原料條件發(fā)生變化時要轉變操作理念，優(yōu)化調整豎爐及氣化爐的裝料制度及熱制度，要具備主動適應原燃料變化的能力。

（2）建立健全的數(shù)據(jù)化管理和制定合理的操作制度，建立日常爐況評價指數(shù)，以爐況長期穩(wěn)定順行為中心，在操作過程中逐步量化歐冶爐綜合指標，建立爐況評價指數(shù)及爐缸活躍指數(shù)體系。通過歐冶爐的運行參數(shù)趨勢化、數(shù)據(jù)化管理，及時調整運行參數(shù)，穩(wěn)定歐冶爐爐況順行。

（3）加強原燃料管理，降低入爐礦石粉率，降低塊煤的水分，提高塊煤的粒度，為歐冶爐降低燃料消耗創(chuàng)造條件。

（4）優(yōu)化爐料結構，改善豎爐壓差，為豎爐接受更多的煤氣創(chuàng)造條件;關注焦炭的質量，改善氣化爐的爐缸活躍性，有效地降低歐冶爐燃料消耗。

（5）根據(jù)不同的原料條件及冶煉參數(shù)，摸索合適的布料模式，提高豎爐的煤氣利用率，保持高金屬化率，探索氣化爐的布料形式，改善氣化爐的熱交換程度，降低歐冶爐燃料消耗。

（6）預還原礦金屬化率確定后，還原豎爐的噸鐵還原氣量基本穩(wěn)定。因此，噸鐵燃料消耗決定發(fā)生煤氣量及過剩煤氣量。

（7）歐冶爐生產組織要執(zhí)行安全、順行、穩(wěn)定、均衡的八字方針。尤其是要貫徹“均衡”的理念，穩(wěn)定產量和指標，平衡外圍生產條件，提高作業(yè)率，才能最終保證歐冶爐的穩(wěn)定順行。