鞍鋼朝陽(yáng)鋼鐵2600 m3高爐強(qiáng)化冶煉生產(chǎn)實(shí)踐

胡德順，趙正洪，李澤安，呂寶棟，劉金存，金瑤

（鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽(yáng)122000）

鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司（簡(jiǎn)稱朝陽(yáng)鋼鐵）2600 m3高爐自2012年11月投產(chǎn)以來(lái)，基于朝陽(yáng)鋼鐵單高爐生產(chǎn)的特點(diǎn)，為了應(yīng)對(duì)外界原燃料質(zhì)量變化，增強(qiáng)高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性，采取了一系列措施以保持高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行，高爐的技經(jīng)指標(biāo)始終維持在中等水平。自2019年7月開(kāi)始，為了擴(kuò)大公司的經(jīng)營(yíng)效益，高爐進(jìn)入持續(xù)強(qiáng)化階段，但在強(qiáng)化過(guò)程中出現(xiàn)了原有的焦炭質(zhì)量無(wú)法適應(yīng)高爐強(qiáng)化需要的問(wèn)題，隨著煤比增加，入爐焦比降低，焦炭骨架作用更加突出，高爐順行空間變窄，同時(shí)隨著產(chǎn)能提高，高爐長(zhǎng)壽問(wèn)題日益突出。為解決以上問(wèn)題，朝陽(yáng)鋼鐵從穩(wěn)定高爐煤氣流分布入手，優(yōu)化裝料制度，有效穩(wěn)定了爐況；同時(shí)優(yōu)化出鐵制度及護(hù)爐措施，實(shí)現(xiàn)了高爐的提產(chǎn)降耗。

1 高爐強(qiáng)化冶煉的基礎(chǔ)

1.1 保證合理的爐料結(jié)構(gòu)

高爐入爐焦比降低、煤比升高會(huì)對(duì)高爐產(chǎn)生兩方面影響：一是由于未燃煤粉增加，高爐邊緣阻力增加[1]，影響高爐下部氣流分布，促使風(fēng)口氣流向中心區(qū)域穿透，整座高爐的透氣性變差。二是由于入爐焦比降低，焦炭的骨架作用突出，料柱透氣性變差。所以需要通過(guò)改善爐料結(jié)構(gòu)，提高燒結(jié)礦強(qiáng)度來(lái)保證大噴煤時(shí)高爐的透氣性[2]。朝陽(yáng)鋼鐵通過(guò)加強(qiáng)燒結(jié)礦質(zhì)量管理，優(yōu)化燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)，將精礦比例由30%提高至60%，確保入爐燒結(jié)礦轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度達(dá)到80%以上，F(xiàn)eO穩(wěn)定在8%～10%。高爐爐料結(jié)構(gòu)為72%燒結(jié)礦+28%球團(tuán)礦，保證了高爐料柱透氣性。

1.2 強(qiáng)化日常管理

朝陽(yáng)鋼鐵鐵前主要通過(guò)優(yōu)化配煤、配礦實(shí)現(xiàn)低成本戰(zhàn)略。優(yōu)化配煤會(huì)造成焦炭質(zhì)量波動(dòng)，其主要體現(xiàn)在焦炭粒級(jí)方面，中塊焦40～60 mm比例逐步減少，焦炭平均粒徑波動(dòng)較大。焦炭粒級(jí)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。2019年7月高爐提高冶煉強(qiáng)度后，高爐煤氣流穩(wěn)定性變差，高爐順行空間變窄。針對(duì)此情況，朝陽(yáng)鋼鐵制定了高爐精細(xì)化管理細(xì)則及有關(guān)高爐爐溫、堿度、熱壓、料批、風(fēng)溫及出鐵量的操作規(guī)范，實(shí)施精細(xì)化管理，確保高爐操作思路統(tǒng)一，保證爐況穩(wěn)定。

圖1 焦炭粒級(jí)變化趨勢(shì)Fig.1 Variation Tendency for Particle Sizes of Coke

1.3 保證爐缸安全狀態(tài)受控

爐缸安全始終是影響高爐強(qiáng)化的關(guān)鍵因素。2018年4月，高爐鐵口中心線位置側(cè)壁溫度最高達(dá)到了630℃。為了保證爐缸安全狀態(tài)受控，避免爐缸受到非正常侵蝕，采取了三方面措施：

