玉鋼1 080 m3高爐80焦冶煉實踐

李 俊，康 允

(玉溪新興鋼鐵有限公司，云南 玉溪 653106)

0 引 言

玉溪新興鋼鐵有限公司(簡稱玉鋼)煉鐵廠3#高爐于2011年5月28日開爐投產(chǎn)，其設(shè)計爐容1 080 m3，采用BT型串罐式無料鐘爐頂、薄壁爐襯軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。共有風(fēng)口20個，進風(fēng)面積0.200 m2，配套卡魯金式高效熱風(fēng)爐，是1座裝備水平較為現(xiàn)代的中小型高爐。玉鋼地處云南中西部地區(qū)，礦石和焦炭資源相對匱乏。由于煤焦資源緊張，在玉鋼公司的統(tǒng)一布置下進行了80焦冶煉，煉鐵廠通過近半年的摸索形成了1套比較完備的80焦使用技術(shù)。

1 玉鋼3#高爐原料條件

受市場及環(huán)境影響玉鋼原燃料條件較差，堿金屬及有害元素較高，焦炭質(zhì)量波動較大，具體情況見表1。

1.1 焦炭質(zhì)量在高爐冶煉過程中起著舉足輕重的作用

隨著焦煤資源的緊張，焦炭質(zhì)量下降，高爐爐缸死料柱易呈肥大趨勢，透氣、透液性下降。高爐透氣性變差，高爐不穩(wěn)定，不易接受風(fēng)量。焦炭質(zhì)量差會造成塊狀帶內(nèi)焦粉量增加，料柱的空隙度降低，煤氣通過阻力增加，影響煤氣量分布，邊緣熱負荷增大。而且爐塵量增大，爐塵中碳含量升高。在軟熔帶內(nèi)焦窗內(nèi)粉末多，會嚴重影響煤氣流的分配。在滴落帶，焦粉的增加使料柱的透氣性透液性變差，熔融物(主要是爐渣)滯留量增加，嚴重影響煤氣流的合理分布。特別對風(fēng)口區(qū)的循環(huán)區(qū)影響更大，造成燃燒帶深度減少，高度增加，邊緣氣流增加，氣流難以達到爐子中心，爐缸內(nèi)溫度降低，渣鐵反應(yīng)變差，鐵水成分變壞。出鐵出渣因渣鐵流動性變差而出現(xiàn)不正常，嚴重時會形成液態(tài)產(chǎn)生淤泥，爐缸堆積，風(fēng)口大量燒壞或出現(xiàn)風(fēng)口涌渣或灌渣。

表1 玉鋼1 080 m3高爐焦炭使用概況焦炭冶金性能比較

1.2 堿金屬對高爐冶煉的危害

堿金屬是碳氣化反應(yīng)的催化劑，降低焦炭強度，使高爐內(nèi)直接還原區(qū)擴大，間接還原區(qū)縮小，引起焦比升高，降低料柱特別是軟熔帶氣窗的透氣性；惡化原料的冶金性能，加劇球團礦的異常膨脹，和多數(shù)燒結(jié)礦的中溫還原粉化，造成塊狀帶透氣性變差；促使?fàn)t墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤；對高爐磚襯有侵蝕作用。

1.380焦的主要特點是固定碳含量低，灰分較高；焦炭中，揮發(fā)分和有機物數(shù)量不多，除固定碳以外，大部分是灰分；固定碳含量高，其發(fā)熱值高，單位重量焦炭所提供的還原劑數(shù)量也多，有利于降低焦比。

2 80焦冶煉過程

玉鋼3#高爐從2016年9月22日早班開始啟用80焦，為了避免爐況大幅波動采取逐步增加80焦比例的方式進行冶煉操作，冶煉過程及經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)見表2，表3。

表2 80焦使用的概況

表3 使用80焦前后經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)對比表

3 使用80焦后爐況及變化參數(shù)

