“雙碳”形勢下的高爐精準開爐快速達產實踐

王文超, 劉紅生,胡順杰

(1.日照市嵐山區科學技術局,山東 日照 276806;2.日照鋼鐵控股集團有限公司,山東 日照 276806)

在全球積極推進碳減排和碳中和的背景下,國內外眾多的鋼鐵企業開始研究探索低碳冶金、超低碳冶金等前沿技術課題,面向未來,以高爐為核心的煉鐵系統協同優化和動態有序、協同聯系、精準高效運行,是我國高爐煉鐵技術的發展重心。從高爐開爐角度來看,降低開爐期間的能耗,迅速提高后續料焦比及焦炭負荷是降低開爐期間碳排放的必由之路。加強現代大型高爐操作規律的研究,建立動態有序、協同連續、精準高效的現代高爐開爐、達產、運行理念,不斷改善、優化、提升大型高爐的操控水平,采取有效措施延長高爐壽命,不斷穩定并提高鐵前工序的設備服役穩定性和壽命周期,將成為未來高爐煉鐵流程的本構優勢[1]。

大型高爐開爐是一個繁雜的系統工程,不僅耗資巨大、工作繁瑣,而且高爐開爐過程中的控制水平往往決定了高爐生產指標、冶煉成本甚至一代爐齡。近些年,我國高爐開爐頻繁,已積累了豐富經驗,大多數高爐開爐順利[2]。但在開爐過程中,主要關鍵參數能做到精準控制,與預計數值基本吻合的并不是很多。開爐經常會出現一些問題,如第一次鐵水[Si]含量偏高或偏低,與預算值偏差較大;第一次渣鐵物理熱較低,流動性差,爐前工作量大甚至影響到高爐正常恢復進程等情況發生,嚴重影響到開爐進程和順利達產。因此,大型高爐在開爐過程中如何做到主要關鍵參數的精準控制,不但實現安全順利開爐,而且要達到精準開爐,是煉鐵科技工作者關注的問題。本次開爐工作,通過開爐前的精心準備,多次優化開爐方案,大膽創新技術管理,精準控制開爐參數,實現精準開爐及快速達產[3]。

1 開爐前精心準備工作

(1)熱風爐烘爐。2月14日9∶00熱風爐開始烘爐,至17日9∶00烘爐72 h。熱風爐爐溫控制曲線如圖1所示。

圖1 熱風爐烘爐溫度控制曲線

(2)2月18日高爐0∶55開始烘爐,2月20日19∶00開始涼爐,2月21日2∶00涼爐結束。

(3)烘爐前在5#,15#風口各插溫度電偶一支,用以檢測烘爐溫度變化,1支到小套前沿溫度229 ℃,一支伸出前沿0.4 m,溫度273 ℃,兩支電偶相差44 ℃。

(4)爐頂料罐上下密關嚴,均壓閥及均壓放散閥處于關閉狀態,氣密箱處于通水狀態,并掛牌標明。

(5)爐頂大放散為關閉狀態,重力遮斷閥為打開狀態,重力除塵器放散閥關閉,布袋荒煤氣蝶閥、眼睛閥處于關閉狀態,打開重力除塵器上椎體段一人孔(可以烘下降管和重力除塵器)。

(6)提前準備2個重力除塵器人孔消音器,減少噪音,1個在線在打壓試漏結束后安裝在重力除塵器上椎體段人孔上,1個備用。

(7)烘爐前安排灌漿,開孔灌漿灌冷面,不灌熱面,防止頂掉噴涂料,烘爐時打開灌漿孔。

(8)安裝好測量爐體膨脹量的裝置。①膨脹檢測裝置安裝位置共三層:熱風圍管平臺、爐頂平臺、放散平臺分四個方向做好膨脹標尺(各上升管方向)。②制作方法:用Φ8 mm的圓鋼(焊條即可)、頭部打出頂尖并彎成直角,上下必須對好零點,焊接在爐體與框架之間。

