邯鋼3 200 m3高爐設備改造及工藝改進

李 麗 馮 帥 李 洋

（河鋼集團邯鋼公司）

0 前言

提高煤比、降低焦比和燃料比是高爐追求的核心目標之一。近幾年，鋼鐵企業的焦化工序產生的環保問題較多，國家倡導綠色、低耗、環保的政策觀念，鋼鐵廠想要生存發展，提高企業的經濟效益，必須提高煤比。邯鋼3 200 m3高爐的裝料制度為中心加焦布料制度，此料制能夠強烈發展中心氣流，抑制邊緣氣流。但邊緣偏重，高爐煤氣利用率偏低，爐況穩定性較差，稍有變化就容易造成爐內減風減氧。高爐噴煤的穩定性不佳，有時倒罐的速率波動高達10 t/h以上，從而造成高爐透氣性變差，被迫減風，影響高爐產量及指標。邯鋼高爐的富氧率僅為3%左右，無法進一步提高煤比，降低焦比[1-4]。

1 邯鋼3 200 m3高爐設備改造

1.1 改造布料溜槽

邯鋼1#、2#高爐（3 200 m3）于2008年、2009年相繼投產，高爐爐頂采用圓弧形布料溜槽，爐料的料流均勻、范圍寬、比較分散。生產實踐中，兩座高爐同時不順時，采取調整料制的方法，效果均不明顯，為此休風后檢查料面發現，實際料面和設定料面偏差很大，實際料面又寬又薄、且不規則，高爐生產過程中的頂壓為225 kPa左右，在高壓氣流的吹動下，使用圓弧形布料溜槽布料，爐料容易發生偏移，料面不平整，從而造成調節爐況難度增加。為此，將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，優點是布料的料面較窄，料面厚度也能增加，經計算，使用方形布料溜槽的料面厚度比圓弧形布料溜槽的厚30%左右。在高壓條件下，爐料的偏移情況大大改善，提高了高爐布料的準確性，即有助于高爐工長調節控制煤氣流分布，提高高煤氣利用率。

此外，為進一步使得布料均勻、平整，將爐喉的十字測溫裝置縮短了40%，避免高速料流經過十字測溫的臂面時發生碰撞、反彈的情況，保證了料面的完整性，有利于煤氣流的均勻穩定，間接提高了高爐的煤比。

1.2 建造第四座熱風爐

邯鋼3 200 m3高爐配備3座熱風爐，采用“兩燒一送”的方式進行送風，現場留有第四座熱風爐位置。2016年，發現2#高爐的2#熱風爐最先出現問題，一方面是送風后期不吃風量，頂溫低，最高也不到1 050 ℃；另一方面是換爐過程中風溫波動大，明顯反應出格子磚嚴重堵塞。因此，開始建立第四座熱風爐，2018年投入運行，風溫由1 050 ℃提升至1 200 ℃，。在換爐過程中的風溫波動明顯減小，高爐的燃料比也大幅度降低，煤比升高，經濟效益顯著。據統計2019年和2020年，2#高爐的煤比由135 kg/t上升至160 kg/t左右，焦比由335 kg/t下降至305 kg/t，燃料比由之前的530 kg/t改善至目前的510 kg/t左右。

1.3 噴煤罐出口安裝加速裝置、反吹管

高爐噴煤的穩定性對高爐操作有著重要的意義。噴煤速率由罐壓控制，正常噴吹時速率較為穩定，當噴煤進行倒罐作業時，速率波動較大，瞬時實際噴煤量和設定噴煤量相差10 t/h以上，甚至出現不走煤的情況發生。研究發現，從噴煤罐到混合器的距離約10 m，這段管道屬于濃相輸送，煤粉沉積容易出現不走煤、停煤現象。為解決這個問題，在噴煤罐的出煤手閥和出煤閥之間安裝1個加速裝置，該加速裝置放置于金屬軟連接內部，如圖1所示。該加速裝置長500 mm，兩端直徑為100 mm，中間直徑為50 mm，在噴煤過程中，先打開出煤閥，再打開出煤手閥，能起到加速煤粉流動的作用，解決不走煤的問題。因加速裝置是耐磨合金材質，也保護了金屬軟連接設備，避免磨漏造成漏煤，影響生產、污染環境。