（1）保證爐缸工作狀態(tài)。確定爐缸熱制度，鐵水物理熱下限不低于1 490℃，并在此基礎(chǔ)上形成合理的操作爐型，控制高爐水系統(tǒng)溫差在1.5～2.5℃。動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)溫差，當(dāng)溫差達(dá)到上限時(shí)，適當(dāng)降低邊緣煤氣流比例；當(dāng)溫差處于下限時(shí)，提高邊緣煤氣流比例，避免渣皮無(wú)序脫落，影響爐缸工作狀態(tài)。

（2）長(zhǎng)期使用含鈦球團(tuán)，確保鐵水含鈦≥0.15%。為了保證爐缸側(cè)壁長(zhǎng)期形成穩(wěn)定的渣皮，當(dāng)側(cè)壁溫度上升時(shí)，逐步提高含鈦球團(tuán)比例；當(dāng)側(cè)壁溫度下降時(shí)，逐步降低含鈦球團(tuán)比例。

（3）高爐檢修時(shí)，采用爐缸壓漿技術(shù)，以封堵煤氣在爐缸氣隙中的串動(dòng)。

2 強(qiáng)化冶煉措施

2.1 調(diào)整裝料制度

2.1.1 增大批重

批重增大則礦層和焦層厚度增大。高爐爐內(nèi)的礦層增厚，料柱阻力變大，不利于順行，但同時(shí)礦石和煤氣的接觸時(shí)間延長(zhǎng)，有利于提高煤氣利用率，從而改善燃料比；焦層增厚，軟熔帶區(qū)域焦窗增大，改善軟熔帶的透氣性[3]，可以穩(wěn)定煤氣流分布，特別是在高爐提高冶煉強(qiáng)度時(shí)，不易出現(xiàn)管道。

為了得到既有利爐況順行又能提高煤氣利用的礦石批重，首先，根據(jù)高爐的設(shè)計(jì)能力確定了其批重范圍，朝陽(yáng)鋼鐵批重設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1；其次，采用循序漸進(jìn)的方法逐步增大批重，在增大的過(guò)程中保證煤氣流分布不受影響，2019年高爐礦批變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2；再次，需進(jìn)一步增加焦炭負(fù)荷時(shí)，不減焦炭而是適當(dāng)增加礦石批重。通過(guò)以上方法，2019年朝陽(yáng)鋼鐵高爐礦批由7月的60 t逐步增大至72 t。

2.1.2 提高高爐頂壓

在煤氣量不變的前提下，提高爐頂壓力可以提高煤氣利用率、降低燃料消耗。一方面，煤氣體積縮小，煤氣中的CO濃度顯著提高，提高了礦石還原效率[4]；另一方面，煤氣流速降低，增加了礦石與煤氣的接觸時(shí)間，使間接還原得到充分發(fā)展，有利于礦石的還原。因此，提高爐頂壓力不僅可以提高高爐生產(chǎn)效率，還能夠有效降低高爐能耗。2019年高爐爐頂壓力變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。在操作過(guò)程中適當(dāng)提高爐頂壓力和熱風(fēng)壓力促使煤氣流速降低、煤氣濃度不斷上升，加快還原過(guò)程，縮短了冶煉周期，促進(jìn)了高爐強(qiáng)化。

表1 朝陽(yáng)鋼鐵批重設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design Parameter of Batch Weight in Chaoyang Steel

圖2 2019年高爐礦批變化趨勢(shì)Fig.2 Variation Tendency for Batch Weight of Ores in BF in 2019

圖3 2019年高爐爐頂壓力變化趨勢(shì)Fig.3 Variation Tendency for Pressure on Top of BF in 2019