2 高爐烘爐精細化操作

(1)嚴格按烘爐曲線烘爐,烘爐初始風溫為冷風溫度(200 ℃左右),關閉熱風閥和冷風閥,全開混風調節閥烘爐2 h(如果風溫不足,開熱風閥和冷風均壓閥),2 h 后開熱風閥和冷風均壓閥,然后根據烘爐曲線調整冷風均壓閥開度來調整風溫,使升溫速度和恒溫控制達到要求。如果升溫過快不好控制,就需要在達到的溫度段,保溫到該溫度設定的時間,然后再升溫,升溫的誤差不超過設定溫度的±15 ℃。烘爐曲線如圖2所示[4]。

圖2 高爐烘爐溫度控制曲線

(2)烘爐正常應連續進行,嚴禁中斷,風溫要嚴格控制,波動要小。當班操作者每小時記錄一次烘爐數據,包括風量,風壓、風溫、爐頂溫度、氣密箱溫度、臨時烘爐熱電偶溫度、本體磚襯溫度。實際入爐風溫為基準溫度(從風口插入爐內的熱電偶),點在曲線表上,繪制實際烘爐曲線。

(3)烘爐過程中爐頂溫度不超450 ℃,氣密箱溫度不超60 ℃(保護爐頂設備)。

(4)烘爐過程中冷卻水的調節:烘爐風口通常壓水,爐身冷卻水量初始按照15%供應,閥門開度變化根據水溫差決定,維持在3～5 ℃,爐缸水量根據碳磚溫度決定,溫度>100 ℃開始小流量供水,且保證碳磚溫度>100 ℃(確保爐缸澆注料的水分能全部去除)[5]。

(5)烘爐期間應酌情調整風口拉桿,防脹斷,4 h檢查一次,保留記錄。

(6)烘爐期間和涼爐過程中檢查爐體上漲情況,檢查鋼殼冷卻壁管頭和煤氣上升管是否異常變形,檢查料罐上口與固定受料斗翻板裝置下口相對距離的變化,包括爐缸排氣孔,檢查時間確定8 h一次,保留記錄[6]。

(7)保持450 ℃風溫達到規定時間后,關閉熱風閥,通過混風調節閥向高爐內供冷風,按照50 ℃/h進行,8 h后,爐內溫度降低至50 ℃左右。

(8)烘爐結束后,應封閉灌漿孔,取出4支臨時熱電偶。進行兩次200 kPa試強度打壓試驗。

(9)視情況決定是否更換下密墊子(烘爐影響下密墊子質量)。

(10)卸風口吹管,檢查爐底是否有明顯裂紋,若有明顯裂紋進行處理;觀察爐內噴涂料脫落情況,若有脫落,進行清理。

(11)試壓查漏。高爐的試壓、查漏共進行過3次,烘爐結束后于2月20日8∶00進行了一次試壓查漏,爐頂壓力達到200 kPa檢測出漏點61個。2月20日14∶00進行二次打壓查漏,升壓至200 kPa進行保壓30 min,共查出漏點19處;兩次打壓下閥箱底板法蘭漏未處理好,熱風圍管高溫點開孔處未處理好。21日11∶40裝料結束后進行三次打壓所有漏點于16∶00處理完畢。

