提高高爐煤氣利用率的生產(chǎn)實踐

魏曉陽

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

在國內(nèi)鋼鐵產(chǎn)能過剩，環(huán)境治理力度不斷加大，環(huán)保限產(chǎn)常態(tài)化，下游市場疲軟，焦炭燃料受煤粉資源影響價格堅挺等一系列不利因素的影響下，鋼鐵企業(yè)利潤被不斷的壓縮。鋼鐵企業(yè)為了更好的生存和發(fā)展，需要不斷研究和探尋降低企業(yè)生產(chǎn)成本的方法和途徑。煉鐵系統(tǒng)的能耗約占鋼鐵企業(yè)整體能耗的80%，是降本挖潛的重要環(huán)節(jié)。而高爐煤氣利用率是體現(xiàn)高爐燃料消耗和工藝操作水平的重要指標，提高煤氣利用率是企業(yè)降低高爐燃料消耗和生產(chǎn)成本的主要途徑之一。目前天鋼聯(lián)合特鋼2 號1080m3高爐煤氣利用率為42.5%，煤燃料消耗530kg/t，相比國內(nèi)同類型高爐處于平均水平，有進一步提高的潛力[1]。

本文對天鋼聯(lián)合特鋼2 號1080m3高爐煤氣利用率煤氣利用率低的原因進行了分析，制定提高煤氣利用率的相應措施，并對措施實施效果進行了總結(jié)。

1 影響煤氣利用率的原因分析

煤氣中CO 是高爐內(nèi)的氣體還原劑，在還原過程中它奪取固體鐵礦石中氧化物的氧而轉(zhuǎn)化為CO2。煤氣利用率是衡量在高爐煉鐵過程中，爐內(nèi)氣固相還原反應中，CO 轉(zhuǎn)化為CO2程度的指標，也是評價高爐內(nèi)間接還原進程的重要指標，這一指標可以判斷爐內(nèi)能量利用的好壞。高爐煤氣利用率可根據(jù)煤氣中CO2和CO 含量算出，用ηCO 表示，即：爐頂煤氣中CO2含量/爐頂煤氣中CO2和CO 含量總和。國內(nèi)先進高爐煤氣利用率可達0.5 左右，而生產(chǎn)情況差的高爐只能達到0.3～0.4。

高爐煤氣從風口向上運動，與從爐頂向下運動的爐料相互接觸、相互運動，煤氣流的三次分布直接決定了高爐爐況的運行狀態(tài)，影響高爐爐料的運行和煤氣流的運行，從而影響高爐的生產(chǎn)指標和運行成本。提高煤氣利用率可以顯著降低高爐燃料消耗，是高爐實現(xiàn)降低成本冶煉的主要手段之一，因此在穩(wěn)定高爐產(chǎn)量的同時，提高高爐煤氣利用率的意義非常重要[2]。

1.1 布料制度對高爐煤氣利用率的影響

布料制度是通過氣密箱來調(diào)整焦炭、礦石布料角度及布料圈數(shù)，實現(xiàn)高爐爐內(nèi)合理的料面分布，實現(xiàn)爐內(nèi)邊緣氣流和中心氣流同時發(fā)展，即發(fā)展中心氣流的同時要兼顧邊緣氣流，合理的布料制度可以有效改善爐況順行狀況，提高高爐煤氣熱能和化學能的利用效率。目前2 號1080m3高爐焦負荷4.58，燃料比530kg/t，煤氣利用率42.5%。從布料矩陣分析，料面分布呈平臺漏斗型，焦平臺寬，中心焦層薄，邊緣焦層厚，邊緣負荷輕，制約高爐煤氣利用率的提高。

1.2 爐頂壓力對高爐煤氣利用率的影響

提高爐頂壓力可減緩高爐下部煤氣流的上升速度，從而延長煤氣與爐頂下降的爐料的接觸時長，有利于煤氣與礦石在低溫段發(fā)生反應，擴大間接還原反應區(qū)，節(jié)約燃料消耗，同時提高頂壓能夠使高爐入爐風量增加。目前2 號1080m3高爐爐頂壓力210kPa，爐頂設備潛力未充分發(fā)揮，有頂壓提升的空間。

