萍安鋼高鋅負荷生產(chǎn)實踐與排鋅率分析

黃清榮 譚佑萍

(萍鄉(xiāng)萍鋼安源鋼鐵有限公司)

鋅是高爐生產(chǎn)的有害元素，給高爐帶來爐墻結(jié)厚、結(jié)瘤、爐體變形、堵塞煤氣管道、惡化爐料和燃料消耗上升等一系列問題。萍鋼公司共有7座高爐，受成本制約和客觀條件的影響，從2018年9月起，鋅負荷不斷上升，長期維持在2 kg/t以上，最高時月平均達到3.535 kg/t，超出行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)0.15 kg/t的20倍，具體鋅負荷及高爐指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。

表1 鋅負荷及指標(biāo)

通過近2年的生產(chǎn)實踐以及對數(shù)據(jù)的總結(jié)分析，萍鋼公司高爐操作參數(shù)逐步與原料條件相適應(yīng)，確保了爐況順行，各項生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)基本保持穩(wěn)定，扣除休風(fēng)率和入爐品位等因素的影響，高爐產(chǎn)量在高鋅期間還有一定增長。通過高鋅負荷冶煉，拓展了原料渠道，有效利用了資源，降低了生產(chǎn)成本，取得顯著經(jīng)濟效益。

1 采取的主要措施

1.1 適當(dāng)疏導(dǎo)邊緣氣流

隨著鋅負荷的上升，爐墻結(jié)厚結(jié)瘤速度加快，加上鋅對焦炭和燒結(jié)礦的冶金性能均有影響，高爐壓差上升，透指下降，操作難度增大，高爐需在爐況順行和燃料消耗之間尋找合適的平衡點。根據(jù)數(shù)據(jù)分析和實際爐況，適當(dāng)疏導(dǎo)邊緣煤氣流，保持爐況長期穩(wěn)定順行，有利于充分發(fā)揮高爐的潛力，實現(xiàn)效益最大化。多數(shù)情況下，高爐爐頂布料盡可能將礦石布在高爐邊緣，焦炭布在中心，以發(fā)展中心氣流，提高煤氣利用率，降低高爐燃料消耗。

一般用加權(quán)角度差來表示高爐發(fā)展中心氣流的程度，即用礦石的加權(quán)角度減去焦炭的加權(quán)角度，加權(quán)角度差為正且數(shù)值越大，表示高爐發(fā)展中心氣流的力度越大，反之若加權(quán)角度差為負且數(shù)據(jù)越大，則表示高爐發(fā)展邊緣氣流的力度越大。在高鋅負荷期間，萍鋼公司高爐焦炭角度逐步往外移，礦石角度往中心靠，引導(dǎo)煤氣流往邊緣發(fā)展，以維持高爐的順行，其平均加權(quán)角度差變化情況見表2。

表2 平均加權(quán)角度差(礦-焦)

從表2可以看出，高爐布料角度差基本從正轉(zhuǎn)負，或者由大角度差轉(zhuǎn)向小角度差，操作上以發(fā)展邊緣氣流為主，燃料消耗有所上升，但高爐保持基本順行，綜合效益最佳。

1.2 適當(dāng)降低料線

爐喉鋼磚下沿與爐身交接處容易因爐襯磨損而形成臺階，煤氣流在此折向，加上鋼磚的導(dǎo)熱與爐襯差異大，造成此處煤氣溫度變化大，容易結(jié)瘤。歷史上萍鋼高爐的鋼磚下沿也多次結(jié)瘤，因此，適當(dāng)降低料線，讓爐料避開此區(qū)域能緩解爐喉鋼磚下沿結(jié)厚的現(xiàn)象，但犧牲了一部分的熱能，爐頂溫度升高，燃料比有所增加。

1.3 采用高清紅外攝像儀觀察爐內(nèi)情況

由于鋅負荷極高，雖然采取諸多措施應(yīng)對，減緩了結(jié)厚結(jié)瘤速度，但仍無法杜絕。為了便于觀察爐況，萍鋼各高爐均裝備了高清紅外攝像儀。通過紅外攝像儀，操作者能隨時直觀掌握爐內(nèi)結(jié)厚結(jié)瘤情況，對結(jié)瘤的嚴(yán)重程度、部位、瘤體大小等信息有基本準(zhǔn)確的判斷，為高爐處理和恢復(fù)爐況提供了直接的決策依據(jù)。

1.4 適當(dāng)改善焦炭質(zhì)量

鋅負荷上升，高爐邊緣結(jié)厚結(jié)瘤速度加快，影響操作爐型，高爐壓差上升，透指下降，操作難度增加。萍鋼要求焦炭的熱強度大于60%、反應(yīng)性小于30%，主焦熱強度大于62%、反應(yīng)性小于29%。實踐證明，在高鋅負荷條件下，焦炭質(zhì)量改善，高爐順行保持穩(wěn)定，風(fēng)量未因鋅高而萎縮。