1)隨原燃料大幅漲價供應(yīng)困難，焦庫存較少，頻繁調(diào)整用焦結(jié)構(gòu)。

9月22日使用80焦冶煉，9月23日將5檔礦石減1環(huán)，矩陣由O76541232調(diào)整為O76541222適當(dāng)抑制邊緣氣流。

2)由于80焦固定碳含量低，灰分較高、焦質(zhì)差，粒度時大時小不均勻，使用后爐內(nèi)憋風(fēng)嚴重，爐溫爐況波動大，造成燃料比成本大幅上升，物理熱偏低，穩(wěn)定性差。10月初頻繁出現(xiàn)小滑料，為維持順行，高爐被迫退風(fēng)。10月9日早班第6批加焦300 kg/批(焦批6.7 t+0.4=7.1 t/批)，退負荷至3.88；12月4日早班8：35分高爐憋風(fēng)嚴重，風(fēng)量萎縮到2 190 m3/min，風(fēng)壓0.287 MPa，風(fēng)壓突然冒尖后爐內(nèi)出現(xiàn)懸料，8：45分停氧、停煤，8：50減風(fēng)至0.229 MPa，料轉(zhuǎn)崩1.0 m↓3.9 m。之后在爐況恢復(fù)過程中爐內(nèi)煤氣流不穩(wěn)，下料不暢，探尺時有塌落現(xiàn)象。中班17：44風(fēng)壓冒尖，煤氣流不穩(wěn)，爐頂煤氣溫度1#、3#、4#點溫度偏高，頂溫難控制，爐內(nèi)出現(xiàn)局部管道，減風(fēng)壓至0.275 MPa操作。23：13分下料不暢，采取臨時減氧至3 000 m3/min 降低冶煉強度；12月5日夜班爐內(nèi)頂溫難控，邊緣氣流過吹，爐內(nèi)控風(fēng)壓操作。中班15：45分爐內(nèi)煤氣流失常，爐頂煤氣4#點溫度冒尖，管道效應(yīng)明顯，減風(fēng)至0.233 MPa操作，遂采取縮礦批退負荷，改配比，停用釩鈦球。(礦批27 t，負荷3.91，燒結(jié)礦68 %，小粒礦6 %，華翔球26 %，退礦焦負荷至3.91)，同時集中加焦14.2 t，改善料柱透氣性。

4 采取的措施

1)嚴格控制進廠焦炭的熱態(tài)指標(biāo)，反應(yīng)性(CRI)≤28 %，反應(yīng)后強度(CSR)≥66 %，減少焦炭質(zhì)量對爐料骨架的影響。

焦炭高溫冶金性能差易導(dǎo)致爐缸工作不活躍，加劇渣鐵對高爐鐵口區(qū)域及爐缸、爐底區(qū)域的沖刷。焦炭強度M40、M10直接影響焦炭的骨架作用，對高爐冶煉的影響是無可置疑的；焦炭熱態(tài)強度對高爐冶煉的影響是十分重要的，在塊狀帶，焦炭粒度無明顯變化；從軟熔帶位置開始，因溶碳反應(yīng)劇烈焦炭粒度變化很大，所以高爐爐料的主要阻力在軟熔帶及其以下的區(qū)域；焦炭的高溫強度要好。CSR過低，在高溫下產(chǎn)生大量粉末造成下部透氣性變差，甚至爐缸堆積，惡化爐缸狀態(tài)而造成爐況失常。因此3#高爐要求重視焦炭的熱態(tài)強度要求所供焦炭反應(yīng)性(CRI)≤28 %、反應(yīng)后強度(CSR)≥66 %為高爐順行提高基礎(chǔ)保證。

2)隨著80焦用量的增加，逐步減輕礦焦負荷，改善料柱透氣性。

80焦灰分比較高，碳含量少，焦炭的骨架作用弱，不利于高爐順行。若噴煤量過高或煤粉燃料率較低，未燃盡煤粉大量積聚在死料柱內(nèi)，將加劇死料柱空隙度的下降和透液性的降低，此外，高煤比操作會加劇入爐焦炭的粉化，使死料柱內(nèi)<2.5 mm粉焦的比例顯著增加，同時使回旋區(qū)縮短。因此，為減少噴煤對爐缸活躍的不良影響，應(yīng)降低噴煤量，增大富氧率，提高風(fēng)口前理論燃燒溫度，改善煤粉燃燒狀況。同時，適當(dāng)增加焦比(燃料比)，提高爐溫，以改善爐缸熱狀態(tài)和渣鐵流動性。為保持爐缸活性穩(wěn)定爐況，隨著80焦的用量增加，適當(dāng)退負荷降低煤比改善料柱透氣性，見表3。

