路鵬  裴生謙  趙成  王洪余  褚潤(rùn)林

(河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠，河北 宣化 075100)

摘  要:對(duì)宣鋼1#高爐爐役后期操作實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)。下部縮小風(fēng)口面積、使用長(zhǎng)風(fēng)口，提高鼓風(fēng)動(dòng)能；上部?jī)?yōu)化布料矩陣，采用大礦批，穩(wěn)定煤氣流分布；維持合理的理論燃燒溫度；階段性鈦礦護(hù)爐、堵風(fēng)口等措施，克服了爐役后期不利條件的影響，在連續(xù)保持爐況14個(gè)月穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷提升，2019年2月份日產(chǎn)合格生鐵完成6185t/d，入爐大焦比337kg/t，煤比170kg/t，為企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定及成本降低創(chuàng)造了良好條件。

關(guān)鍵詞:風(fēng)口；鼓風(fēng)動(dòng)能；布料矩陣；理論燃燒溫度；鈦礦護(hù)爐

1 概況

宣鋼1#高爐（2500m³）于2008年3月15日點(diǎn)火生產(chǎn)，至今生產(chǎn)接近11年，單位爐容生鐵產(chǎn)量8057t/m³，高爐已處于爐役后期，冷卻壁水管破損增加，影響爐內(nèi)煤氣流分布，不易維持合理的操作爐型；鐵口附近區(qū)域爐缸碳磚溫度階段性大幅度升高，其中1#鐵口區(qū)域爐缸碳磚溫度T559最高達(dá)到563℃，影響高爐安全生產(chǎn)；熱風(fēng)爐蓄熱室和格子磚渣化嚴(yán)重導(dǎo)致風(fēng)溫水平偏低，這些因素都影響著高爐穩(wěn)定順行和強(qiáng)化冶煉。

2 應(yīng)對(duì)措施

針對(duì)上述情況，廠及作業(yè)區(qū)煉鐵技術(shù)人員轉(zhuǎn)變操作理念，積極探索適合1#高爐爐役特征及外圍條件的操作制度，通過采取一系列針對(duì)性調(diào)整及應(yīng)對(duì)措施，最終實(shí)現(xiàn)了高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行，達(dá)到了自開爐以來最好的生產(chǎn)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了日平均風(fēng)量5100 m³/min，產(chǎn)量6100 t/d以上的良好業(yè)績(jī)。

2.1 風(fēng)口布局的優(yōu)化

高爐風(fēng)口布局對(duì)送風(fēng)制度有決定性的影響。大量生產(chǎn)實(shí)踐證明，初始中心煤氣流較弱, 爐缸中心難以吹透, 結(jié)果使死料柱處于呆滯狀態(tài), 爐芯焦更新緩慢, 同時(shí)高爐下部邊緣氣流偏強(qiáng)，沿爐缸周邊滴落的鐵水量增加，提高了環(huán)流鐵水密度。爐底中心溫度低和爐前作業(yè)變壞正是爐芯焦透液性變差和爐缸活性下降的反映^[1]。1#高爐已處于爐役后期，風(fēng)溫水平降低導(dǎo)致鼓風(fēng)動(dòng)能下降，同時(shí)爐缸側(cè)壁溫度階段性偏高，因此必須保持足夠的鼓風(fēng)動(dòng)能和風(fēng)口回旋區(qū)深度，吹透中心，保證爐缸活躍度。同時(shí)通過與其他企業(yè)的對(duì)標(biāo)考察中發(fā)現(xiàn)，一直以來，宣鋼高爐風(fēng)口長(zhǎng)度偏短，這也是高爐中心吹不透，爐況欠穩(wěn)定的原因。

為此，1#高爐從2017年年底開始調(diào)整風(fēng)布局，風(fēng)口面積0.3303㎡縮小至0.3285㎡，風(fēng)口長(zhǎng)度由L585mm加長(zhǎng)至L615mm，鐵口上方風(fēng)口加長(zhǎng)至L635mm，高爐實(shí)際風(fēng)速保持在250m/s以上，鼓風(fēng)動(dòng)能達(dá)到了11000kg/m·s～12000 kg/m·s（原10000～11000 kg/m·s），風(fēng)口調(diào)整見表1。

