本鋼北營(yíng)大高爐操作技術(shù)進(jìn)步與實(shí)績(jī)

鄒德勝 王光亮

1.概況

北營(yíng)大高爐有效容積為3200m3，由中冶京誠(chéng)設(shè)計(jì)。高爐爐頂采用串罐無(wú)料鐘爐頂裝料設(shè)備，減少布料偏析；爐底為大塊炭磚結(jié)合陶瓷杯的綜合爐底結(jié)構(gòu)，軟水密閉循環(huán)冷卻；爐身薄壁為結(jié)構(gòu)，爐腹、爐腰和爐體下部采用銅冷卻壁，冷INBA爐渣處理工藝；配置3座旋切式頂燃熱風(fēng)爐和兩座預(yù)熱爐；煤氣系統(tǒng)采用高效節(jié)能的干法除塵和TRT余壓發(fā)電技術(shù)。兩座3200m3大高爐分別于2012年11月6日及2014年7月26日投產(chǎn)。投產(chǎn)后，各項(xiàng)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一直不理想，特別是入爐焦比長(zhǎng)期處于較高水平，保持在400kg/t以上。見表1。

針對(duì)焦比、燃料比長(zhǎng)期居高不下的現(xiàn)象，北營(yíng)煉鐵廠通過對(duì)高爐冶煉原理及本鋼北營(yíng)大高爐歷年的操作制度及操作參數(shù)進(jìn)行研究和分析，借鑒同類型高爐的成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合市場(chǎng)變化及公司實(shí)際，對(duì)原燃料管控、操作制度、高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化，取得了很大進(jìn)步。

2.原燃料管控技術(shù)優(yōu)化

高爐料柱應(yīng)具有良好的透氣性，使上升煤氣流可以均勻與穩(wěn)定順利通過，這是保證下料順行和充分發(fā)揮上升煤氣流的還原和傳熱作用的基本前提。尤其在高強(qiáng)度冶煉時(shí)，爐缸煤氣量大，如果料柱透氣性不好，則煤氣流阻力增加，風(fēng)壓升高，繼而出現(xiàn)崩料、懸料等現(xiàn)象，使冶煉過程不能正常進(jìn)行。這是風(fēng)量與料柱透氣性不相適應(yīng)的結(jié)果。

如果爐料質(zhì)量差而造成爐內(nèi)透氣性惡化和分布不均勻，不僅會(huì)導(dǎo)致壓差升高和下料不順，而且會(huì)引起煤氣流分布不均，出現(xiàn)管道行程和煤氣流偏行等現(xiàn)象，使煤氣利用率下降，爐料的預(yù)熱與還原不充分，直接還原度增加，熱量消耗增大，影響高爐焦比和生鐵產(chǎn)量。因此，為了保證高爐冶煉過程正常進(jìn)行和獲得良好的生產(chǎn)指標(biāo)，本鋼北營(yíng)通過各種途徑提高高爐料柱的透氣性，為高強(qiáng)度冶煉創(chuàng)造條件，主要措施是建立質(zhì)量跟蹤體系及預(yù)警機(jī)制穩(wěn)定原燃料成分及質(zhì)量；加強(qiáng)管理減少粉末入爐；通過合理配礦及小品種物料（煉鋼塵泥、燒結(jié)除塵灰、高爐除塵灰等）的合理有序使用，減少有害元素含量。

表1 本鋼北營(yíng)大高爐生產(chǎn)指標(biāo)

2.1 穩(wěn)定原燃料結(jié)構(gòu)

兩座大高爐均配吃全干熄焦，其中30%～35%為6m焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭，另外65%～70%為4.3m焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭；新1爐全部配吃400m2燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的燒結(jié)礦，新2爐配吃85%～90%的360m2燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的燒結(jié)礦，其余不足部分補(bǔ)充400m2或300m2燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)的燒結(jié)礦。高爐使用的塊礦為澳礦或南非礦，球團(tuán)為自產(chǎn)球。高爐爐料結(jié)構(gòu)為77%燒結(jié)礦+15%球團(tuán)+8%塊礦。

2.2 穩(wěn)定原燃料成分及質(zhì)量

為穩(wěn)定原燃料成分及質(zhì)量，建立質(zhì)量跟蹤體系及預(yù)警機(jī)制，從原料的入廠到入爐，建立詳細(xì)的數(shù)據(jù)檔案。當(dāng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)及時(shí)查找原因，采取措施，及時(shí)調(diào)整，形成閉環(huán)管理，保證原燃料成分及質(zhì)量的穩(wěn)定。

