本鋼北營大高爐操作技術進步與實績

鄒德勝 王光亮

1.概況

北營大高爐有效容積為3200m3，由中冶京誠設計。高爐爐頂采用串罐無料鐘爐頂裝料設備，減少布料偏析；爐底為大塊炭磚結合陶瓷杯的綜合爐底結構，軟水密閉循環冷卻；爐身薄壁為結構，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座旋切式頂燃熱風爐和兩座預熱爐；煤氣系統采用高效節能的干法除塵和TRT余壓發電技術。兩座3200m3大高爐分別于2012年11月6日及2014年7月26日投產。投產后，各項生產經濟指標一直不理想，特別是入爐焦比長期處于較高水平，保持在400kg/t以上。見表1。

針對焦比、燃料比長期居高不下的現象，北營煉鐵廠通過對高爐冶煉原理及本鋼北營大高爐歷年的操作制度及操作參數進行研究和分析，借鑒同類型高爐的成功經驗，結合市場變化及公司實際，對原燃料管控、操作制度、高爐強化冶煉技術方面進行優化，取得了很大進步。

2.原燃料管控技術優化

高爐料柱應具有良好的透氣性，使上升煤氣流可以均勻與穩定順利通過，這是保證下料順行和充分發揮上升煤氣流的還原和傳熱作用的基本前提。尤其在高強度冶煉時，爐缸煤氣量大，如果料柱透氣性不好，則煤氣流阻力增加，風壓升高，繼而出現崩料、懸料等現象，使冶煉過程不能正常進行。這是風量與料柱透氣性不相適應的結果。

如果爐料質量差而造成爐內透氣性惡化和分布不均勻，不僅會導致壓差升高和下料不順，而且會引起煤氣流分布不均，出現管道行程和煤氣流偏行等現象，使煤氣利用率下降，爐料的預熱與還原不充分，直接還原度增加，熱量消耗增大，影響高爐焦比和生鐵產量。因此，為了保證高爐冶煉過程正常進行和獲得良好的生產指標，本鋼北營通過各種途徑提高高爐料柱的透氣性，為高強度冶煉創造條件，主要措施是建立質量跟蹤體系及預警機制穩定原燃料成分及質量；加強管理減少粉末入爐；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 本鋼北營大高爐生產指標

2.1 穩定原燃料結構

兩座大高爐均配吃全干熄焦，其中30%～35%為6m焦爐生產的焦炭，另外65%～70%為4.3m焦爐生產的焦炭；新1爐全部配吃400m2燒結機生產的燒結礦，新2爐配吃85%～90%的360m2燒結機生產的燒結礦，其余不足部分補充400m2或300m2燒結機生產的燒結礦。高爐使用的塊礦為澳礦或南非礦，球團為自產球。高爐爐料結構為77%燒結礦+15%球團+8%塊礦。

2.2 穩定原燃料成分及質量

為穩定原燃料成分及質量，建立質量跟蹤體系及預警機制，從原料的入廠到入爐，建立詳細的數據檔案。當出現波動時及時查找原因，采取措施，及時調整，形成閉環管理，保證原燃料成分及質量的穩定。

2.3 加強管理

在穩定原燃料質量的情況下，也要高爐強化原燃料日常管理，其管理措施主要有以下幾點：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倉位管理。確保倉位長期處于高位，低于70%即報警。③場地生礦篩分管理，根據天氣情況靈活在線篩分與場地篩分。④陰雨天氣條件下做好篩網定人定倉管理。⑤不合格爐料定倉管理，小批量定料有序配吃。

2.4 有害元素管控

廠內建立有害元素入爐控制標準及預警機制，見表3。每周進行一次分析和核算，指導公司內配礦及小品種物料（煉鋼塵泥、燒結除塵灰、高爐除塵灰等）的合理有序使用，避免有害元素超出控制標準。

3.操作制度優化技術

3.1 裝料制度

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

3.1.1 布料矩陣的調整

采用中心加焦布料矩陣的高爐，容易邊緣負荷重，中心加焦量偏多，導致中心氣流強烈發展，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

