昆玉鋼鐵450m3高爐經(jīng)濟(jì)冶煉生產(chǎn)模式實(shí)踐

王慶鯤，陳玉成，王廣林，趙金巍，田德亮，江棟棟

(新疆昆玉鋼鐵有限公司)

新疆昆玉鋼鐵設(shè)計(jì)規(guī)劃建設(shè)三座450m3高爐，2013年6月建成后投產(chǎn)了2#高爐和3#高爐，受疆內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能過剩影響，1#高爐未投產(chǎn)。自2014年高爐每年冬季停爐，高爐生產(chǎn)周期短。在冬季昆玉高爐停爐成為常態(tài)下，生產(chǎn)期間昆玉鋼鐵通過優(yōu)化燒結(jié)生產(chǎn)模式減少低品質(zhì)礦消耗比例，提高生產(chǎn)周期內(nèi)高爐生產(chǎn)管理技術(shù)，基本達(dá)到了年度生產(chǎn)周期內(nèi)鐵水產(chǎn)量提高，指標(biāo)提升的目標(biāo)。逐步探索出了一套適應(yīng)于昆玉煉鐵生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)冶煉模式。

1 昆玉高爐主要生產(chǎn)指標(biāo)

近幾年，新疆昆玉鋼鐵450m3高爐經(jīng)濟(jì)冶煉模式下主要生產(chǎn)指標(biāo)見表1。

表1 昆玉450m3高爐部分生產(chǎn)指標(biāo)

2 燒結(jié)生產(chǎn)模式優(yōu)化

昆玉鋼鐵鐵前系統(tǒng)配套1臺210m2帶式燒結(jié)機(jī)，燒結(jié)機(jī)產(chǎn)能按三座高爐配套設(shè)計(jì)，兩座高爐生產(chǎn)時燒結(jié)產(chǎn)能過剩，不可避免產(chǎn)生部分低品質(zhì)落地?zé)烷_機(jī)燒。通過不斷摸索，優(yōu)化燒結(jié)生產(chǎn)模式，在2018年基本形成了燒結(jié)限產(chǎn)提質(zhì)，落地?zé)Y(jié)礦自然堆放，實(shí)現(xiàn)月度燒結(jié)機(jī)停開機(jī)一次的高效經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式，即采取“26+4”的模式組織生產(chǎn)。此生產(chǎn)模式下，燒結(jié)礦噸礦成本還有所降低，年度創(chuàng)效在400萬元以上。同時，高爐燒結(jié)礦返粉率較之前平均降低1.51%，噸鐵返粉降低22.30kg/t，大幅度改善了高爐料柱塊狀帶透氣性，為高爐爐況穩(wěn)定提供了基礎(chǔ)條件。

3 高爐生產(chǎn)模式優(yōu)化及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

3.1 蘭炭粉+高揮發(fā)分原煤經(jīng)濟(jì)噴吹技術(shù)應(yīng)用

昆玉高爐噴煤系統(tǒng)于2013年7月16日建成，進(jìn)行聯(lián)動試車及設(shè)備消缺后,7月21日投入生產(chǎn)制粉，7月22日噴吹入爐。受疆內(nèi)煤種資源限制，噴煤由低揮發(fā)分煙煤制粉噴吹逐步過渡至蘭炭粉+高揮發(fā)分原煤的經(jīng)濟(jì)噴吹模式。2013年7月-2015年5月全低揮發(fā)分煙煤噴吹(Vdaf16%)；2015年6月9日初次試用疆內(nèi)高揮發(fā)分原煤(Vdaf35%)，噴吹煤種為低揮發(fā)分煙煤+高揮發(fā)分原煤；2016年4月17日試用原煤(Vdaf20%)，噴吹煤種為低揮發(fā)分煙煤+高揮發(fā)分原煤+原煤；2016年8月15日停用低揮發(fā)分煙煤，噴吹煤種調(diào)整為全原煤噴吹；2017年9月21日試用蘭炭粉(Vdaf11%)，于2017年9月27日停用原煤，實(shí)現(xiàn)蘭炭粉+高揮發(fā)分原煤噴吹模式，此后高爐延續(xù)此制粉噴吹模式。制粉比例為蘭炭粉∶高揮發(fā)分原煤=50%∶50%。

昆玉高爐采用蘭炭粉+高揮發(fā)分原煤噴煤技術(shù)，適應(yīng)了疆內(nèi)煤種資源條件，形成了具有特點(diǎn)的噴吹工藝，降低了高爐燃料成本，大幅度降低了鐵水生產(chǎn)成本。

3.2 熱風(fēng)爐涼爐-烘爐周期生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用

昆玉高爐熱風(fēng)爐是由硅磚、高鋁磚和粘土磚砌筑，硅磚以其重量輕、荷重軟化溫度高、高溫?zé)岱€(wěn)定性能和傳熱性能好等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐的高溫區(qū)。但硅磚低溫體積穩(wěn)定性差，為此2014年首次停爐后曾對兩座高爐熱風(fēng)爐進(jìn)行了165天長周期保溫，消耗天然氣167.5萬m3，造成資源浪費(fèi)。

