宣鋼2 號高爐提產增效技術攻關實踐

李小成

（河鋼集團宣鋼公司，河北 宣化 075100）

1 宣鋼2 號高爐概述

宣鋼2 號高爐于2010 年9 月18 日建成投產，設計爐容2 500 m3。上料系統采用“PW”并罐無料鐘爐頂設備、液壓擺動翻板溜槽和水冷氣封式布料溜槽傳動齒輪箱。爐身采用全冷卻壁設備，從爐底到爐喉鋼磚下沿共設14 段冷卻壁。爐腹、爐腰、爐身下部區域采用4 段銅冷卻壁，其余均為鑄鐵冷卻壁。爐底、爐缸采用陶瓷杯炭磚水冷結構。冷卻系統采用軟水密閉循環系統，對高爐的重要設備（冷卻壁、爐底、風口小套、中套、熱風閥及倒流休風閥）實現全軟水冷卻。共設置30 個風口，3 個鐵口。煤氣系統采用重力除塵、旋風除塵、布袋干法除塵工藝。供風采用改進型高溫內燃式熱風爐3 座。

2 生產背景

在2020 年，宣鋼2 號高爐雖然保持了穩定順行的態勢，但各項技經指標仍與國內同類型先進高爐之間有較大差距。而且在2020 年12 月底，宣鋼在轉型升級、綠色環保的生產理念下，關停1 座2 000 m3的高爐和1 座120 t 的轉爐，剩余2 座2 500 m3高爐面臨“兩高+兩轉”的保供“口對口”的大局面，高爐休風率升高，燒結礦階段性搭落地料的情況加重，對2 號高爐實現提產增效、強化冶煉產生了較大影響。因此，2 號高爐堅持以“管理前移、重心下移”的科學理念為指導，開展了“保穩定、提產量、降焦比、提煤比、降成本”的技術破冰攻關行動。

3 技術方案

3.1 優化高爐上下部制度，平衡煤氣流分布，穩定爐況，提產降耗

3.1.1 上部制度優化

布料矩陣由“保中心+控邊緣”調整為“平鋪+中心焦”兩條煤氣流均勻發展，降低壓差，上引風量。

合理的裝料制度對降低高爐燃耗發揮著重要作用，對裝料制度的優化是高爐操作者長期以來的主要工作[1]。2020 年11 月—12 月期間，宣鋼高爐在提產破冰行動中，出現不同程度的爐墻結厚情況。爐況恢復后，上部裝料制度由抑制邊緣開中心的裝制逐步優化至兩條煤氣流均衡發展，在保持中心氣流穩定的前提下，適當發展邊緣煤氣流的裝制。伴隨著產量的提升，進一步優化邊緣及環帶煤氣流分布，并根據爐況的穩定程度逐步減少中心焦比例，提升煤氣利用率，提高產量。裝料制度變化情況如表1 所示。通過上部裝料制度的調整優化，爐內透氣性明顯改善，風量水平顯著提高，為高爐提產提供了有力的支撐。2020 年及2021年1—8 月份2 號高爐風量及產量情況如圖1 所示。

表1 2020 年及2021 年1—8 月份裝料制度變化

圖1 2020 年及2021 年1—8 月份風量及產量情況

3.1.2 下部制度優化

控制初始煤氣流的合理分布，匹配好煤氣流速，保證合理的操作爐型。

風口前碳素的燃燒反應產生的煤氣量決定了高爐冶煉強度、回旋區和爐缸工作活躍性，從理論爐缸實際煤氣流速與焦比、燃料比和利用系數的關系中（下頁圖2—圖4）可以發現，理論爐缸煤氣實際流速在3.9～4.0 m/s 之間時，焦比、燃料比、利用系數技術經濟指標較好。

圖2 爐缸煤氣流速與焦比的關系

圖3 爐缸煤氣流速與燃料比的關系

圖4 爐缸煤氣流速與利用系數的關系

伴隨著產量與風量水平的提升，為保證適宜的風速及鼓風動能，平衡煤氣流速，適當擴大2 號高爐下部風口面積，由0.328 0 m2逐步擴大至0.339 3 m2，進一步提高高爐下部進風能力，通過風量的提升保證爐缸的均勻活躍。同時風口長度由635 mm縮短為615 mm，在產量、風速及鼓風動能均提升的同時，保證邊緣煤氣流的適當發展，有效避免了爐墻結厚的情況出現。

經過以上調整，2 號高爐在2021 年4—5 月期間，有效消除了爐墻階段性結厚的情況，保證了高產穩定順行。2020 年及2021 年1—8 月份風口面積及鼓風動能情況如圖5 所示。

圖5 2020 年及2021 年1—8 月份風口面積及鼓風動能情況

3.2 “四提高”強化冶煉，增煤比，提產量，降焦降耗

3.2.1 提高風溫

由于熱風爐問題，2 號高爐長期在風溫＜1 100 ℃冶煉，經過熱風爐系統的大修，2021 年1 月中旬風溫水平明顯提高，并逐步提高至1 150 ℃。伴隨著風溫的提高，高爐爐缸蓄熱能力增強，燃料比相應降低，對高爐提產降耗做出較大貢獻。2020 年及2021 年1—8月份風溫使用情況如圖6 所示。

