鞍鋼2號(hào)高爐高利用系數(shù)生產(chǎn)實(shí)踐

姜 喆 車玉滿 郭天永 姚 碩 孫 鵬 費(fèi) 靜 曾 宇

(1. 鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心，遼寧鞍山 114009；2. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山 114021)

鞍鋼2號(hào)高爐高利用系數(shù)生產(chǎn)實(shí)踐

姜 喆1車玉滿1郭天永1姚 碩1孫 鵬1費(fèi) 靜1曾 宇2

(1. 鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心，遼寧鞍山 114009；2. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山 114021)

對(duì)鞍鋼2號(hào)3 200 m3高爐低燃料比高利用系數(shù)進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)。通過提高焦炭質(zhì)量，改進(jìn)造渣制度，采取高風(fēng)溫、高富氧和高頂壓等操作，并控制合理的鼓風(fēng)動(dòng)能和送風(fēng)比和加強(qiáng)爐前管理等措施，使鞍鋼2號(hào)高爐的燃料比長期穩(wěn)定在500 kg/t以下、焦比低于300 kg/t。2015年以后該高爐利用系數(shù)保持在2.3 t/(m3·d)以上。

高爐 利用系數(shù) 燃料比 焦比

高爐實(shí)現(xiàn)低燃料比和高利用系數(shù)生產(chǎn)是鋼鐵企業(yè)降低成本、提高生存能力的有效措施，特別是在鞍鋼煉鋼能力有富余的情況下，更具有可觀的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。鞍鋼2號(hào)高爐于2012年2月28日大修開爐后，隨著對(duì)大型高爐操作認(rèn)識(shí)水平的不斷提高，通過提高焦炭質(zhì)量、改進(jìn)造渣制度、實(shí)施高富氧、高風(fēng)溫和高壓差操作，和優(yōu)化下部調(diào)劑制度實(shí)現(xiàn)了高爐的穩(wěn)定順行和指標(biāo)優(yōu)化，高爐利用系數(shù)和燃料比長期保持較優(yōu)水平。2015年以來高爐燃料比和焦比長期低于500 kg/t和300 kg/t，月平均利用系數(shù)最高超過2.5 t/(m3·d)(見圖1)，與國內(nèi)外同容積高爐相比，處于領(lǐng)先水平。

新2號(hào)高爐有效容積3 200 m3，采用當(dāng)今世界先進(jìn)的煉鐵設(shè)備和技術(shù)， 包括無料鐘爐頂、INBA沖渣工藝、分區(qū)(并聯(lián))軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)、AWRⅡ型熱風(fēng)爐、TRT余壓發(fā)電、高性能電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、HoneyWell控制系統(tǒng)等。以上這些先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)是保證高利用系數(shù)和低燃料比的前提。

圖1 鞍鋼2號(hào)高爐近年來高爐利用系數(shù)、 焦比和燃料比Fig.1 Utilization coefficient, coke ratio and fuel ratio of Ansteel BF No.2 recent years

1 提高焦炭質(zhì)量

高質(zhì)量的焦炭是高爐降低燃料比和提高利用系數(shù)的基礎(chǔ)。特別是對(duì)高煤比的大型化高爐來說，高爐煉鐵生產(chǎn)所要求的焦炭熱強(qiáng)度和冷強(qiáng)度尤為嚴(yán)格。鞍鋼2號(hào)高爐在2014年以前所用焦炭受廠內(nèi)煉焦產(chǎn)能能力限制，質(zhì)量極不穩(wěn)定，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：入爐焦炭品種不固定，為自產(chǎn)干熄焦+自產(chǎn)水熄焦+外購焦炭，經(jīng)常受運(yùn)輸、價(jià)格、天氣等因素影響，需調(diào)整各種焦炭配比，對(duì)爐況影響極大。為滿足大高爐冶煉生產(chǎn)需要，鞍鋼投產(chǎn)2座7 m焦?fàn)t，逐步將2號(hào)高爐所用焦炭改為100%自產(chǎn)干熄焦，焦炭的機(jī)械強(qiáng)度顯著提高(見圖2)。焦炭在高爐內(nèi)主要起料柱骨架作用，隨著焦炭冶金性能的提高，高爐透氣和透液性得到提高[1]，為高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的改善提供了有力的保障。

