中陽鋼鐵1 780 m3 高爐操作制度優(yōu)化

周金虎，段林利，陳建平，張志聰，張智應(yīng)

（山西中陽鋼鐵有限公司，山西 中陽 033400）

0 引言

山西中陽鋼鐵有限公司（全文簡稱“中鋼”）1 780 m3高爐屬于中鋼迄今為止最大的高爐，由于技術(shù)人員缺少大高爐相關(guān)操作的操作技術(shù)及管理經(jīng)驗，在2014 年鋼鐵行業(yè)異常低迷時大部分高爐又進(jìn)行了限產(chǎn)，且由于高爐煉鐵工藝的特殊性，每座高爐的操作制度不能照搬照抄，致使1 780 m3高爐自2013 年9 月開爐后遲遲沒有達(dá)產(chǎn)，至2016 年利用系數(shù)一直偏低。2016 年隨著鋼鐵市場好轉(zhuǎn)，在2017—2020 年產(chǎn)量有所升高，利用系數(shù)上升了一個臺階，但是因氣流穩(wěn)定性差導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)出格鐵、爐溫大幅波動，壓差在130～140 kPa，一旦升高至145 kPa 將會頻繁出現(xiàn)懸料現(xiàn)象，致使工長在日常操作控制中難度加大。2021 年開始嘗試多項舉措，使得2022 年高爐的氣流穩(wěn)定性增強，產(chǎn)量穩(wěn)定在4 300 t/d 以上，短期（1 個月）產(chǎn)量曾達(dá)到4 500 t/d[1]。

1 高爐主要指標(biāo)

中鋼1 780 m3高爐近年來的主要指標(biāo)如表1 所示。1 780 m3高爐逐年平均日產(chǎn)、逐年焦比、逐年燃料比情況分別如圖1、圖2 所示。

圖1 1 780 m3 高爐逐年平均日產(chǎn)

圖2 1 780 m3 高爐逐年焦比

圖3 1 780 m3 高爐逐年燃料比

表1 近年來1 780 m3 高爐主要生產(chǎn)指標(biāo)

2 爐況表現(xiàn)

1）煤氣流不穩(wěn)，時有煤氣利用率驟降、整體偏低，頂溫升高、銅冷卻壁水溫差趨勢上下波動明顯，呈過山車式，風(fēng)口有脫落現(xiàn)象。從爐頂熱成像上看，中心、邊緣兩大氣流相比于同行偏大，尤其是中心紅圈較大。

2）壓量關(guān)系時有偏緊，經(jīng)常呈鋸齒狀，經(jīng)過多次實際運行壓差不得超過145 kPa，超過后大概率會發(fā)生懸料事件，風(fēng)溫通常保持在1 160～1 180 ℃。

3）爐缸活躍度有限，表現(xiàn)在爐芯溫度經(jīng)常呈下降趨勢，當(dāng)爐外出鐵時間偏短、修補大壕等渣鐵排放不凈時，爐內(nèi)易出現(xiàn)壓量關(guān)系偏緊，待出鐵后關(guān)系自動緩解。

4）爐溫波動比較大，經(jīng)常出現(xiàn)低硅鐵，提爐溫后又出高硅鐵，料速不均，偶有小塌料現(xiàn)象。

5）爐況穩(wěn)定性差，操作難度大，一段時間累積后會出現(xiàn)爐況小失常，在進(jìn)行退守后又能相對穩(wěn)定一段時間，造成整體消耗指標(biāo)高、整體產(chǎn)量偏低。

6）春檢、冬檢送風(fēng)后爐況恢復(fù)不理想，爐況有波動現(xiàn)象。

3 原因分析

1）焦炭具有硫含量高、反應(yīng)性低、反應(yīng)后強度高、M10偏高的特點，風(fēng)口前焦炭仍呈現(xiàn)一定的粒度，說明焦炭燃燒慢，影響冶煉進(jìn)程。硫含量高則需要適當(dāng)高的堿度進(jìn)行脫硫，以此保證鐵水硫含量達(dá)標(biāo)，但高堿度易造成爐墻結(jié)厚、排堿率低。2022 年高爐所用焦炭質(zhì)量指標(biāo)如表2 所示。

