高爐爐況變化及其影響因素分析

楊 蕓

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司,重慶401122)

高爐爐況變化及其影響因素分析

楊 蕓

(中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司,重慶401122)

為研究高爐爐況變化情況以及其影響因素,針對(duì)1780m3高爐的爐況波動(dòng)進(jìn)行分析,并從原燃料條件、操作制度、出鐵管理等方面,對(duì)引起爐況波動(dòng)的影響因素進(jìn)行了研究。通過(guò)分析,得到了爐況波動(dòng)變化規(guī)律及其影響因素,并針對(duì)性地提出了改善爐況的措施。

高爐爐況;操作制度;原燃料;出鐵管理

1 引言

爐況的穩(wěn)定發(fā)展是實(shí)現(xiàn)高爐高效低耗的基礎(chǔ),然而不少高爐在實(shí)際生產(chǎn)中,往往難以準(zhǔn)確評(píng)估造成爐況波動(dòng)的原因,從而失去了調(diào)整爐況的最佳時(shí)期,造成不必要的損失[1-2]。因此在日常高爐生產(chǎn)管理中,需要實(shí)時(shí)跟蹤和掌握爐況的波動(dòng)情況,并且能根據(jù)各種因素的變化及時(shí)發(fā)現(xiàn)造成爐況波動(dòng)的原因,進(jìn)而有針對(duì)性的加以解決。

根據(jù)某1780m3高爐(以下簡(jiǎn)稱A高爐)近兩年的生產(chǎn)實(shí)踐,探討在爐況出現(xiàn)波動(dòng)情況下,如何全面分析各種影響因素,從而從根本上尋找出爐況的波動(dòng)原因,為穩(wěn)定生產(chǎn)提供科學(xué)的決策。

2 爐況波動(dòng)判斷

2.1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

一般情況下,如果爐況出現(xiàn)波動(dòng),首先反映在經(jīng)濟(jì)指標(biāo),如產(chǎn)量、焦比、煤比、燃料比等,即產(chǎn)量出現(xiàn)下降,燃料消耗增加,圖1和圖2分別為A高爐的產(chǎn)量和燃料消耗變化情況。

可以看出,產(chǎn)量自2013年9月份以來(lái)明顯下降,2014年7月份后有所回升,但一直存在波動(dòng)。而燃料消耗也和產(chǎn)量的變化規(guī)律相似,當(dāng)產(chǎn)量回升時(shí),燃料比下降。煤比也能及時(shí)的反映出爐況的變化,當(dāng)爐況不好時(shí),一般煤比也會(huì)下降。

圖1 產(chǎn)量變化情況

圖2 燃料消耗變化情況

2.2 生產(chǎn)指標(biāo)

生產(chǎn)指標(biāo)主要是與高爐運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)的氣流分布、透氣性、煤氣利用率等參數(shù),這些參數(shù)能宏觀地表征出高爐內(nèi)部的反應(yīng)情況,為高爐生產(chǎn)提供監(jiān)控手段。

圖3 氣流變化情況

由于A高爐沒(méi)有十字測(cè)溫,因此觀察氣流分布情況以頂溫和爐喉溫度分別代表中心氣流和邊緣氣流的波動(dòng)(見(jiàn)圖3)。頂溫波動(dòng)較大,從爐況較好時(shí)的不到150℃增加到超過(guò)250℃,2014年7月有所回落,但一直處于高位運(yùn)行,說(shuō)明氣流總體較旺。邊緣爐喉溫度近期也出現(xiàn)升高的情況,表明邊緣有所發(fā)展。

圖4 高爐全壓差變化情況

全壓差變化見(jiàn)圖4,作為近2 000m3的高爐,全壓差基本在180k Pa以上,整體壓差偏高。說(shuō)明高爐透氣性較差,同時(shí)也表明高爐氣流分布不太穩(wěn)定。

