馬鋼B高爐爐役后期穩(wěn)定操作爐型實踐

許欽伸，郭澤華

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

前言

高爐爐型分為設(shè)計爐型和操作爐型。高爐爐型設(shè)計是安全穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)，爐型是否合理將直接影響到開爐后爐內(nèi)煤氣流的均勻分布，從而影響正常生產(chǎn)時操作爐型的形成。操作爐型除了受到設(shè)計爐型影響外，還會在高爐投產(chǎn)后的實際生產(chǎn)中受到原燃料質(zhì)量、裝料制度、冷卻制度等因素的影響［1］。馬鋼 B 高爐于 2007 年 5 月 24 日投產(chǎn)，有效容積4 000 m3，采用自立式框架結(jié)構(gòu)，設(shè)36 個風(fēng)口，4個鐵口，爐體采用薄爐襯、全冷卻壁結(jié)構(gòu)，并采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。截止2021 年底一代爐齡超14年，單位爐容產(chǎn)量超11 000 t/m3。針對爐役后期，B 高爐通過強(qiáng)化原燃料管理、優(yōu)化裝料制度、送風(fēng)制度、熱制度，冷卻制度等措施，獲得了合理的操作爐型，保證了爐役后期爐缸的安全，實現(xiàn)了高爐的長周期穩(wěn)定順行以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的提升。

1 爐役后期高爐生產(chǎn)存在的問題

爐役后期，高爐生產(chǎn)出現(xiàn)的問題不盡相同，比較常見和突出有爐缸炭磚溫度上升和冷卻壁破損的增多。這會影響高爐的生產(chǎn)安全和高爐操作爐型的穩(wěn)定，進(jìn)而影響高爐的穩(wěn)定順行。2018 年4 月B 高爐1 號鐵口爐缸炭磚七八層（標(biāo)高8 380 mm）溫度點A1/A2 出現(xiàn)上升的現(xiàn)象，5 月溫度最高達(dá)233/358 ℃；2019年7月2號鐵口爐缸炭磚七八層溫度點F1/F2 溫度出現(xiàn)上升，最高達(dá)191/302 ℃。B 高爐冷卻壁破損情況如表1所示。

表1 馬鋼B高爐冷卻壁破損情況

2 爐役后期操作爐型的管理

2.1 強(qiáng)化原燃料的管理

原燃料質(zhì)量和用料結(jié)構(gòu)是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，也是控制高爐煤氣流的前提條件。因此，常有“三分操作，七分原料”的說法。原燃料質(zhì)量和用料結(jié)構(gòu)會對高爐爐型的維護(hù)帶來影響。

2021 年B 高爐爐料結(jié)構(gòu)整體維持相對穩(wěn)定，但受制于成本控制及生產(chǎn)現(xiàn)狀影響，原燃料結(jié)構(gòu)短期仍有較大波動。2021 年B 高爐用料結(jié)構(gòu)如表2 所示。其中燒結(jié)礦比例在11 月和12 月降低到70%以下，生礦紐曼含量相對較高大于15%。為了能夠更好的應(yīng)對爐料結(jié)構(gòu)波動對爐況的影響，高爐除了加強(qiáng)槽下篩分管理，嚴(yán)控T/H 值控制，減少入爐粉末的同時。在爐料結(jié)構(gòu)變化大時，采取分步調(diào)整的方式。一般要求，同一料種單次變化比例不超1.5%，渣比變化控制在5 kg 以內(nèi)。并且通過降低燒結(jié)礦SiO2含量，提高燒結(jié)礦全鐵含量，入爐品位在58.5～59.5%，高爐渣比低于300 kg。

表2 馬鋼B高爐2021年原燃料結(jié)構(gòu)及主要參數(shù)

焦炭使用上控制焦炭種類，B 高爐焦炭主要以新區(qū)干焦為主，配用部分的外購焦炭。在保證焦炭冷態(tài)強(qiáng)度的要求，M40≥89%，M10≤5.9%的前提下，逐步降低焦炭灰分含量（9 月至11 月由于A 高爐大修B高爐全部使用新干焦）。

