長鋼9號高爐爐內煤氣流分布調整實踐

李 瑨

（山西省長治市首鋼長治鋼鐵有限公司，山西 長治 046031）

1 長鋼9號高爐生產情況

首鋼長鋼9號高爐，第二代爐役于2019年4月20日正式投產，與之前的第一代爐役相比，采用了薄壁爐襯、擺動溜槽式出鐵模式、嘉恒式渣處理等新工藝及新設備，有效容積為1 250 m3，設置風口20個，鐵口夾角為80°，串罐式無料鐘爐頂布料。2019年經過開爐后數月的調整適應，以及10月國慶的停復產過程，全年利用系數為2.90 t/（m3·d），爐況基本穩順。2020年后，9號高爐開始逐步對高爐煤氣流進行調整，通過將裝料制度及送風制度的大調整和操作參數微調的相互結合，努力提高高爐煤氣利用率，減少外圍對高爐生產的影響，做到穩定生產，實現了高爐利用系數為3.5 t/（m3·d）的攻關，以期達到更好的高爐生產指標。

2 煤氣流分布的調整

2.1 上部調劑

隨著高爐煉鐵技術的不斷發展，高爐爐頂布料角度的調整，即上部調劑，逐漸成為了調整高爐煤氣流分布的重要手段。布料的作用是通過不同的裝料方式來改變煤氣流分布，并影響軟熔帶的形狀。同時，軟熔帶的高度和形狀也影響著高爐煤氣流的分布，進而影響到高爐順行、燃料比和高爐壽命。控制中心氣流是控制軟熔帶高度的有效方法。

在軟熔帶，高爐煤氣幾乎全部由焦窗通過，焦炭批重在很大程度上影響著焦窗的厚度。而軟熔帶區域的透氣性，決定于軟熔帶的高度和焦窗的厚度，因生產中需要控制高爐高溫區高度，使得軟熔帶高度受到限制，所以焦窗厚度對改善料柱的透氣性就顯得十分重要[1]。

進入2020年后，為響應公司號召，9號高爐成為完成公司生產任務的主要力量，日產量任務要求相對較高，但9號高爐上料能力有限，上下兩料罐體積均為23 m3。為提高冶煉強度，采用“定料批”操作，通過縮小焦批的方式，改變焦炭負荷。但是這種操作勢必會導致爐內焦窗面積減小，改變高爐煤氣的分布情況，嚴重時甚至會引起爐況惡化。9號高爐于2019年4月大修完畢后，正式點火投產，大修后的9號高爐采用了固定式擺動溜槽出鐵，爐臺下設兩條專用鐵道，供南北兩鐵口共用，出鐵制度為雙鐵口輪流出鐵，也正是這一設計，導致9號高爐無法做到兩個鐵口同時作業。隨著冶強不斷攀升，若不能及時打開鐵口，就會造成爐內憋風，影響爐況順行。為了保證高爐的穩定順行、高產高效，減少爐內憋風情況以及更好的完成利用系數達到3.5 t/（m3·d），燃料比為500 kg/t鐵的攻關任務，同時還想獲得更好的煤氣利用，9號高爐對操作制度進行了積極的調整。

2.1.1 指標優化的布料矩陣調整

首鋼長鋼煉鐵廠9號高爐主要采用“燒結+球團+塊礦+其他輔料”的爐料結構，其中，燒結礦及高爐生產所需焦炭均來為自產。2020年1—4月份，自產燒結礦及冶金焦質量相對較為穩定（如下頁表1、2所示）。

表1 2020年1—4月份燒結礦成分（質量分數）%

通過對原燃料條件及高爐實際生產的相互結合，經過多次對爐頂布料矩陣進行調整，以尋求最佳的布料矩陣，最終確定了以最大布料角度為42°，內焦角度為32°的基礎布料矩陣，即，礦批為34.5~35 t，焦批為6.97~7.19 t，實現了高爐爐況的穩定順行，具體生產指標如下表3。

表2 2020年1—4月份焦炭成分（質量分數）%

2.1.2 原燃料條件變化后，布料矩陣的改變

2020年進入9月之后，隨著各類大宗原燃料的市場變化，原燃料結構也發生變化，燒結礦品位由55.3%降低至55.0%，焦炭質量也有所下降，CSR值也由67.01%降低至65.74%（如圖1所示）。

圖1 焦炭CSR變化趨勢圖

其中，11月下旬CSR降低至63%，幅度較大，爐況有所波動，生產指標略有下滑，如表4所示。同時，爐身上部爐體溫度開始波動，且波動較為頻繁。

表4 2020年10—12月生產指標情況

為了適應原燃料變化所帶來的對高爐生產的不利影響，9號高爐再次對裝料制度進行優化改進，經過多番計算、嘗試比對，最終采用最大布料角度為39°，內焦角度為30°的基礎布料矩陣，即，角差為-0.22°，使得爐況順行度得以保障。12月后期原燃料質量改善，裝料制度再次調整為，基本實現了高爐的穩定順行，具體生產指標如下表5所示。

