提高富氧率強(qiáng)化冶煉實(shí)踐

羅順安，陳 軍

(馬鋼股份公司煉鐵總廠南區(qū) 安徽馬鞍山 243002)

馬鋼4號(hào)爐高爐(3200 m3)于2016年9月6日順利點(diǎn)火開(kāi)爐，投產(chǎn)后迅速達(dá)產(chǎn)，產(chǎn)量和指標(biāo)不斷突破，面對(duì)生產(chǎn)成本的降低，原燃料質(zhì)量波動(dòng)等方面的影響，造成兩道氣流的穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致?tīng)t況波動(dòng)大、生產(chǎn)指標(biāo)下降 。從2018年12月份開(kāi)始實(shí)施高富氧操作，減少爐腹煤氣量，穩(wěn)定兩道氣流，2018年全年平均富氧率2.77%，高爐入爐風(fēng)量 5741 m3/min，2019年1月份平均富氧率3.87%，入爐風(fēng)量5778 m3/min。高爐富氧率的逐步提高，高爐爐內(nèi)煤氣流的分布以及高爐主要技術(shù)指標(biāo)會(huì)發(fā)生變化，高爐操作制度也做了相對(duì)應(yīng)的調(diào)整。

2 提高富氧率影響高爐冶煉的參數(shù)

2.1 富氧率的提高對(duì)高爐利用系數(shù)的變化

富氧率的提高能夠提高高爐產(chǎn)量。富氧率的提高不僅增加高爐入爐風(fēng)量的氧含量，同時(shí)單位生鐵的入爐所耗的風(fēng)量有所減小，為降低單位生鐵需要的爐腹煤氣量創(chuàng)造條件。從理論上計(jì)算，在單位體積的入爐冷風(fēng)風(fēng)量的條件下，富氧率每增加1%，增加燃燒C 4.76%，相當(dāng)于高爐生成鐵水增加4.76%，這僅僅是理論計(jì)算值，實(shí)際高爐產(chǎn)量提高幅度會(huì)有所差異，如圖1所示。

圖1 富氧率與高爐利用系數(shù)關(guān)系

對(duì)于4號(hào)高爐，當(dāng)產(chǎn)量提高到一定程度后，隨著富氧率不斷的提高，容易造成高爐爐況不穩(wěn)定，強(qiáng)化冶強(qiáng)的效果反而逐漸降低。

2.2 富氧率的提高對(duì)風(fēng)口理論燃燒溫度的變化

隨著富氧率的逐步提高，為維持合理的理論燃燒溫度，日常高爐操作上噴煤量也逐步的提高，高爐煤比由 136 kg /t 逐步提高至 145 kg /t．考慮到冬季大氣濕度晝夜變化大，12月份首次投用加濕，為穩(wěn)定鼓風(fēng)中的濕度，同時(shí)控制理論燃燒溫度在2250-2300℃之間。避免爐缸理論燃燒溫度過(guò)高，造成高爐高溫區(qū)向上移動(dòng)，生成的SiO揮發(fā)在爐身上部重新凝結(jié)，造成高爐料柱透氣性變差，影響高爐氣流穩(wěn)定順行。[1]

2.3 提高富氧率對(duì)壁體溫度的影響

在維持高爐入爐的冷風(fēng)風(fēng)量不變的情況下，隨著富氧率的提高，爐腹煤氣量相應(yīng)的增加，鼓風(fēng)動(dòng)能相應(yīng)的也提高，銅冷卻壁溫度持續(xù)下降的趨勢(shì)，鑄鐵冷卻壁溫度上升。從12月份開(kāi)始，將入爐風(fēng)量6000 m3/min控制到5800 m3/min穩(wěn)定，爐腹煤氣量從7850 nm3/min減至7680 nm3/min穩(wěn)定，使煤氣流初始分布向邊緣發(fā)展，爐腹?fàn)t腰最低4點(diǎn)的溫度呈上升的趨勢(shì)如圖2。實(shí)踐證明，隨著富氧率的提高，爐缸理論燃燒溫度升高，爐身與爐頂溫度降低。