1.3 大礦批對高爐煤氣利用率的影響

高爐礦石批重的大小直接決定高爐內(nèi)爐料層狀結(jié)構(gòu)的分布狀況，能夠影響高爐煤氣流的分布，影響煤氣與爐料的接觸面積。高爐礦石批重增大同時，焦批也變大，能夠使軟熔帶焦窗厚度變大，使高爐煤氣能夠順利的通過焦窗，降低煤氣阻力，對煤氣流的二次分布有很大的促進作用。因此加大礦石批重可以使高爐上部煤氣分布改善，提高煤氣利用，而且能夠降低高爐下料次數(shù)，降低爐頂設備的運行次數(shù)，有利于高爐爐頂設備的維護，降低高爐卷揚上料負擔。目前2號1080m3礦批為36.5t，有進一步提升空間。

1.4 富氧、風溫、噴煤對高爐煤氣利用率的影響

目前2 號1080m3高爐富氧、風溫、噴煤使用不到位，富氧率在5.3%，風溫1180℃，噴煤比在135kg/t，在熱風爐燒爐過程中存在手動調(diào)節(jié)情況，導致熱風爐有調(diào)節(jié)不及時的弊端，影響了熱風爐燃燒室溫度的穩(wěn)定性，對煤氣利用造成一定浪費。同時換爐過程中存在風量、風壓換爐波動的問題，每次換爐瞬時風壓可降低12kPa，入爐風量減少2400m3。

1.5 入爐原料質(zhì)量對高爐煤氣利用率的影響

精料入爐是高爐生產(chǎn)的基礎，是保持高爐爐況順行、提高煤氣利率、增加利用系數(shù)、降低燃料消耗的重要因素。焦炭的骨架作用是決定料柱透氣性的關鍵，因此加強入爐焦炭質(zhì)量控制，對高爐穩(wěn)定生產(chǎn)起著決定性影響；另外降低入料原料的含粉量，也是改善高爐內(nèi)部透氣性的關鍵因素。目前2號1080m3高爐入爐原料含粉較多，需要加強入爐原料控制。

2 提高煤氣利用率的措施

2.1 優(yōu)化布料制度，促進煤氣合理分布

高爐布料操作，主要是發(fā)展兩道氣流的理念，在發(fā)展中心氣流的同時要兼顧邊緣氣流的發(fā)展。優(yōu)化布料制度需要了解礦石在爐喉鋼磚的碰撞點，了解礦石布料的軌跡，從而推斷出礦石邊緣布料落點，如果礦石邊緣角過大，礦石與爐喉鋼磚碰撞，影響礦石的分布，造成煤氣邊緣氣流紊亂。因此，確定礦石準確的邊緣落點是形成合理料面的基礎，高爐根據(jù)爐頂攝像的煤氣流來調(diào)整裝料制度，調(diào)節(jié)料線和布料圈數(shù)，實現(xiàn)中心焦比例高于邊緣焦，適當發(fā)展中心氣流的布料模式。

合理的布料制度是提高煤氣利用率的基礎，因此需要根據(jù)2 號高爐爐型，摸索合適的布料矩陣。2 號1080m3高爐的布料矩陣優(yōu)化調(diào)整方案：將焦炭中心檔位角度改為22°，增加中心焦量，減輕中心負荷，適當開放中心；礦石最外環(huán)2 圈料取消，在第3、第4 檔各加1 圈，適當減輕爐墻邊緣負荷。布料制度調(diào)整后的料面分布呈平臺漏斗型，礦層、焦層厚度分布較為均勻，礦焦比分布較為平緩。該布料矩陣對應高爐焦負荷達到5.0，燃料比低，煤氣利用率達到44.54%，各項指標較好。

2.2 提高爐頂壓力，降低爐內(nèi)煤氣流速

提高爐頂壓力可以減緩煤氣流上升的速度，抑制爐頂荒煤氣攜帶的粉塵量，同時能夠增加入爐風量，有利礦石在間接還原區(qū)反應的時間延長?？紤]爐頂設備設計壓力，在滿足設計規(guī)范的前提下將設備潛能發(fā)揮到最大，結(jié)合2 號1080m3高爐高爐生產(chǎn)實際，將爐頂壓力由210kPa提高至220kPa。

2.3 增大礦石批重，改善高爐下部透氣性

礦石批重增大可以減少礦石和焦炭在高爐內(nèi)部的層數(shù)，有利于增加軟熔帶焦炭焦窗的厚度，保證煤氣流順利穿過軟熔帶，改善高爐下部透氣性，擴大間接還原反應區(qū)，實現(xiàn)煤氣的熱量充分的傳遞給爐料，降低燃料比。通過摸索最終確定2 號1080m3高爐的礦石批重由36.5t 增加至控制在38t，相應焦炭批重控制在8t。

2.4 增加富氧量，降低直接還原反應區(qū)