3)控制邊緣氣流，使煤氣流向中心發(fā)展，并降低料線通過上部調(diào)劑改善爐況順行狀態(tài)。

焦炭質(zhì)量差，高爐料柱透氣性差，風(fēng)壓高，鼓風(fēng)動能低，回旋區(qū)縮小，死料柱相對肥大，下部氣流中心受阻，邊緣氣流相對發(fā)展，操作技術(shù)對策以引導(dǎo)中心氣流為主，適當(dāng)控制邊緣氣流，使煤氣流向中心發(fā)展，縮小死料柱，減緩因焦炭質(zhì)量下降對高爐影響，9月份布料矩陣C876542222222 O76541232，10月份通過增加中心焦量，減少中心部分的礦焦比，以穩(wěn)定和加強中心氣流；改善爐缸內(nèi)焦柱死料柱的透氣性和透液性活躍爐缸，C87654321222212；11月為維持合理煤氣流分布，布料矩陣調(diào)整為C876542132213 O76542222；12月為適當(dāng)抑制邊緣氣流采取整體向外平移礦焦角，同時減少布焦環(huán)數(shù)增加焦層厚度，均勻布料，使料層均勻鋪開，改善軟熔帶穩(wěn)定性，同時礦石8檔加1環(huán)抑制邊緣氣流C876542122213 O8765412221；同時由于入爐原料質(zhì)量變差，粉末多，導(dǎo)致軟熔帶位置變化，氣流出現(xiàn)波動，邊緣氣流不斷增強，將料線適當(dāng)降低(將料線由1.5 m調(diào)整為1.7 m)，對邊緣氣流起到了一定的抑制作用，有利于氣流的穩(wěn)定，減小冷卻壁溫度的波動。

4)爐內(nèi)出現(xiàn)局部氣流及憋風(fēng)嚴重的情況下及時退負荷及降低冶煉強度，使?fàn)t況快速恢復(fù)之前的狀態(tài)。

3#高爐受燃料價格上漲影響，燃料供應(yīng)緊張，焦庫存低，焦炭品種雜，頻繁調(diào)整用焦結(jié)構(gòu)，加之焦炭質(zhì)量下滑，長期使用低品質(zhì)焦炭在由于限產(chǎn)堵風(fēng)口操作，對爐缸圓周均勻造成一定影響。

爐缸工作不均勻活躍；并且燒結(jié)礦FeO波動大，小粒級較，進入高爐粉化后使得高爐料柱透氣性變差，煤氣阻力增大，高爐易出現(xiàn)憋風(fēng)嚴重，易出現(xiàn)局部氣流過強現(xiàn)象；12月6日煤氣流失常，爐內(nèi)管道形成，縮礦批至22 t，退負荷、改配比，早班休風(fēng)45 min增堵風(fēng)口，8日爐溫轉(zhuǎn)適，捅開1個風(fēng)口，富氧至2 000 m3/h；9日繼續(xù)捅開1個風(fēng)口，富氧加至3 000 m3/h；11日擴礦批至25 t，富氧加至4 000 m3/h；14日擴礦批至27 t，提負荷，富氧加至5 000 m3/h；17日擴礦批至28 t，提負荷1次；19日富氧加至6 000 m3/h。

5)加強篩分工作

3#高爐原料波動大，燒結(jié)礦粉末多，整體粒度偏小；球團礦很多時候采用外購，露天堆放雨季時候粉末多篩分效果差；若入爐原料粉末多、粒度越小、越不均勻，對煤氣的阻力越大，塊狀帶透氣性下降易引起煤氣分布紊亂；為減少入爐粉末3#高爐長期堅持加強原料篩分管理，嚴格控制篩分時間，在保證上料速度的前提下，盡量延長篩分時間；在保證上料速度的前提下，適當(dāng)延長篩子空振時間，充分利用自清理器，保持篩網(wǎng)干凈；盡量控制料倉下料口的下料量，并使料流在篩片上均勻分布。嚴格燒結(jié)礦、焦炭、球團礦等物料的槽位管理，做到半倉卸料，杜絕了原燃料出現(xiàn)低槽位現(xiàn)象，減少二次粉末。

