鞍鋼10 號(hào)3200 m3 高爐降低焦比生產(chǎn)實(shí)踐

李林春，趙東明，張延輝，張海明，楊長(zhǎng)亮

（1.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10 號(hào)高爐（3200 m3）（以下簡(jiǎn)稱“鞍鋼10 號(hào)高爐”）由于爐型不同于同立級(jí)其他高爐，開爐以來高爐焦比居高不下，綜合焦比長(zhǎng)期在511 kg/t 水平。通過與行業(yè)內(nèi)同立級(jí)高爐對(duì)標(biāo)，發(fā)現(xiàn)行業(yè)綜合焦比480～490 kg/t［1］，鞍鋼10 號(hào)高爐指標(biāo)處于行業(yè)下游。為此，對(duì)鞍鋼10 號(hào)高爐爐型進(jìn)行現(xiàn)狀分析，采取了一系列高爐指標(biāo)優(yōu)化措施，形成了適合10 號(hào)高爐的合理操作制度。

1 鞍鋼10 號(hào)高爐爐型現(xiàn)狀

鞍鋼10 號(hào)高爐于2013 年5 月15 日改造后投入生產(chǎn)。改造后，10 號(hào)高爐與其他3 座同立級(jí)高爐除爐喉直徑均為9 000 mm，其他爐型尺寸差距較大，尤其是爐身角度和爐腹角度。高爐基本爐型尺寸對(duì)比見表1。

表1 高爐基本爐型尺寸對(duì)比Table 1 Comparison of Basic Furnace Types of BF

由表1 可以看出，10 號(hào)高爐爐身角度大于其他3 座高爐，而爐腹角度小于高爐1、大于高爐2和高爐3，在上部制度調(diào)整方面無法找到共同之處。因此，10 號(hào)高爐開始采取相應(yīng)措施，調(diào)整操作制度以降低焦比。

2 高爐降低焦比措施

2.1 提高原燃料質(zhì)量

堅(jiān)持精料方針，10 號(hào)高爐通過將“七分原料+三分操作”傳統(tǒng)思維調(diào)整為“五分原料+四分操作+一分設(shè)備管理”模式，加強(qiáng)對(duì)原燃料的管理，以確保高爐爐況穩(wěn)定。

2.1.1 提高燒結(jié)礦質(zhì)量

10 號(hào)高爐各原料基本為單一品種入爐，以避免使用兩種燒結(jié)礦或兩種球團(tuán)礦的粒級(jí)差和軟化溫度區(qū)間波動(dòng)所帶來的爐況波動(dòng)。高爐爐料結(jié)構(gòu)為三燒燒結(jié)礦+自產(chǎn)球團(tuán)礦+塊礦。提高入爐品位、減少渣量是高爐實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)低耗的重要措施［2-4］。為此，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過降低燒結(jié)礦中SiO2含量，燒結(jié)礦品位提高了1.5%～2.0%，高爐綜合入爐品位由58.0%提高到58.6%。高爐和燒結(jié)車間建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，高爐應(yīng)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量波動(dòng)做到提前預(yù)控。根據(jù)高爐精料方針，嚴(yán)格控制燒結(jié)礦粉末入爐＜5%，F(xiàn)eO 穩(wěn)定在8.0%～9.5%。高爐加強(qiáng)礦槽槽存管控，保證高爐槽存不低于下限槽存，同時(shí)對(duì)高爐來料的軟化溫度和區(qū)間定期進(jìn)行抽樣檢測(cè)，為高爐控制軟熔帶的穩(wěn)定提供理論支撐。另外，加強(qiáng)高爐原料監(jiān)控，每天對(duì)返礦、返焦、原料粒度組成和篩片運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查。確保燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定，為高爐穩(wěn)定順行提供了保障。

2.1.2 提高焦炭質(zhì)量

10 號(hào)高爐焦炭用量以化工自產(chǎn)為主，同時(shí)配少量的外購焦炭。高爐日常關(guān)注焦炭灰分、揮發(fā)分、硫含量，并在保證焦炭化學(xué)指標(biāo)的同時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注焦炭M40、M10、焦炭粒徑、焦炭反應(yīng)性CRI和焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度CSR等指標(biāo)［5］。通過與焦炭生產(chǎn)廠建立溝通機(jī)制并提出焦炭質(zhì)量需求，10 號(hào)高爐的焦炭M40由89.0%提高到90.1%，M10由5.8%降低到5.4%，反應(yīng)性CRI由24.2%降低到23.2%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR由63.7%提高到65.3%，焦炭平均粒徑由50.8 mm 提高到52.5 mm。焦炭質(zhì)量的改善和穩(wěn)定，為高爐穩(wěn)定順行、提高煤比、活躍爐缸和降低綜合焦比提供了保障。

