馬鋼4號高爐高冶強下爐墻局部結(jié)厚的快速處理實踐

劉 鵬，王志堂，高廣靜，陳 軍，羅順安，劉 響

(馬鋼股份公司煉鐵總廠 安徽馬鞍山 243000)

馬鋼4號高爐(3200 m3)自2016年9月開爐投產(chǎn)以來，一直處于爐況順行的狀態(tài)，且指標(biāo)處于相對較好水平。2021年5月，4號爐在進(jìn)行提產(chǎn)攻關(guān)的過程中，隨著冶強的逐步提升，高爐中上部壁體溫度下行，冷卻壁水溫差降低，出現(xiàn)了局部爐墻結(jié)厚的現(xiàn)象。爐墻發(fā)生局部結(jié)厚，影響結(jié)厚側(cè)的爐料下降，進(jìn)而破壞了正常爐型下的煤氣流分布，對高爐的產(chǎn)量和指標(biāo)都產(chǎn)生了不利影響。攻關(guān)小組根據(jù)現(xiàn)狀，認(rèn)真分析，采取多項措施，順利在高冶強下解決了爐墻局部渣皮結(jié)厚的問題。

1 爐墻局部結(jié)厚形成

2021年5月下旬26日開始，邊緣墻體中上部8-11段(23.395 m-29.38 m)冷卻壁溫度下行較多，10層壁體溫度由平均110 ℃下降至80 ℃左右，局部溫度低于60 ℃。且各溫度點波動逐步減緩，逐漸呈現(xiàn)“呆滯”狀態(tài)，同時該段水溫差和熱負(fù)荷也在走低，水溫差由7.0 ℃降至4.4 ℃。壁體中上部8-11段出現(xiàn)局部結(jié)厚現(xiàn)象(如下圖1所示)。

圖1 10層冷卻壁各周向溫度變化

2 爐墻局部結(jié)厚原因分析

本次邊緣墻體局部結(jié)厚經(jīng)過分析認(rèn)為主要是邊緣氣流走弱導(dǎo)致，邊緣氣流走弱的原因主要有以下幾點：

2.1 原燃料質(zhì)量波動

(1)焦炭質(zhì)量下滑。

原燃料的質(zhì)量是影響高爐順行的重要因素之一。精料六要素中的“穩(wěn)”，不僅是指入爐原燃料的化學(xué)成分穩(wěn)定，更要求入料原料的冶金性能、爐料結(jié)構(gòu)、入爐比例、爐頂分布等保持相對穩(wěn)定。焦炭作為高爐料柱骨架，更是精料中的重點。在一定程度上提高和穩(wěn)定焦炭質(zhì)量、保持焦炭結(jié)構(gòu)、焦炭成分、反應(yīng)性和反應(yīng)后強度等指標(biāo)的長期穩(wěn)定，可以避免爐況出現(xiàn)較大的波動。[1]

由于馬鋼內(nèi)部自產(chǎn)焦產(chǎn)量不能滿足生產(chǎn)，4號高爐一直配用一定比例的外購焦。外購焦質(zhì)量相對自產(chǎn)焦來說質(zhì)量不穩(wěn)定，進(jìn)入5月份以來，外購焦質(zhì)量持續(xù)下降，灰分和硫分上升，冷態(tài)性能則呈下降趨勢。5月14日之后4號爐外購焦比例上調(diào)至100%水平(如圖2—圖4所示)，進(jìn)一步加大了外購焦質(zhì)量下降對爐內(nèi)料柱透氣性的影響。

圖2 外購焦灰分、硫分的變化

圖3 外購焦M40、M10的變化

圖4 入爐外購焦比例的變化

(2)焦丁比大幅下行

合理使用焦丁具有增產(chǎn)節(jié)焦，改善透氣性的效果。焦丁與礦石混裝入爐，在塊狀帶，焦丁可以直接增加礦石層內(nèi)部礦料的間隙，在軟熔帶，隨著礦石的融化，礦石層的空隙被填滿，透氣性迅速下降，此時增加焦丁就會起到“焦窗”的作用，所以礦石中混裝焦丁，可以使礦石層的透氣性得到有效改善。相關(guān)文獻(xiàn)表明，一定條件下，爐內(nèi)壓差會隨著焦丁比的增加而下降[2]。在日常操作中，我們也發(fā)現(xiàn)，在其余參數(shù)相同的條件下，焦丁比與壓差的對應(yīng)關(guān)系是比較密切的。如圖5所示，是2020年8月1日至9月5日，焦丁比與壓差的對應(yīng)趨勢圖。

