湘鋼高爐爐況優(yōu)化操作實踐

邵 鋆，張 波

（1.湖南華菱湘潭鋼鐵集團有限公司，湖南＿湘潭417009；2.湖南工業(yè)大學冶金與材料工程學院，湖南＿株洲412000）

湘鋼1號高爐（2580m3）于2015年6月第二代爐役開爐，生產(chǎn)穩(wěn)定順行，各項技術指標居行業(yè)前列。但從2015年10月底，1號高爐爐況運行狀況逐漸變差，風量連續(xù)性惡化，高爐出現(xiàn)波動，導致高爐主要技術指標下滑。經(jīng)過仔細分析及研討其原因后，采取下部調(diào)整風口面積及相應參數(shù)、上部優(yōu)化裝料制度、操作上以活躍爐缸為基礎、強化爐前操作管理等措施。經(jīng)過一段時間的恢復，1號高爐順行狀況得以穩(wěn)定，之后繼續(xù)采取活躍爐缸的措施，不斷提升爐缸活躍性，上下部微調(diào)，加強高爐操作的系統(tǒng)性管理，2016年5月爐況明顯改善，產(chǎn)量提升，燃料比穩(wěn)中有降，為下一步逐步降低燃料消耗水平創(chuàng)造條件。

1 爐況失常的主要表現(xiàn)

自開爐以來，1號高爐以非中心加焦模式運行，利用系數(shù)達2.5以上，煤氣利用率明顯改善達47%以上，燃料比控制在510kg／t以內(nèi)，實現(xiàn)了高爐穩(wěn)產(chǎn)低耗，各項指標較上一代爐齡取得較大進步，但是由于高爐爐況未按預期方向發(fā)展，爐況出現(xiàn)波動，其主要問題表現(xiàn)為：

（1）氣流分布不合理。中心氣流偏弱，邊緣局部偏強，爐墻溫度不穩(wěn)定，系統(tǒng)水溫差波動幅度偏大，爐身銅冷卻壁溫度局部偏低，十字測溫邊緣溫度單點偏高。

（2）日常操作難度大。風量的連續(xù)性偏差，容易出現(xiàn)壓力突然上升導致減風，壓差控制水平偏高，甚至出現(xiàn)管道和懸料。高爐熱制度波動大，影響燃料比控制的因素波動大，操作燃料比難以把控，經(jīng)常出現(xiàn)低硅高硫現(xiàn)象。

（3）爐前渣鐵排放異常。風量連續(xù)性差，產(chǎn)量水平下降，爐前操作方面出現(xiàn)鐵口深度不穩(wěn)定，出鐵時間不穩(wěn)定，時間偏短的次數(shù)較多，堵口重開次數(shù)增加，鐵口出現(xiàn)卡焦等現(xiàn)象。

2 爐況失常的主要原因

2.1 原燃料質(zhì)量劣化

焦炭質(zhì)量波動大，焦炭灰份維持在12.5%以上，最高達13.5%，M40低至82.3%，M10高達8.6%，S含量長期維持在0.9%以上；燒結(jié)礦品位不斷下降，由57%降至55.6%，有害元素不斷升高，尤其是入爐鋅負荷升高明顯（如圖1所示）；燒結(jié)礦、球團礦及塊礦小于5mm的比例上升，高爐熟料率也呈下降趨勢。

圖1 入爐燒結(jié)礦Zn含量趨勢圖

2.2 氣流調(diào)整失衡

1號高爐以非中心加焦模式開爐，上部穩(wěn)定中心，疏導邊緣，下部使用長風口680mm，小風口面積吹透中心，目的是穩(wěn)定產(chǎn)量，改善煤氣利用率，降低燃料消耗。但在調(diào)整的過程中，由于經(jīng)驗不足，調(diào)整頻繁，2015年10月下旬，中心氣流受阻，邊緣局部不穩(wěn)定，出現(xiàn)局部氣流，爐況順行變差甚至出現(xiàn)懸料等情況。其主要原因為：1操作爐型發(fā)生了變化，爐墻渣皮不穩(wěn)定，熱負荷波動較大；2布料不均勻，低料線、偏尺現(xiàn)象較為嚴重。2015年6月～12月十字測溫氣流分布模數(shù)趨勢，如圖2所示。

2.3 日常操作失當

首先，1號高爐在開爐后，爐況穩(wěn)定，各項指標較好，爐溫的控制水平逐步下降，低硅冶煉。高爐鐵水含硅量低，不但可降低焦比和生產(chǎn)成本，同時還可滿足轉(zhuǎn)爐少渣冶煉的要求［1］。但是低硅冶煉技術是一項系統(tǒng)工程，硅含量過低，物理熱不足會導致爐缸工作狀況變差，長時間在這種條件下操作就會形成爐缸不活甚至爐缸堆積［2］。1號高爐在爐況波動前，有一個明顯特征就是爐溫控制整體偏低，物理熱出現(xiàn)嚴重不足，硅含量低于0.3%，如圖3所示。物理熱低于1510℃的次數(shù)偏多，如圖4所示。不難看出，由于爐況的變化，爐內(nèi)操作在熱制度控制方面出現(xiàn)了偏差，操作燃料比控制在下限，使得爐溫及物理熱不佳。

