馬鋼1#高爐爐況波動的應對

吳示宇， 尤 石， 趙世丹

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

2022年3月上旬，馬鋼1#高爐中心氣流溫度持續下降，噸鐵氧耗持續升高，隨后壓差升高，壁體波動加劇，風量和負荷大幅度退守。在監控高爐熱負荷和分段壓差的基礎上，通過調整上部料制、渣系，合理控制爐腹煤氣量，在短期內將氣流恢復至正常水平，日產量也在短期內得到恢復。

1 爐況波動的原因

1.1 爐況演變的過程

按照爐況變化的特特征，大致可以將此次爐況波動與應對過程分為三個階段：

第一階段(3月1日～3月9日)，風量維持在5 040 m3/min左右，全壓差163～172 kPa，煤氣利用率48.8%～49.6%，爐況穩定性比較好。燃料比持續下降，3月7日達到最低值496 kg/tFe。但是爐內表現出了一些問題：隨著產量升高，噸鐵氧耗持續下降，3月8日達到最低值244 m3/tFe，嚴重低于1#高爐的日常統計值；十字測溫CCT溫度從500 ℃左右下降到260 ℃左右，次環溫度從440 ℃左右下降到220 ℃左右，邊緣溫度降幅小一些，從170 ℃左右下降到130 ℃左右，Z值下降，W值升高。

第二階段(3月9日～3月12日)，3月9日下午，高爐開始出現高壓差，風量退守至4 700 m3/min，隨后壁體波動增多，全爐熱負荷升高到16 000 MJ/h以上。3月11日夜間，爐況進一步惡化，全爐熱負荷再次升高到16 000 MJ/h，并在高位持續3個小時，生鐵含[Si]和鐵水溫度急劇下降。全焦負荷退守至4.23，風量進一步退守至4 500 m3/min。

第三階段(3月12日～3月15日)，隨著中心氣流溫度逐漸回升，高爐中心氣流通道被打開。視情恢復風量至4 950 m3/min,逐步恢復全焦負荷至4.45。

1.2 波動的原因

1.2.1 原料變化應對不充分

3月1日之前，1#高爐一直在使用鄂州球團和烏克蘭球團，它們成分相近，屬于酸性球團礦。3月1日之后，湛江熔劑性球團礦。為保證原料供應平衡，使用湛江球團期間自產燒結礦的堿度從2.10下調至1.95，無形中提高了燒結礦的品位。

表1 球團礦的主要成分 單位：%

與酸性球團礦相比，熔劑性球團礦具有良好的還原性，燒結礦品位的提升也讓入爐綜合品位升高，渣比下降。這些都是有益于高爐提升煤氣利用、冶煉效率和降低能耗的。但是1#高爐在應對產量升高、噸鐵氧耗下降的過程中，沒有采取有效的疏松料柱和引導中心氣流的措施，導致壓差升高。

1.2.2 入爐硫負荷升高

3月份以后，因原燃料條件發生變化，入爐硫負荷從3.5 kg/tFe升高至3.9 kg/tFe以上，為保證煉鋼生鐵質量，多次提高爐渣核料二元堿度至1.26，個別爐次的實際渣堿度甚至達到1.30以上。

圖1 1#高爐的硫負荷與爐渣堿度

二元堿度最能夠反應爐渣成分的變化和爐渣性能的差異，因此對高爐冶煉效果有直接影響。一般地，CaO/SiO2在0.8～1.2之間時爐渣黏度最低[1]。爐渣的粘度和熔化性溫度隨著爐渣堿度的提高而提高。爐渣內堿性氧化物增多，會使一定溫度下，渣的過熱度減小而黏度升高，過多的堿性氧化物以質點懸浮在爐渣中也會使黏度增高。1#高爐提高二元堿度的同時，也提高爐缸熱量，雖然滿足了爐渣的熔化性溫度和脫硫的要求，但是，長期維持高堿度操作還是出現了問題：爐渣的穩定性不好，爐缸熱量稍有虧欠，爐渣的黏度就會快速升高，造成壓差升高。