2.2 合理的上下部制度

高爐煤氣流在爐內(nèi)共經(jīng)歷三次分布：第一次在爐缸風(fēng)口回旋區(qū)，是初始?xì)饬鞯姆植?；第二次在通過軟熔帶和焦窗，是煤氣流的二次分布；第三次在塊狀帶進(jìn)行第三次分布。合理的上下部制度調(diào)整有助于煤氣流和溫度場的合理分布，進(jìn)而獲得穩(wěn)定適宜的操作爐型［2］。

2.2.1 下部送風(fēng)制度的調(diào)整

進(jìn)入爐役后期，因爐缸直徑相對擴(kuò)大，吹透中心、活躍爐缸的難度明顯增加。因此，高爐下部送風(fēng)制度調(diào)整關(guān)鍵就是要控制合理的送風(fēng)參數(shù)。馬鋼B 高爐設(shè)有36 個風(fēng)口，采用Φ130 mm×32+Φ120 mm×4 的風(fēng)口布局，風(fēng)口面積0.4700 m2。在日常操作上，積極使用風(fēng)量，力求風(fēng)溫全送，使高爐鼓風(fēng)動能保持在130～140 kJ/s 的水平，實際風(fēng)速提高到260～265 m/s，通過加濕或脫濕，使理論燃燒溫度穩(wěn)定在2 250～2 300 ℃。

2.2.2 上部裝料制度的優(yōu)化

馬鋼B 高爐自2014 年以來一直堅持“平臺+漏斗”的布料模式，2022 年針對爐役后期原燃料條件及冷卻壁破損增多的實際情況，在兩道氣流的調(diào)整上，遵循穩(wěn)定中心氣流，兼顧邊緣氣流的調(diào)整方針，并大致經(jīng)歷了三個階段。

第一階段，隨著強(qiáng)化冶煉的進(jìn)行，高爐礦批、負(fù)荷及煤比相應(yīng)增加，料制調(diào)整在穩(wěn)定中心氣流的同時，適當(dāng)疏松邊緣，以防止?fàn)t墻渣皮結(jié)厚。第二階段，夏季氣溫升高，高爐冷卻強(qiáng)度相對降低，渣皮易脫落，料制上以抑制邊緣為主。第三階段，當(dāng)生礦比例明顯增加，考慮到生礦具有熱爆性，粉末增多，高爐透氣性會相對變差，料制調(diào)整上中心氣流以穩(wěn)定為主；為防止粉末造成爐墻黏結(jié)，要輔以適當(dāng)疏松的邊緣氣流。2021 年B 高爐料制調(diào)整過程如表3所示。

表3 馬鋼B高爐2021年上部裝料制度調(diào)整過程

此外，在做好氣流調(diào)整的同時，不斷細(xì)化操作：精確布料時間至±3 s；增大料頭料尾振動篩齒間距，改善原料的的滾落效應(yīng)；根據(jù)原料結(jié)構(gòu)，及時調(diào)整槽下料條的分布等。

通過下部送風(fēng)制度和上部裝料制度的優(yōu)化，高爐操作爐型更趨合理，形成了良好的煤氣流分布，煤氣利用率變化如圖1所示，基本穩(wěn)定在48.5%。