表2 1 780 m3 高爐所用焦炭質(zhì)量指標(biāo)

2）球團(tuán)采取豎爐焙燒工藝，成品球團(tuán)粒度不均、粒度在10～16 mm 占比偏低、外觀顏色深淺不一，說明球團(tuán)質(zhì)量不均、易造成粒度偏析，在進(jìn)入高爐爐喉處很有可能發(fā)生低溫還原膨脹。

3）1 780 m3高爐布置有22 個風(fēng)口，相對于同級別高爐風(fēng)口數(shù)量偏少，選擇適宜的面積、鼓風(fēng)動能，對穩(wěn)定初始?xì)饬?、吹透、活躍爐缸起著關(guān)鍵作用。

4）爐內(nèi)壓量關(guān)系緊張、呈鋸齒狀，爐頂熱成像表現(xiàn)中心、邊緣兩道氣流旺盛，結(jié)合裝料制度及開爐雷達(dá)測料面數(shù)據(jù)，判斷為中心死料堆肥大、最大角度距離爐墻300 mm、布料角度偏小，造成邊緣不穩(wěn)。

5）爐況每隔一段時間就呈下行趨勢，且為穩(wěn)定性下降，判斷高爐上下匹配不好、爐料累積后會有失?，F(xiàn)象，其次可能是堿、鋅金屬富集，造成原料異常粉化、影響氣流分布，爐況失常后破壞了有害元素的富集。

4 操作制度調(diào)整

在爐況觀察和認(rèn)識上，時而認(rèn)為是邊緣氣流旺盛，時而又是中心氣流過盛，爐況認(rèn)識不夠全面，往往被表面現(xiàn)象所迷惑，導(dǎo)致把脈不精準(zhǔn)、操作調(diào)劑處于被動應(yīng)對。同時，在外圍條件發(fā)生變化時，操作人員不能積極應(yīng)對，往往有僥幸心理作祟，致使調(diào)劑滯后，導(dǎo)致出現(xiàn)爐況波動大。2022 年3 月，在認(rèn)識到中心氣流的穩(wěn)定兼顧邊緣的重要性，采取相關(guān)手段才使?fàn)t況走向順行。

4.1 調(diào)整風(fēng)口面積

2022 年上半年，盡管爐況運行穩(wěn)定，但不宜強化，特別是在5 月份檢修之前，高爐長期陷于邊緣氣流和中心氣流亂竄的死胡同。通過對標(biāo)和實踐，發(fā)現(xiàn)1 780 m3高爐存在先天設(shè)計缺陷，同級別高爐風(fēng)口數(shù)目基本在24～26 個，中陽高爐風(fēng)口數(shù)目僅有22 個。增大風(fēng)口面積，風(fēng)口弧長間距就變小，高爐圓周進(jìn)風(fēng)相對均勻，可改善煤氣流、溫度的分布，減少風(fēng)口之間“死料區(qū)”，使得爐缸燃燒均勻，活躍爐缸，利于爐況順行，有節(jié)焦增產(chǎn)的作用，更利于節(jié)能減排。對此，在2022 年5 月18 日高爐檢修時，對風(fēng)口面積進(jìn)行了調(diào)整，增加2 個Φ125 mm 風(fēng)口，調(diào)整后共有10 個Φ125 mm 的風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)面積由0.256 4 m2調(diào)整為0.258 3 m2，從而達(dá)到減少風(fēng)口死料區(qū)的目的。調(diào)整后風(fēng)量由3 060 m3/min 提高到3 140 m3/min。

