馬鋼3#高爐操作爐型維護實踐

高廣靜，胡 杰，陳 軍，尹祖德

(馬鋼股份公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

高爐操作爐型是高爐在長期的生產(chǎn)過程中經(jīng)過爐料和煤氣的沖刷侵蝕等作用下而形成的高爐內(nèi)型。合理的操作爐型是維持高爐生產(chǎn)高效、穩(wěn)定、低耗、長壽的基礎。

1 馬鋼3#高爐操作爐型控制的難點

馬鋼3高爐于2017年1月大修投產(chǎn)，高爐內(nèi)型做了優(yōu)化，從907 m擴容到1000 m。冷卻壁采用磚壁結合薄內(nèi)襯爐型，共有16層冷卻壁，均為鑄鐵材質(zhì)，冷卻形式為工業(yè)水循環(huán)冷卻。擴容后的爐型存在以下幾個特點，加上二類濕焦的使用給高爐操作爐型維護造成不利影響。

(1)風口數(shù)目少。馬鋼3高爐于設有18個，而國內(nèi)同級高爐風口數(shù)一般為20-22個，風口數(shù)偏少，對爐缸活躍性及爐內(nèi)一次氣流周向分布均勻性有一定影響。

(2)爐身及爐腹角偏大。馬鋼3高爐爐身角83.918°，相對同類型高爐偏大，不利于上部邊緣氣流的發(fā)展；同時爐腹角為81.067°，同樣偏大，有利于下部邊緣煤氣過分發(fā)展，不利于產(chǎn)生穩(wěn)定的渣皮保護爐襯。

(3)爐缸體積占比偏小。國內(nèi)1000 m高爐爐缸體積占比一般為16%以上，而馬鋼3高爐為15.84%，相對偏小。

(4)冶煉焦炭的選擇。馬鋼3高爐長期使用外購搗鼓二類濕焦，水分受運輸及天氣影響波動較大，對爐內(nèi)氣流的穩(wěn)定性不利。其次，搗固焦主焦煤與肥煤少，氣煤與貧瘦煤多，揮發(fā)分高，耐磨性指數(shù)差，熱態(tài)性能差。導致料柱透氣性差，對爐內(nèi)氣流調(diào)整不利。

2 3#高爐操作爐型惡化過程

一代爐役期間，3高爐由于設計、燃料、操作等諸多因素導致了幾次高爐失常事故，經(jīng)過不斷探索嘗試，最終采用了發(fā)展邊緣氣流保順行的操作思路。進入二代爐役，延續(xù)放邊的操作思路，2017年7月出現(xiàn)冷卻壁漏水現(xiàn)象，后通過調(diào)整冷卻制度，冷卻壁漏水得到了緩解。2018年爐況整體穩(wěn)定，利用系數(shù)能夠維持在3.0 t/m·d左右水平，燃料比高(530 kg/t左右)。2018年10月由100%二類濕焦轉換為干焦，爐況波動，爐型穩(wěn)定性差，2018年12月再次出現(xiàn)冷卻壁漏水。應對上主要方向是放邊，爐況逐步恢復正常。2019年3月由干焦逐步轉換為二類濕焦，再次出現(xiàn)爐況波動，隨后上、下部制度進入探索優(yōu)化期，氣流難穩(wěn)定，爐型穩(wěn)定性差，頻繁新增冷卻壁漏水通道，且主要集中在爐腹。直至2020年2月底爐況逐步恢復順行，爐內(nèi)氣流基本穩(wěn)定，爐型逐步穩(wěn)定正常。

3 3#高爐操作爐型穩(wěn)定優(yōu)化措施

為保證3高爐操作爐型穩(wěn)定，主要采取了以下措施：一是通過調(diào)整上下部制度，改變原來完全依靠邊緣的氣流模式，發(fā)展中心，適當控制邊緣氣流，減少墻體溫度波動；二是通過調(diào)整冷卻水量，穩(wěn)定進水溫度等措施，控制高爐冷卻制度，維持操作爐型基本穩(wěn)定；三是利用檢修機會對漏水冷卻壁進行拆分、穿管、加微冷以及壓漿等操作，減少漏水冷卻壁的影響；四是穩(wěn)定爐溫，降低硅偏差，減少爐溫波動對軟熔帶位置的影響，穩(wěn)定爐型。

3.1 爐內(nèi)氣流優(yōu)化

(1)下部制度調(diào)整：逐步縮小進風面積，增加風口長度(如表1所示)。主要思路是通過縮小進風面積，提高風速及鼓風動能，從下部改善中心氣流。自2019年開始進風面積有0.1963 m縮小至0.1819 m，實際風速由270 m/s上升至295 m/s，鼓風動能由110 kj/s提升至125 kj/s以上水平。其次，為解決爐腹角偏大的問題，逐步將18個風口的長度從460 mm增加至500 mm，等效爐腹角縮小到72°18′，改善了中心死料柱偏大的現(xiàn)狀。通過這兩步措施，改善高爐一次氣流分布，從下部發(fā)展中心氣流。