富氧是在冷風管道上加入氧氣，使冷風中氧氣含量高于空氣中氧氣含量。增加風中氧含量，可提高風口前理論燃燒溫度，使高爐下部高溫段下移，從而降低直接還原反應區(qū)，提高煤氣利用率。2 號高爐通過操作優(yōu)化，使高爐富氧率達到6.8%。

2.5 增加入爐風溫，降低直接還原反應區(qū)

提高熱風溫度有利降低高爐燃料比，使爐內(nèi)高溫段下移，降低直接還原反應區(qū)。天鋼聯(lián)合特鋼自主研發(fā)的壓縮空氣充壓換爐技術以及自行設計的熱風爐自動燒爐技術，有效解決了熱風爐換爐過程中風壓和風量波動問題，以及爐內(nèi)煤氣壓力波動問題。通過設置獨立氣源充壓，熱風爐實現(xiàn)了零擾動換爐；同時熱風爐燒爐增設自動燒爐控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過檢測燃燒室溫度的變化，并根據(jù)煤氣溫度和發(fā)熱值進行優(yōu)化燃燒計算，自動調(diào)節(jié)空燃比，使2號1080m3高爐高爐熱風爐空燃比在0.55～0.7 之間自動調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)高爐熱風溫度穩(wěn)定控制在1200℃。

2.6 提高噴煤量，平衡風口前理論燃燒溫度

高爐爐況順行也是提高煤氣利用率的重要因素之一。2 號1080m3高爐高爐通過高富氧、高風溫，風口前的理論燃燒溫度升高，需要提高噴煤量來降低風口前理論燃燒溫度。高富氧和高風溫有利于煤粉在風口前充分燃燒，目前富氧率控制在6.8%，風溫在1200℃，因此需要煤比控制在155.5 kg/t以上，平衡風口前理論燃燒溫度的升高，實現(xiàn)高爐爐況穩(wěn)定順行。在冶煉強度、爐溫變化時，不用風溫做調(diào)劑，而以噴煤量做調(diào)劑。目前，經(jīng)過實踐將理論燃燒溫度控制在2200℃～2500℃之間。

2.7 加強焦炭篩分管理，提高入爐焦炭質(zhì)量

精料是高爐冶煉強度的基礎，焦炭質(zhì)量是高爐穩(wěn)定的靈魂，因此焦炭的質(zhì)量控制非常關鍵。我們主要從以下幾方面加強焦炭質(zhì)量控制：一是加強焦炭篩分管理，要求上料人員及時清理振篩，檢查振動篩運行情況，通過調(diào)節(jié)振動篩的振幅和及時清理雜物；二是要求加強看料次數(shù)，做好焦炭實物對比，若發(fā)現(xiàn)焦炭質(zhì)量下降，及時降低焦炭負荷；三是建立信息溝通渠道，焦炭進廠檢驗數(shù)據(jù)及時反饋到高爐，使工長及時了解焦炭質(zhì)量，從而對高爐進行早調(diào)整，避免爐況波動。

針對入爐原燃料含粉大的情況，通過調(diào)整振篩振幅，控制下料料流等手段，優(yōu)化焦炭給料分布和給料量，減少篩板料層厚度，提高振篩篩分效果。針對焦炭篩分過程中卡篩板，含粉大堵塞篩網(wǎng)現(xiàn)象，對篩板進行改造，將棒條篩改造成網(wǎng)狀篩，并在下料口加裝擋料裝置，起到焦炭分流作用，使焦炭能夠均勻的分布在篩板上，增加焦炭在振篩停留時間，減少篩板空載時間，降低了篩板糊篩現(xiàn)象，減少焦粉入爐。

3 結(jié)語

為降低高爐燃料消耗、提高煤氣利用率、降低煉鐵生產(chǎn)成本，本文結(jié)合天鋼聯(lián)合特鋼2 號1080m3的生產(chǎn)實際情況，分析了影響高爐煤氣利用率的各種因素，有針對性制定提高煤氣利用率的相應措施。

2 號1080m3高爐通過調(diào)整布料制度、加大礦批、提高頂壓、增加風溫、高噴煤比、高富氧率、精料入爐等一系列技術措施，高爐煤氣利用率由42.5%提高至46.5%以上，在同類高爐中處于先進水平。高爐燃料比由530kg/t 降低至515kg/t 以下，富氧率控制在6.8%，風溫在1200℃，煤比穩(wěn)定在155.5kg/t。在高爐長周期穩(wěn)定順行的前提下，鐵水成本顯著降低。