批重大小對高爐煤氣流分布的穩定性和煤氣利用率起決定性的作用。擴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，料柱界面效應減少，有助于穩定上部氣流，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。北營大高爐經過逐步調整，在爐況穩定順行的基礎上，逐步增加礦石批重至100t/批，負荷達到5.405。

3.1.3 停中心過道焦技術

為減少高爐中心過道加焦量，北營大高爐采用停過道焦技術，即在大角度焦炭布料向小角度焦炭布料時，停止向高爐內布料，當溜槽調整至小角度時繼續向高爐內布料，減小焦炭在高爐內的布料量。采用停過道焦技術可以減小焦量的布料圈數0.1～0.3圈。停過道焦技術在減小中心過道焦量的同時，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

3.2 送風制度

送風制度對爐缸工作狀態起著決定性作用，而爐缸工作狀態是爐內物理化學反應過程的最終結果。北營大高爐通過對風量、富氧率、風口直徑、風口深入到爐內長度等參數進行調整，達到煤氣在上升過程中，徑向與圓周分布均勻，同時提高風速和鼓風動能，增加回旋區長度，減少無風區比例，改善了爐缸工作狀態。

表2 調整前后各種原料的篩分速度

表3 管控標準及預警標準

3.2.1加長風口長度，縮小風口面積

生產實踐證明，爐腹角在74°能有效克服邊緣氣流過大的缺陷。延長風口長度可以克服設計爐腹角缺失，有利于煤氣流初始分布。北營大高爐爐腹角設計角度較大為78.5°，需要加長風口長度控制邊緣煤氣流。經過調整，全部風口為長640mm。另外，在加長風口抑制邊緣氣流過大的同時，均勻風口布局及縮小風口直徑，促使初始氣流分布合理。最終采用直徑為Ф120mm和Ф125mm的風口，使風口面積由0.4120m2縮小到0.3840m2。經過調整，一次氣流分布合理，爐腹、爐腰壁體溫度穩定。

3.2.2 增加風量，降低富氧量，提高風速及鼓風動能

改變以往使用大富氧、低風量的操作思路，通過降低燃料比，減少爐腹煤氣量的途徑，以風換氧，保持冶煉強度的穩步提高。重新樹立高爐以大風活爐缸的操作思路，通過降低富氧量，增加入爐風量等途徑，提高風速及鼓風動能，改善爐缸工作狀態，達到改善爐況順行狀態，為高爐強化創造條件。

經過調整，將風量由5400m3/min增加至5600以上m3/min，富氧量由18000m3/h調整至12000m3/h，將實際風速從250m/s提高至260m/s，鼓風動能從11500kg.m/s提高到13500kg.m/s，風口回旋區長度由1.13m增加到1.24m，回旋區面積從1.91m2增加到2.12m2，占比由0.59增加到0.64，使爐缸死焦堆減小，活躍性提高。

4.高爐強化冶煉技術

4.1 高壓操作

提高爐頂煤氣壓力，煤氣和爐料在高爐內的停留時間延長，為爐料與煤氣的接觸提供了動力學條件，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量的增加。通過穩步操作，配合風量的增加，爐頂壓力逐步由223kpa提高到240kpa，風壓由390kpa提高到410kpa，壓差降低至170kpa，保證了高爐的順行。見圖1。

圖1 本鋼北營大高爐2014-2020年1月送風參數趨勢

表4 本鋼北營大高爐經濟指標

4.2 穩定爐溫冶煉

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

5.結語

本鋼北營大高爐通過對原燃料管控技術、裝料制度技術、送風技術及高爐強化技術進行優化，下部采取縮小風口面積，加長風口長 度，增加入爐風量及降低富氧量，提高了風速及鼓風動能，增加回旋區占比，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穩定氣流，提高煤氣利用率；熱制度在保證充沛的物理熱前提下，采用上下限爐溫調整法進行低硅冶煉，避免長期的高爐溫造成消耗的增加。另外，加強原燃料管理、有害元素的控制、設備及日常操作管理，使高爐在入爐綜合品位逐年下降、硫負荷升高的情況下，高爐的主要經濟指標仍有大幅提升，實現了低碳高效冶煉。見表4。

參考文獻略