(12)聯動試車。高爐各區域對所屬區域的設備進行聯動試車,具備開爐條件后,簽字確認。

3 精準配料計算

3.1 高爐容積

高爐容積如表1所示。

表1 高爐容積 m3

3.2 入爐料原始數據

原材料的化學成分如表2所示,熔劑的化學成分如表3所示,焦炭的成分如表4所示,原材料堆比重如表5所示。

表2 原料化學成分 %

表3 熔劑化學成分 %

表4 焦炭成分 %

表5 原料堆比重 kg/t

3.3 開爐參數選擇

爐料結構為100%高堿度燒結礦,負荷料選擇礦批12 000 kg,焦批9 200 kg。

3.4 正常料(Z)的計算

負荷料組成如表6所示,凈焦(J1)9 200 kg/批,凈焦(J2)9 200 kg/批。風口以上到爐腹凈焦為J2,爐腰+爐身下部30%為J1,負荷料為F。

表6 負荷料組成 kg/批

3.5 開爐料柱組成

料線8.8 m以下為凈焦,8.8～6 m位置為10批負荷料F,6 m以上為正常料Z。

3.6 開爐裝料

表7為開爐裝料表。

表7 開爐裝料表

3.7 裝料總量

表8為裝量總量。

表8 裝料總量 t

4 精確化開爐操作

4.1 裝料

2022年2月20日14∶00卸中小套,準備裝木柴。2月20日16∶10開始裝木材至20∶30木材裝入完畢,裝入至風口區域。2月20日23∶00開始按照開爐方案裝料。

4.2 確定送風風口

開爐采用16個風口送風,堵4個風口分別是4#、7#、14#、17#,風口直徑采用20個Φ110mm,風口總面積0.190 1 m2,開爐送風風口面積為0.152 1 m2,18∶18送風點火。

4.3 鐵液的化學成分

鐵液的化學成分如表9所示。

表9 開爐后鐵液成分

4.4 爐渣的成分

爐渣的成分如表10所示。

表10 爐渣的成分 %

4.5 穩定出鐵后操作參數。

穩定出鐵后操作參數見表11[7]。

表11 操作參數

5 精準開爐并快速達產的創新點和不足

5.1 創新點

(1)開爐料采用全高燒開爐,且全干熄焦,有利于氣流的通暢和頂溫的提升[8-9]。18∶18點火,18∶40煤氣爆發試驗合格,18∶45引煤氣,為后來加風創作條件。

(2)開爐點火前先用冷風吹爐,風量1 550 m3/min,有利于爐料的預熱和透氣。

(3)開爐后鐵口無噴濺,主要原因:①整體澆注爐缸鐵口;②烘爐導風管烘烤鐵口區域和送風后空噴鐵口。

(4)降焦比分三個階段,第一次出第一爐鐵前焦比660 kg,保持焦炭滿車,擴礦批24.5 t,第二次擴礦批29 t,第三次擴礦批35 t,有利于強化冶煉,將硅含量快速控制在合理范圍。

(5)風口面積選擇,使用20個風口,封堵4個風口開爐,風口面積0.152 1 m2,全風口0.190 1 m2。開爐過程中捅風口按爐溫熱量進行,有利于加風保證了氣流穩定和中心氣流的通暢。

(6)在開爐裝料過程中。采用多角度激光測料面,給后面角度和料流的選擇提供了依據[10]。

(7)料焦比的優化精準控制,快速提高焦炭負荷速度,是響應國家“雙碳”戰略要求,減少開爐階段碳排放的有效探索實踐。

5.2 存在的問題及不足

(1)因二次打壓氣密箱法蘭漏氣,為保開爐設備不出問題,裝料后進行三次打壓,在泄壓過程中焦炭抽入吹管中,導致10個風口進風受阻,減緩了開爐過程中木材及原燃料的燃燒。

(2)開爐后檢查發現氣密箱進水總管墊子漏水,未影響正常生產。

(3)14-3組冷卻壁漏水,22日進行封堵。

6 結 語

高爐生產工序作為碳排放主要環節,確保實現精準開爐并快速達產,是積極響應國家供給側結構性改革,堅定不移化解過剩產能,加快推進結構調整和轉型升級步伐,實現高質量發展和“雙碳”“雙控”目標的重要舉措,應當以“低碳綠色、高效長壽、經濟循環、優質低耗”作為共性關鍵技術創新和突破的主要發展目標[11]。開爐前的充分準備、開爐方案制定的針對性和開爐操控精細化,為快速安全達產打下了堅實基礎;三個階段的降焦比實踐,不僅有效提高強化冶煉并在最短時間內將硅含量控制在可控區間,更是響應國家“雙碳戰略”號召的積極探索實踐過程;開爐過程中捅風口按爐溫熱量進行,有利于加風保證了氣流穩定和中心氣流的通暢。