隨前期調(diào)整后，高爐爐缸狀態(tài)改善, 中心初始?xì)饬骰钴S, 壓差下降，為高爐加重焦炭負(fù)荷創(chuàng)造了條件。風(fēng)口面積縮小后，入爐風(fēng)量不但沒有降低，反而有了明顯提升，近幾年風(fēng)量與熱壓變化如圖1所示。后續(xù)又視爐況發(fā)展及爐缸側(cè)壁溫度易升高情況，局部使用了L635mm風(fēng)口。最終通過風(fēng)口的調(diào)整, 使燃燒帶回旋區(qū)向爐缸中心延伸，改善爐缸滲透性，縮小爐缸工作死區(qū)，減少爐缸側(cè)壁鐵水環(huán)流沖刷，對(duì)于保護(hù)爐缸側(cè)壁薄弱點(diǎn)也有一定作用^[2]。

2.2 布料矩陣優(yōu)化

隨著1#高爐進(jìn)入爐役后期，高爐的設(shè)計(jì)爐型與操作爐型產(chǎn)生了很大的差異，爐腰、爐腹內(nèi)襯受渣鐵侵蝕嚴(yán)重，高爐內(nèi)型直徑變大，實(shí)際高徑比減小，邊緣氣流易發(fā)展，中心氣流易受抑制^[3]。同時(shí)隨著1#高爐風(fēng)溫水平的降低，也會(huì)導(dǎo)致中心氣流減弱，邊緣煤氣流發(fā)展。

煉鐵技術(shù)人員以:“堅(jiān)持開放中心，適當(dāng)抑制邊緣”方針，上部裝料制度由“礦5環(huán)、焦6環(huán)”的布料矩陣調(diào)整為“礦4環(huán)、焦6環(huán)”，適當(dāng)縮小礦環(huán)帶，收窄平臺(tái)寬度，加深漏斗深度，強(qiáng)化中心氣流，穩(wěn)定邊緣氣流，最終實(shí)現(xiàn)中心氣流充足而邊緣氣流穩(wěn)定。

在這一過程當(dāng)中，邊緣不能壓得太“死”也不能太“活”，否則極易造成爐墻粘結(jié)，所以需密切關(guān)注壁體溫度和水溫差的變化，發(fā)現(xiàn)跑偏時(shí)，及時(shí)調(diào)整。通過調(diào)整，冷卻壁溫度波動(dòng)幅度減小，邊緣熱負(fù)荷水平趨于平穩(wěn)，其爐體熱負(fù)荷穩(wěn)定在8500×10 MJ/h～10000×10 MJ/h，如圖2所示。

2.3 階段性鈦礦護(hù)爐與臨時(shí)堵風(fēng)口

之前宣鋼高爐處理爐缸溫度升高，提鈦?zhàn)o(hù)爐是通過提高燒結(jié)礦或球團(tuán)礦來提高高爐入爐鈦負(fù)荷，此作法涉及上游原料配料及生產(chǎn)工藝調(diào)整，周期長(zhǎng)且存在滯后性，影響范圍廣。目前1#高爐通過實(shí)施高冷卻強(qiáng)度下階段性鈦礦護(hù)爐，自出現(xiàn)爐缸溫度超標(biāo)后，高爐提高冷卻水量至4000m³/h（正常3850m³/h）。配加鈦礦，提高鐵水[Ti]≥0.09%，[Si]控制0.35%～0.5%（正常0.25%～0.40%），保證鐵水溫度1500℃以上，若溫度升高較快時(shí)，配合堵溫度高部位的風(fēng)口，減小此區(qū)域鐵水環(huán)流同時(shí)有利于鈦的碳氮化物沉積，對(duì)應(yīng)對(duì)爐缸側(cè)壁溫度升高有著立竿見影的效果。

2018年1#鐵口區(qū)域爐缸碳磚溫度T559在4月14日1號(hào)鐵口倒場(chǎng)停用后呈上行趨勢(shì)，4月16日后溫度上行幅度增大，4月22日配加鈦礦1.5t/批，25日增加至2.0t/批，并PB塊礦由11%逐步減少至5%，提高鈦負(fù)荷至高于8kg/t(Fe)以上。4月27日爐缸炭磚T559溫度升高至563℃，水溫差0.5℃，高爐休風(fēng)堵27#風(fēng)口，送風(fēng)后逐步恢復(fù)正常。其處理前后T559溫度變化如圖3所示。