2.2 提高煤比

面對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，用價(jià)格相對(duì)廉價(jià)的煤來代替價(jià)格昂貴的焦炭以實(shí)現(xiàn)高煤比、低焦比，是所有高爐煉鐵者的降耗思路［6］。鞍鋼處于北方城市，季節(jié)性濕度變化較大。根據(jù)此特點(diǎn)，結(jié)合高爐風(fēng)口前理論燃燒溫度，提出10 號(hào)高爐經(jīng)濟(jì)噴煤，并每月對(duì)瓦斯灰中含碳量進(jìn)行分析，判斷未燃煤的比例，一旦未燃煤增加，高爐需立即采取提高煤粉燃燒率措施。通過提高風(fēng)溫和保證適宜的富氧量，提高了10 號(hào)高爐煤粉燃燒率，煤比由原來的150 kg/t 提高到165 kg/t，高爐風(fēng)口前理論燃燒溫度由2 380 ℃降低到2 317 ℃，為高爐增加入爐風(fēng)量創(chuàng)造了條件。同時(shí)，高爐入爐焦比由333 kg/t降低至317 kg/t，達(dá)到了提高煤比，保證綜合焦比穩(wěn)定或穩(wěn)中有降。

2.3 保證合理的爐型

合理的爐型是高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行和降低綜合焦比的基礎(chǔ)，高爐操作者要注重爐型管理，以得到長(zhǎng)期合理的操作爐型。

10 號(hào)高爐通過建立高爐診斷模型和新增加爐身8 個(gè)方向的水溫差和熱負(fù)荷實(shí)時(shí)監(jiān)控手段，逐漸摸索出適合高爐自身的相關(guān)參數(shù)，總結(jié)出爐腹煤氣量和爐腹煤氣指數(shù)的合理范圍，具體見式（1）、（2）［7-9］：

式中，V為爐腹煤氣量，m3/min；V風(fēng)為高爐鼓風(fēng)風(fēng)量，m3/min；V氧為富氧量，m3/h；α為鼓風(fēng)濕度，%；W煤為每小時(shí)平均噴吹煤量，t/h；H煤為煤粉中H 含量，%。

式中，K為爐腹煤氣指數(shù)，m/min；D為爐缸直徑，m。

利用日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過以上公式計(jì)算，高爐摸索出適合自身高爐的爐腹煤氣量在6 500～7 000 m3/min，爐腹煤氣指數(shù)在55～60 m/min，低于以上范圍，高爐需要立即調(diào)整，避免長(zhǎng)時(shí)間偏離合理范圍后高爐出現(xiàn)爐況波動(dòng)。

高爐爐身圓周8 個(gè)方向水溫差監(jiān)控見圖1。

圖1 高爐爐身圓周8 個(gè)方向水溫差監(jiān)控Fig.1 Monitoring of Water Temperature Difference in Eight Directions around BF Shaft

通過爐身8 個(gè)方向水溫差和熱負(fù)荷監(jiān)控，高爐可以實(shí)時(shí)掌握爐身圓周是否均勻，同時(shí)判斷爐身局部是否出現(xiàn)結(jié)厚或粘結(jié)現(xiàn)象。基于此，摸索出了10 號(hào)高爐爐身水溫差范圍2.5～4.5 ℃，熱負(fù)荷合理范圍85 000～100 000 MJ/h，低于下限時(shí)采取疏松邊緣的裝料制度、調(diào)整爐身水量的方式進(jìn)行調(diào)劑，高于上限時(shí)采取抑制邊緣的裝料制度或增加水量進(jìn)行調(diào)劑。密切關(guān)注高爐溫度場(chǎng)變化趨勢(shì)，避免高爐出現(xiàn)爐墻粘結(jié)和結(jié)厚，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行和維護(hù)好操作爐型的管理目標(biāo)［8］。