3 影響爐況波動(dòng)的因素分析

影響爐況波動(dòng)的因素很多,但歸納起來(lái)主要有設(shè)備問(wèn)題、原料條件變化、高爐操作制度的變化、出鐵制度變化等[3],由于近兩年來(lái)A高爐沒(méi)有發(fā)生相關(guān)設(shè)備問(wèn)題,因此以下就從原料、操作、出鐵等這幾方面對(duì)引起高爐爐況波動(dòng)的原因進(jìn)行全面分析。

3.1 原料變化的影響

3.1.1 爐料結(jié)構(gòu)

熟料率自2015年4月份后有所降低,但整體基本保持在90%左右,見(jiàn)圖5。從入爐品位看,從51%持續(xù)增加到55%,說(shuō)明入爐原料條件逐漸變好,見(jiàn)圖6。

圖5 熟料率變化情況

圖6 入爐品位變化情況

3.1.2 燒結(jié)礦

由于A高爐爐料結(jié)構(gòu)中主要以燒結(jié)礦為主,因此重點(diǎn)分析燒結(jié)礦的性能變化情況。燒結(jié)礦品位持續(xù)提高,這直接影響入爐品位的提升。但燒結(jié)礦的堿度卻有所下降,具體見(jiàn)圖7。堿度的下降易引起燒結(jié)礦強(qiáng)度的降低,這對(duì)爐內(nèi)透氣性產(chǎn)生不利影響。

圖7 燒結(jié)礦堿度變化情況

3.1.3 焦炭

焦炭的指標(biāo)主要觀察灰分、S、粒度、冷強(qiáng)度、熱強(qiáng)度等性能的變化情況。通過(guò)全面梳理焦炭指標(biāo),發(fā)現(xiàn)灰分和熱強(qiáng)度變化較大?；曳肿兓?jiàn)圖8,波動(dòng)基本在13%～14%之間,但數(shù)值偏大,這對(duì)爐況的穩(wěn)定不利。

焦炭熱強(qiáng)度見(jiàn)圖9,可以看出,從指標(biāo)數(shù)值上,CRI基本在27%以上波動(dòng),CSR多數(shù)小于62%,且兩者的波動(dòng)較大,指標(biāo)控制不太穩(wěn)定。這說(shuō)明A高爐在焦炭指標(biāo)的控制方面還需進(jìn)一步優(yōu)化提升,以避免影響爐況的進(jìn)一步波動(dòng)。

3.2 高爐操作的影響

高爐操作主要以傳統(tǒng)的四大制度作為分析思路[4],從這幾個(gè)操作制度的變化情況中尋找影響規(guī)律。

3.2.1 布料制度的影響

布料制度在爐況較好時(shí)的2013年9月份,基本表現(xiàn)為礦焦同角,且適當(dāng)?shù)膲哼?。而后續(xù)幾經(jīng)調(diào)整,從2015年的幾個(gè)料制看,出現(xiàn)了一些變化,如最外角縮小、礦角比焦角小,這種調(diào)整增加了邊緣活躍度。

圖8 焦炭灰分變化情況

圖9 焦炭CRI和CSR變化情況

表1 布料制度變化情況

布料制度對(duì)氣流的影響比較直接,從熱負(fù)荷變化情況可以看出,放邊的布料制度引起了邊緣的大幅活躍,熱負(fù)荷波動(dòng)增加了近一倍,達(dá)到9萬(wàn)MJ/h,近一個(gè)月來(lái)略有下降,但依然處于8萬(wàn)MJ/h的高位。邊緣波動(dòng)極易影響爐身中下部冷卻壁的安全,這從該高爐的冷卻壁水管損壞加劇可以得到印證。

圖10 高爐熱負(fù)荷變化情況

3.2.2 送風(fēng)制度的影響

送風(fēng)制度的核心是控制好適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能和理論燃燒溫度,使?fàn)t缸工作狀態(tài)均勻,熱量充沛穩(wěn)定。從A高爐的鼓風(fēng)動(dòng)能變化(見(jiàn)圖11)可以看出,其經(jīng)歷了由下降到升高的過(guò)程,但近期鼓風(fēng)動(dòng)能又有所下降,易出現(xiàn)波動(dòng),這對(duì)爐缸活躍狀態(tài)將產(chǎn)生不利影響。