4.2 擴(kuò)寬布料平臺

1 780 m3高爐在調(diào)整風(fēng)口后,氣流波動仍然較大，仍沒有徹底解決兩股氣流亂竄的問題。分析原因是焦礦平臺窄，導(dǎo)致兩股氣流過分發(fā)展，抑制任何一股都會造成管道堵塞。對此，于2022 年6 月18 日對裝料制度做了優(yōu)化，將礦焦分別各插一檔，即角差由6.5°增加到7.5°，兩股氣流得到有效抑制；與此同時，焦炭環(huán)數(shù)由之前的“23324”調(diào)整為“222223”，使得焦窗更為平坦，中心焦比例變少，更有利于煤氣流的合理分配。

4.3 增大礦焦比例、礦角

隨著礦批風(fēng)量的不斷增加，布料矩陣在此基礎(chǔ)上逐步優(yōu)化，一直到當(dāng)前的9°角差。隨著上下部的合理優(yōu)化，高爐氣流更趨于穩(wěn)定，也為加風(fēng)創(chuàng)造了條件，調(diào)整后風(fēng)量由3 070 m3/min 增加到3 170 m3/min，礦批由46 t 逐步擴(kuò)大到50 t，日產(chǎn)量由4 350 t 提高到4 500 t 以上。

4.4 調(diào)整中心焦的度數(shù)、圈數(shù)

高爐繼續(xù)實行大礦批、大角差的裝料模式，逐步外移中心焦，2022 年7 月份，逐步加寬礦角，中心焦角度逐步外推，即15°→17°→19°→17°，并減少布料環(huán)數(shù)，變化情況為5→3→4→2→3，從而降低中心焦比例，穩(wěn)定氣流，兼顧水溫差和煤氣利用率在合理的區(qū)間內(nèi)。

4.5 提高風(fēng)溫至1 200 ℃以上

1 780 m3高爐使用卡盧金式熱風(fēng)爐，允許最高風(fēng)溫為1 250 ℃，在使用上通常不大于1 180 ℃，風(fēng)溫未得到充分利用。2022 年高爐壓差有所下降，開始盡可能使用高的風(fēng)溫至1 225 ℃左右，增加了熱量的帶入，減少了不易燃燒的焦炭帶入量，間接加快了冶煉進(jìn)程。

4.6 優(yōu)化原料結(jié)構(gòu)

2021 年7 月中鋼新建200 萬t 鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)生產(chǎn)線投產(chǎn)，抗壓強度保證在2 500 N/個，從外觀上來看粒度均勻性增加、超級別粒度比例降低、每個球團(tuán)的顏色基本一致，發(fā)紅現(xiàn)象減少。理論計算表明，原料粒度的增大，通過料層的煤氣阻力減小，在適宜的粒度范圍內(nèi)保證粒度均勻，有利于提高爐料空隙度，對于一種粒度均勻的散料來說，無論粒度大小，孔隙度均在0.5 左右。但隨著大小粒度以不同比例混合后，其孔隙度大幅度變化。因此，應(yīng)盡量保證粒度均勻，將有利于提高塊狀帶透氣性。故結(jié)合入爐原料中硅含量的變化，球團(tuán)的配比從原來的24%增加到了30%。由于球團(tuán)相比于燒結(jié)礦整體粒級較為穩(wěn)定，粒度比較均勻，使得高爐塊狀帶的透氣性得到了很大的改善。

4.7 制定入爐料、高爐運行參數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)，強化過程管控

高爐工序不僅與入爐料質(zhì)量緊密關(guān)聯(lián)，而且爐內(nèi)、爐外的緊密配合也十分重要，連貫性十分強。高爐穩(wěn)順既離不開內(nèi)部操作制度，也受制于外圍配合。為進(jìn)一步加強預(yù)警意識，提高過程管控，結(jié)合本廠實際情況、歷史數(shù)據(jù)，制定了《入爐料、高爐運行參數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)》，將礦粉、熔劑、燒結(jié)、球團(tuán)、高爐操作、爐前出鐵等參數(shù)分成三級：一級是穩(wěn)定運行，二級是參數(shù)有所波動需要引起注意，三級是參數(shù)波動比較大需要引起警惕、進(jìn)行微調(diào)。超出三級標(biāo)準(zhǔn)必須采取措施、進(jìn)行控制。該標(biāo)準(zhǔn)下發(fā)后相關(guān)崗位、工序?qū)に噮?shù)更加明確，整體認(rèn)識性有所提高，實現(xiàn)了早動、少動、主動，間接促進(jìn)了外圍條件的穩(wěn)定性。