6)爐前組織工作

渣鐵不能及時排盡，必然會憋爐，造成氣流波動和渣皮脫落，進一步加劇冷卻壁的損壞。

(1)合理組織鐵次，選用合適鉆頭，開鐵口準(zhǔn)備工作提前組織到位；

(2)杜絕冒泥鐵口，維持鐵口深度

(3)根據(jù)實際情況合理調(diào)劑炮泥強度和塑性，讓泥好打，鐵口好開；

(4)做好爐前開口機和泥炮的設(shè)備檢查工作，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理，不影響渣鐵的正常排放，通過這些措施，有效保證渣鐵的正常排放。

7)優(yōu)化高爐操作制度。

由于限產(chǎn)堵風(fēng)口，焦炭質(zhì)量下滑，入爐風(fēng)量減少為保持爐缸活性維持適宜的鼓風(fēng)動能，必須通過調(diào)整下部制度，改善氣流分布，活躍爐缸中心。風(fēng)口直徑為由Φ115調(diào)整為Φ115與Φ110，進風(fēng)面積由原0.2 m2調(diào)整為0.18 m2縮小進風(fēng)面積。通過縮小風(fēng)口面積，增大鼓風(fēng)動能，并保持合適的風(fēng)速，延長回旋區(qū)深度，使中心氣流得到強化，熱煤氣更多地透過風(fēng)口前死料柱，促進爐缸中心溫度的提升。在此基礎(chǔ)上，同時控制適宜的邊緣氣流，保持良好的氣流分布狀態(tài)，防止?fàn)t墻黏結(jié)、脫落，導(dǎo)致生料進入爐缸，引起死料柱溫度急劇下降和爐缸流動性、滲透性惡化。

8)加強高爐操作管理，確保順行。

渣鐵物理熱充沛是保持爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，爐溫及物理熱的變化，會造成熱制度和造渣制度的變化，導(dǎo)致渣皮不穩(wěn)定，容易脫落，也會造成爐況的波動。在平時的操作中，要求工長嚴格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，根據(jù)冶煉周期，認真分析影響爐溫的各類因素(包括原因和作用時間)正確判斷爐溫變化趨勢，并結(jié)合之前調(diào)劑的動作量和作用效果、風(fēng)口工作變化情況以及當(dāng)前出渣出鐵情況進行綜合分析和判斷爐溫的變化趨勢，預(yù)先調(diào)整熱量水平，從而達到減少爐溫波動，穩(wěn)定爐況的目的。

9)加強設(shè)備管理，確保高爐連續(xù)運行。

煉鐵降成本，離不開高爐的長期穩(wěn)定順行；高爐要連續(xù)穩(wěn)定運行，離不開設(shè)備系統(tǒng)的保駕護航。目前，3#高爐少數(shù)設(shè)備開始出現(xiàn)老化，故障率有所上升。為杜絕惡性設(shè)備事故造成高爐慢風(fēng)休風(fēng)，3#高爐重點抓好日常點檢維護衛(wèi)生工作，設(shè)置設(shè)備包機到人，完善設(shè)備管理對關(guān)鍵設(shè)備，進行重點維護監(jiān)控，確保穩(wěn)定運行。

5 結(jié) 語

1)80焦灰分較高，碳含量少，焦炭的骨架作用弱，通過加強原料的管理，減少入爐粉末，提高料柱透氣性；

2)根據(jù)原料條件，優(yōu)化高爐操作；下部通過調(diào)整風(fēng)口直徑，縮小風(fēng)口直徑，保證鼓風(fēng)動能維持爐缸活性；同時上部調(diào)整裝料制度，保證合理的煤氣流分布；

3)強化出鐵組織，保證出鐵質(zhì)量；通過加強爐前操作管理，保證鐵口開穿率，有效的保證渣鐵的正常排放。