圖5 2022年8月1日-9月5日焦丁比與壓差的變化趨勢

焦丁比要引起足夠重視，槽下返焦量的多少，在一定程度上也反應(yīng)了入爐焦炭的質(zhì)量的變化。當(dāng)槽下焦丁量減少時，通常也意味著焦炭的性能發(fā)生了改變。4號爐入爐的焦丁通過料條的調(diào)整，會分布在靠近邊緣的位置，起到了疏松邊緣的效果。5月整體焦丁比下降較多，5日-26日平均焦丁比34 kg/t，較前期4月份平均焦丁比40 kg/t下降6 kg/t，其中 20日-23日，焦丁比持續(xù)下行至31 kg/t(如圖6所示)，焦丁比的大幅下降，導(dǎo)致邊緣氣流在前期就有一定程度弱化。21日開始邊緣10層溫度就開始有明顯下降趨勢。

圖6 焦丁比的變化

(3)高爐熟料率波動大

4號高爐所用的熟料為自產(chǎn)燒結(jié)機礦和自產(chǎn)球團(tuán)礦，生料為進(jìn)口澳洲塊礦和海南塊礦。塊礦作為生料，其高溫冶金性能要比燒結(jié)礦、球團(tuán)等熟料的冶金性能更差。由表1可知，澳礦的軟化溫度、熔化溫度以及軟熔區(qū)間均比燒結(jié)礦低很多，澳礦入爐比例增加，則勢必會導(dǎo)致高爐軟熔帶的位置上移且整體厚度增加，而軟熔帶是整個爐內(nèi)壓差的最大貢獻(xiàn)部位，后果就是爐內(nèi)壓差升高，高爐透氣性變差[3]。

馬鋼的澳洲塊礦從港原到送經(jīng)高爐使用會經(jīng)過一道烘干程序，但遇到雨季或者高爐澳礦需求量大，烘干不及時，會導(dǎo)致大量粉末粘結(jié)在塊礦上，且在槽下造成篩板糊死，無法篩分，粉末直接帶入高爐。另一方面，塊礦作為生料，入爐后會因碳酸鹽及結(jié)晶水的分解而在高爐上部爆裂[3]，導(dǎo)致粒度減小，粉末增多，直接影響高爐上部的透氣性。根據(jù)以往操作經(jīng)驗，在其余參數(shù)相同的條件下，壓差與熟料率呈現(xiàn)反比的線性關(guān)系(如圖7所示)。當(dāng)熟料率低于85%時，爐況穩(wěn)定性有所下降；當(dāng)熟料率低于82%時，爐況波動會增大，壓差升高明顯，持續(xù)時間長甚至導(dǎo)致風(fēng)量萎縮。

表1 入爐礦石的冶金性能

圖7 2021年4月4號爐壓差與熟料率變化

5月高爐熟料率波動大，整體呈下降趨勢。19日后熟料率直線下降，最低26日下降至81.39%。熟料率下降，入爐生礦的比例上升，進(jìn)一步壓制了邊緣氣流。(如圖8所示)

圖8 熟料率變化

2.2 邊緣負(fù)荷過重

4號爐一直采取“中心加焦”的布料模式，以中心氣流為主，邊緣氣流為輔。布料角度相對偏大，中心漏斗大，邊緣礦石層較厚。5月份4號爐持續(xù)維持高冶強、高負(fù)荷的狀態(tài)。5月1日-25日平均負(fù)荷為4.77，平均日產(chǎn)量8866 t/d，日均利用系數(shù)2.77 t/m3·d。在高冶強和高負(fù)荷的生產(chǎn)條件下，邊緣負(fù)荷甚至超過了7.0 t/m3·d。結(jié)合圖1可以看出，由于邊緣負(fù)荷過重，致使邊緣墻體溫度已經(jīng)處于相對較低水平，加之原燃料劣化的影響，促使高爐爐墻結(jié)厚。

2.3 設(shè)備等外圍因素影響

5月中下旬外圍影響因素較多多次慢風(fēng)、虧料。5月19日爐前拉風(fēng)堵口一次，5月22日18:10虧料，料線最深2.3/2.24 m；5月25日19:27上密打不開，無法上料，控風(fēng)至5700 m3/min，控氧至19000 m3/h，虧料線最深至3.2 m。低料線破壞了爐料在爐內(nèi)的正常分布，導(dǎo)致煤氣流分布與爐料下降的失常，惡化了爐料透氣性，促進(jìn)了邊緣結(jié)厚的形成。