后續(xù)生產(chǎn)過程當(dāng)中，高爐1#，包括2#和3#鐵口區(qū)域碳磚溫度也出現(xiàn)過升高較快的現(xiàn)象，同樣采取上述配加鈦礦提高入爐鈦負(fù)荷，若上升幅度較大，配合堵溫度高部位風(fēng)口1～2個(gè)，待爐缸側(cè)壁溫度下降至基本正常后，及早減少直至停加鈦礦，捅開風(fēng)口，避免長(zhǎng)期鈦負(fù)荷高，渣鐵粘稠，引起爐缸死焦堆透氣、透液性惡化帶來爐底溫度下行和爐缸活性下降。后續(xù)幾次處理過程持續(xù)10天左右，對(duì)高爐爐況及產(chǎn)量整體影響不大。

2.4 風(fēng)口前理論燃燒溫度控制

適宜的理論燃燒溫度應(yīng)能滿足高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量。根據(jù)理論燃燒溫度經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，風(fēng)溫每降低100℃，理論燃燒溫度下降約80℃，1#高爐風(fēng)溫下降了約90℃，理論燃燒溫度降低70℃左右。為維持風(fēng)口前理論燃燒溫度，爐內(nèi)采取提高富氧率，由4.2%提高至5.0%，提高風(fēng)口前理論燃燒溫度35℃左右，在一定程度上減小了1#高爐風(fēng)口前理論燃燒溫度降低的幅度。

目前風(fēng)口前理論燃燒溫度維持在2150℃～2200℃，見圖4，符合目前大高爐理論燃燒溫度正常要求范圍。同時(shí)富氧率的增加，一方面提高了高爐噴吹煤粉的置換比，減少了未燃煤粉對(duì)高爐冶煉進(jìn)程的不利影響；另一方面，富氧率的增加縮短了風(fēng)口前回旋區(qū)的寬度與深度，這一不足可以通過上述加長(zhǎng)風(fēng)口來得以補(bǔ)償^[4]。

生產(chǎn)實(shí)踐證明，此理論燃燒溫度范圍較為適宜，滿足了高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量需求，保證了液態(tài)渣鐵的充分加熱和還原反應(yīng)的順利進(jìn)行^[5]。

2.5 采用大礦批

礦批的擴(kuò)大一方面增加焦窗厚度，另一方面也減少了混合料層的界面效應(yīng)，很好地抵消了大風(fēng)量帶來的高壓差效應(yīng)，使高爐阻損降低有利于爐況的穩(wěn)定。同時(shí)，礦批的擴(kuò)大對(duì)穩(wěn)定料面平臺(tái)及改善煤氣利用也起到良好的效果^[6]。

1號(hào)高爐礦批由之前的63t逐步擴(kuò)大到目前的69～70t，在后續(xù)重負(fù)荷過程中保持焦層厚度不減，提高了料柱透氣性，穩(wěn)定氣流，優(yōu)化了爐內(nèi)氣流分布，改善了煤氣利用率。

2.6 提高爐頂壓力

壓力的提高加快了氣體的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)速度，有利于化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。提高爐頂壓力，煤氣體積縮小，在風(fēng)量大致不變的情況下，煤氣在爐內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)，增加了礦石與煤氣的接觸時(shí)間，有利于礦石還原。有礙硅還原反應(yīng)進(jìn)行，因而高壓操作有利于降低生鐵含硅量，有利于獲得低硅生鐵。

隨爐況發(fā)展及風(fēng)量水平提高，1號(hào)高爐爐頂壓力由225 Kpa逐步提高至235 Kpa，維持壓差≤170 kPa，頂壓的提高減緩了爐內(nèi)煤氣流速，進(jìn)一步改善了爐況順行和提高了煤氣能量利用，發(fā)展?fàn)t內(nèi)間接還原，抑制直接還原，減少爐塵吹出量，為低硅冶煉及穩(wěn)定爐溫創(chuàng)造條件，對(duì)爐況穩(wěn)定及進(jìn)一步節(jié)焦提煤創(chuàng)造了條件。

2.7 控制合適的鎂鋁比

從降低生產(chǎn)成本、降低能耗出發(fā)，2016年9月份開始，宣鋼燒結(jié)礦開始降低MgO含量，由2.1%逐步下調(diào)至1.85%，高爐爐況反應(yīng)整體不大。2018年5月開始，燒結(jié)礦MgO含量進(jìn)一步降低至1.70%左右，同時(shí)高爐爐渣實(shí)際MgO/Al₂O₃比值由0.55左右降低到0.5左右，爐內(nèi)表現(xiàn)為壓差升高，進(jìn)入9月份爐外出鐵時(shí)常出現(xiàn)爐渣粘稠，粘溝現(xiàn)象，9月16日爐況出現(xiàn)波動(dòng)，風(fēng)量萎縮，產(chǎn)量降低。宣鋼另一座2500m³高爐也出現(xiàn)了類似情況，為改善渣鐵流動(dòng)性，盡早恢復(fù)爐況，9月18日燒結(jié)礦MgO含量由1.7%提高至2.1%，后高爐壓差逐步降低到正常水平，爐況很快恢復(fù)至正常，其2018年燒結(jié)礦MgO含量與高爐壓差對(duì)應(yīng)關(guān)系變化如圖5所示。