圖6 2020 年及2021 年1—8 月份風溫使用情況

3.2.2 提高富氧率

富氧是高爐強化冶煉的重要措施之一。增大高爐富氧量能提高理論燃燒溫度，降低爐頂溫度。隨著高爐富氧鼓風后氧濃度的提高，N2含量降低，單位生鐵的煤氣耗量減少，對爐料下降的阻力也減小，這也給進一步增大風量、提高冶煉強度創造了條件[2]。2 號高爐在2020 年的富氧率為4.7%，2021 年逐步提高至6.5%。富氧增加后，理論燃燒溫度保持在2 300～2 350 ℃，在高爐冶煉過程理論燃燒溫度的范圍內，高爐產量明顯提高。

3.2.3 提高高爐頂壓及全爐壓差

通過提高頂壓來進一步穩定煤氣流。一般認為，頂壓每提高10 kPa，燃料比將下降0.3%～0.5%，產量將提升1%～2%，這有利于冶煉低硅生鐵，保障高爐穩定順行[3]。提高頂壓的同時適當提高高爐全爐壓差，有利于壓量關系的穩定，是高爐風量和產量提升的重要環節。2 號高爐頂壓由去年的220 kPa 提升至240 kPa，壓差由170 kPa 提升至185 kPa，高爐風量、產量明顯改善。2020 年及2021 年1—8 月份頂壓、壓差與產量的對應關系如圖7 所示。

圖7 2020 年及2021 年1—8 月份頂壓、壓差與產量的對應關系

3.3 大礦批技術的應用改善料柱透氣性，提高產量

礦批的大小直接影響高爐煤氣流的分布，而煤氣流的分布又影響煤氣利用率。根據爐料在高爐邊沿和中心的料層厚度之比，可以繪出一條礦石批重特征曲線，按不同礦石批重對爐料分布的影響，將批重分別劃分為三個區，即激變區、緩變區和微變區[5]。宣鋼2號高爐依據礦石批重特性曲線，并在實踐中結合原燃料條件探索適宜的礦批，對這三個區域又進行了細致劃分：“激變區”批重小于63 t，在該區域內煤氣變化劇烈，爐況穩定性差，煤氣利用率最低；“微變區”，即批重大于72 t，隨著批重的加大，煤氣流變化不敏感，但過大時會使煤氣通路堵塞，導致爐況失常；理論上礦批應選擇在接近“微變區”的“緩變區”內，在該區域內，隨著批重的加大，高爐煤氣流穩定性提高，煤氣利用率逐步提高，焦比下降。2020 年及2021 年1—8 月份礦批使用與產量的對應關系如圖8 所示。

圖8 2020 年及2021 年1-8 月份礦批使用與產量的對應關系

3.4 優化爐前出鐵

爐前出鐵是保證高爐穩定順行的另一個重要因素，只有及時打開鐵口，放出爐內渣鐵，爐內才不會發生因渣鐵排放不暢而造成的憋風現象[5]。2 號高爐設計有3 個出鐵口，采用雙場交替出鐵。隨著產量的提升，高爐對爐前出鐵要求更為嚴格。由于開眼機能力不足導致的鐵口難開的情況對爐內攻關形成較大制約，爐內憋風減風情況較多，嚴重影響高爐強化。

針對此情況，2 號高爐對炮泥作出相應的改變，同時加強了爐前操作管理：保證做到堵口后間隔10～15 min 再打開另一側鐵口，單爐鐵量在600 t 左右，出鐵時間為100～120 min，下渣時間為80～100 min，出鐵流速為5.5～6.5 t/min。通過改善爐前出鐵組織，爐內壓量關系運行平穩，平均風量水平達到5 600～5 700 m3/min，壓差情況穩定，爐內憋風減風現象基本消除，為高爐強化“鋪了一條好路”。

3.5 加強原燃料檢查，保證入爐原燃料質量

原燃料管理是高爐日常管理的基礎，也是高爐長期穩定順行的基礎，沒有一個穩定的原燃料條件，就無法實現高爐的長期穩定順行，所以加強原燃料系統檢查，勢在必行。

宣鋼2 號高爐每天對原燃料進行至少6 次的質量檢查，對燒結礦、塊礦、焦炭篩網至少檢查2 次；檢查供料車間清理篩網上積料，保證篩網運行正常；詳細檢查礦篩、焦篩、小礦篩和小焦篩，并做好記錄。通過對入爐原燃料粒級進行分析對比，及時掌握入爐原燃料質量和粒級的變化趨勢，為爐內參數調整提供有力的科學數據。同時，將各倉篩分補料速度由人工計算改為自動化運算，這樣可以快捷、方便地了解每個倉的補料和篩分情況。根據爐料變化趨勢、配量大小、補料速度，合理調整每個倉的給料速度，從而使爐料充分過篩，最大幅度減少粉末入爐。

4 實施效果

此次攻關技術在宣鋼全面推廣，實踐證明效果顯著，2 號高爐爐況保持了長周期的高產穩定順行，高爐主要技經指標顯著提高，尤其從7 月份開始產量持續突破7 000 t/d 大關，具體指標如表2 所示。

表2 宣鋼2 號高爐2020 年及2021 年1—8 月主要指標對比

5 結語

在轉型升級、綠色環保的大局勢下，通過對宣鋼2 號高爐積極探索研究，制定出適合的生產模式和操作制度，并通過實踐證明，高爐通過上下部制度的合理調整及延伸管理，可以抵消外圍因素帶來的不利影響，同時實現低碳環保的目的。