通過建立10 號(hào)高爐爐型管理模型得出： 高爐保證入爐風(fēng)量4 900～5 000 m3/min，富氧量12 000～15 000 m3/h，鼓風(fēng)動(dòng)能13 000～145 000 kg·m/s 是吹透中心、保證高爐順行和維護(hù)合理操作爐型的基礎(chǔ)。高爐操作方面，風(fēng)壓控制在400～410 kPa，頂壓235 kPa，壓差165～170 kPa。若參數(shù)值超過高爐規(guī)定的范圍要及時(shí)采取減風(fēng)操作，保證高爐參數(shù)對(duì)稱，避免風(fēng)量、風(fēng)壓長(zhǎng)期不對(duì)稱導(dǎo)致邊緣氣流發(fā)生變化，造成壁體溫度場(chǎng)的熱負(fù)荷波動(dòng)，影響高爐合理的操作爐型。當(dāng)高爐出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)風(fēng)量偏少，要及時(shí)采取降低富氧量保證入爐風(fēng)量和風(fēng)速，同時(shí)調(diào)整焦炭負(fù)荷，保證料速12.5～13.0 批/h。爐況轉(zhuǎn)好時(shí)首先恢復(fù)風(fēng)量，其次增加富氧量、提高高爐冶煉強(qiáng)度。

2.4 優(yōu)化布料制度

鞍鋼高爐生產(chǎn)采用中心加焦模式，當(dāng)原燃料質(zhì)量變差時(shí)有一個(gè)穩(wěn)定的中心氣流，能保證基本的風(fēng)量，不會(huì)造成大的爐況波動(dòng)。但是過分依賴中心加焦會(huì)造成焦比上升和冶煉成本增加，同時(shí)過多的中心加焦直接通過中心漏斗進(jìn)入爐缸區(qū)域會(huì)導(dǎo)致爐缸死料柱加大，不利于爐缸活躍。當(dāng)焦炭質(zhì)量變差或爐況出現(xiàn)頻繁波動(dòng)時(shí)極易造成爐缸堆積，處理爐缸堆積時(shí)間長(zhǎng)且艱難，高爐損失嚴(yán)重。因此，優(yōu)化布料制度來保證上部煤氣流合理分布，進(jìn)一步提高煤氣利用率是降低高爐焦比的直接而有效的途徑。通過查閱資料、與同立級(jí)高爐對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)，對(duì)10 號(hào)高爐展開布料制度調(diào)整。

2.4.1 布料制度檔位和起始角度調(diào)整

（1） 起始布料角度不變，減少檔位

10 號(hào)高爐布料制度由原來的六檔布料改為五檔布料。調(diào)整前后高爐布料制度見表2。

表2 調(diào)整前后高爐布料制度Table 2 BF Burden Distribution System before and after Adjustment

布料矩陣調(diào)整后，布料角位差由原來的12.5°減少至9.5°，高爐中心無礦區(qū)增大，有利于吹透中心、降低中心加焦比例，但是生產(chǎn)中未體現(xiàn)效果。因此，高爐縮小風(fēng)口面積，由0.408 8 m2縮小至0.401 0 m2，高爐中心加焦由5.0 圈減少至4.5 圈，綜合焦比由原來的510 kg/t 下降到500 kg/t。由于風(fēng)口面積縮小后高爐入爐風(fēng)量偏少，僅為4 750～4 800 m3/min，高爐產(chǎn)量?jī)H達(dá)到7 100～7 200 t/d。

（2） 縮小起始角度，增加風(fēng)口面積

高爐縮小風(fēng)口面積后,消耗降低但是產(chǎn)能未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，因此將風(fēng)口面積由0.401 0 m2擴(kuò)大至0.408 8 m2，風(fēng)量由原來的4 800 m3/min 增加至4 900～4 950 m3/min。風(fēng)量上升后高爐中心氣流過剩，邊緣氣流受到抑制［10］，爐身熱負(fù)荷和水溫差處于低位運(yùn)行。經(jīng)研究決定，分三步將高爐布料起始角度整體向內(nèi)共平移1.5°，同時(shí)保證角位差不變。制度調(diào)整后，高爐爐身熱負(fù)荷和水溫差回到正常水平。同時(shí)，10 號(hào)高爐堅(jiān)持高風(fēng)壓、高頂壓、高富氧大噴吹以吹活中心，并減少中心加焦比例，由原來的中心加焦比例30.0%減少到22.5%。高爐煤氣利用率由原來的46.0%提高到48.5%。

10 號(hào)高爐布料制度由原來的六檔布料改為五檔布料。通過布料制度調(diào)整以及上下部調(diào)劑相結(jié)合，中心加焦比例大幅降低，達(dá)到了降低焦比目的。合理的高爐基本布料制度見表3。