圖2 富氧率與銅冷卻壁溫度趨勢(shì)

2.4 提高富氧率對(duì)爐缸工作狀態(tài)的影響

高爐通過(guò)提高富氧率強(qiáng)化冶煉，高爐爐缸生成與排放的渣鐵量增加，與爐缸工作狀態(tài)不均勻之間的矛盾更加突出。2018年1-2月份焦炭結(jié)構(gòu)的變化以及焦炭質(zhì)量的下滑，導(dǎo)致?tīng)t缸死料柱不活，從6月中旬開(kāi)始，4號(hào)高爐6.694m的碳磚爐芯溫度從最高的313℃一直下降到12月初的270℃，是開(kāi)爐以來(lái)的最低水平。伴隨著鐵口出鐵時(shí)間不穩(wěn)定、見(jiàn)渣時(shí)間的不穩(wěn)定，鐵口卡焦現(xiàn)象頻繁，尤其新投鐵口期間，出現(xiàn)渣皮大幅度脫落現(xiàn)象等，影響爐況的穩(wěn)定，制約著冶強(qiáng)的提升。摸索合適的渣鐵處理模式，使?fàn)t缸生成的渣鐵及時(shí)排盡，從而讓爐缸液面保持穩(wěn)定，高爐氣流的穩(wěn)定性會(huì)提高，為爐缸工作狀態(tài)活躍奠定基礎(chǔ)。從12月中旬開(kāi)始爐芯溫度一直上升。如圖3所示。

圖3 爐缸6.694m內(nèi)外側(cè)溫度變化趨勢(shì)

3 強(qiáng)化冶煉的實(shí)踐操作

3.1 上部裝料制度與下部送風(fēng)參數(shù)的匹配

12月份隨著富氧率的不斷提高，煤氣利用率從46.8%左右下降至45.5%水平，在強(qiáng)化冶煉的同時(shí)，負(fù)荷的上升，為進(jìn)一步優(yōu)化高爐煤氣利用率，礦批從97 t/ch擴(kuò)礦至100 t/ch 穩(wěn)定。

下部參數(shù)調(diào)整，隨著富氧率的提高，爐缸煤氣量增加，帶來(lái)壓差水平的上升，適當(dāng)控制爐腹煤氣量，將入爐風(fēng)量6000 m3/min控制到5800 m3/min穩(wěn)定，爐腹煤氣量從7850 nm3/min減至7680 nm3/min穩(wěn)定，入爐干風(fēng)量爐下降，實(shí)際的動(dòng)能下降，為保證足夠合適的動(dòng)能，風(fēng)口由原來(lái)Φ130*32的風(fēng)口布局為Φ130*26+Φ120*6，將風(fēng)口面積由 0.4247 m2縮小至 0.413 m2，保證了動(dòng)能，整體效果來(lái)看，調(diào)整后爐內(nèi)壓差水平大幅度緩解，為后續(xù)的強(qiáng)化冶煉提供了條件。

3.2 優(yōu)化渣鐵處理

在日常生產(chǎn)過(guò)程中，4號(hào)爐采用兩個(gè)對(duì)角鐵口出鐵模式，使?fàn)t缸的工作狀態(tài)均勻，但由于原燃料條件的不好，中心死料柱的透液性差，爐缸側(cè)壁環(huán)流加大，側(cè)壁溫度上升，爐缸工作狀態(tài)差，出現(xiàn)兩邊出鐵時(shí)間短，卡焦現(xiàn)象頻繁，日均爐次12爐以上，容易產(chǎn)生渣鐵排放不及時(shí)，爐墻穩(wěn)定性變差，渣皮脫落，限制了冶強(qiáng)的提高。為了減小環(huán)流，使?fàn)t缸工作狀態(tài)好轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)出鐵時(shí)間，將鉆桿從62.5 mm逐步縮為57.5 mm，炮泥的成分進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)采用的正間隔時(shí)間出鐵模式壓縮成負(fù)間隔時(shí)間，保證爐缸液面的穩(wěn)定，出鐵時(shí)間在120 min以上，卡焦現(xiàn)象也好轉(zhuǎn)。爐缸側(cè)壁溫度也呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，爐芯溫度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說(shuō)明爐缸缸工作狀態(tài)得到了好轉(zhuǎn)。