鑒于上次爐況波動(dòng)，煉鐵技術(shù)人員對(duì)于宣鋼高爐爐渣合適鎂鋁比控制范圍有了重新認(rèn)識(shí)，那就是在高爐爐渣Al₂O₃偏高（＞15%）及渣鐵比偏高的情況下，高爐爐渣鎂鋁比不宜進(jìn)一步降低。后續(xù)燒結(jié)礦MgO含量一直控制在2.15%左右，高爐爐渣鎂鋁比保持在0.55左右，渣鐵流動(dòng)性正常，爐況平穩(wěn)。

2.8 鐵口維護(hù)管理

高爐鐵口區(qū)域是爐缸部位最薄弱的環(huán)節(jié)之一，科學(xué)合理地維護(hù)好鐵口是爐前操作的首要工作。在高爐生產(chǎn)過程中，合理的鐵口深度是出盡渣鐵的有效保障，也能起到在鐵口周圍形成穩(wěn)定的泥包保護(hù)爐缸側(cè)壁的作用，保持穩(wěn)定的鐵口深度是保證爐前作業(yè)穩(wěn)定和高爐長(zhǎng)壽的重要手段之一^[7]。

始終保持鐵周圍穩(wěn)定的泥包存在，這一點(diǎn)對(duì)于處于爐役后期尤其是側(cè)壁溫度有過較大幅度升高的高爐更為重要，1#高爐在生產(chǎn)過程中的具體操作是，對(duì)于要停場(chǎng)使用的鐵口，使用幾爐鐵高強(qiáng)度炮泥，以保證停場(chǎng)后鐵口周圍泥包能夠較長(zhǎng)時(shí)間存在；剛倒場(chǎng)投入使用的鐵口，前幾爐鐵也使用高強(qiáng)度炮泥，以便快速漲鐵口深度到位，快速形成泥包，后切換為普通炮泥，對(duì)保護(hù)爐缸薄弱點(diǎn)起到了一定作用。

3 實(shí)踐效果

通過采取一系列技術(shù)措施，1#高爐克服了爐役后期種種不利條件，摸索出了一整套適合爐役后期的操作制度，實(shí)現(xiàn)了爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定及指標(biāo)改善。其2018年及2019年1，2月份各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)變化見表2。

表2 宣鋼1#高爐2018年及2019年1，2月份主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4 結(jié)語

宣鋼1#高爐結(jié)合自身原燃料條件和生產(chǎn)狀況，在爐役后期設(shè)備老化，冷卻壁破損增加、爐缸側(cè)壁溫度階段性升高及風(fēng)溫水平偏低的情況下，通過積極調(diào)整，摸索出了適合其爐役特征的操作制度和生產(chǎn)管理模式，實(shí)現(xiàn)了爐役后期爐況順行及指標(biāo)改善。

1) 在正常生產(chǎn)中通過上下部調(diào)整，保持強(qiáng)有力的中心氣流，保證正常的爐缸活躍度，是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，同時(shí)也能有效防止和控制高爐側(cè)壁溫度攀高, 也是高爐長(zhǎng)壽安全生產(chǎn)管理的首要任務(wù)。

2）配加鈦礦護(hù)爐仍然是高爐處理爐缸側(cè)壁溫度升高經(jīng)濟(jì)、可行、易操作的手段，若溫度上升較快時(shí)果斷堵鐵口上方個(gè)別風(fēng)口，盡快降低溫度至正常水平。

3）對(duì)高爐渣鎂鋁比控制范圍要視原燃料條件、操作條件分別對(duì)待，不能一概而論。就目前宣鋼高爐爐渣Al₂O₃含量偏高（＞15%）及渣鐵比偏高的情況下，高爐爐渣鎂鋁比不宜長(zhǎng)時(shí)間低于0.53。

4）熱風(fēng)爐蓄熱室和格子磚渣化嚴(yán)重導(dǎo)致風(fēng)溫水平偏低，影響高爐燃料消耗的進(jìn)一步降低。

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