圖11 鼓風(fēng)動(dòng)能變化情況

理論燃燒溫度(見(jiàn)圖12)2014年7月以來(lái),下降了近100℃,這對(duì)爐缸熱狀態(tài)的穩(wěn)定有較大的影響,分析其變化的原因,主要受煤比與富氧匹配性不好的影響,當(dāng)2014年7月后煤比開(kāi)始提高的情況下,富氧率卻一直未能增加,由此導(dǎo)致了理論燃燒溫度的下降。

圖12 理論燃燒溫度單值控制圖

3.2.3 熱制度的影響

熱制度是保證高爐順行的前提,從A高爐的鐵水溫度及爐溫變化可以看出,其爐熱狀態(tài)整體是在向熱,鐵水溫度升高了約30℃,爐溫則從0.1%左右提高到0.3%左右,這對(duì)高爐的爐況恢復(fù)具有積極作用(見(jiàn)圖13、14)。

圖13 鐵水溫度變化情況

3.2.4 造渣制度的影響

爐渣堿度波動(dòng)較大,2015年4月份后控制在1.2左右,堿度升高對(duì)于爐缸熱穩(wěn)定性有促進(jìn)作用,見(jiàn)圖15。此外從爐渣脫硫系數(shù)變化可以看到,Ls呈上升趨勢(shì),見(jiàn)圖6,表明爐渣脫硫能力有所提升,這對(duì)鐵水質(zhì)量的控制有積極作用。

圖14 鐵水[Si]含量變化情況

圖15 爐渣堿度變化情況

圖16 爐渣脫硫系數(shù)Ls變化情況

3.2.5 上下部調(diào)劑的匹配性分析

從操作制度變化結(jié)果分析,爐熱和造渣制度均對(duì)爐況的好轉(zhuǎn)有著積極作用,主要是提高了爐缸的熱狀態(tài),且提高了鐵水的質(zhì)量,但以布料和送風(fēng)為主的上下部調(diào)劑手段則顯示出還不適應(yīng)爐況的波動(dòng)。為此,對(duì)上下部調(diào)劑的配合程度做進(jìn)一步分析。

上下部調(diào)劑是否匹配,可以從壓量關(guān)系是否協(xié)調(diào)、風(fēng)量與透氣性的關(guān)系等方面進(jìn)行分析。A高爐壓量關(guān)系見(jiàn)圖17,壓量關(guān)系匹配性越好,兩參數(shù)之間的線性關(guān)系就越高,但觀察A高爐的壓量關(guān)系,發(fā)現(xiàn)其線性關(guān)系不佳,散點(diǎn)較多,因此表明A高爐的壓量調(diào)整方面還有改善空間。

圖17 壓量關(guān)系匹配情況分析

風(fēng)量與透氣性的關(guān)系見(jiàn)圖18,由于全壓差不能全面反映高爐透氣性的變化,因此透氣性的表征引入了“風(fēng)量/全壓差”[5],從曲線變化可以看出,當(dāng)風(fēng)量大于3 400m3/min時(shí),其透氣性才會(huì)最佳,且保持穩(wěn)定,因此A高爐應(yīng)努力使風(fēng)量提升至3 400m3/min左右的水平,這樣才能為爐況恢復(fù)提供基礎(chǔ)。

3.3 出鐵管理的影響

穩(wěn)定的出鐵有利于爐況的平穩(wěn)發(fā)展和爐缸的安全長(zhǎng)壽,因此分析出鐵情況的變化對(duì)于尋找爐況波動(dòng)的原因至關(guān)重要。

