1800 m3級高爐爐役后期高冶強穩定運行冶煉技術

邱小寧 ,鄧 濤

(1.福建三鋼閩光股份有限公司,福建 三明 353000;2.中冶賽迪,重慶 401120)

該座1800 m3高爐采用鑄鐵+銅冷卻壁、全爐軟水密閉、并罐裝料、3座頂燃式熱風爐等裝備組成,自2014年3月點火開爐到2022年8月停爐大修已安全生產運行8年,單位容鐵量達到8582 t/m3。在高爐裝備整體磨損、老化嚴重、爐體冷卻壁破損多、設備故障頻繁的情況下,高爐技術人員通過嚴控原燃料質量、合理匹配各項生產參數、加強點檢等手段對其進行精細化操作,維持了在爐役后期高冶強穩定順行的局面。

1 高爐生產現狀

對2022年1～7月的主要生產數據進行統計分析,1～7月在入爐品位57.5%的情況下,高爐利用系數均值2.88,焦比均值343.71 kg/t·Fe、燃料比均值495.22 kg/t·Fe、風溫1212 ℃,達到了國內同類型高爐爐役后期表現排名前列的水平,具體數據如表1所示。

表1 高爐2022年1～7月份主要技術經濟指標

為進一步分析高爐運行情況,對高爐2022年1～7月各項生產數據、主要操作調控手段進行分析,闡述爐役后期高冶強穩定生產的冶煉技術。

2 精細的原燃料質量管控

對入爐原燃料質量進行嚴格管控,根據公司原燃料供應情況,通過合理入爐品位測算、合理化學成分數值范圍控制,使得入爐料結構、成分長期穩定,有害元素低,冶煉成本合理。

2.1 合理入爐品位的測算

合理入爐品位對爐況穩定順行、冶煉成本控制至關重要,經過建立品位、礦耗、價格、爐況之間關系確定合理的入爐品位[1],如公式(1):

(1)

式中:Y—為礦耗,t/t;X—為品位,%;β—為生鐵中鐵含量,95.5%;ε—為金屬收得率,99.1%。

入爐品位與理論礦耗如表2所示。根據該高爐的生產運行數據、爐料結構、原燃料價格計算發現,入爐品位在大于59%時,由于礦石價格隨著品位的升高增幅較大,盡管燃料成本下降,但總成本升高,且增加幅度較大;入爐品位在57%以下時,隨著品位下降,焦比、渣比升高,同時煤比會適當下降,燃料成本升高,雖然生鐵成本有所下降,但降幅較小,同時高爐順行的風險增加;當高爐入爐品位控制在57%～59%范圍內時,爐況的各項經濟技術指標達到最優且爐況能夠長期順行。

表2 品位與理論礦耗

2.2 適宜的原燃料質量控制

確定合理入爐品位的同時,需要對原燃料質量進行控制,使化學成分在合理區間、數值穩定。

(1)原料質量控制

穩定爐料結構,入爐料結構由燒結礦(74.8%)+球團礦(16.7%)+生礦(8.5%)組成,確保熟料率不低于85%,日常生產中對爐料結構進行微調以保證爐渣堿度的穩定,嚴格控制燒結礦粒度:<5 mm 占比不大于7.4%;5～10 mm占比不大于18.5%。