3 爐墻局部結(jié)厚處理措施

結(jié)合前期對爐墻溫度及水溫差的判斷，結(jié)厚部位應(yīng)當(dāng)在爐體中上部的位置；針對爐墻結(jié)厚的不同情況，通常有降料面直接爆破、布料制度調(diào)整、退冶強甚至全焦冶煉、堵風(fēng)口控制風(fēng)速和動能、熱酸洗等多種措施[4]。爐內(nèi)結(jié)合現(xiàn)狀采取降低冶強、適當(dāng)發(fā)展邊緣的方式，依靠熱洗、熱煤氣流的強烈沖刷來處理結(jié)厚部位。

3.1 適當(dāng)降低冶強

退守負(fù)荷、降低冶強、階段性加輕料改善料柱透氣性，緩解壓差，保證冷風(fēng)量的使用。27日退負(fù)荷至4.7，28日后全焦負(fù)荷維持4.6水平。

3.2 上部制度的調(diào)整

進(jìn)行料制調(diào)整疏導(dǎo)邊緣氣流。爐頂布料決定著爐料的分布和中上部煤氣流走向。27日9檔焦炭增加一圈，29日7檔礦石減少一圈，結(jié)厚部位墻體熱負(fù)荷下行趨勢得到了抑制。30日繼續(xù)開放邊緣，調(diào)料制8檔礦石繼續(xù)減少1圈，同時停用小粒燒。視十字測溫溫度情況和墻體溫度變化情況，階段性設(shè)定料線1.3 m/1.4 m(正常狀態(tài)1.4 m/1.5 m)，短時間緩解邊緣氣流。調(diào)整后8—11段“呆滯”的墻體有部分粘結(jié)物脫落，局部溫度迅速回升。

3.3 熱洗

爐溫上限控制，提高爐溫進(jìn)行熱洗爐，控制鐵水硅不小于0.4%，減少爐溫波動并適當(dāng)調(diào)低堿度，改善爐渣的流動性。一方面可適當(dāng)控制料速，另外可保證充足的爐缸熱量，及時補償結(jié)厚區(qū)域掉落吸收的熱量。

表3 制度調(diào)整

3.4 加強爐前鐵口維護(hù)及日常操作管理

爐前鐵口維護(hù)變差，經(jīng)過分析，主要與廠家炮泥調(diào)整導(dǎo)致，通過積極與廠家溝通，爐前改變操作手法，調(diào)整炮泥適應(yīng)爐缸，出鐵穩(wěn)定性很快得到改善。

日常操作也要加強管理，避免人為操作導(dǎo)致的低料線事件的發(fā)生。因設(shè)備或其它故障出現(xiàn)低料線，在趕料時應(yīng)適當(dāng)加足輕料并配合料制臨時調(diào)整，以疏導(dǎo)邊緣氣流。

4 效果

爐內(nèi)通過增加邊緣焦炭圈數(shù)、邊緣減礦、停小粒燒等措施疏導(dǎo)邊緣氣流，降低冶強退負(fù)荷等措施改善料柱透氣性。配合熱洗至6月6日墻體溫度開始上升，爐型逐步回歸正常，壓量關(guān)系緩解，爐內(nèi)視爐況恢復(fù)逐步增加負(fù)荷至4.8水平(如圖9所示)。

5 經(jīng)驗總結(jié)

處理爐墻結(jié)厚應(yīng)以預(yù)防為主。大型高爐多以中心氣流為主，邊緣氣流為輔，這也是爐墻結(jié)厚時有發(fā)生的原因之一。一旦發(fā)生爐墻結(jié)厚，應(yīng)迅速判斷出結(jié)厚部位，果斷采取相對應(yīng)的操作制度調(diào)節(jié)。

圖9 產(chǎn)量及負(fù)荷的變化

預(yù)防高爐爐墻結(jié)厚，精料是關(guān)鍵。穩(wěn)定原燃料結(jié)構(gòu)，加強對入爐原燃料成分、冶金性能的監(jiān)控。出現(xiàn)波動，及時退守，根據(jù)原燃料的實際情況，退守至合適的冶煉強度，不能片面的追求高產(chǎn)和指標(biāo)。

處理爐墻結(jié)厚時，應(yīng)注意所采取措施的程度，爐況順行是第一位，加強日常操作，減少不必要的減風(fēng)。一定要做到墻體結(jié)厚全部消除時, 才能恢復(fù)爐況，嚴(yán)防反復(fù)。