馬鋼1#高爐爐況波動的應(yīng)對

吳示宇， 尤 石， 趙世丹

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

2022年3月上旬，馬鋼1#高爐中心氣流溫度持續(xù)下降，噸鐵氧耗持續(xù)升高，隨后壓差升高，壁體波動加劇，風(fēng)量和負(fù)荷大幅度退守。在監(jiān)控高爐熱負(fù)荷和分段壓差的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整上部料制、渣系，合理控制爐腹煤氣量，在短期內(nèi)將氣流恢復(fù)至正常水平，日產(chǎn)量也在短期內(nèi)得到恢復(fù)。

1 爐況波動的原因

1.1 爐況演變的過程

按照爐況變化的特特征，大致可以將此次爐況波動與應(yīng)對過程分為三個階段：

第一階段(3月1日～3月9日)，風(fēng)量維持在5 040 m3/min左右，全壓差163～172 kPa，煤氣利用率48.8%～49.6%，爐況穩(wěn)定性比較好。燃料比持續(xù)下降，3月7日達到最低值496 kg/tFe。但是爐內(nèi)表現(xiàn)出了一些問題：隨著產(chǎn)量升高，噸鐵氧耗持續(xù)下降，3月8日達到最低值244 m3/tFe，嚴(yán)重低于1#高爐的日常統(tǒng)計值；十字測溫CCT溫度從500 ℃左右下降到260 ℃左右，次環(huán)溫度從440 ℃左右下降到220 ℃左右，邊緣溫度降幅小一些，從170 ℃左右下降到130 ℃左右，Z值下降，W值升高。

第二階段(3月9日～3月12日)，3月9日下午，高爐開始出現(xiàn)高壓差，風(fēng)量退守至4 700 m3/min，隨后壁體波動增多，全爐熱負(fù)荷升高到16 000 MJ/h以上。3月11日夜間，爐況進一步惡化，全爐熱負(fù)荷再次升高到16 000 MJ/h，并在高位持續(xù)3個小時，生鐵含[Si]和鐵水溫度急劇下降。全焦負(fù)荷退守至4.23，風(fēng)量進一步退守至4 500 m3/min。

第三階段(3月12日～3月15日)，隨著中心氣流溫度逐漸回升，高爐中心氣流通道被打開。視情恢復(fù)風(fēng)量至4 950 m3/min,逐步恢復(fù)全焦負(fù)荷至4.45。

1.2 波動的原因

1.2.1 原料變化應(yīng)對不充分

3月1日之前，1#高爐一直在使用鄂州球團和烏克蘭球團，它們成分相近，屬于酸性球團礦。3月1日之后，湛江熔劑性球團礦。為保證原料供應(yīng)平衡，使用湛江球團期間自產(chǎn)燒結(jié)礦的堿度從2.10下調(diào)至1.95，無形中提高了燒結(jié)礦的品位。

表1 球團礦的主要成分 單位：%

與酸性球團礦相比，熔劑性球團礦具有良好的還原性，燒結(jié)礦品位的提升也讓入爐綜合品位升高，渣比下降。這些都是有益于高爐提升煤氣利用、冶煉效率和降低能耗的。但是1#高爐在應(yīng)對產(chǎn)量升高、噸鐵氧耗下降的過程中，沒有采取有效的疏松料柱和引導(dǎo)中心氣流的措施，導(dǎo)致壓差升高。

1.2.2 入爐硫負(fù)荷升高

3月份以后，因原燃料條件發(fā)生變化，入爐硫負(fù)荷從3.5 kg/tFe升高至3.9 kg/tFe以上，為保證煉鋼生鐵質(zhì)量，多次提高爐渣核料二元堿度至1.26，個別爐次的實際渣堿度甚至達到1.30以上。

圖1 1#高爐的硫負(fù)荷與爐渣堿度

二元堿度最能夠反應(yīng)爐渣成分的變化和爐渣性能的差異，因此對高爐冶煉效果有直接影響。一般地，CaO/SiO2在0.8～1.2之間時爐渣黏度最低[1]。爐渣的粘度和熔化性溫度隨著爐渣堿度的提高而提高。爐渣內(nèi)堿性氧化物增多，會使一定溫度下，渣的過熱度減小而黏度升高，過多的堿性氧化物以質(zhì)點懸浮在爐渣中也會使黏度增高。1#高爐提高二元堿度的同時，也提高爐缸熱量，雖然滿足了爐渣的熔化性溫度和脫硫的要求，但是，長期維持高堿度操作還是出現(xiàn)了問題：爐渣的穩(wěn)定性不好，爐缸熱量稍有虧欠，爐渣的黏度就會快速升高，造成壓差升高。