2 影響高爐排鋅率因素分析

當(dāng)日排出高爐鋅金屬量占高爐總?cè)霠t鋅量的比例稱為排鋅率。如何在高爐操作層面將鋅盡可能排出高爐，提升高爐的排鋅率，減少鋅在高爐內(nèi)的富集，是萍鋼的重要課題?？紤]到當(dāng)前國內(nèi)對如何提升高爐排鋅率尚無定論，很多結(jié)論都是基于經(jīng)驗判斷，萍鋼投入相當(dāng)大的物力與財力，對影響高爐排鋅的相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，探索提升高爐排鋅率的有效途徑。主要措施有：(1)每天計算各高爐鋅負荷；(2)每天對各高爐的產(chǎn)生的布袋灰和重力灰進行計量和取樣分析；(3)建立全公司各高爐的日鋅平衡報表。通過近2年的工作，獲取了585 d的相關(guān)數(shù)據(jù)73 564個。文章對高爐排鋅率和其相關(guān)的各個操作參數(shù)進行一元線性回歸分析，探討各參數(shù)對排鋅率的影響。

2.1 鼓風(fēng)動能對排鋅率的影響

鼓風(fēng)動能在很大程度上決定高爐中心氣流的發(fā)展程度，一些觀點認為，高爐中心氣流發(fā)展有利于排鋅，也有觀點認為邊緣氣流發(fā)展有利于高爐排鋅。通過一元線性回歸分析，萍鋼各高爐排鋅率y(%)與鼓風(fēng)動能x(kg·m/s)的回歸方程y=bx+a各參數(shù)結(jié)果及相關(guān)系數(shù)見表3。

表3 鼓風(fēng)動能與排鋅率的回歸方程參數(shù)及相關(guān)系數(shù)

一般判定，|R|≥0.95 存在顯著性相關(guān)；0.8≤|R|<0.95 高度相關(guān)；0.5≤|R|<0.8 中度相關(guān)；0.3≤|R|<0.5 低度相關(guān)；|R|<0.3 關(guān)系極弱，認為不相關(guān)。

由表3可知，回歸方程對應(yīng)直線斜率全部為負，相關(guān)系數(shù)也全部為負：其中3座高爐鼓風(fēng)動能和排鋅率低度負相關(guān)，分別是湘東3、4號高爐和安源4號高爐；安源2號爐鼓風(fēng)動能和排鋅率的相關(guān)系數(shù)為-0.289 1，|R|接近0.3。根據(jù)斜率和相關(guān)系數(shù)，基本可以判斷：鼓風(fēng)動能高不利于高爐排鋅。

2.2 爐頂溫度對排鋅率的影響

經(jīng)過計算，排鋅率y(%)與爐頂溫度x(℃)回歸方程y=bx+a各參數(shù)結(jié)果及相關(guān)系數(shù)見表4。

表4 爐頂溫度與排鋅率的回歸方程參數(shù)及相關(guān)系數(shù)

爐頂溫度與排鋅率的回歸方程對應(yīng)的直線斜率全部為正，相關(guān)系數(shù)也全部為正，排鋅率與爐頂溫度正相關(guān)。其中安源4號爐爐頂溫度與排鋅率相關(guān)系數(shù)為0.352，判定該爐爐頂溫度與排鋅率為低度正相關(guān)，其余高爐為弱相關(guān)。隨著爐頂溫度升高，高爐排鋅率升高，也導(dǎo)致高爐燃料比上升。

2.3 加權(quán)角度差對排鋅率的影響

鋅負荷增加后，高爐爐墻結(jié)厚機率大幅增加，影響高爐爐況。適當(dāng)疏導(dǎo)邊緣氣流，爐墻高溫區(qū)域上移，有利于鋅隨煤氣中的爐塵排出爐外。經(jīng)過計算，排鋅率y(%)與加權(quán)角度差x(礦-焦)的回歸方程y=bx+a各參數(shù)結(jié)果及相關(guān)系數(shù)見表5。

表5 加權(quán)角度差與排鋅率的回歸方程參數(shù)及相關(guān)系數(shù)

大部分高爐的排鋅率與加權(quán)角度差負相關(guān)，即角度差小，排鋅率高，但是斜率和相關(guān)系數(shù)值均非常小。在實際操作中，隨著鋅負荷增加，萍鋼高爐的布料角度差逐步由正轉(zhuǎn)負，高爐順行情況基本保持穩(wěn)定。

3 結(jié)語

萍安鋼高爐在極高鋅負荷的條件下，高爐操作參數(shù)根據(jù)實際情況平衡取舍，探索出一套適合高鋅負荷的操作制度，確保了爐況順行和生產(chǎn)穩(wěn)定，有效利用了資源，降低了生產(chǎn)成本，綜合經(jīng)濟效益較好。

高爐排鋅率和鼓風(fēng)動能、爐頂溫度及加權(quán)角度差三個操作參數(shù)進行一元線性回歸分析，結(jié)果表明：鼓風(fēng)動能和加權(quán)角度差兩個參數(shù)與排鋅率呈負相關(guān)，其一元線性回歸方程對應(yīng)直線的斜率為負；爐頂溫度與排鋅率呈正相關(guān)，一元線性回歸方程直線的斜率為正。

總體來看，發(fā)展邊緣氣流更有利于高爐排鋅，而所有有利于高爐排鋅的措施都會不同程度地導(dǎo)致高爐消耗上升，只能在確保順行和降低成本兩者之間平衡取舍，確保效益最大化。

在實際生產(chǎn)過程中，高爐除塵灰的排放受生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)影響，會產(chǎn)生部分滯后，對分析結(jié)論有一定影響。