圖1 加速裝置、反吹管

在倒罐過程中，出煤閥和給煤閥之間容易沉積煤粉，再次噴吹時，經常出現速率波動的情況。為此，在出煤閥與給煤閥之間，靠近出煤閥處安裝1個氮氣反吹管，朝出煤閥方向，主要有兩個作用：一是在倒灌過程中，先打開給煤閥，反吹氮氣將管道內的積煤吹掃進噴煤主管道，再打開出煤閥，解決了出煤閥和給煤閥之間不走煤的現象。二是在充壓過程中，打開出煤閥、關閉給煤閥，反吹氮氣進入噴吹罐內進行充壓作業，由于反吹氮氣與噴煤罐的底部流化氮氣、錐部流化氮氣都不對稱，可以使罐內的煤粉流化均勻，有利于提高噴煤過程的穩定性，提高煤粉的燃燒率，進而提高高爐的煤比。

1.4 高爐噴煤罐安裝穩壓裝置

改造前的高爐噴煤罐安裝穩壓裝置包括罐體、安裝于罐體頂部的進煤管道、大放散管道和小放散管道，進煤管道中安裝進煤閥，大放散管道中安裝大放散閥、小放散管道中安裝小放散閥；罐體下部兩側分別設有錐部流化閥和出煤閥，底部設有底部流化閥，如圖2（a）所示。

為提高高爐噴煤的穩定性，對高爐噴煤罐進行改造，在罐體頂部安裝了新小放散管道，新小放散管道下端與罐體頂部連接，上端與大放散管道連接，新小放散管道內部安裝有新小放散閥；罐體上安裝有進氣管道，進氣管道上安裝穩壓調節閥，穩壓調節閥與PID控制器連接。安裝新小放散管道和穩壓調節閥，實現噴煤罐罐壓的自動穩定調節，大幅提升了噴煤罐罐壓的穩定性，噴煤穩定率達到99.8%以上，為高爐長期穩定順行創造了條件。改造前的高爐噴煤罐安裝穩壓裝置如圖2（b）所示。

圖2 改造前后的噴煤罐穩壓裝置

2 邯鋼3 200 m3高爐工藝改進

2.1 布料制度改進

邯鋼兩座3 200 m3高爐原布料矩陣為。此料制的優點是發展中心氣流，O抑制邊緣氣流；缺點是高爐的邊緣效應偏重，對外圍變化比較敏感，高爐煤氣利用率不高，經常維持在45%～46%左右，高爐燃料比高達530～535 kg/t。

為了優化布料工藝，大膽嘗試去除中心焦，采用大礦批、低料速和平臺+漏斗的布料模式。首先，將礦石的布料圈數和焦炭的布料圈數均從中心向外部偏移，目的是將漏斗深度加深，以此來開放整個爐料的中心通道。然后，根據礦石與焦炭安息角的不同，測算出平臺的寬度，爐喉的半徑為4.5 m，平臺度為1.5 m左右，漏斗深度為2 m左右，因此將高爐的布料矩陣逐步調整為：經過4到8個冶煉周期后，觀察發現爐身靜壓逐漸平穩，邊緣氣流穩定發展，爐況整體趨于穩定、向好的方向發展。此外，爐體水溫差緩慢下降，最終穩定到了3～4 ℃之間，高爐煤氣利用率大幅度提升至49%～50%之間。

2.2 送風制度改進

送風對煤氣流的分布有著重要的影響。首先必須選擇與高爐匹配的入爐風量，其次要確定適宜的實際風速、標準風速以及鼓風動能。邯鋼3 200 m3高爐共32個風口，風口直徑為120 mm，風口面積為0.361 9 m2，風口面積偏小，爐內邊緣氣流不宜發展，穩定性差。因爐況波動，煤氣利用率經常性降至48%以下。為了提高進風量，保證壓差穩定、高爐順行，采取增加風口面積的措施。將風口直徑增加到130 mm，風口面積增加至0.424 7 m2，通過增加風口面積，高爐壓差下降明顯，再逐漸增加風量、氧量和噴煤量，可以提高高爐產量，降低燃料比。風量由5 800 m3/min提高至6 000 m3/min，富氧率由3%提高至4.5%左右，達到了20 000 m3/h，煤比由130 kg/t提高至160 kg/t。