2.1.3 優(yōu)化布料矩陣

2.2 開(kāi)展提煤降焦工作

由于朝陽(yáng)鋼鐵單高爐生產(chǎn)的現(xiàn)狀在短期內(nèi)無(wú)法改變，近幾年生產(chǎn)過(guò)程中，高爐主要以穩(wěn)定順行為前提，兼顧高爐長(zhǎng)壽，限制煤比進(jìn)一步提高，避免噴煤量增大后，礦焦比提高、焦炭的骨架作用突出、風(fēng)口理論燃燒溫度降低等一系列不利于強(qiáng)化冶煉的因素出現(xiàn)。為了進(jìn)一步降低生鐵成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，提出開(kāi)展以煤替焦工作，在操作過(guò)程中輔以高風(fēng)溫及提高富氧鼓風(fēng)等手段，達(dá)到提煤降焦的效果。2019年高爐煤比變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。通過(guò)將高爐風(fēng)溫控制在1 180℃以上，富氧由7 000 m3/h提高至9 000 m3/h，高爐煤比逐步提升，打通了過(guò)煤氣中心通路，改善了煤氣流分布狀態(tài)，從而強(qiáng)化了高爐操作。

表2 高爐布料角度調(diào)整過(guò)程Table 2 Adjustment Process for Angles on Burden Distribution in BF

圖4 2019年高爐煤比變化趨勢(shì)Fig.4 Variation Tendency for Coal Ratios of BF in 2019

2.3 制定合理的造渣制度

渣溫和渣的流動(dòng)性均會(huì)影響高爐的穩(wěn)定順行，在較高的生產(chǎn)強(qiáng)度下，合理的造渣制度有利于改善鐵水質(zhì)量，促進(jìn)高爐順行，對(duì)高爐的爐況順行起著至關(guān)重要的作用。朝陽(yáng)鋼鐵高爐造渣制度：一是通過(guò)控制終渣堿度來(lái)控制渣溫，終渣堿度控制范圍為1.15～1.20；二是通過(guò)控制鎂鋁比來(lái)控制渣的流動(dòng)性，鎂鋁比控制范圍為0.4～0.6。

2.4 強(qiáng)化爐前出鐵工作

朝陽(yáng)鋼鐵高爐有3個(gè)鐵口，正常使用2個(gè)鐵口。在高強(qiáng)度冶煉條件下，高爐出凈渣鐵及出鐵速度是否大于冶煉速度尤為關(guān)鍵。鐵口若是先關(guān)后開(kāi)，由于新打開(kāi)的鐵口孔道較小，鐵水流速小，鐵水流速增長(zhǎng)緩慢，爐缸累計(jì)的渣鐵會(huì)快速增多，易造成憋風(fēng)。因此，將鐵口出鐵方式逐步優(yōu)化為零間隔出鐵或負(fù)間隔出鐵，保證出鐵速度大于渣鐵生成速度，為高爐強(qiáng)化創(chuàng)造條件。

3 取得的效果

朝陽(yáng)鋼鐵自2019年7月實(shí)施高爐強(qiáng)化冶煉開(kāi)始，在保證高爐長(zhǎng)壽和穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上，取得了良好的高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，具體見(jiàn)表3。由表3可以看出，由于高爐煤氣利用率提高，高爐燃料比呈大幅下降趨勢(shì)，煤比實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展，高爐技經(jīng)指標(biāo)得到了全面提升，高爐利用系數(shù)由2.25 t/（m3·d）提高至2.33 t/（m3·d），燃料比由545 kg/t降低至530 kg/t，煤比由129 kg/t提高至153 kg/t，實(shí)現(xiàn)了高爐的提產(chǎn)降耗。

表3 2013～2020年高爐技經(jīng)指標(biāo)Table 3 Technical and Economical Indexes of BF from 2013 to 2020

4 結(jié)語(yǔ)

鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司為了實(shí)施高爐強(qiáng)化冶煉，在保證合理的爐料結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化日常管理、保證爐缸安全狀態(tài)受控基礎(chǔ)上，提出了高爐強(qiáng)化冶煉措施，包括調(diào)整裝料制度、開(kāi)展提煤降焦工作、制定合理的造渣制度和強(qiáng)化爐前出鐵工作。通過(guò)采取增大批重、提高高爐頂壓、優(yōu)化布料矩陣、大幅提高煤比、控制終渣堿度和鋁鎂比、零間隔或負(fù)間隔出鐵等措施，實(shí)現(xiàn)了高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行，高爐利用系數(shù)由2.25 t/（m3·d）提高至2.33 t/（m3·d），燃 料 比由545 kg/t降低至530 kg/t，煤比由129 kg/t提高至153 kg/t，實(shí)現(xiàn)了高爐的提產(chǎn)降耗。