3.3 熱制度與造渣制度的管理

爐型的穩(wěn)定是高爐穩(wěn)定順行的前提，影響爐型的穩(wěn)定與合理的渣系成分、爐溫穩(wěn)定密不可分。

在原料條件波動(dòng)、操作制度變化或者運(yùn)行狀況不穩(wěn)定的情況下，造成冷卻壁上爐渣性能也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，其中爐渣的粘度變化可能會(huì)影響爐渣在冷卻壁上的掛渣能力。因此在日常操作，爐渣成分管理基準(zhǔn)如表2 ，保證合格的渣系成分為爐型的穩(wěn)定創(chuàng)造條件。針對(duì)原燃料成分的變化，爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整變化不宜太大，遇到較大的調(diào)整時(shí)，可以通分步漸變調(diào)整來(lái)過(guò)渡。正常情況下，球團(tuán)變化幅度應(yīng)控制在 2%以內(nèi)，如果超過(guò)5%則必須分次變料調(diào)整；生礦比例變化不要超過(guò) 2%，如果超過(guò) 2%也必須分次核料調(diào)整；變料后渣比變化量控制在 10 kg/t 以內(nèi)。[2]

表2 渣系成分控制范圍

高爐煤氣溫度上升造成冷卻壁表面渣皮的均勻性和穩(wěn)定性降低，容易脫落。首鋼和武鋼生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，隨著高爐冶煉強(qiáng)度的不斷提高，渣皮脫落次數(shù)也會(huì)相應(yīng)的增多。[3]為穩(wěn)定高爐操作爐型，日常爐溫平衡要求，鐵水中含 Si控制在0.35%和0.45%之間、鐵水測(cè)溫在1500℃以上。

4 總結(jié)

高爐通過(guò)提高富氧率強(qiáng)化冶煉，隨著富氧率的提高，增加爐腹煤氣量的同時(shí)爐內(nèi)壓差上升，爐況穩(wěn)定性變差，高爐產(chǎn)量的提高反而受到影響。調(diào)整下部參數(shù)是保證合適的鼓風(fēng)動(dòng)能的前提下，適當(dāng)控制入爐風(fēng)量，使兩道氣流穩(wěn)定，為強(qiáng)化冶強(qiáng)創(chuàng)造條件。

隨著富氧率的提高，高爐爐缸生成與排放的渣鐵量增加，活躍的爐缸工作狀態(tài)是渣鐵及時(shí)排放的基礎(chǔ)。通過(guò)優(yōu)化渣鐵制度保證爐缸渣鐵液面的穩(wěn)定，嚴(yán)控?zé)嶂贫?，針?duì)原燃料條件不好及時(shí)退守，維護(hù)好爐缸工作狀態(tài)活躍。但隨著高爐冶煉的不斷強(qiáng)化，爐缸沖刷更加厲害，須加強(qiáng)對(duì)爐缸工作狀態(tài)安全管控，符合高爐安全長(zhǎng)壽的要求。

合理的上部料制，保證中心氣流的前提下，疏導(dǎo)邊緣氣流，面對(duì)原燃料條件不好，操作爐型的穩(wěn)定，保證在冶強(qiáng)提高過(guò)程中，高爐各項(xiàng)指標(biāo)改善，高爐冶煉成本降低