高爐爐內(nèi)煤氣流調(diào)整分析

鄧超群

(福建羅源閩光鋼鐵有限公司，福建 羅源 350600)

羅源閩光二期1號高爐于2021年1月16日點火投產(chǎn)，設24個風口，兩個鐵口，采用先進的串罐無料鐘爐頂設備，煤氣均壓回收系統(tǒng)、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，開爐初期因后道工序原因，產(chǎn)量按3500 t組織生產(chǎn)，堵5個風口，5月份以后全風口送風，高爐日產(chǎn)4700 t，燃料比519 kg/t左右，煤比160±5 kg/t·Fe，高爐中心氣流時有時無，煤氣利用率僅44%左右，三鋼、馬鋼等同級別高爐煤氣利用率達49%，2022年3月高爐發(fā)現(xiàn)爐喉結(jié)瘤，影響爐況順行，高爐走料不穩(wěn)，時快時慢，量壓關系波動大，7月份瘤脫落后爐況有所恢復。高爐作業(yè)區(qū)組織技術(shù)人員對1號開爐以來的生產(chǎn)進行總結(jié)，認為長期邊緣過重、原燃料質(zhì)量差，風速不足無法打穿中心，是導致煤氣利用率低的要因，必須改善爐內(nèi)煤氣流分布，才能實現(xiàn)爐況長期順行穩(wěn)定，高產(chǎn)、低耗。

1 高爐煤氣流治理

1.1 強化原燃料管理

(1)精料是高爐煉鐵的基礎，是高爐生產(chǎn)順行、指標先進、節(jié)約能耗的基礎和客觀要求[1]。原燃料的質(zhì)量好壞直接影響到高爐的爐內(nèi)煤氣流的分布，羅源閩光無焦化廠，高爐焦炭全部外購，焦炭采購種類多、質(zhì)量參差不齊，造成爐況波動較大。2022年8月以來高爐改善入爐原燃料質(zhì)量，穩(wěn)定焦炭種類，采用日本搭配東義、山焦焦炭(成分如表1所示)，以日本為主焦搭配另兩種焦炭使用，做好優(yōu)劣搭配。

表1 焦炭質(zhì)量指標 單位：%

(2)當班工長接班前、班中每2小時做好槽下原燃料的質(zhì)量、粒級、水分檢查工作，加強槽下篩分，槽下使用400 t/h的下振式高效直線振動篩，燒結(jié)礦分級粒度為5 mm，透篩率可達95%以上。由于燒結(jié)粉率較高，在振動篩給料機電機加裝變頻器，主控設定料流速度，焦炭料流小于15 kg/s，燒結(jié)礦料流<30 kg/s，塊礦料流<50 kg/s。大大提高了入爐原料質(zhì)量(燒結(jié)粒級、轉(zhuǎn)鼓如表2所示)。

表2 入爐燒結(jié)指標 單位：%

1.2 送風制度的調(diào)整

高爐風口為爐內(nèi)煤氣的發(fā)源地，送風制度決定了煤氣流的初始分布，因此在調(diào)整氣流分布時，首先應考慮送風制度(風量、風壓、風溫、風口面積、長度、斜度)，通過合理的風量和富氧，匹配相適應的風速，保證合理的鼓風動能和風口回旋區(qū)深度。羅源閩光煉鐵廠通過長時間地探討研究，針對局部邊緣氣流較盛方向風口加長、適當縮小風口面積，(表3為調(diào)整后的風口配置圖)，穩(wěn)定風壓420±5 kPa，富氧12 000 m3/h，控制風量3 100～3 150 m3，壓差不大于200 kPa，保證風速大于250 m/s等措施，活躍爐缸，打穿中心氣流。

表3 風口配置圖

1.3 裝料制度的調(diào)整

高爐結(jié)瘤以前的裝料制度以大礦角壓邊思路為主，布料角度如表4所示。通過與其他鋼廠的交流分析后發(fā)現(xiàn)高爐裝料制度要結(jié)合原燃料條件、冶強等情況綜合分析，一味的加大礦角壓制邊緣氣流反而得不到想要的效果。

表4 高爐裝料制度 單位：°

高爐上部裝料制度直接影響高爐爐料的分布，高爐煤氣利用率主要受塊狀帶的傳熱和礦石的還原影響，煤氣流的分布直接受到實際裝料的影響。通過長期的布料理論研究和實踐分析發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)中心發(fā)展、邊緣穩(wěn)定的煤氣流分布控制，在日常調(diào)整布料矩陣時，應做到以下幾點：