2015年預(yù)判今后每年度均要停爐的客觀實(shí)際，在查閱分析大量熱風(fēng)爐涼爐及烘爐相關(guān)文獻(xiàn)，并與硅磚生產(chǎn)廠家技術(shù)交流，結(jié)合昆玉實(shí)際情況，設(shè)計(jì)制定了熱風(fēng)爐涼爐-烘爐曲線，自2015年開始實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐涼爐-烘爐周期性生產(chǎn)。通過2017年、2019年打開人孔進(jìn)行熱風(fēng)爐內(nèi)檢查，耐材表面無較大裂紋，熱風(fēng)出口組合磚裂紋較輕，6座熱風(fēng)爐涼爐安全、順利，且生產(chǎn)期間熱風(fēng)爐提供的熱風(fēng)溫度滿足高爐生產(chǎn)需要。熱風(fēng)爐涼爐-烘爐曲線見表2、表3。

表2 昆玉高爐熱風(fēng)爐涼爐曲線

表3 昆玉高爐熱風(fēng)爐烘爐曲線

3.3 主溝通鐵量突破20萬t

對主溝澆注模具改進(jìn)優(yōu)化，增加主溝前段兩側(cè)、溝底的厚度，做好主溝耐材澆注與烘烤質(zhì)量管理，生產(chǎn)期間對主溝溝頭打風(fēng)降溫等措施。自2018年開始，兩座高爐主溝一次通鐵量突破20萬t，在鐵水產(chǎn)量增加的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)年度主溝檢修一次的目標(biāo)，減少生產(chǎn)期間高爐休風(fēng)時間，適應(yīng)了昆玉高爐年度生產(chǎn)模式。主溝一次通鐵量統(tǒng)計(jì)見表4。

表4 主溝一次通鐵量

3.4 關(guān)于復(fù)產(chǎn)爐型管理

3.4.1 高爐噴涂技術(shù)應(yīng)用

昆玉高爐5～10段冷卻壁設(shè)計(jì)耐材厚度380mm，其中燒成微孔鋁炭磚及粘土鑲磚厚150mm，鑲磚外側(cè)砌筑一層厚230mm粘土保護(hù)磚。2014年停爐降料面時冷卻壁熱面耐材基本完全脫落，考慮爐型對高爐生產(chǎn)影響大，于2015年復(fù)產(chǎn)開爐前進(jìn)行了首次高爐人工濕法噴涂工藝，噴涂厚度平均230mm，兩座高爐使用噴涂料320t。2015年4月開爐后受鋼鐵市場行情影響較大，2#、3#高爐分別生產(chǎn)至當(dāng)年7月、8月停爐，降料面后爐內(nèi)殘留噴涂料較多，2016年噴涂前對殘留噴涂料做了保護(hù)性清理，復(fù)產(chǎn)后噴涂料發(fā)生局部脫落現(xiàn)象，對高爐生產(chǎn)影響較大，分析認(rèn)為主要是殘留噴涂料影響的。

結(jié)合上述情況，考慮每年均會降料面停爐，為使降料面后冷卻壁熱面基本潔凈，減少冷卻壁表面殘留噴涂料，自2017開爐前優(yōu)化了高爐噴涂厚度，做了噴涂層減薄處理，平均厚度控制200mm，9～10段逐步加厚平滑過渡，加大平滑過渡的高度，且保證10段與11段無錯臺。此后，一直沿用此法進(jìn)行爐內(nèi)噴涂，平均每年兩座高爐消耗噴涂料280t，爐型恢復(fù)合理，再未發(fā)生噴涂料脫落，對生產(chǎn)周期內(nèi)高爐爐況穩(wěn)定順行提供了基礎(chǔ)條件。

3.4.2 風(fēng)口區(qū)域澆注技術(shù)應(yīng)用

2018年停爐后進(jìn)入爐內(nèi)檢查爐內(nèi)耐材狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)口區(qū)域的風(fēng)口組合磚發(fā)生嚴(yán)重侵蝕，包裹風(fēng)口中套部位的耐材基本完全侵蝕，侵蝕嚴(yán)重處深度約350mm，導(dǎo)致風(fēng)口區(qū)域爐型不規(guī)則，破壞爐內(nèi)初始煤氣流分布，惡化高爐操作條件。因此，于2019年開始對爐缸風(fēng)口區(qū)域使用硅凝膠-碳化硅自流澆注料的澆注工藝，恢復(fù)風(fēng)口區(qū)域爐型，保持此部位爐型合理，滿足高爐生產(chǎn)需要，高爐操作基礎(chǔ)條件改善。