圖2 近年來鞍鋼2號(hào)高爐所用焦炭的機(jī)械強(qiáng)度Fig.2 Mechanical strength of coke used in Ansteel BF No.2 during the recent years

2 改進(jìn)造渣制度

為進(jìn)一步降低燃料比和提高利用系數(shù)，2014年以來鞍鋼煉鐵廠進(jìn)行了積極地探索和嘗試，將改進(jìn)造渣制度作為降低高爐生產(chǎn)成本的主要措施，逐步取消燒結(jié)過程中的白云石配入量，以提高燒結(jié)礦TFe，減少高爐渣比。從2015年7月開始,在保證爐渣脫硫和流動(dòng)性滿足高爐正常生產(chǎn)情況下，逐步將爐渣中的MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)由原來的7%～8%降低至4%～5%，爐渣二元堿高度由1.15±0.05提高至1.25±0.05(見圖3)。同時(shí)提高爐缸熱量，控制出鐵溫度在1 500 ℃以上，避免因二元堿度的提高造成爐渣熔點(diǎn)增加和穩(wěn)定性變差而帶來的操作困難。通過優(yōu)化高爐造渣制度不僅直接降低了高爐軟熔帶軟熔體的數(shù)量，改善了高爐軟熔帶的透氣性，還直接降低了燒結(jié)礦配礦成本。

圖3 近年來鞍鋼2號(hào)高爐爐渣成分和 二元堿度的變化Fig.3 Change of composition and binary basicity of slag used in Ansteel BF No.2 during the recent years

3 高頂壓、高富氧和高風(fēng)溫

提高爐頂壓力也是鞍鋼2號(hào)高爐降低燃料比和成本所采取的一項(xiàng)措施。據(jù)統(tǒng)計(jì)，頂壓每提高0.01 MPa，焦比降低0.5%～1.0%，產(chǎn)量增加2%～3%[2]。這是因?yàn)轫攭禾岣吆螅郀t內(nèi)煤氣流速變慢，爐內(nèi)壓差減小，高爐更容易接受風(fēng)量，同時(shí)促進(jìn)了間接還原。2014年末，鞍鋼將2號(hào)高爐頂壓進(jìn)一步提高至0.22 MPa以上(見圖4)。

富氧量決定高爐強(qiáng)化冶煉程度，從理論上講富氧還可以提高理論燃燒溫度，以彌補(bǔ)風(fēng)口前煤粉裂解所消耗的熱量，提高煤粉燃燒率。減少爐腹煤氣量[3]，在富氧鼓風(fēng)上，2號(hào)高爐以控制爐腹煤氣量為主，將富氧率控制在4.0%左右的較高水平(見圖5(a))。

高風(fēng)溫操作是降低燃料比最經(jīng)濟(jì)的手段，風(fēng)溫水平越高，帶入高爐內(nèi)的熱量越多，降低燃料比的效果就明顯。同時(shí)還提高了風(fēng)口前煤粉燃燒率。鞍鋼2號(hào)高爐為取得高風(fēng)溫采取了預(yù)熱助燃空氣和煤氣的措施，同時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行全風(fēng)溫操作指令，使2號(hào)高爐年平均風(fēng)溫達(dá)到1 200 ℃以上(見圖5(b))。高頂壓、高富氧和高風(fēng)溫操作為2號(hào)高爐高利用系數(shù)和節(jié)能降焦創(chuàng)造了有利條件。

圖4 近年來鞍鋼2號(hào)高爐頂壓變化情況Fig.4 Change of top pressure of Ansteel BF No.2 during the recent years

圖5 近年來鞍鋼2號(hào)高爐富氧率和風(fēng)溫變化情況Fig.5 Change of oxygen enrichment percentage and blast temperature of Ansteel BF No.2 during the recent years

4 優(yōu)化送風(fēng)制度

鼓風(fēng)動(dòng)能是熱風(fēng)離開風(fēng)口時(shí)所具有的動(dòng)能，其表達(dá)式為：

(1)