在布料過程中，應保證中心無礦區(qū)而并非多加焦炭，內(nèi)圈適當使用大的礦石角度，使最小礦角落點大于焦炭次內(nèi)圈角度落點，保證一定的空焦角位比。

布料調(diào)整時盡量保持焦層穩(wěn)定，通過調(diào)整礦石圈數(shù)、角度等來實現(xiàn)對煤氣流分布的控制，如焦炭批重增加過多，易造成爐喉區(qū)域料層較厚，造成煤氣不穩(wěn)定，通過礦批的大小和礦石平臺的寬度實現(xiàn)煤氣的逐漸過渡。

在平衡兩股煤氣過程中要上、下部調(diào)劑兼顧，布料制度的調(diào)整和風量、富氧、動能等要匹配好，為了實現(xiàn)中心氣流發(fā)展，邊緣氣流適度，同時提高煤氣利用，應采取的方式應是以對煤氣流疏導為主，疏堵結(jié)合，而非過于壓邊，因為氣流在運動過程中會向阻損小的地方走，所以如果過于壓邊可能反而導致氣流沿爐墻發(fā)展，向中心穿透能力差。

為了實現(xiàn)對煤氣流的疏導，應增加礦石檔位，拉開礦角，進而減薄礦層厚度，如果礦石環(huán)位過少，礦角差過小，會導致礦層厚度較大，對煤氣流阻力較大，且煤氣流不易控制。

通過布料模擬軟件計算得到：

(1)礦石最大角對應的外落點到爐墻的距離(L)應在0.1～0.25 m左右(根據(jù)爐內(nèi)氣流和下部操作制度變化選取合適的距離L)；

(2)為了保證中心氣流的穩(wěn)定，礦石最小角對應的外落點半徑占爐喉半徑的比例應控制在70%左右；

(3)空焦角位比(小于最小礦角的焦炭檔位布料圈數(shù)與所有的焦炭圈數(shù)之比)在30%左右；

(4)保證8.5°以上的礦石角差。

通過上述設定，將有利于中間平臺區(qū)煤氣流分布相對均勻穩(wěn)定，煤氣利用提高。

實際布料矩陣還需根據(jù)實際爐況具體而定，在后續(xù)的布料調(diào)整建議把握以下幾點：(1)發(fā)展中心需要盡量在中心營造無礦區(qū)而非過多地中心加焦，同時在將氣流向中心引導時要注重流動路徑上徑向上阻力分布的合理性；(2)是否采用中心加焦取決原燃料條件和爐況反應，并非刻意追求取消中心加焦，應在保證高爐順穩(wěn)的前提下，應科學利用中心加焦手段平穩(wěn)過渡原燃料質(zhì)量波動；(3)布料調(diào)整時最大角度，角差，圈數(shù)，環(huán)位數(shù)需兼顧；(4)調(diào)整過程應上、下部調(diào)劑匹配，布料制度的調(diào)整和風量、風溫、動能等要匹配好；(5)在判斷透氣性指數(shù)和壓差的變化對爐況影響的好壞時，需具體問題具體分析，如當邊緣過于發(fā)展時，隨風量增加，透氣性指數(shù)的增加反而可能是由于煤氣更多地沿爐墻上升，煤氣利用下降.當氣流由邊緣發(fā)展向中心發(fā)展過渡時，在爐內(nèi)的分布和利用更加合理，通過料柱的路徑更長，阻損增加，可能反映到透氣性指數(shù)下降、壓差上升，但如果是在不引起下料不順的可控范圍內(nèi)，則對高爐冶煉是有利的。

通過布料仿真模擬關注布料矩陣在軟件中模擬的料面形狀，徑向不同位置的礦焦比分布，確保合理的礦焦比分布：中間區(qū)域最小，平臺位置最大，邊緣較平臺小。結(jié)合高爐爐內(nèi)實際氣流分布以及原燃料的質(zhì)量情況，高爐實行雙料線下料，礦1.4 m，焦1.3 m，最大礦角不超過40°，裝料制度如表5所示。

表5 裝料制度表 單位：°

1.4 杜絕頻繁虧料線作業(yè)

我廠高爐上料主皮帶寬1.4 m，有上下兩層托輥，單個托輥重45 kg，更換托輥時把葫蘆掛在皮帶通廊屋頂?shù)牡鯍禳c，然后將皮帶吊起再將壞的托輥從卡槽中取出，換上新的托輥。皮帶通廊場地狹小，主皮帶離地80 cm，皮帶又重，用手拉葫蘆將壞托輥處皮帶吊起費時費力，更換一個托輥需機修加崗位人員5人，平均需要15～30 min，由于初期承包商使用的托輥質(zhì)量不佳，頻繁損壞，更換托輥經(jīng)常造成高爐虧料線深，造成長時間減風趕料線。