2.3 加強(qiáng)管理

在穩(wěn)定原燃料質(zhì)量的情況下，也要高爐強(qiáng)化原燃料日常管理，其管理措施主要有以下幾點(diǎn)：①提高篩分效率。在保證正常上料的前提下，將篩分速度控制在最小，提高篩分效率，使入爐的原燃料的粉末小于3%，見表2。②倉(cāng)位管理。確保倉(cāng)位長(zhǎng)期處于高位，低于70%即報(bào)警。③場(chǎng)地生礦篩分管理，根據(jù)天氣情況靈活在線篩分與場(chǎng)地篩分。④陰雨天氣條件下做好篩網(wǎng)定人定倉(cāng)管理。⑤不合格爐料定倉(cāng)管理，小批量定料有序配吃。

2.4 有害元素管控

廠內(nèi)建立有害元素入爐控制標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)警機(jī)制，見表3。每周進(jìn)行一次分析和核算，指導(dǎo)公司內(nèi)配礦及小品種物料（煉鋼塵泥、燒結(jié)除塵灰、高爐除塵灰等）的合理有序使用，避免有害元素超出控制標(biāo)準(zhǔn)。

3.操作制度優(yōu)化技術(shù)

3.1 裝料制度

爐喉煤氣分布主要取決于爐料的分布，通過調(diào)整裝料制度可以調(diào)整爐料的分布，進(jìn)而影響煤氣流第三次分布，從而對(duì)爐料下降狀況、煤氣利用程度乃至軟熔帶的位置和形狀產(chǎn)生影響。合理的煤氣流分布，能夠達(dá)到高爐順行、提高生產(chǎn)效益的目的。

3.1.1 布料矩陣的調(diào)整

采用中心加焦布料矩陣的高爐，容易邊緣負(fù)荷重，中心加焦量偏多，導(dǎo)致中心氣流強(qiáng)烈發(fā)展，造成煤氣利用率低，不利于焦比、燃料比的降低。

3.1.2 增加礦石批重

批重大小對(duì)高爐煤氣流分布的穩(wěn)定性和煤氣利用率起決定性的作用。擴(kuò)大礦石批重能夠使礦石在高爐爐喉截面上分布趨于均勻，礦層加厚，料柱界面效應(yīng)減少，有助于穩(wěn)定上部氣流，提高煤氣利用率，并充分利用煤氣的熱能，有效降低燃料消耗。北營(yíng)大高爐經(jīng)過逐步調(diào)整，在爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上，逐步增加礦石批重至100t/批，負(fù)荷達(dá)到5.405。

3.1.3 停中心過道焦技術(shù)

為減少高爐中心過道加焦量，北營(yíng)大高爐采用停過道焦技術(shù)，即在大角度焦炭布料向小角度焦炭布料時(shí)，停止向高爐內(nèi)布料，當(dāng)溜槽調(diào)整至小角度時(shí)繼續(xù)向高爐內(nèi)布料，減小焦炭在高爐內(nèi)的布料量。采用停過道焦技術(shù)可以減小焦量的布料圈數(shù)0.1～0.3圈。停過道焦技術(shù)在減小中心過道焦量的同時(shí)，還可以控制中心煤氣流，提高煤氣利用率，極大地降低了高爐消耗。

3.1.4 焦焦礦布料技術(shù)

3.2 送風(fēng)制度

送風(fēng)制度對(duì)爐缸工作狀態(tài)起著決定性作用，而爐缸工作狀態(tài)是爐內(nèi)物理化學(xué)反應(yīng)過程的最終結(jié)果。北營(yíng)大高爐通過對(duì)風(fēng)量、富氧率、風(fēng)口直徑、風(fēng)口深入到爐內(nèi)長(zhǎng)度等參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到煤氣在上升過程中，徑向與圓周分布均勻，同時(shí)提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能，增加回旋區(qū)長(zhǎng)度，減少無(wú)風(fēng)區(qū)比例，改善了爐缸工作狀態(tài)。

表2 調(diào)整前后各種原料的篩分速度

表3 管控標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)

3.2.1加長(zhǎng)風(fēng)口長(zhǎng)度，縮小風(fēng)口面積

生產(chǎn)實(shí)踐證明，爐腹角在74°能有效克服邊緣氣流過大的缺陷。延長(zhǎng)風(fēng)口長(zhǎng)度可以克服設(shè)計(jì)爐腹角缺失，有利于煤氣流初始分布。北營(yíng)大高爐爐腹角設(shè)計(jì)角度較大為78.5°，需要加長(zhǎng)風(fēng)口長(zhǎng)度控制邊緣煤氣流。經(jīng)過調(diào)整，全部風(fēng)口為長(zhǎng)640mm。另外，在加長(zhǎng)風(fēng)口抑制邊緣氣流過大的同時(shí)，均勻風(fēng)口布局及縮小風(fēng)口直徑，促使初始?xì)饬鞣植己侠?。最終采用直徑為Ф120mm和Ф125mm的風(fēng)口，使風(fēng)口面積由0.4120m2縮小到0.3840m2。經(jīng)過調(diào)整，一次氣流分布合理，爐腹、爐腰壁體溫度穩(wěn)定。