圖1 馬鋼B高爐2022年煤氣利用率變化情況

2.3 熱制度與造渣制度管理

熱制度與造揸制度的合理結(jié)合是爐腹及爐腰形成穩(wěn)定渣皮的主要條件。B 高爐爐腰、爐腹采用銅冷卻壁材質(zhì)，其具有良好的導(dǎo)熱性能，能在渣皮脫落后15 min 內(nèi)完成渣皮的重建，有利于正常爐況時形成一定厚度的穩(wěn)定渣皮。但當(dāng)渣皮過厚、渣皮脫硫?qū)?yán)重破壞爐型，影響煤氣流的二次分布，進(jìn)而影響高爐的順行［3］?？紤]到2018 年爐缸鐵口附近的炭磚受到不同程度的侵蝕，爐役后期高爐通過不斷調(diào)整、摸索，對熱制度和造渣制度進(jìn)行了總結(jié)，控制鐵水中［Si］在0.40%～0.60%，［Ti］在0.08%左右，鐵水測溫1 510 ℃以上；渣中（Al2O3）≤16.5%，MgO/Al2O3在0.5%～0.55%，渣中（TiO2）≤1.5%。穩(wěn)定的渣系和良好的熱制度有利于軟熔帶的穩(wěn)定和爐缸的活性，促使了操作爐型的穩(wěn)定。

2.4 冷卻制度及冷卻壁的管理

高爐冷卻壁的運(yùn)行狀態(tài)和冷卻制度會對高爐溫度場的分布及爐型造成影響，進(jìn)而影響爐況的穩(wěn)定順行和各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升。進(jìn)入爐役后期，B高爐冷卻壁破損整體增多。為了能夠改善冷卻效果，穩(wěn)定高爐操作爐型。操作上關(guān)注進(jìn)水溫度變化、煤氣中氫氣含量、軟水補(bǔ)水周期變化等。對破損冷卻壁建立監(jiān)控臺賬，發(fā)現(xiàn)漏水冷卻壁及時定漏，拆分，利用檢修機(jī)會對破損冷卻壁進(jìn)行穿管、灌漿。對于破損嚴(yán)重的區(qū)域，加裝微型冷卻器。此外，通過軟水冷卻設(shè)備的升級改造，并定期對高爐軟水進(jìn)行置換。B#高爐冷卻水進(jìn)水溫度由2018 年的44.5 ℃下降到2021年的41.5 ℃，如圖2所示。

圖2 馬鋼B高爐軟水進(jìn)水溫度的變化

2.5 爐前出鐵的管理

爐前出鐵作業(yè)是高爐冶煉的重要組成部分，日常生產(chǎn)中，以渣鐵穩(wěn)定、均勻的從鐵口排出為目標(biāo)。但實際生產(chǎn)中，各鐵口的出鐵時間并不穩(wěn)定，鐵量差大，爐缸內(nèi)渣液面不均衡。研究表明，高液位引起鼓風(fēng)更多偏向邊緣區(qū)域，爐體熱負(fù)荷增加，軟熔帶根部上升，中心降低，進(jìn)而導(dǎo)致爐腹部位渣皮脫落［4］。此外，鐵口過出會加劇鐵水對鐵口周圍炭磚的侵蝕。因此，為了穩(wěn)定操作爐型和爐缸炭磚安全對爐前出鐵進(jìn)行了優(yōu)化和規(guī)范。根據(jù)生產(chǎn)實際2022年3月起將三鐵口出鐵調(diào)整為兩個鐵口對角出鐵；控制合理的鐵口深度，要求深度3.8±0.2 m；出鐵時間145±20 min，出鐵時間短的堵上重開，出鐵時間連續(xù)超標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)實際情況考慮調(diào)整鉆桿直徑。加強(qiáng)作業(yè)區(qū)操作工操作培訓(xùn)，制定打泥、保壓標(biāo)準(zhǔn)，杜絕冒泥，維護(hù)出鐵的穩(wěn)定。

2.6 爐缸炭磚溫度上升的治理

2018 年4 月起B(yǎng) 高爐鐵口附近爐缸炭磚溫度出現(xiàn)上升的情況，根據(jù)兩點法計算歷史最小殘厚779 mm。為了有效治理爐缸炭磚溫度的上升和確保爐役后期爐缸安全，依據(jù)馬鋼爐缸炭磚殘厚管理判斷標(biāo)準(zhǔn)（見表4），期間高爐適當(dāng)控風(fēng)、控氧，降低冶煉強(qiáng)度；利用檢修機(jī)會對炭磚溫度高區(qū)域開孔壓漿，杜絕炭磚縫隙竄氣；加裝爐缸電偶溫度異常報警裝置和爐皮貼片電偶等。