式中：Q0- 鼓風(fēng)量，m3/min；n- 風(fēng)口個(gè)數(shù)；m- 單位時(shí)間內(nèi)吹進(jìn)高爐鼓風(fēng)的質(zhì)量，kg/s；v- 實(shí)際風(fēng)速，m/s；tw- 熱風(fēng)溫度，℃；p- 熱風(fēng)壓力，MPa；f- 每個(gè)風(fēng)口截面積，m2；ρ- 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)鼓風(fēng)密度，kg/m3；g- 重力加速度，9.8l m/s2。在正常生產(chǎn)過程中風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)溫和風(fēng)口數(shù)目等很少改變，調(diào)整風(fēng)口面積是調(diào)整高爐鼓風(fēng)動(dòng)能的主要手段。長期的生產(chǎn)實(shí)踐和理論研究表明，高爐鼓風(fēng)動(dòng)能是影響高爐風(fēng)口回旋區(qū)長短的最直接因素，只有風(fēng)口回旋區(qū)的長度與其高爐爐缸直接大小、工藝參數(shù)和原燃料條件相匹配時(shí)，高爐才能穩(wěn)定順行，燃料消耗才能維持較低水平。隨著高爐頂壓的提高，高爐內(nèi)煤氣流速減小，回旋區(qū)長度縮短，邊緣煤氣流過分發(fā)展[4]，也使得爐缸中心活躍程度下降，應(yīng)及時(shí)提高鼓風(fēng)動(dòng)能[5]。同時(shí)風(fēng)口回旋區(qū)曲率半徑ρ與鼓風(fēng)動(dòng)能E之間存在如下理論關(guān)系[6]：

(2)

同時(shí)，ρ∝l∝d

(3)

結(jié)合式(2)和式(3)導(dǎo)出：

(4)

式中：d- 爐缸直徑；qeff- 爐料有效正壓力對(duì)鼓風(fēng)動(dòng)能的影響，原燃料條件越好，該參數(shù)越大；K(△H-△U)- 燃燒反應(yīng)的膨脹功。式(2)說明,高爐原燃料條件越好，高爐所需鼓風(fēng)動(dòng)能越大。隨著焦炭熱強(qiáng)度的提高，死料柱內(nèi)孔隙度有所增加，也給高爐接受高風(fēng)速提供了有利條件。

鞍鋼煉鐵廠利用對(duì)2號(hào)高爐的每一次定修機(jī)會(huì)，逐步調(diào)整與原燃料條件和各項(xiàng)操作參數(shù)相適應(yīng)的風(fēng)口面積(見圖6)。在風(fēng)量不變的條件下使鼓風(fēng)動(dòng)能在合理的范圍內(nèi)逐步得到提高， 風(fēng)口面積由原來的0.45 m2縮小到0.40 m2。風(fēng)口回旋

區(qū)的長度逐步趨向合理，初始煤氣流分布趨向正常，溫度場(chǎng)分布更加均勻有效，爐缸透氣和透液性得到明顯改善，爐缸均勻、活躍。實(shí)踐證明，鞍鋼2號(hào)高爐合理的鼓風(fēng)動(dòng)能范圍為12 000～13 000 kg·m·s- 1，此時(shí)2號(hào)高爐具有較低的燃料比和較高的產(chǎn)量(見圖7)，計(jì)算得到風(fēng)口回旋區(qū)的深度為1.8 m，形成了比較合理的送風(fēng)制度。

圖6 近年來鞍鋼2號(hào)高爐風(fēng)口面積的變化情況Fig.6 Change of tuyere area of Ansteel BF No.2 during the recent years

圖7 高爐日產(chǎn)量和燃料比與鼓風(fēng)動(dòng)能之間的關(guān)系Fig.7 Productivity and fuel ratio of blast furnace as a function of blasting kinetic energy