圖2 高爐十字測溫氣流分布模數(shù)趨勢圖

圖3 高爐［Si］含量控制趨勢圖

圖4 高爐物理熱變化趨勢圖

其次，2015年10月中旬爐況開始劣化后，風量連續(xù)性變差，操作上壓差水平控制偏高，出現(xiàn)多次懸料，產(chǎn)量水平也逐步下降，爐前操作方面出現(xiàn)鐵口深度不穩(wěn)定，出鐵時間偏短堵口重開次數(shù)增加，鐵口出現(xiàn)卡焦等現(xiàn)象，渣鐵排放不佳，風口小套損壞的個數(shù)明顯增加，風口更換不及時，風口小套漏水使得爐缸的活躍性進一步變差。

3 爐況優(yōu)化的主要措施

3.1 改善原燃料質(zhì)量

對焦炭質(zhì)量提出明確要求，焦炭灰份需低于12.5%，S含量低于0.85%，改善焦炭冷態(tài)和熱態(tài)性能，關注焦炭實物質(zhì)量。適當提高燒結(jié)礦品位，穩(wěn)定燒結(jié)礦堿度，有針對性地控制有害元素的入爐，尤其是鋅負荷。加強槽下精料工作，控制合理篩速，減少粉末入爐；提高熟料率至90%。

3.2 摸索合理的煤氣流分布

合理的煤氣流分布的目標是在保持爐況長期穩(wěn)定順行的前提下，實現(xiàn)邊沿和中心氣流的合理匹配分布，最大限度地改善煤氣利用，降低燃料消耗，以實現(xiàn)高爐生產(chǎn)“優(yōu)質(zhì)、低耗、高效、環(huán)保、長壽”為目的，但是高爐的煤氣流分布沒有一個固定的模式，它隨著原燃料條件的改變和冶煉技術的發(fā)展而不斷變化［3］。

（1）第一階段（2015年10月上旬—11月中旬），此階段的操作調(diào)整主要以高爐退焦炭負荷、退礦批、布料矩陣調(diào)整等手段恢復爐況。焦炭負荷由4.42逐漸退至3.5，礦批由63t逐漸退至55t，布料矩陣調(diào)整上采取了兩頭疏導，邊緣減輕礦焦比，小焦角內(nèi)移的方式，調(diào)整幅度不大，高爐運行狀態(tài)未見明顯好轉(zhuǎn)。

（2）第二階段（2015年11月16日—2016年3月5日），此階段高爐受風狀況逐漸變差，高爐全風水平進一步降低，壓量關系穩(wěn)定性下降，操作壓差持續(xù)緊張，高爐受熱、受憋能力下降，高爐出現(xiàn)多次懸料現(xiàn)象，系統(tǒng)水溫差下降明顯至1.5℃，熱負荷大幅下降，銅冷卻壁溫度整體偏低，爐身上部鑄鐵冷卻壁溫度低且呆滯，表現(xiàn)為爐墻粘結(jié)的征兆。

根據(jù)入爐原燃料狀況及高爐運行狀況，高爐堅持以下部調(diào)整為主、上下部調(diào)整相結(jié)合的方針，采用中心加焦模式恢復爐況，11月20日休風堵4個風口恢復爐況，同時進一步退礦批、退焦炭負荷，1月18日開始全焦冶煉（焦炭負荷3.0），上述措施解決了中心氣流不穩(wěn)定的問題，逐漸改善了邊緣氣流不均勻的狀況。至2月中下旬，高爐爐況各項運行參數(shù)、指標逐漸好轉(zhuǎn)，不順行狀況得以糾正，但高爐燃料比水平偏高。

（3）第三階段（2016年3月6日至2016年7月底），此階段高爐布料矩陣未作大的調(diào)整，適當調(diào)整中心焦炭量，氣流分布以穩(wěn)定中心氣流為主，提高富氧率，提升產(chǎn)量水平為原則，隨著爐況的好轉(zhuǎn)，逐步加重礦焦比，焦炭負荷至3.95，礦批擴至60噸，高爐穩(wěn)定性、壓量關系有改善但仍偏緊，技術經(jīng)濟指標逐步恢復。

因此，在調(diào)整過程中正確認識了煤氣流分布的特性，以確保爐況順行為前提，不斷優(yōu)化煤氣流分布，煤氣利用率逐步從38.5%提升至44.5%的水平，隨著原燃料的變化以穩(wěn)定中心氣流為主，確保高爐全風水平，爐況穩(wěn)定性得以長期保持。