1.2.3 氣流二次分布過程壓差升高

高爐內煤氣流經歷三次分布，分別為風口回旋區的初始分布，軟熔帶橫向運動的二次分布，以及塊狀帶的三次分布。很多實踐[2-4]和研究[5,6]都表明，中心氣流變弱與氣流二次分布過程壓差升高有一定的相關性。

1#高爐自下而上共安裝了4層靜壓力測點，分別位于第8層、第10層、第12層、第14層冷卻壁，通過分析爐況穩定時期的數據，獲得各段壓差的合適區間，如表2所示。

表2 1#高爐各段壓差的合適區間

圖2 1#高爐各段壓差趨勢

3月1日以后，8層-10層壓差持續升高，至3月8日、9日，多次超過合適區間的上限，軟熔帶和成渣帶的透氣透液性變差，煤氣流的二次分布過程壓差升高，無法接受較高的爐腹煤氣量，中心氣流相應變弱。

1.2.4 爐缸狀態下滑

1#高爐的安裝于爐底平鋪炭磚與陶瓷杯墊的界面處的爐芯熱電偶溫度趨勢能夠非常敏感地反應出爐缸狀態是向好還是向壞，2月23日至3月9日，爐芯溫度累計降低了79 ℃。

風口前端渣鐵下滲和風口區焦炭回旋是一個動態的平衡，爐缸及中心焦柱透氣性良好，風口區域渣鐵下滲迅速，風口工作環境穩定；如果當渣鐵下滲受阻滯，這種平衡就被打破，渣鐵和焦炭接觸風口的概率增大，風口壽命便會縮短[7]。3月8日～3月10日1#高爐個別鐵次出現了斷流或假來風的情況。3月11日～3月12日鐵口區上方的13#和30#風口小套先后燒損，燒損部位為前端外口下沿。

這些現象都表明爐缸狀態下滑。跑料量的升高，更多的渣鐵進入爐缸，而這些渣鐵順利地通過風口帶，經鐵口排出，滯留在爐內的渣鐵改變了死料堆的位置，影響到了中心料柱的透氣性，最終誘發了爐況的波動。

2 應對措施與效果

2.1 應對措施

2.1.1 調整裝料制度

針對3月8日之后的爐況演變特點，裝料制度的調整主要遵循引中心、穩平臺，加速料制置換的原則。

3月8日～3月15日通過使用雙料制，讓中心焦量的比例在29%～33%之間靈活調整，當十字中心和次中心溫度的峰值都低于350 ℃時，就加大中心焦的用量。中心加焦會讓高爐中心形成無礦區，高溫煤氣不與礦石接觸，造成熱交換效率降低，煤氣利用率變差[8],不利于高爐熱量的蓄積；同時，過多的中心焦量，還有可能引起中心環帶滑料，造成中心氣流的周期性阻塞，壓差波動。所以，連續增加中心焦的時間一般不超過12小時，當中心氣流溫度回升趨穩時，回調中心焦的比例。

3月11日，通過調整礦石在各個檔位上的份數(O4432→O3332)，減輕料面平臺上的礦焦負荷，改善料柱透氣性，減少中心滑料。

3月12日，由于壁體溫度升高，全爐熱負荷居高不下，臨時將最外檔40.5°的焦炭調整由2份調整為0份，大幅度壓邊，降低全爐熱負荷，減少熱損失，促進高爐恢復爐缸熱量和風量。

2.1.2 調整造渣制度

如前文所述，過高的爐渣堿度對爐渣的流動性和穩定性沒有好處，所以入爐硫負荷下降后，及時下調爐渣的二元堿度，到3月18日時下調至1.21。下調爐渣堿度的過程當中，有可能造成鐵水含[S]的升高，但是通過穩定渣系和氣流獲得的充沛的爐缸熱量可以完全保障爐渣的脫硫能力。

用料結構調整，綜合入爐品位升高，渣比下降，無形中會提高渣中Al2O3的含量，當Al2O3的含量超過15%時，爐渣熔點隨Al2O3的含量的增加而升高的趨勢加快，爐渣成分穩定性變差[9]。為了保證渣系成分的合理，配入海南礦來控制渣中Al2O3的含量。根據爐渣成分的計算結果，海南礦的用量在0.5%～2.0%的區間內進行調整。