高爐冶煉采用合理的風(fēng)量是維護(hù)高爐穩(wěn)定順行、指標(biāo)優(yōu)化和高爐長壽的重要手段。高爐所需風(fēng)量是否在合理范圍內(nèi)受很多因素影響，特別是爐料冶金性能和爐頂壓力。不能為增加產(chǎn)量而不斷增加高爐風(fēng)量，否則會(huì)造成高爐壓差增大和燃料消耗增加，利用系數(shù)反而下降。因此每一座高爐都有一個(gè)與其爐型、原燃料條件和冶煉條件相匹配的風(fēng)量。近年來，鞍鋼煉鐵廠改變“大風(fēng)治百病”和“有風(fēng)就有鐵”的觀念，在實(shí)際高爐操作中控制適宜的送風(fēng)比[7]，保持煤氣流的合理分布，提高煤氣利用率以降低焦比和燃料比，來獲取高產(chǎn)。通過不斷地探索實(shí)踐證明，鞍鋼2號(hào)3 200 m3高爐的送風(fēng)比在1.7～1.8時(shí)，高爐在有高產(chǎn)量的同時(shí)具有低燃料比(見圖8)。

圖8 高爐送風(fēng)比與燃料比和日產(chǎn)量之間的關(guān)系Fig.8 Fuel ratio and productivity of blast furnace as a function of blasting volume ratio

5 強(qiáng)化爐前管理

嚴(yán)格的爐前管理是大型高爐得以穩(wěn)定順行的生產(chǎn)基礎(chǔ)。鞍鋼煉鐵廠在對(duì)2號(hào)高爐的高利用系數(shù)和低燃料比的生產(chǎn)實(shí)踐過程中，尤其重視爐前作業(yè)管理，具體有以下兩點(diǎn)措施：

(1)爐前操作進(jìn)行量化管理：鐵口深度和角度、炮泥打入量、炮泥性能、出鐵時(shí)間等做了量化要求，確保鐵口合格率和正點(diǎn)率。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)各個(gè)鐵口均勻出鐵、輪流出鐵和出凈渣鐵。

(2)加強(qiáng)對(duì)設(shè)備點(diǎn)檢，包括出鐵、澆注溝子、澆注擺嘴、出鐵改場(chǎng)、搶救事故、設(shè)備安全隱患檢查等，每天檢查一次渣鐵溝侵蝕狀況，每周檢查一次風(fēng)口風(fēng)管狀況，有缺陷及時(shí)處理。

6 結(jié)束語

通過上述措施，鞍鋼2號(hào)高爐長期保持穩(wěn)定順行，日產(chǎn)鐵7 000余t，利用系數(shù)達(dá)2.3 t/(m3·d)，高爐焦比和燃料比穩(wěn)定在300和500 kg/t以下，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

(1)改善入爐焦炭質(zhì)量、減少入爐渣量是維持高爐穩(wěn)定順行、提高利用系數(shù)和降低燃料消耗的關(guān)鍵。

(2)高風(fēng)溫、大富氧和高頂壓操作制度的實(shí)施不僅保證了較高的煤焦置換比，還提高了高爐的透氣性，為提高利用系數(shù)、降低燃料消耗創(chuàng)造了有利條件。

(3)控制適宜的下部調(diào)劑制度，保證充足的鼓風(fēng)動(dòng)能，確保煤氣流初始分布合理和爐缸中心活躍是提高利用系數(shù)、降低燃料消耗的基礎(chǔ)。

(4)加強(qiáng)爐前管理為提高利用系數(shù)、降低燃料消耗提供了保障。

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收修改稿日期：2016- 10- 26

HighUtilizationCoefficientOperationofAnsteelBlastFurnaceNo.2

Jiang Zhe1Che Yuman1Guo Tianyong1Yao Shuo1Sun Peng1Fei Jing1Zeng Yu2

(1. Technology Center of Angang Steel Co., Ltd., Anshan Liaoning 114009, China; 2. General Ironmaking Plant of Angang Steel Co., Ltd., Anshan Liaoning 114021,China)

The low fuel ratio and high utilization coefficient operation of Ansteel 3 200 m3blast furnace (BF) No.2 was carried out. By taking some measures, such as improving coke quality, changing slag forming regime, high blast temperature, high oxygen enrichment percentage and high top gas pressure, controlling reasonable blasting kinetic energy and blast volume ratio, strengthening cast house operation management, Ansteel BF No.2 has kept the fuel ratio below 500 kg/t and the coke ratio below 300 kg/t for a long period, and the utilization coefficient was over 2.30 t/(m3·d) since 2015.

blast furnace，utilization coefficient，fuel ratio，coke ratio

姜喆，男，工程師，博士，主要研究高爐煉鐵方向，Email：bargo6@163.com