表1 2018-2020年主要風口布局變化

(2)上部制度調(diào)整：從2019年6月至2020年12月，上部制度調(diào)整具體可以歸納為三個階段。第一階段為2019年6-10月，主要方向是引導中心氣流。通過外移礦石平臺，縮小內(nèi)檔焦炭布料角度，增大礦焦角差，控邊引中心，爐況穩(wěn)定性差。第二階段為2019年11月-2020年2月。此階段調(diào)整出現(xiàn)反復， 11月的調(diào)整方向是逐步外移礦焦平臺，適當控邊，發(fā)展中心氣流。但效果較差，爐型仍不可控。19年12月至20年2月初嘗試放邊，恢復之前邊緣發(fā)展的氣流模式，與下部縮風口操作不匹配，爐況未有好轉。第三階段為2019年3月中旬至5月。堵風口操作，上部配合控邊操作，使用窄平臺，造寬漏斗，引導中心氣流，氣流逐步趨穩(wěn)，爐況恢復順行，墻體波動減少，爐型收攏。在此過程中形成了基礎料制為C:42°39.5°36.5°33.5°/4332，O:41.2°38.8°36.5°/442，礦焦角差0.72°。

3.2 調(diào)整高爐冷卻制度，以適應爐內(nèi)氣流變化

為維持合適的冷卻強度，3高爐主要做了以下幾點工作：一是增加供水流量。2017年7月出現(xiàn)冷卻壁漏水后，冷卻壁供水量由5000 m/h提高到7100 m/h左右。二是定期冷卻壁清洗。因使用工業(yè)水的原因水管易結垢，因此每年對高爐各段冷卻壁水管進行1到2次酸洗，保證冷卻強度。三是維持冷卻水進水溫度在30±2 ℃。四是對冷卻壁進行分區(qū)管理。2020年5月將高爐周向分成6個區(qū)域進行監(jiān)控，增加傳感器及流量檢測點，實時監(jiān)控各區(qū)域熱負荷變化，增強了爐型趨勢判斷。

3.3 加強漏水冷卻壁的處理與維護

利用檢修機會對漏水通道進行拆分穿管，對穿管不成功的進行灌漿閉死，加裝微冷。其次，利用檢修機會在6-10段冷卻壁每條豎縫上開熱面灌漿孔，選用合適的耐材，進行壓漿處理。前期壓漿量較多，一定程度上影響了高爐爐型，自2020年逐步減少壓漿量(下降了75%左右)，只對壁體溫度波動大區(qū)域采取局部壓漿。

3.4 穩(wěn)定爐溫，降低硅偏差

日常操作中結合跑礦量、濕度、焦炭水分、渣鐵處理情況等因素綜合判斷，平衡燃料比，穩(wěn)定鐵水含硅在0.3-0.6%之間，物理熱在1480 ℃以上水平。2020年鐵水硅含量逐步下降，最終穩(wěn)定在0.45%左右水平(如圖1所示)，物理熱基本能夠維持在1480 ℃以上，同時硅偏差降低，為爐型維護創(chuàng)造了良好的基礎。

圖1 2019-2020年鐵水含硅及硅偏差趨勢

4 效果

首先，高爐各段墻體溫度波動減少，爐腹、爐身溫度下降趨勢明顯，對應爐體熱負荷逐步下降并能夠維持相對穩(wěn)定(如圖2所示)，爐型處于可控的狀態(tài)，爐況維持穩(wěn)定順行狀態(tài)。其次，漏水冷卻壁得到了有效控制，自2020年2月13日以后未有新增漏水冷卻壁通道。第三，指標有較大提升，月日均產(chǎn)量突破3200 t/d，操作燃料比最低490 kg/t(如圖3所示)，均超歷史最好水平。

圖2 各段墻體溫度趨勢

圖3 2019-2020年產(chǎn)量、燃料比趨勢

5 結語

馬鋼3高爐通過調(diào)整上下部制度，下部縮小進風面積，使用長風口，上部增加邊緣負荷，配合窄平臺放中心，氣流模式由強烈依靠邊緣調(diào)整為中心、邊緣兩道氣流兼顧發(fā)展的模式，維持了爐型的穩(wěn)定，保證了高爐順行。

通過加強冷卻制度的管理，維持合理的冷卻強度，使爐體各段熱負荷合適穩(wěn)定，使之在不同階段與爐內(nèi)氣流相匹配，保證爐型的穩(wěn)定。

通過拆分、穿管、灌漿、加裝微冷等措施加強漏水冷卻壁的維護，盡量減少漏水冷卻壁對爐型的影響。

通過穩(wěn)定爐溫，降低硅偏差，從而穩(wěn)定軟熔帶位置，保證下部爐型的穩(wěn)定。