宣鋼1 號高爐長壽高效生產實踐

路 鵬 呂志敏 王 根 褚潤林 閆 軍 蘇愛民

（河鋼集團宣鋼公司）

0 概況

宣鋼1 號高爐（2 500 m3）于2008 年3 月15日點火生產，安全生產已超過11 年，單位爐容生鐵產量為8 836 t/m3。宣鋼1 號高爐在設計上采用了國內先進的裝備和工藝，如爐底爐缸部位采用“國產炭磚+美國UCAR 炭磚+陶瓷杯砌體”復合爐襯，并使用FK 系統自動監測內襯燒蝕狀況；爐腹、爐腰及爐身下部采用4 段銅冷卻壁，冷卻系統采用聯合軟水密閉循環冷卻系統等。近年來，通過優化上、中、下部調劑，加強長壽化管理，控制住了1 號高爐爐體冷卻壁水管破損增加以及爐缸側壁溫度超標的趨勢，高爐相關指標得到了改善，實現了高爐長周期穩定順行。

1 長壽高效生產技術措施

宣鋼煉鐵工作者經過10 多年的努力，對大高爐長壽管理及生產維護做了大量的理論與實踐探索研究，已經完全掌握了大型高爐操作與穩定控制技術，并逐漸形成了以宣鋼原燃料為基礎的高爐生產操作與長壽維護系統技術體系。

1.1 提升原燃料質量

1.1.1 燒結礦質量提升

2016 年10 月開始將燒結礦熔滴試驗作為常規檢測，統計各試驗數據，形成鐵前試驗數據庫，分析鐵料單品種料與入燒結構綜合冶金性能，制定燒結礦配料結構評分系統，最終形成燒結配礦的閉環控制，實現燒結質量的改善。尤其是對宣鋼燒結礦的微結構特性開展了相關研究，并在此基礎上提出了提升燒結礦還原性的相關措施，進一步提升其還原性能，以達到促進高爐實現穩定順行、節焦降耗的目的[1]。燒結礦轉鼓強度和還原性變化如圖1 所示。

1.1.2 改善焦炭質量

2017 年，對自產焦炭逐步實施降硫方案，高硫煤配比由8%降至4%，配加低硫焦煤新資源15%，焦炭含硫由0.90%降至0.83%。同時精細配煤，合理調整用煤礦點，控制焦炭灰分不超13.0%。宣鋼2015-2018 年焦炭灰分、硫分變化趨勢見表1。

圖1 燒結礦轉鼓強度及還原性的變化

表1 宣鋼2015-2018 年焦炭灰分、硫分變化趨勢

1.2 高爐下部初始氣流合理控制

風口調整是控制下部氣流最有效的措施，高爐風口隨著原燃料條件和生產狀況的不同進行調整，高爐風口帶溫度及爐缸側壁溫度大幅度上升且爐缸不活時，應逐漸減小風口的直徑或配合使用長風口，適當提高風速與鼓風動能，以吹透中心、抑制邊緣氣流、提高死焦堆的透液性、減弱鐵水環流的發生，從而減少對爐缸側壁的侵蝕，達到降低冷卻壁溫度的目的，實現高爐的穩定順行[2-6]。

1 號高爐已處于爐役后期，風溫水平降低導致鼓風動能下降，同時爐缸側壁溫度階段性偏高，必須保持足夠的鼓風動能和風口回旋區深度，吹透中心，保證爐缸活躍度。為此，1 號高爐從2017 年5 月開始逐步調整風布局，風口面積由原來的0.339 3 ㎡縮小至現在的0.328 5 ㎡（如圖2 所示），風口長度由L 585 mm 改為L 615 mm，鐵口上方風口長度改為L 635 mm，高爐實際風速保持在250 m/s以上，鼓風動能達到了110 ～120 kJ/s（原來是100 ～110 kJ/s），為保持爐缸活躍性，合理分布初始氣流奠定了基礎。

圖2 宣鋼1 號高爐送風面積的變化

1.3 優化裝料制度，維護合理操作爐型

一般而言，初始合理的煤氣流分布有利于高爐形成穩順的軟熔帶，伴隨風量的增加，會推動煤氣流逐步向操作者所希望的抑制邊緣靠近，形成以中心為主的有助于促進發展成良好操作爐型的氣流分布[7-10]。

上部調劑制度與下部煤氣流分布匹配，使高爐內部溫度場和外部強化冷卻相對平衡，達到相對穩定爐體熱負荷，是維持合理穩定的操作爐型，減緩爐墻侵蝕的主要途徑。1 號高爐布料從中心注焦模式轉變為“平臺+漏斗”布料模式，從開始的兼顧中心、發展邊緣逐漸過渡到目前的適當發展中心、抑制邊緣氣流的合理分布趨勢，布料矩陣由逐步演變為。通過上下部調整，實現了高爐煤氣流分布合理、穩定，爐體熱負荷整體穩定在85 000 ～100 000 MJ/h 之間，冷卻壁水管燒漏現象也得到了控制，冷卻壁水管損壞情況變化如圖3 所示。

圖3 宣鋼1 號高爐冷卻壁水管的損壞情況

1.4 冷卻制度調整

中部煤氣流分布控制，主要是通過高爐冷卻制度的分段式管理來配合實現，通過計算高爐在高度上和圓周方向上的熱負荷進行分區管理。不同高度區域的熱負荷管理標準不同，圓周上應保持熱負荷的均勻，同時還需要依據不同高爐的生產特點將熱負荷控制在一個合理的范圍內，太高可能會導致爐墻渣皮脫落、邊緣管道行程，太低會導致爐墻結厚。