嚴控原燃料質量,原燃料質量控制要求化學成分在合理范圍內,同時要求數值穩定、波動小,其中燒結礦成分控制如表3所示。

表3 燒結礦成分控制標準與實績

控制入爐焦炭種類(≤3種)及配比的穩定,全干熄焦入爐,焦丁隨原料入爐,添加量≤2.0 t/批,焦炭主要化學成分控制如表4所示。

表4 焦炭成分控制標準與實績 單位:%

(2)有害元素控制

入爐原燃料有害元素會對爐襯起破壞作用,在冶煉中循環富集,造成原燃料質量惡化,影響煤氣流的分布,在爐役后期嚴格控制有害元素入爐總量,有害元素控制如表5所示。

表5 有害元素控制標準與實績 單位:kg/t

在確定合理入爐品位后,穩定爐料結構、嚴格控制原燃料化學成分合格及穩定、追蹤入爐有害元素的總量在控制線以下等手段為爐況穩定順行提供基礎保障。

3 操作制度的優化

在控制原燃料合格及穩定的情況下,操作制度以“適當發展中心氣流+活躍爐缸”中心進行優化調整,使高爐安全、穩定、高效運行。

3.1 布料制度的優化

布料制度直接影響上部煤氣流的分布,在爐役后期上部煤氣流調控以“適當抑制邊緣氣流+開放中心氣流”的原則,典型布料矩陣如表6所示。

表6 布料矩陣

正常生產中執行第一類“抑制邊緣+開放中心”操作制度,當邊緣氣流過弱或爐況有波動時,執行第二類“適當放邊+開放中心”操作制度。

由布料模型對上述兩類布料制度的落點、礦焦比、厚度等數據進行計算[2],具體布料數據如表7所示。

表7 布料數據

由布料模型計算上述兩類布料參數表明,二類在開放邊緣的同時增大了邊緣礦焦比,避免邊緣氣流過度發展;平臺礦焦比適當降低,增大中心焦量,避免中心氣流過度發展及煤氣流的大幅度波動,煤氣利用率穩定在46.7%～48.1%之間,全爐軟水水溫差穩定在2.3～3.0 ℃。

3.2 送風制度的優化

下部送風制度影響煤氣流量的初始分布和爐缸的活躍性,在爐役后期需要抑制下部邊緣氣流的發展及充足的爐缸活躍性,才能維持爐缸側壁溫度穩定合理。下部送風制度主要調整風量、富氧量、送風面積、噴煤量等參數,用理論燃燒溫度、風速、鼓風動能、回旋區面積、爐缸熱負荷等參數衡量調節是否合適[3]。

日常以回旋區面積占比來進行參數調劑,計算公式如式(2-4):

DR=0.88+0.000092Ek+0.0031PCI/n

(2)

WR=DT×2.631(DR/DT)0.331

(3)

(4)

式中:DR—回旋區長度,m ;Ek—鼓風動能,kj/s;PCI—噴煤量,t/h;n—工作風口的數,個;WR—回旋區寬度,m ;DT—工作風口的平均長度,m;d— 裝入焦炭的平均粒度,m;α—回旋區面積占比,%。

對該高爐2017到2022年回旋區面積占比與利用系數進行相關性分析,結果圖1所示。

圖1 回旋區面積占比與利用系數相關性分析

由圖1可以看出,回旋區面積占比在大于0.61時,高爐利用系數呈下降趨勢,高爐回旋區面積占比以60%為基準值進行下部送風參數的調整,下部相關控制參數如表8所示。

表8 控制參數

下部調劑以維持適宜的回旋區面積占比為基本原則[4],增大鼓風動能,吹透中心,抑制邊緣氣流的發展。在適宜富氧量,理論燃燒溫度適當降低的情況下,增大入爐風量以避免大噴煤量下邊緣氣流的發展,同時逐步調整風口面積,維持強勁的入爐風速。

3.3 造渣制度的優化

爐役后期爐缸耐材侵蝕嚴重,冷卻壁溫度極易升高,合理造渣的制度對壁體溫度的穩定至關重要。為降低渣鐵環流對壁體侵蝕,同時在入爐堿金屬、有害元素較低的情況下,操作上以提高爐渣二元堿度、穩定四元堿度、嚴格控制Mg/Al比波動的方法進行造渣制度的優化[5]。具體參數如表9所示。

表9 爐渣成分

通過上述渣系的調整方法,可以有效避免渣鐵環流對爐缸的侵蝕,維持出鐵作業的穩定。

3.4 熱制度的優化

在控制較高爐渣堿度下,避免渣鐵過于黏稠影響出鐵,爐溫控制以物理熱為主,穩定鐵水[Si]含量為輔操作模式。具體控制參數如表10所示:

表10 鐵水成分

生產中維持較高的鐵水物理熱,使爐缸熱量充沛,避免爐溫大幅度波動,嚴控鐵水[Si]穩定率[6],對煤氣流分布和軟熔帶位置穩定起著積極的作用。

3.5 冷卻制度的優化

爐役后期冷卻壁破損嚴重,為保證安全生產,在冷卻制度上采取了一系列的管控措施。為避免破損冷卻壁漏水進入爐內,借助休風機會對漏水冷卻壁進行封堵處理;對高爐冷卻壁水溫差與熱流強度實時監測,建立預警機制并及時處理,嚴控進水水溫和流量;每月定期檢查水管是否結垢并適時進行酸洗[7]。基于以上手段避免因冷卻壁漏水造成爐墻結厚、爐溫大幅波動的現象,為高爐安全生產和強化冶煉提供了堅實的后盾。

4 操業管理標準化

4.1 槽下管理

原燃料槽位管理按照料倉容積的60%執行,當料倉低于該槽位時停用該倉并通知槽前補料。控制下料量和篩分時間,燒結礦4個倉巡倉使用、焦炭倉3～4個倉巡倉,礦石1用1備,球團1用1備。同時每班不少于3次檢查給料速度(t/h)并做好記錄,控制燒結礦返礦率≤12%。

4.2 爐前作業

爐役后期強化冶煉鐵口維護至關重要,需要嚴格控制鐵口深度、出鐵次數,出鐵次數遵循公式(5):

(5)

式中:n—每晝夜出鐵次數;P—高爐一天的產量,t;α鐵—每次出鐵量波動系數,一般取1.2;P安—爐缸安全容鐵量,t。

按照高爐設計參數及產量計算晝夜出鐵次數為10次[8]。實際日平均爐次9±1爐,鐵口深度維持在2900～3100 mm之間,鐵口合格率不低于99%,全風堵口率100%,出鐵間隔時間為10～15 min。打泥量依據出鐵時間進行動態調整,對欠鐵量達60噸以上或鐵口30 min未見渣現象執行重疊出鐵,避免因渣鐵不能及時出凈,導致下部煤氣流的紊亂。

4.3 設備維護

爐役后期設備老化嚴重,同時高冶強滿負荷運轉,故障概率提高,為避免設備故障影響高爐生產,制定嚴格的設備維檢制度。嚴格執行三級點檢制度,按照設備重要程度進行分級,制定點檢時間、點檢項目、點檢路線,并填寫標準的設備維護臺賬。成立設備保駕組,聚焦比較突出的設備問題,改進或優化設備結構,適應高爐自身的生產特點,減小因設備故障對爐況的影響。

5 結論

從原燃料、操作、管理等維度系統性的對高爐進行調控,維持了爐況在爐役后期高冶強穩定順行,促進了高爐長壽、經濟指標的提高,完善了爐役后期高冶強的冶煉技術。

(1)控制原燃料質量合格及穩定,確定合理入爐品位在57%,保證熟料率不低于85%及爐料結構穩定;控制焦炭、燒結礦化學成分在合格范圍內,降低焦炭M40、M10、CSR、CRI及燒結礦TFe、R2數值的波動值;控制入爐有害元素,維持(K+Na)、Zn、Pb均值分別在2.2 kg/t、0.21 kg/t、0.16 kg/t以下。

(2)以控制合理煤氣流分布為中心進行操作調劑,上部以“抑制邊緣+開放中心”的原則調劑布料矩陣和爐料批重,優化煤氣流的二次分布;下部以回旋區面積占比60%的原則調劑送風、風口面積等參數,同時通過提高爐渣二元堿度、穩定四元堿度,以物理熱控制為主、鐵水[Si]含量控制為輔的熱制度,優化煤氣流的一次分布;控制冷卻水流量、水溫維持熱負荷穩定,保持渣皮穩固,確保合理操作爐型。

(3)操業管理標準化,槽下以安全槽位控制為核心,確保物料輸送無異常;爐前出鐵控制日均出鐵次數,對鐵口深度、出鐵間隔、全風堵口率等參數進行優化調整;加強設備點檢維護、對重點突出設備進行改造和更換,確保外部設備故障率降低。