3.3.1 出鐵偏析情況分析

圖18 風(fēng)量與透氣性匹配情況分析

為觀察A高爐東、西兩個(gè)鐵口出鐵偏析情況,統(tǒng)計(jì)了兩個(gè)鐵口4 000個(gè)鐵次的出鐵重量,見(jiàn)圖19,總體而言,東西鐵口出鐵比率分配比較平衡,沒(méi)有出現(xiàn)長(zhǎng)期單鐵口出鐵的情況,出鐵偏析情況較少。

3.3.2 爐缸殘余鐵量分析

對(duì)上述4 000個(gè)鐵次每次出鐵的實(shí)際重量以及理論重量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算,兩者相減得到每個(gè)鐵次爐缸的理論殘鐵量。在2015年3月以前,殘鐵量基本保持正常的上下波動(dòng)情況,但從2015年05月08日以來(lái),爐缸殘余鐵量明顯增加,見(jiàn)圖20,這說(shuō)明爐缸可能出現(xiàn)堆積情況,結(jié)合上文中鼓風(fēng)動(dòng)能的難以提高的現(xiàn)象,綜合分析爐缸堆積的可能性較大。

4 結(jié)果討論

分析了A高爐的爐況波動(dòng)情況,并從原料、操作、出鐵等方面對(duì)影響爐況波動(dòng)的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,得到A高爐爐況波動(dòng)的原因主要在于焦炭質(zhì)量的波動(dòng)、上下部操作的不匹配性、以及爐缸有堆積,并提出了針對(duì)性的解決措施,具體結(jié)論如下:

(1)入爐原料條件整體向好,對(duì)爐況恢復(fù)打下了良好的基礎(chǔ),但需注意解決燒結(jié)礦堿度下降造成的強(qiáng)度降低的問(wèn)題。

(2)焦炭質(zhì)量控制不佳,尤其灰分和熱強(qiáng)度還需進(jìn)一步提升,需要加強(qiáng)焦炭生產(chǎn)控制,為爐況恢復(fù)創(chuàng)造有利條件。

圖19 兩個(gè)出鐵口出鐵比重變化情況

圖20 爐缸殘余鐵量變化情況

(3)熱制度和造渣制度控制較好,對(duì)穩(wěn)定爐缸熱狀態(tài)有積極作用,但上下部調(diào)劑匹配性不佳,壓量關(guān)系還有待改善,此外還需注重全風(fēng)操作,控制好透氣性。

(4)從鼓風(fēng)動(dòng)能以及爐缸殘余鐵量的變化趨勢(shì),可以判斷爐缸有一定的堆積,因此爐況恢復(fù)還需重點(diǎn)考慮如何有效解決爐缸堆積問(wèn)題。

[1] 王建民,馬金芳,馬國(guó)梁.遷鋼1號(hào)高爐爐況失?；謴?fù)實(shí)踐[J].煉鐵,2013,(5):35-37.

[2] 張慶喜,劉超志.武鋼5號(hào)高爐爐況失常的分析與處理[J].煉鐵.2006(01):40-45.

[3] 張賀順,馬洪斌.首鋼調(diào)整高爐煤氣分布的生產(chǎn)實(shí)踐[J].鞍鋼技術(shù),2010,(2):43-47.

[4] 周傳典,高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009,313-358.

[5] 項(xiàng)鐘庸,王筱留.高爐設(shè)計(jì)-煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009, 164-165.

Study on the Fluctuation of Blast Furnace Condition and Analysis of Its Influencing Factors

YANG Yun

(CISDI Engineering Co.,Ltd.Chongqing 401122,China)

In order to study the fluctuation of Blast Furnace condition and its influencing factors, the fluctuation parameters of 1780m3blast furnace were analyzed.And also the influencing factors from raw materials conditions,the operation system,and the tapping management were studied.The fluctuation and its influencing factors were obtained by the analysis.Measures to improve were put forward.

blast furnace condition,operation system,raw materials,tapping management

1001-5108(2016)04-0001-07

TF543

A

楊蕓,高級(jí)工程師,主要從事冶金企業(yè)節(jié)能降本、運(yùn)營(yíng)增效等方面的咨詢工作。