此外，通過增加風口長度達到活躍中心氣流的目的，風口長度增加后，回旋區向爐缸中心推移，標準風速為240～245 m/s，實際風速為260～270 m/s，鼓風動能達到160 kJ/s左右。通過配置部分長風口，不僅使爐缸狀態得到改善，而且邊緣氣流得到合理控制，爐體水溫差由3.5～4 ℃穩定到3 ℃左右。

2.3 優化噴煤工藝流程

高爐噴吹煤粉屬于氣固兩項輸送，噴煤罐到混合器之間為濃相輸送，煤粉的“載體”為氮氣；混合器到高爐煤槍為稀相輸送，煤粉的“載體”為氮氣和壓縮空氣，壓縮空氣的使用量占90%以上，可見壓縮空氣的調節對噴煤速率的穩定有著重要的意義。根據高爐噴煤量的不同，逐漸調節壓縮空氣的流量，整體趨勢為隨著噴煤量的增加，壓縮空氣呈減少趨勢。

（1）高爐剛送風時，單系列10 t起噴，壓縮空氣流量按1 200 m3/h設定；（5）高爐要煤量20 t時，改雙系列噴煤，每個系列壓縮空氣流量按1 200 m3/h設定；（3）單系列噴煤量為15 t時，壓縮空氣流量按1 000～1 100 m3/h設定；（4）單系列噴煤量為20 t時，壓縮空氣流量按950～1 000 m3/h設定；（5）單系列噴煤量為25 t時，壓縮空氣流量按900～950 m3/h設定；（6）以上情況是在沒有停槍情況下的操作，高爐停1桿槍按減少20 m3/h壓縮空氣流量設定。

此外，高爐遇有特殊情況，不得不大幅度減風、減氧、減煤甚至停煤，噴煤必須采取“手動”操作，首先將罐壓設置為“手動”調節，避免噴煤速率大幅度波動；然后打開小放散閥、關閉錐部流化閥、減小底部流化閥的開度，逐步降低罐壓，同時提高壓縮空氣流量。若高爐停煤，壓縮空氣加至1 500 m3/h。

2.4 噴煤工藝增加連鎖程序

噴煤罐的給煤閥、出煤閥、大放散閥、中放散閥、小放散閥、底部流化調節閥、錐部流化調節閥、穩壓調節閥均為氣動球閥，可以遠程控制。設定以下三道連鎖程序：一是根據高爐要煤量的不同，依次設定底部流化調節閥、錐部流化調節閥和穩壓調節閥的開度，噴煤量越大，開度逐漸增大。二是實現噴煤罐的實際壓力跟蹤設定壓力按程序進行調節，當罐壓的實際值高于設定值6 kPa時，打開小放散閥，進行卸壓操作，實際值等于設定值后關閉小放散閥；當罐壓的設定值高于實際值6 kPa時，打開穩壓調節閥進行補壓，穩壓調節閥的開度隨著壓力的增長而減小，實際值等于設定值后穩壓調節閥開度降低為零。三是增加報警程序，當給煤閥、出煤閥沒有正常打開會造成高爐停煤，放散閥打不開會造成罐壓升高，影響噴煤速率穩定性，均增加報警程序，5 s打不開報警，崗位工手動干預可以保證高爐正常噴煤。正常生產時，高爐熱風的壓力控制為390 kPa左右，給煤閥設定連鎖程序，罐壓低于400 kPa時，閥門不能打開，即可防止熱風倒流燒壞煤槍，避免安全事故的發生。

3 結論

（1）將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，增加了料面厚度，改善了爐料偏移的現象，使得煤氣流分布均勻。優化布料制度去除中心焦，采用大礦批、低料速和平臺+漏斗的布料模式，高爐煤氣利用率達到了50%。

（2）噴煤罐出口安裝加速裝置和反吹管，解決了不走煤、停煤的問題，安裝新小放散閥和穩壓調節閥，實現噴煤罐罐壓的自動穩定調節，大幅提升了罐壓的穩定性，噴煤穩定率達到99.8%以上。

（3）風口直徑由120 mm增加為130 mm，風口面積增加至0.424 7 m2，通過增加風口面積增加風量、氧量和噴煤量，達到高產、穩產、低耗的目的。

（4）根據高爐噴煤量的不同，逐漸調節噴煤使用壓縮空氣的流量，可提高噴煤速率的穩定性。噴煤工藝增加連鎖保護程序可有效地降低事故發生的機率。