形成合理的操作爐型需要結合原燃料的條件，通過調整氣流分布和冷卻制度來形成有利于爐況穩定順行的操作爐型，在高爐爐役的不同階段，操作爐型的管理標準也需要不斷變化，以實現高爐長期的穩定順行。

在高爐生產實踐中，結合冷卻壁溫度和爐體熱負荷的變化趨勢，優化冷卻系統和供水參數，摸索出合適的爐體控制數據，維持合理的操作爐型， 才能保證高爐穩定順行。針對進入爐役末期的爐體現狀，1 號高爐軟水的進水溫度由46 ℃降低至40 ℃。通過冷卻制度的調整，滿足了高爐在不斷強化過程中的渣皮穩定性，高爐冷卻壁溫度和爐體熱負荷處于合理控制范圍。

1.5 穩定造渣制度

造渣制度應該適合于高爐冶煉的要求，有利于高爐的穩定順行，尤其在爐役后期高爐強化冶煉條件下，保持爐渣的穩定性和良好的流動性顯得愈加重要[11]。Al2O3、MgO 和堿度對爐渣的流動性影響很大，Al2O3上升導致爐渣黏度和熔化性溫度上升，而MgO 增加起到緩解作用。2016 年曾一度嘗試降低燒結礦MgO 含量，由2.1%逐步下調至1.7%左右，同時高爐爐渣的MgO/Al2O3比值由0.55 左右降低到0.50 左右，爐內表現為壓差升高，爐外出鐵時常出現爐渣粘稠、粘溝現象，引發爐況波動，最終燒結礦MgO 含量又由1.7%提高至2.1%左右，隨后高爐爐況很快恢復至正常。2018 年燒結礦MgO含量與高爐壓差對應關系變化如圖4 所示。

圖4 燒結MgO 含量與1#高爐壓差對應關系的變化

實踐表明，在現有高爐爐渣Al2O3偏高（＞15%）及渣鐵比偏高（＞340 kg/t）的情況下，高爐爐渣鎂鋁比不宜進一步降低，為保證爐渣具有良好的穩定性和流動性，高爐爐渣鎂鋁比應保持在0.55 左右。

同時，通過實行低硅低硫操作方針，生鐵含硅量基本控制在0.25%～0.40%，含硫量保持在0.025%～0.035%，鐵水物理熱按照1 500 ～1 520 ℃控制，四班統一操作，注重細節，減少因人為操作因素所導致的不利影響，維持爐溫、風量、料速的連續性和穩定性，杜絕連續低燃料比現象發生，保證充沛的渣鐵物理熱[12]。

1.6 嚴格控制有害元素含量

高爐內有害元素（主要包括K、Na、Zn）的循環富集，會導致高爐爐墻粘結、煤氣流紊亂、熱制度失常等，引起爐況不順，嚴重影響了高爐的經濟技術指標，同時也增加了設備的維護難度；高爐內有害元素含量的增加會加重對爐體磚襯的侵蝕，尤其是爐缸風口區域，侵蝕形成的煤氣通路是造成爐缸側壁溫度異常升高的主要原因，同時富集的有害元素還會導致高爐爐體上漲及風口上翹，對高爐長壽生產影響很大。近幾年來，通過控制進廠原料有害元素，控制高鋅物料循環使用，實現了高爐入爐鋅負荷≤350 g/t，堿負荷≤4 kg/t 的控制目標，有效地減少了由于有害元素對高爐長壽及穩定順行帶來的不利影響。宣鋼1 號高爐有害元素入爐負荷變化趨勢如圖5 所示。

圖5 宣鋼1 號高爐有害元素入爐負荷變化趨勢

1.7 定修灌漿

利用定修機會對確認點進行爐體灌漿，及時將爐缸爐墻冷側可能出現的氣隙和煤氣通路填充密實，從而實現高爐爐墻的無氣隙化運行。灌漿過程中必須嚴加控制，以防止灌漿壓力過高對墻體產生危害，一般灌漿壓力不宜超過1.5 M Pa。

2 取得的效果

通過采取上述措施，在連續保持爐況16 個月穩定順行的基礎上，1 號高爐技術經濟指標不斷提升。2019 年第一季度，高爐入爐焦比完成340 kg/t，同比降低15 kg/t，煤比完成172 kg/t，同比提高19 kg/t，再創歷史最好水平，為企業生產穩定及成本降低創造了良好條件。

3 結語

（1）爐役后期的高爐實際內型直徑變大，高徑比減小，下部通過適當縮小風口面積，加長風口長度，吹透中心，保證爐缸活躍是爐況穩定的關鍵.

（2）爐役后期裝料制度調整上保證充足穩定的中心氣流，適當抑制邊緣氣流，實現煤氣流的穩定控制是實現高爐爐況穩定的重點.

（3）對高爐渣鎂鋁比控制范圍要視原燃料條件、操作條件分別對待，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時間低于0.53。

宣鋼1 號高爐通過采取一系列操作技術，目前高爐爐缸爐底溫度處于正常水平，爐體冷卻壁損壞頻率減少，爐況長期穩定順行，技術經濟指標不斷改善，有望實現15 年的設計爐齡。