表5 2021年1—3月生產指標情況

2.1.3 布料矩陣的優化及效果

隨著原燃料條件的逐步改善和穩定，布料矩陣的調整偏向于對高爐生產細節的微調。例如，冬季到來，受寒冷天氣影響，實際入爐風量略偏大，加之9號高爐實際情況，爐身上部正北方向爐體溫度出現波動，調整布料矩陣為，布料矩陣調整后，高爐爐況順行，風壓基本穩定，風量為3 400 m3/min，壓量關系適宜，為155~165 kPa，煤氣利用率為47%~47.8%，生產指標完成情況明顯改善，燃料比穩定在510 kg/t及以下，高爐利用系數連續兩個月突破3.55 t/（m3·d），上升了5.0%。

2.2 下部調劑

長鋼9號高爐設置風口數量20個，2019年年末檢修后風口配置調整為“Φ120 mm+Φ125 mm”→“13+7”，風口面積為0.2328m2，標準風速為235~245m/s。隨著入爐風量的逐漸加大，冶煉強度的不斷攀升，理論上就需要適當的擴大風口面積，以保證較為穩定的風速，從而維持高爐內煤氣的穩定性，但考慮到9號高爐大修后，爐腹角增大，邊緣氣流相對較為發展，冶煉強度提高后，若是保持風速不變，中心氣流就會適當減弱，而邊緣氣流則相應增強，對于高爐生產的高效、低耗，以及爐況的順行都會有影響。因此，2020年6月調整風口配置為“Φ125 mm+Φ120 mm+Φ115 mm”→“13+6+1”，風口面積為0.230 9 m2，標準風速為245~255 m/s，2021年1月調整風口配置為“Φ125 mm+Φ120 mm+Φ115 mm”→“15+4+1”，風口面積為0.229 9 m2，標準風速為250~260 m/s，以保持較為穩定有力的中心氣流。

2.3 強化爐前出鐵管理

為消除出鐵組織模式的制約因素，9號高爐多次召開專題會議進行攻關，要求值班室細化統計，以20 min內進罐為正常，以10 min內開口為標準，以10~15 min開口為警戒，以超過15 min開口為異常。對于異常情況要分析原因，提出解決方法。鐵口深度維護在2.4~2.6 m，對鐵量差、鐵口合格率以及爐內憋風情況等重要指標進行統計分析。要求在進罐20 min的現狀下爐前每日必保13爐次，爭取14爐次，鐵水流速為4~7 t/min。同時，要求提前檢查確認開口機、泥炮的工作狀態，提前處理好設備問題，減少對出鐵的影響，杜絕出現連續2爐以上不來風現象。

2.4 加強原燃料管理

原燃料質量的好壞對高爐達產達效起到至關重要的作用。復產后，九高爐從原燃料成分、粒度、強度及水分上嚴把質量關，為高爐預知預控和及時調劑創造了有利條件。

時刻關注原燃料成分變化。高爐值班室通過局域網及時了解燒結、焦炭、煤粉成分，重點關注燒結堿度、品味及焦炭灰分、硫分變化，方便高爐及時進行爐渣堿度的調整。

加強原燃料篩分控制。大修后，槽下1-14號振動篩全部更換，高爐根據槽上原燃料情況及時調整倉門開度和振料時間，有效強化了原燃料的篩分。其次，對于潮濕生礦易糊篩現象，要求槽下人員每班加強檢查并至少清篩一次，確保篩面干凈并能正常進行篩分。同時，每班人員要關注燒結及焦炭粒度組成，定量分析平均粒度及粉末情況，避免＜5 mm的燒結粉末或＜25 mm的焦炭粉末直接入爐。

重視焦炭強度和水分數據。焦炭強度低會直接導致入爐焦炭在高爐內的機械破損，是影響高爐下部軟熔帶、滴落帶透氣透液性的關鍵指標，為此需要選擇適宜強度的焦炭。高爐值班室應通過局域網和“原燃料管控”微信群及時獲知焦炭的抗摔、耐磨指數M40及M10，同時通過班前對焦炭表觀質量的日常檢查及焦炭自由落地試驗來綜合判斷焦炭強度，以便對焦炭負荷進行及時調劑，還得有利于高爐爐溫的充沛和爐況的順行。

3 結語

高爐煤氣利用率是高爐降本增效，穩定順行的重要指標參數。首鋼長鋼9號高爐，通過對布料矩陣的調整，以及爐外影響因素的控制調劑，實現了高爐的穩定順行，較高質量地完成了利用系數達3.5 t/（m3·d），燃料比為500 kg/t鐵左右的攻關任務。同時，高爐煤氣利用率保持在47.3%~48.3%左右，為之后高爐的高效生產奠定了基礎，也為將來高爐生產過程中出現原燃料條件變化等情況，積累了寶貴經驗。