5 改造后效果

5.1 高爐產(chǎn)量提升

實現(xiàn)了產(chǎn)量與質(zhì)量的同步提高。2022 年與2021年相比，1 780 m3高爐平均焦比降低了14 kg/t，其中2022 年6 月利用五環(huán)礦、大角度、寬平臺布料，中心焦逐步由4 圈→3 圈，風(fēng)量由3 150 m3/min 提高至3 200 m3/min。礦批最高達(dá)50 t，高爐鐵水日產(chǎn)量明顯提高。從2022 年7 月開始，高爐產(chǎn)量逐步穩(wěn)定提升，達(dá)到日產(chǎn)4 400 t 的目標(biāo)，焦炭供應(yīng)實現(xiàn)了基本平衡。

這種情況直至2022 年12 月，白云石原料質(zhì)量突變，有害元素含量增多，導(dǎo)致2022 年12 月—2023年1 月份高爐產(chǎn)量較低，影響了全年指標(biāo)的完成。1 780 m3高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月產(chǎn)量情況如圖4 所示。

圖4 1 780 m3 高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月產(chǎn)量

5.2 焦比下降

2022 年7—11 月，1 780 m3高爐焦比由360 kg/t 逐步下降到350 kg/t；2023 年3—4 月，1 780 m3高爐指標(biāo)又逐步下降到356 kg/t。1 780 m3高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月焦比情況如圖5 所示。

圖5 1 780 m3 高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月焦比

5.3 爐役后期的渣皮穩(wěn)定性提高

1 780 m3高爐于2013 年9 月開爐，目前即將到達(dá)10 年爐齡。冷卻壁陸續(xù)出現(xiàn)冷卻水管燒損，爐皮發(fā)紅情況，嚴(yán)重阻礙了高爐強化冶煉。通過布料優(yōu)化，適時控制邊緣和中心的氣流強度，提高了氣流及渣皮的穩(wěn)定性。

6 結(jié)論

1）風(fēng)口個數(shù)偏少，可以適當(dāng)增大風(fēng)口面積，有利于風(fēng)口弧長間距變小，高爐圓周進(jìn)風(fēng)相對均勻，可改善煤氣流、溫度的分布，減少風(fēng)口之間“死料區(qū)”，爐缸燃燒均勻，可活躍爐缸。

2）氣流穩(wěn)定裝料制度起著關(guān)鍵作用，要適當(dāng)加大布料角度，減小料面到爐墻的距離，穩(wěn)定邊緣氣流。適當(dāng)減少中心焦，避免了中心焦肥大，中心過大，中心氣流不穩(wěn)。焦炭環(huán)數(shù)由5 環(huán)變?yōu)? 環(huán)，使得焦窗更為平坦，中心焦比例變少，更有利于煤氣流的合理分配。

3）焦炭具有熱量、骨架的作用，在高爐冶煉過程中結(jié)合焦炭特性反應(yīng)性偏低、強度偏高、高爐風(fēng)口前焦炭形貌，總結(jié)出本廠焦炭燃燒較慢、骨架較好，可以適當(dāng)降低焦窗厚度，提高風(fēng)溫、煤量，置換出一部分焦炭，使得下部騰出更大空間，有利于加快冶煉進(jìn)程，提高冶煉強度。

4）球團(tuán)品位、粒度、均勻性都優(yōu)于燒結(jié)礦，在球團(tuán)硅含量相對較低、高爐爐渣堿度適宜時，可以適當(dāng)將球團(tuán)礦比例提高5%。