3.2.2 增加風(fēng)量，降低富氧量，提高風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能

改變以往使用大富氧、低風(fēng)量的操作思路，通過降低燃料比，減少爐腹煤氣量的途徑，以風(fēng)換氧，保持冶煉強(qiáng)度的穩(wěn)步提高。重新樹立高爐以大風(fēng)活爐缸的操作思路，通過降低富氧量，增加入爐風(fēng)量等途徑，提高風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能，改善爐缸工作狀態(tài)，達(dá)到改善爐況順行狀態(tài)，為高爐強(qiáng)化創(chuàng)造條件。

經(jīng)過調(diào)整，將風(fēng)量由5400m3/min增加至5600以上m3/min，富氧量由18000m3/h調(diào)整至12000m3/h，將實(shí)際風(fēng)速?gòu)?50m/s提高至260m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能從11500kg.m/s提高到13500kg.m/s，風(fēng)口回旋區(qū)長(zhǎng)度由1.13m增加到1.24m，回旋區(qū)面積從1.91m2增加到2.12m2，占比由0.59增加到0.64，使?fàn)t缸死焦堆減小，活躍性提高。

4.高爐強(qiáng)化冶煉技術(shù)

4.1 高壓操作

提高爐頂煤氣壓力，煤氣和爐料在高爐內(nèi)的停留時(shí)間延長(zhǎng)，為爐料與煤氣的接觸提供了動(dòng)力學(xué)條件，有利于提高煤氣利用率。另外高頂壓操作后，煤氣體積縮小，壓差的降低，有利于高爐順行及風(fēng)量的增加。通過穩(wěn)步操作，配合風(fēng)量的增加，爐頂壓力逐步由223kpa提高到240kpa，風(fēng)壓由390kpa提高到410kpa，壓差降低至170kpa，保證了高爐的順行。見圖1。

圖1 本鋼北營(yíng)大高爐2014-2020年1月送風(fēng)參數(shù)趨勢(shì)

表4 本鋼北營(yíng)大高爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.2 穩(wěn)定爐溫冶煉

高壓操作抑制了C+SiO2=Si+CO2的進(jìn)行，不利于Si的還原，但促進(jìn)了低硅生鐵的冶煉又降低了消耗。另外，在日常調(diào)劑上推行操作爐溫[Si]上下限調(diào)整法，以鐵水物理熱在1490℃～1510℃的前提下，選擇[Si]水平，根據(jù)當(dāng)前高爐爐內(nèi)氣流和順行狀態(tài)的變化，適當(dāng)修正高爐熱制度和造渣制度，在爐況欠佳，爐芯溫度降低時(shí)選擇上限，在順行良好時(shí)走下限，長(zhǎng)期保持平均爐溫穩(wěn)定在0.4%的水平。上下限爐溫調(diào)整法既有利于促進(jìn)爐缸工作狀態(tài)，同時(shí)避免了長(zhǎng)期的高爐溫造成的消耗增加。

5.結(jié)語(yǔ)

本鋼北營(yíng)大高爐通過對(duì)原燃料管控技術(shù)、裝料制度技術(shù)、送風(fēng)技術(shù)及高爐強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，下部采取縮小風(fēng)口面積，加長(zhǎng)風(fēng)口長(zhǎng) 度，增加入爐風(fēng)量及降低富氧量，提高了風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能，增加回旋區(qū)占比，減少死料堆大小，活躍爐缸；上部裝料制度以中心氣流為主，適當(dāng)開放邊緣的兩道氣流模式，并配合大礦批、高頂壓及停過道焦技術(shù)穩(wěn)定氣流，提高煤氣利用率；熱制度在保證充沛的物理熱前提下，采用上下限爐溫調(diào)整法進(jìn)行低硅冶煉，避免長(zhǎng)期的高爐溫造成消耗的增加。另外，加強(qiáng)原燃料管理、有害元素的控制、設(shè)備及日常操作管理，使高爐在入爐綜合品位逐年下降、硫負(fù)荷升高的情況下，高爐的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)仍有大幅提升，實(shí)現(xiàn)了低碳高效冶煉。見表4。

參考文獻(xiàn)略