1.2.3 氣流二次分布過程壓差升高

高爐內(nèi)煤氣流經(jīng)歷三次分布，分別為風(fēng)口回旋區(qū)的初始分布，軟熔帶橫向運動的二次分布，以及塊狀帶的三次分布。很多實踐[2-4]和研究[5,6]都表明，中心氣流變?nèi)跖c氣流二次分布過程壓差升高有一定的相關(guān)性。

1#高爐自下而上共安裝了4層靜壓力測點，分別位于第8層、第10層、第12層、第14層冷卻壁，通過分析爐況穩(wěn)定時期的數(shù)據(jù)，獲得各段壓差的合適區(qū)間，如表2所示。

表2 1#高爐各段壓差的合適區(qū)間

圖2 1#高爐各段壓差趨勢

3月1日以后，8層-10層壓差持續(xù)升高，至3月8日、9日，多次超過合適區(qū)間的上限，軟熔帶和成渣帶的透氣透液性變差，煤氣流的二次分布過程壓差升高，無法接受較高的爐腹煤氣量，中心氣流相應(yīng)變?nèi)酢?/p>

1.2.4 爐缸狀態(tài)下滑

1#高爐的安裝于爐底平鋪炭磚與陶瓷杯墊的界面處的爐芯熱電偶溫度趨勢能夠非常敏感地反應(yīng)出爐缸狀態(tài)是向好還是向壞，2月23日至3月9日，爐芯溫度累計降低了79 ℃。

風(fēng)口前端渣鐵下滲和風(fēng)口區(qū)焦炭回旋是一個動態(tài)的平衡，爐缸及中心焦柱透氣性良好，風(fēng)口區(qū)域渣鐵下滲迅速，風(fēng)口工作環(huán)境穩(wěn)定；如果當(dāng)渣鐵下滲受阻滯，這種平衡就被打破，渣鐵和焦炭接觸風(fēng)口的概率增大，風(fēng)口壽命便會縮短[7]。3月8日～3月10日1#高爐個別鐵次出現(xiàn)了斷流或假來風(fēng)的情況。3月11日～3月12日鐵口區(qū)上方的13#和30#風(fēng)口小套先后燒損，燒損部位為前端外口下沿。

這些現(xiàn)象都表明爐缸狀態(tài)下滑。跑料量的升高，更多的渣鐵進入爐缸，而這些渣鐵順利地通過風(fēng)口帶，經(jīng)鐵口排出，滯留在爐內(nèi)的渣鐵改變了死料堆的位置，影響到了中心料柱的透氣性，最終誘發(fā)了爐況的波動。

2 應(yīng)對措施與效果

2.1 應(yīng)對措施

2.1.1 調(diào)整裝料制度

針對3月8日之后的爐況演變特點，裝料制度的調(diào)整主要遵循引中心、穩(wěn)平臺，加速料制置換的原則。

3月8日～3月15日通過使用雙料制，讓中心焦量的比例在29%～33%之間靈活調(diào)整，當(dāng)十字中心和次中心溫度的峰值都低于350 ℃時，就加大中心焦的用量。中心加焦會讓高爐中心形成無礦區(qū)，高溫煤氣不與礦石接觸，造成熱交換效率降低，煤氣利用率變差[8],不利于高爐熱量的蓄積；同時，過多的中心焦量，還有可能引起中心環(huán)帶滑料，造成中心氣流的周期性阻塞，壓差波動。所以，連續(xù)增加中心焦的時間一般不超過12小時，當(dāng)中心氣流溫度回升趨穩(wěn)時，回調(diào)中心焦的比例。

3月11日，通過調(diào)整礦石在各個檔位上的份數(shù)(O4432→O3332)，減輕料面平臺上的礦焦負(fù)荷，改善料柱透氣性，減少中心滑料。

3月12日，由于壁體溫度升高，全爐熱負(fù)荷居高不下，臨時將最外檔40.5°的焦炭調(diào)整由2份調(diào)整為0份，大幅度壓邊，降低全爐熱負(fù)荷，減少熱損失，促進高爐恢復(fù)爐缸熱量和風(fēng)量。

2.1.2 調(diào)整造渣制度

如前文所述，過高的爐渣堿度對爐渣的流動性和穩(wěn)定性沒有好處，所以入爐硫負(fù)荷下降后，及時下調(diào)爐渣的二元堿度，到3月18日時下調(diào)至1.21。下調(diào)爐渣堿度的過程當(dāng)中，有可能造成鐵水含[S]的升高，但是通過穩(wěn)定渣系和氣流獲得的充沛的爐缸熱量可以完全保障爐渣的脫硫能力。

用料結(jié)構(gòu)調(diào)整，綜合入爐品位升高，渣比下降，無形中會提高渣中Al2O3的含量，當(dāng)Al2O3的含量超過15%時，爐渣熔點隨Al2O3的含量的增加而升高的趨勢加快，爐渣成分穩(wěn)定性變差[9]。為了保證渣系成分的合理，配入海南礦來控制渣中Al2O3的含量。根據(jù)爐渣成分的計算結(jié)果，海南礦的用量在0.5%～2.0%的區(qū)間內(nèi)進行調(diào)整。