為了解決更換托輥用時長，導致高爐虧料線長時間減風以及上料工勞動量大，需要人員多的問題，作業(yè)區(qū)自己制作了一種實用的更換皮帶輥工裝(如圖1所示)，該裝置利用液壓千斤頂作為動力裝置進行升降，結(jié)合活動托舉支架等組件，利用杠桿將一定重量的皮帶頂起來，使皮帶與托輥之間有足夠的空間距離，保證舊托輥能夠順利從卡槽中取出更換。通過套筒、套管來調(diào)節(jié)高度，托舉支架可360°旋轉(zhuǎn)，滿足各位置、各角度的托輥更換，采用該裝置后更換托輥時間縮短至7 min左右。

1-M18螺栓；2-鏈接板；3-固定螺桿；4-5T千斤頂；5-底座；6-套筒；7-底座；8-套管；9-托舉支架；10-螺帽；11-高度調(diào)節(jié)孔；12-M14螺栓；13-底座

具體實施方式為：

(1)該產(chǎn)品由以下幾個部分組成:①活動的托舉支架②、鏈接板、5T液壓千斤頂(頂部焊接一塊帶2 cm孔洞的鋼板、配M18螺栓、螺帽)、固定螺桿③、直徑40 cm的帶上下底座的套筒(帶三個高度調(diào)節(jié)孔、螺栓)④直徑30 cm的高度調(diào)節(jié)套管(帶一個固定孔)帶底座。

(2)各組成部分的特征及其作用如下:①、活動的托舉支架可360°旋轉(zhuǎn)用來支撐皮帶；②、千斤頂提供動力使托舉支架托舉起皮帶，鏈接板置于千斤頂上部，通過固定螺桿將千斤頂固定；③、套筒帶有3個高度調(diào)節(jié)孔可調(diào)節(jié)高度；④、高度調(diào)節(jié)套管與套筒連接調(diào)節(jié)高度。

斤頂上部，通過固定螺桿將千斤頂固定，套管帶有3個高度調(diào)節(jié)孔，套筒插入套管內(nèi)，用M14螺栓鎖緊來調(diào)節(jié)高度。

(3)該產(chǎn)品的操作過程或工作原理如下：該裝置利用液壓千斤頂作為動力裝置進行升降，結(jié)合活動托舉支架等組件，利用杠桿將一定重量的皮帶頂起來，使皮帶與托輥之間有足夠的空間距離，保證舊托輥能夠順利從卡槽中取出更換。通過套筒、套管來調(diào)節(jié)高度，托舉支架可360°旋轉(zhuǎn)，滿足各位置、各角度的托輥更換。

1.5 強化爐內(nèi)、外操作

對外加強與煉鋼廠、運輸部的溝通協(xié)調(diào)，及時配罐，保證堵口間隔10min即可開口出鐵；對內(nèi)一方面穩(wěn)定爐況、爐溫、高風溫、大富氧、大噴吹、低硅冶煉；另一方面加強爐前管理，規(guī)范操作，杜絕堵口漏泥、開口卡釬等問題，保證鐵水流速≥4 t/min，及時出凈渣鐵。同時要求加強對設備的點檢，提前處理好設備問題，減少對爐外出鐵的影響。

2 治理效果

通過加強對入爐原燃料的質(zhì)量管理、調(diào)整送風制度和裝料制度以及強化爐內(nèi)、爐外操作，做到“下穩(wěn)上活”，高爐料線平穩(wěn)，煤氣流分布得到顯著改善(如圖2所示)，高爐煤氣利用率在49%以上(如表6所示)，爐缸工作活躍，中心溫度達到531℃。

表6 煤氣利用率

圖2 煤氣分布

3 結(jié)語

(1)通過加強原燃料的質(zhì)量管理、上部裝料制度和下部送風制度相結(jié)合，做到“上穩(wěn)下活”，杜絕頻繁虧料線作業(yè)、加強爐外出鐵等能夠有效的改善煤氣流的分布，煤氣利用率達49%以上。

(2)通過高爐無料鐘布料模型及仿真模擬系統(tǒng)結(jié)合實際爐況調(diào)整上部裝料制度，有較好的效果。

(3)高爐裝料制度不是礦角越大越好，結(jié)合生產(chǎn)實際適時的調(diào)整操作思路，逐步摸索出合理的煤氣流控制標準，才能實現(xiàn)爐況長期穩(wěn)定順行。