圖3 1#高爐渣中MgO和Al2O3

2.1.3 控制合適的爐腹煤氣量

高爐爐腹煤氣量是衡量高爐強化的重要參數。爐腹煤氣的數量與焦炭、煤粉燃燒量密切相關。焦炭、煤粉燃燒后，形成爐腹煤氣。爐腹煤氣的數量與鼓風量、富氧量、濕分、噴吹物的數量、成分有關[10]。1#高爐采用下式進行爐腹煤氣量VBG的計算。

式中

VB——風量(不包括富氧量)，Nm3/min

VO2——富氧量，Nm3/min

WB——濕分，g/Nm3

Pc——噴吹煤粉量，kg/h

H——煤粉含氫量，%

這次爐況波動應對，主要通過控制入爐風量和控制噴吹煤量的方法來控制爐腹煤氣量。從3月上旬的數據來看，爐腹煤氣量維持在6 600 m3/min以上水平時，不能與當前的爐缸狀況和料柱透氣性相適應。在恢復爐況的過程中，沒有急于把風量恢復到爐況波動之前的水平，而是在4 950 m3/min維持，全焦負荷也在4.45水平上維持了較長時間，這樣小時噴煤量基本上在38～40 kg/h范圍，爐腹煤氣量控制在6 550 m3/min左右。

圖4 1#高爐的噴煤量與爐腹煤氣量

2.1.4 改善爐缸狀況

改善爐缸狀況主要從兩個面著手。一方面是控制合適的鐵水成分，保證充沛的爐缸熱量。1#高爐日常鐵水含[Si]目標值為0.35%～0.45%，在此次爐況波動應對過程中，目標值調整為0.40%～0.50%，主要是為了避免壁體溫度突升時，熱量快速損失而造成爐缸熱量不足，另外也降低了出高[S]廢品的風險。另一方面是通過調整爐前的鉆頭直徑和開口間隔，來保障渣鐵的順利排除，加速爐缸內石墨、碎焦等的排出。具體做法為，單爐出鐵時長大于110 min，就使用?55 mm鉆頭開口或縮短開口間隔至8 min以下，單爐出鐵時長短于110 min，且沒有卡焦現象，就使用?52.5 mm鉆頭開口。3月14日以后，爐芯溫度以每天2～3 ℃的速度回升。

2.2 取得的效果

(1)中心氣流溫度的回升，中心煤氣流通路打開，中心焦形成的無礦料柱區的“煤氣分配器”的作用重新發揮起來，高爐壓差下降，風量視情恢復至4 950 m3/min。

圖5 1#高爐的中心流和邊緣流指數

(2)此次爐況波動的應對過程中，氣流得到快速修正，爐型沒有出現持續的惡化，所以低負荷生產時間短，日產量得以快速恢復。

3 經驗教訓

(1)長期以來1#高爐適宜噸鐵氧耗在255～263 m3/tFe之間，若連續多日偏離此區間，要仔細分析高爐氣流狀況和爐型變化，提高風險意識，避免爐況出現波動。

(2)焦炭質量變差時，增加中心焦量的方式來加快料柱的置換。置換料柱過程，可適當降低風量，退負荷，一方面，能起到降低鼓風動能，減少爐缸焦炭的劣化的作用，另一方面，也能起到控制爐腹煤氣量的作用。

表3 1#高爐主要指標

(3)通過對分段壓差進行分析可以確定高爐壓差升高發生的部位，不同部位壓差的升高，要采用不同的應對方法。軟熔帶和成渣帶壓差升高，首先要考慮降低爐腹煤氣量，使之與料柱的透氣性狀況相適應，然后要通過調整爐渣的成分、二元堿度，來改善爐渣的性能。

(4)原料結構變化，造成入爐品位升高時，要注意因渣比下降帶來的渣系變化，尤其要避免渣中Al2O3含量升高給爐渣成分穩定性帶來的負面影響。