3.5 經(jīng)濟(jì)開爐技術(shù)應(yīng)用

3.5.1 鐵口預(yù)埋風(fēng)槍技術(shù)應(yīng)用

2013—2018年高爐開爐均采用傳統(tǒng)的鐵口安裝煤氣導(dǎo)出管，通過鐵口排出高溫煤氣來預(yù)熱爐缸以及見渣后不間斷高強(qiáng)度連續(xù)燒氧的開爐工藝，以此來保證順利排放首次鐵。此開爐工藝下首次出鐵情況不理想，冷渣鐵難以從鐵口排出，且首次鐵極易發(fā)生跑大流，不能達(dá)到預(yù)期效果，安全性也較差。特別是2016年、2018年高爐開爐初期首次鐵排放困難，風(fēng)口發(fā)生了涌渣的現(xiàn)象，延誤開爐進(jìn)程，大幅增加了爐前工作強(qiáng)度。

2018年作者提出鐵口預(yù)埋風(fēng)槍的開爐工藝，于2019年開爐時首次使用。此工藝實(shí)施后，開爐初期首次鐵排放順利，高爐鐵口預(yù)埋風(fēng)槍操作打開鐵口用時較2018年使用煤氣導(dǎo)出管節(jié)約3.93小時，吹氧管用量節(jié)約220根，高爐點(diǎn)火后加全風(fēng)時間縮短3.57小時，基本杜絕了爐前開爐初期大幅度燒氧工作以及開爐首次鐵跑大流的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了首次鐵安全順利排放，為開爐期間爐況恢復(fù)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.5.2 開爐參數(shù)優(yōu)化及開爐進(jìn)程的控制技術(shù)應(yīng)用

(1)通過開爐操作經(jīng)驗(yàn)的積累，自2017年開始主要控制的開爐參數(shù)穩(wěn)定，全爐焦比3.5t/t，正常料焦比0.85kg/t，礦批7t，凈焦加至爐腰處，堵50%風(fēng)口開爐。開爐初期，鐵水物理熱、爐內(nèi)料柱透氣性、風(fēng)量的恢復(fù)等得到了改善，高爐爐況快速恢復(fù)。

(2)結(jié)合高爐開爐進(jìn)程推進(jìn)快，不能有效處理開爐期間提高冶強(qiáng)與爐缸活躍性及爐墻潔凈度等經(jīng)驗(yàn)，自2019年開始，明確提出了通過控制鐵水硅、錳以及鐵水物理來控制開爐進(jìn)程，確定開爐初期是以鐵水物理熱≥1430℃為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)開風(fēng)口加風(fēng)進(jìn)度。開爐進(jìn)程控制見表4。

表4 開爐進(jìn)程控制表

3.6 大α角、大礦批布料技術(shù)應(yīng)用

昆玉鋼鐵2#、3#高爐投產(chǎn)后對礦焦布料角度、礦批以及礦焦環(huán)位角差等操作參數(shù)未有較大突破。長期保持礦外環(huán)最大角度22.5°～23.5°，焦最大角度24～24.5°，礦批15.6～16.2t，礦焦外環(huán)價(jià)差1.5°～2°。布料角度α角、礦批等相對較小，生產(chǎn)周期內(nèi)邊緣氣流盛，且爐喉料面圓周方向不均，中心氣流不穩(wěn)，每年度的生產(chǎn)后期邊緣爐墻變得不規(guī)則，合理的操作爐型難以長期保持，爐溫控制困難，經(jīng)常性隨氣流變化爐溫隨之波動，影響高爐爐況整體穩(wěn)定性一般。

2021年開爐前對2#、3#高爐不同角度下的碰撞點(diǎn)進(jìn)行仔細(xì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y量，準(zhǔn)確測定出了兩座高爐碰撞點(diǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在優(yōu)化下部送風(fēng)制度、活躍爐缸、強(qiáng)化槽下篩分等措施配合實(shí)施的條件下，逐步推出角度、擴(kuò)大礦批。目前2#高爐礦批16.5t，布料制度為α礦25.5/3 23.1/3 20.8/3，α焦26/3 24/2 22/2 20/2；3#高爐礦批17.0t，布料制度為α礦26/3 23.3/3 20.5/3，α焦27/3 24.9/2 22.3/2 19.5/2。從爐內(nèi)氣流分布及煤氣利用率來看，較以前有所改善，邊緣氣流的穩(wěn)定性也得到了加強(qiáng)，基本達(dá)到了大α角、大礦批穩(wěn)定爐況，改善煤氣流分布的目的。

4 結(jié)束語

昆玉高爐通過不斷探索與實(shí)踐，在冬季停爐常態(tài)下，面對年度高爐生產(chǎn)周期短的不利條件，通過優(yōu)化燒結(jié)、高爐生產(chǎn)模式，采取應(yīng)用與之適應(yīng)的生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)期間高爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到了穩(wěn)步提升，實(shí)現(xiàn)了高爐經(jīng)濟(jì)冶煉，鐵水成本降低的目的。