圖3 1#高爐渣中MgO和Al2O3

2.1.3 控制合適的爐腹煤氣量

高爐爐腹煤氣量是衡量高爐強化的重要參數(shù)。爐腹煤氣的數(shù)量與焦炭、煤粉燃燒量密切相關(guān)。焦炭、煤粉燃燒后，形成爐腹煤氣。爐腹煤氣的數(shù)量與鼓風(fēng)量、富氧量、濕分、噴吹物的數(shù)量、成分有關(guān)[10]。1#高爐采用下式進行爐腹煤氣量VBG的計算。

式中

VB——風(fēng)量(不包括富氧量)，Nm3/min

VO2——富氧量，Nm3/min

WB——濕分，g/Nm3

Pc——噴吹煤粉量，kg/h

H——煤粉含氫量，%

這次爐況波動應(yīng)對，主要通過控制入爐風(fēng)量和控制噴吹煤量的方法來控制爐腹煤氣量。從3月上旬的數(shù)據(jù)來看，爐腹煤氣量維持在6 600 m3/min以上水平時，不能與當(dāng)前的爐缸狀況和料柱透氣性相適應(yīng)。在恢復(fù)爐況的過程中，沒有急于把風(fēng)量恢復(fù)到爐況波動之前的水平，而是在4 950 m3/min維持，全焦負(fù)荷也在4.45水平上維持了較長時間，這樣小時噴煤量基本上在38～40 kg/h范圍，爐腹煤氣量控制在6 550 m3/min左右。

圖4 1#高爐的噴煤量與爐腹煤氣量

2.1.4 改善爐缸狀況

改善爐缸狀況主要從兩個面著手。一方面是控制合適的鐵水成分，保證充沛的爐缸熱量。1#高爐日常鐵水含[Si]目標(biāo)值為0.35%～0.45%，在此次爐況波動應(yīng)對過程中，目標(biāo)值調(diào)整為0.40%～0.50%，主要是為了避免壁體溫度突升時，熱量快速損失而造成爐缸熱量不足，另外也降低了出高[S]廢品的風(fēng)險。另一方面是通過調(diào)整爐前的鉆頭直徑和開口間隔，來保障渣鐵的順利排除，加速爐缸內(nèi)石墨、碎焦等的排出。具體做法為，單爐出鐵時長大于110 min，就使用?55 mm鉆頭開口或縮短開口間隔至8 min以下，單爐出鐵時長短于110 min，且沒有卡焦現(xiàn)象，就使用?52.5 mm鉆頭開口。3月14日以后，爐芯溫度以每天2～3 ℃的速度回升。

2.2 取得的效果

(1)中心氣流溫度的回升，中心煤氣流通路打開，中心焦形成的無礦料柱區(qū)的“煤氣分配器”的作用重新發(fā)揮起來，高爐壓差下降，風(fēng)量視情恢復(fù)至4 950 m3/min。

圖5 1#高爐的中心流和邊緣流指數(shù)

(2)此次爐況波動的應(yīng)對過程中，氣流得到快速修正，爐型沒有出現(xiàn)持續(xù)的惡化，所以低負(fù)荷生產(chǎn)時間短，日產(chǎn)量得以快速恢復(fù)。

3 經(jīng)驗教訓(xùn)

(1)長期以來1#高爐適宜噸鐵氧耗在255～263 m3/tFe之間，若連續(xù)多日偏離此區(qū)間，要仔細分析高爐氣流狀況和爐型變化，提高風(fēng)險意識，避免爐況出現(xiàn)波動。

(2)焦炭質(zhì)量變差時，增加中心焦量的方式來加快料柱的置換。置換料柱過程，可適當(dāng)降低風(fēng)量，退負(fù)荷，一方面，能起到降低鼓風(fēng)動能，減少爐缸焦炭的劣化的作用，另一方面，也能起到控制爐腹煤氣量的作用。

表3 1#高爐主要指標(biāo)

(3)通過對分段壓差進行分析可以確定高爐壓差升高發(fā)生的部位，不同部位壓差的升高，要采用不同的應(yīng)對方法。軟熔帶和成渣帶壓差升高，首先要考慮降低爐腹煤氣量，使之與料柱的透氣性狀況相適應(yīng)，然后要通過調(diào)整爐渣的成分、二元堿度，來改善爐渣的性能。

(4)原料結(jié)構(gòu)變化，造成入爐品位升高時，要注意因渣比下降帶來的渣系變化，尤其要避免渣中Al2O3含量升高給爐渣成分穩(wěn)定性帶來的負(fù)面影響。