表3 合理的高爐基本布料制度Table 3 Reasonable BF Basic Distribution System

2.4.2 調(diào)整小品種布料順序

將焦丁布料順序改為焦丁和第一斗礦同步入爐，確保了焦丁布在邊緣，使邊緣氣流更加穩(wěn)定，爐身熱負(fù)荷穩(wěn)定且在合理區(qū)間內(nèi)波動(dòng)。同時(shí)，將塊礦由原來最后進(jìn)入中間稱斗調(diào)整為第二斗和第三斗之間進(jìn)入中間稱斗，保證塊礦進(jìn)入爐內(nèi)后不會(huì)滾動(dòng)到中心阻礙中心氣流，高爐中心氣流更加穩(wěn)定，為進(jìn)一步降低中心加焦比例創(chuàng)造了條件。

2.5 提高爐缸活躍性

適宜的爐缸活躍性是高爐順行、降低消耗的基礎(chǔ)，焦炭質(zhì)量變化對(duì)爐缸焦炭透液性影響大。10 號(hào)高爐在日常操作中注重爐缸狀態(tài)管理，保證爐缸熱制度合理。高爐爐缸物理熱指數(shù)公式見式（3）：

式中，Ktp為爐缸物理熱指數(shù)；tp為每次鐵水平均溫度；℃；［Si］為每次平均鐵水［Si］含量，%。實(shí)踐證明，鐵水測(cè)溫1 500～1 510 ℃，鐵水［Si］含量0.4%～0.5%對(duì)爐缸活躍有益。通過摸索得出10 號(hào)高爐爐缸物理熱指數(shù)Ktp的適宜范圍2.5±0.5。

10 號(hào)高爐日常操作過程中，規(guī)定［Si］含量在0.45%～0.55%，嚴(yán)禁長(zhǎng)時(shí)間低爐溫操作。日常調(diào)劑風(fēng)溫保證在1 190～1 200 ℃，實(shí)現(xiàn)爐溫穩(wěn)定率和合格率均達(dá)到90%以上。細(xì)化爐前操作，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和監(jiān)管，避免設(shè)備問題影響高爐出鐵節(jié)奏。建立爐前耐材和炮泥管理規(guī)定，具體如下：

（1） 日常主溝維護(hù)方面，堅(jiān)持兩供兩備原則。鐵口停下來后，必須保證12～15 個(gè)工作日即具備開鐵口條件。

（2） 高爐主溝通鐵量必須達(dá)到合同要求，不能隨意放砂口或停下。

（3） 高爐鐵口深度按照3.3～3.5 m 組織，鉆頭直徑53～57 mm，保證出鐵流速5.7～6.0 t/min。當(dāng)高爐渣鐵排放不及時(shí)可以選擇零間隔或者負(fù)間隔出鐵，以保證出凈渣鐵。

（4） 建立炮泥跟蹤和評(píng)價(jià)機(jī)制。記錄高爐每次鐵炮泥打泥量、鐵口深度、處理鐵口時(shí)間、出鐵流速以及每次拔炮時(shí)是否使用氧氣燒鐵口以及是否折鐵口等，利用全月數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)炮泥是否滿足高爐生產(chǎn)。

3 實(shí)踐效果

通過加強(qiáng)原燃料管理、抓好爐型管理、保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的操作爐型、建立高爐診斷模型和注重爐缸狀態(tài)管理，同時(shí)結(jié)合上下部調(diào)劑，實(shí)現(xiàn)了高爐生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定順行，高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)取得顯著提升。10 號(hào)高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4。

表4 10 號(hào)高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Table 4 Main Technological and Economic Indexes of No.10 BF

由表4 可以看出，高爐開展降低焦比生產(chǎn)實(shí)踐后，入爐焦比降低16 kg/t，綜合焦比降低18 kg/t，產(chǎn)量提升360 t/d，高爐降低消耗效果明顯。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10 號(hào)高爐（3200 m3）為了解決消耗指標(biāo)較高的問題，加強(qiáng)對(duì)原燃料質(zhì)量的管理，提高燒結(jié)礦和焦炭質(zhì)量，提高煤比；同時(shí)優(yōu)化布料制度，注重爐型管理和加強(qiáng)爐缸狀態(tài)管理，采取高風(fēng)壓、高頂壓、大風(fēng)量和適宜的富氧配合高煤比，高爐入爐焦比降低16 kg/t，綜合焦比降低18 kg/t，產(chǎn)量提升360 t/d，達(dá)到了高產(chǎn)低耗的生產(chǎn)目標(biāo)，高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，值得推廣和借鑒。