表4 爐缸狀況管理判別標(biāo)準(zhǔn)

另外，高爐在日常操作制度上也采取了相應(yīng)措施。堅持精料入爐的基礎(chǔ)上，入爐原料中配加含鈦球團(tuán)。為了實現(xiàn)鈦礦護(hù)爐的目的，采取適宜的熱制度和造渣制度：適當(dāng)提高爐溫，保證高爐鐵水中［Ti］在0.100%～0.120%；考慮到鈦礦護(hù)爐過程中，渣鐵流動性變差，待炭磚溫度逐步下降后，逐步降低入爐含鈦球團(tuán)比例。在冷卻制度上，對該區(qū)域的冷卻水路進(jìn)行改造，降低水溫，提高流速，增強(qiáng)局部冷卻強(qiáng)度。在爐前出鐵管理上，做好鐵口維護(hù)，對于爐缸炭磚溫度高的鐵口臨時休止或者調(diào)整出鐵制度減少通鐵量，并使用鈦基炮泥。

3 效果

通過對馬鋼B高爐爐役后期操作及管理的不斷優(yōu)化，2021年爐缸炭磚溫度整體穩(wěn)定可控（見圖3）；高爐各段冷卻壁溫度穩(wěn)定在適宜的范圍內(nèi)（見表5），操作爐型整體適宜；爐內(nèi)煤氣流分布合理，煤氣利用率維持在48%以上；高爐燃料比穩(wěn)定在490～500 kg，較2020年降低5 kg；2021年利用系數(shù)2.22較2020 年提高0.03。除12 月受風(fēng)口小套漏水及焦炭置換影響，產(chǎn)量偏低，燃料比上升外，B 高爐取得了良好的燃料經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)（見表6），合理的操作爐型確保了高爐穩(wěn)定、長壽、低耗。

表5 馬鋼B高爐2021年爐體冷卻壁及進(jìn)水溫度單位：℃

表6 馬鋼B高爐2021年主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

圖3 馬鋼B高爐1號鐵口爐缸炭磚七八層溫度的變化

4 結(jié)論

（1）高爐爐料結(jié)構(gòu)和質(zhì)量的相對穩(wěn)定是高爐獲得合理操作爐型的基礎(chǔ)。馬鋼B高爐在用料結(jié)構(gòu)上采用分步調(diào)整的方式；通過降低燒結(jié)礦SiO2含量，提高入爐品位在58.5%～59.5%，降低渣比至300 kg 以下；改善焦炭質(zhì)量，降低焦炭灰分含量至12.5%以下。

（2）爐役后期結(jié)合原燃料條件及冷卻壁破損實際，選擇合理的上下部制度。下部通過提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動能促進(jìn)中心氣流的發(fā)展，活躍爐缸；上部堅持“平臺+漏斗”的布料模式，兼顧兩道氣流變化，獲得合理的操作爐型和良好的煤氣流分布。

（3）通過控制合理的熱制度與造渣制度，活躍爐缸的同時也有助于高爐軟熔帶的穩(wěn)定；降低軟水進(jìn)水溫度和對漏水冷卻壁的及時處理，保證了高爐溫度場的穩(wěn)定；強(qiáng)化爐前出鐵管理，確保渣鐵均勻、穩(wěn)定的排出等都對高爐操作爐型的穩(wěn)定起到了支撐作用。

（4）通過對操作及管理的不斷優(yōu)化，有效抑制了爐役后期爐缸炭磚溫度的上升和冷卻壁的破損，獲得了適宜的操作爐型，高爐在產(chǎn)量上升、燃料比下降的同時實現(xiàn)了高爐長壽和穩(wěn)定順行。