3.3 活躍爐缸

隨著高爐的大型化和高爐操作技術研究的不斷深入，高爐爐缸的活躍性問題已成為大型高爐操作的重要議題［4］。爐缸中心溫度對爐缸的活躍性反應較為敏感，日常工作中密切監(jiān)視該溫度點的變化情況，爐缸工作正常時，該點溫度應維持在一個合理的水平［5］，1號高爐結(jié)合上代爐齡的實際狀況，合理區(qū)間在600－900℃。5月中旬，隨著1號高爐產(chǎn)量水平提升至6000噸／天的水平，高爐全風率達95%以上，操作上嚴格控制壓差，杜絕懸料現(xiàn)象，燃料比控制確保穩(wěn)定，保證充沛的渣鐵熱量（如圖5所示），不斷活躍爐缸，1號高爐的鐵水溫度保證在1510℃以上，日平均鐵水含硅量在0.45%以上，杜絕硅量低于0.3%以下，使得風口小套損壞個數(shù)明顯減少，整個爐缸工作狀況逐步改善，爐缸中心溫度逐步上升（如圖6所示），爐缸活躍性增強。

圖5 高爐鐵水溫度和［Si］含量的變化趨勢圖

3.4 強化爐前操作管理

爐前作業(yè)好壞，與爐況及爐缸側(cè)壁是相互影響的，也是爐況與爐缸發(fā)生變化的體現(xiàn)［6］，在此階段，爐前的日常工作得到充分重視，主要采取的措施有：

圖6 爐缸中心溫度變化趨勢圖

（1）維持穩(wěn)定且均勻的鐵口深度，減少鐵口間出鐵時間偏差，保證爐缸圓周方向的均勻性，1號高爐鐵口深度維持在3.2－3.4m有利于爐前作業(yè)；

（2）選取合適的炮泥，既要考慮炮泥的抗渣性和防鐵口孔道噴濺，也要考慮炮泥是否有利于泥包生成和泥包穩(wěn)定，避免泥包因素影響出鐵狀況及鐵口區(qū)域側(cè)壁溫度；

（3）實現(xiàn)一次開口法，既減少爐前勞動強度和降低耗材消耗，又有利于鐵口孔道的保護，降低鉆漏機會，減少漏鐵口出鐵；

（4）鉆頭型號選擇合理，配合大小鉆頭，控制好出鐵時間，減少卡焦等現(xiàn)象，確保出鐵合格率。

3.5 重視爐型管理

高爐冷卻系統(tǒng)的管理關鍵在于控制合適的高爐爐體熱負荷，熱負荷反映了高爐爐體各部分的冷卻狀況，引起熱負荷的變化的主要因素是冷卻水量和水溫差，正常生產(chǎn)水量是保持不變的，熱負荷的變化往往是冷卻水溫差變化引起的，實質(zhì)是爐體內(nèi)部通過冷卻設備向外導出的熱量變化，從而導致爐墻渣皮的粘結(jié)與脫落造成熱負荷大幅波動［7～8］。本次波動的初期高爐系統(tǒng)溫差逐步下降，熱負荷變化較大，未能引起足夠的重視。因此，在后續(xù)的調(diào)整過程中加強了對爐墻溫度的監(jiān)控，尤其是對爐缸中心溫度下降的重視，各段、各層、各區(qū)的溫度及水溫差變化體現(xiàn)在操作層面，崗位人員記錄相關數(shù)據(jù)，密切關注其變化趨勢，匯報至爐長，請示專業(yè)技術人員及時調(diào)整，主要采取控制進水溫度，調(diào)整中部和爐底水量等措施，系統(tǒng)地管理好高爐爐型。

經(jīng)過6個多月的調(diào)整和優(yōu)化，高爐產(chǎn)量和燃料比消耗指標取得了較大的進步，各項經(jīng)濟技術指標逐步提升（見表1），高爐操作參數(shù)逐步恢復正常（見表2）。但煤氣利用改善還不夠，雖然中心的穩(wěn)定性較好，仍存在著較大的提升空間。目前，煤氣利用維持在44.5%左右的水平，焦炭負荷未達預期目標，后續(xù)繼續(xù)對煤氣利用進行攻關，降低燃料消耗。

表1 高爐主要技術經(jīng)濟指標

表2 高爐主要技術參數(shù)

4 結(jié)語

通過半年多的操作實踐，高爐爐況得以優(yōu)化，在此過程中積累的一些經(jīng)驗教訓，為以后的高爐操作管理有非常重要的指導意義。

（1）尋找適合當前送風制度下的裝料制度，摸索上部裝料制度與下部的匹配，合理煤氣流分布是高爐操作的關鍵。

（2）活躍爐缸是爐況穩(wěn)定的基礎。爐缸必須保證充沛的熱量，一方面是為了防止爐缸不活而造成爐缸堆積，另一方面也是確保高爐長壽。

（3）爐型管理有待提高。對高爐爐型的研究偏少，后續(xù)需要逐步完善爐型管理。

（4）建立穩(wěn)定的高爐操作系統(tǒng)。高爐各項技術指標恢復正常之后，系統(tǒng)性地優(yōu)化操作，以保證高爐長周期的穩(wěn)定。