摘要  南鋼4號1800m3高爐于2014年1月24日點火開爐，2016年上半年，隨著高爐冶煉強(qiáng)度的不斷提高，外購焦炭品種增加，高爐下部爐型參數(shù)逐步降低，消耗增加，為此，4號高爐作業(yè)區(qū)在廠部的指導(dǎo)下，經(jīng)過系統(tǒng)的分析研究，通過改善焦炭質(zhì)量、提高爐溫、增加鐵口深度、大風(fēng)量操作等手段，成功恢復(fù)了爐型，爐型參數(shù)回至正常水平。

1      前言

南鋼4號1800m3高爐于2014年1月24日點火開爐，開爐布料采取中心加焦模式，為追求更好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，于2014年6月份取消中心焦，最終形成了平臺+漏斗的布料模式。4號高爐自投產(chǎn)以來，生產(chǎn)中全部使用外購焦。取消中心焦以后，高爐指標(biāo)優(yōu)越，2016年上半年，隨著高爐冶煉強(qiáng)度的不斷提高，外購焦炭品種也在增加，如陽光、洪洞、峰煤、搗固焦等，使用焦炭達(dá)10余種。焦炭品種多，質(zhì)量不穩(wěn)定，水分波動大，熱制度波動不穩(wěn)定，對爐況形成較大沖擊，管道氣流、懸料頻繁發(fā)生，高爐下部爐型也發(fā)生了變化，爐缸工作條件惡化，消耗上升15kg/t左右。為此，4號高爐作業(yè)區(qū)在廠部的指導(dǎo)下，經(jīng)過系統(tǒng)的分析研究，確定了一套新穎的爐型恢復(fù)方案，最終在安全可靠的恢復(fù)了下部爐型的同時，還保持了較高水平的產(chǎn)能。

2     下部爐型參數(shù)的變化

4號1800m3高爐設(shè)有26個風(fēng)口，兩個鐵口。爐缸、爐底采用陶瓷杯結(jié)構(gòu)。爐缸側(cè)壁有六層，每一層分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)環(huán)形安裝熱電偶，爐底為1層高導(dǎo)熱石墨炭磚+3層超微孔炭磚，每一層炭磚的表面中心位置均安裝了一個熱電偶。

2.1   爐芯溫度的變化   

從圖1可以看出，從2016年2月份開始，爐芯溫度開始大幅度下降，其間采取了提高爐溫、增加鐵口深度等提高爐芯溫度的措施，但于2016年7月份至9月份上行一段后又開始逐漸下滑，未達(dá)到理想效果。

2.2   爐缸側(cè)壁溫度的變化

圖2是爐缸側(cè)壁溫度各層內(nèi)側(cè)溫度的變化曲線，各層溫度變化趨勢一致，且從上層至下層，越靠近爐底，變化趨勢越趨于平緩，并在同一時期（2016年9月份）和爐芯溫度同步回升，說明熱電偶溫度是準(zhǔn)確的。2014年6月份4號高爐取消中心焦以后，至2015年7月份，爐缸側(cè)壁溫度緩慢下行，是有中心焦向無中心焦操作爐型的轉(zhuǎn)變期，到2016年2月份，爐缸側(cè)壁溫度穩(wěn)定，形成了合理的操作爐型，2016年6月份以后開始大幅度下降。4號高爐爐缸直徑10.1m，設(shè)計死鐵層高度為2.05m，死鐵層與爐缸直徑比h0/d設(shè)計值達(dá)到20.3%，國內(nèi)設(shè)計高爐死鐵層深度大都為爐缸直徑的15%-20%[1]，因此，4號高爐在生產(chǎn)中死料柱始終處于“浮起”狀態(tài)，爐底下部存在一定的自由鐵水區(qū)。爐缸側(cè)壁和爐底溫度均下降，由于爐缸死焦堆的焦炭粒度變小，陷入渣鐵中的深度變淺，導(dǎo)致爐缸自由鐵水區(qū)擴(kuò)大。鐵水流動是爐缸溫度場變化的主要原因之一，程樹森[1]、王平等[2]對鐵水環(huán)流的研究表明：在一定條件下，爐缸內(nèi)死料柱“浮起”越高，通過下部自由鐵水區(qū)的鐵水流速越慢，對爐缸側(cè)壁的剪切應(yīng)力越小，從而減輕了環(huán)流對爐缸爐底的侵蝕。因此可以推斷，焦炭強(qiáng)度的下降，在爐缸死料柱中的粒度也變小，是爐缸爐底溫度下降的主要原因之一。

3      爐型恢復(fù)前的爐況狀態(tài)

3.1   鼓風(fēng)動能

由于下部爐型的變化，導(dǎo)致高爐上部裝料制度制度不能適應(yīng)下部送風(fēng)制度，風(fēng)量風(fēng)壓不相適應(yīng)，壓力波動大，容易冒尖發(fā)生懸料，下料不均，深滑料現(xiàn)象頻繁發(fā)生，煤氣利用率波動不穩(wěn)定。高爐被迫取消定風(fēng)量定風(fēng)壓操作，只能維持較低的壓差，風(fēng)量逐漸萎縮，鼓風(fēng)動能下降，如圖3所示。

3.2   氣流的變化

4號高爐自2014年6月份以來，一直采用平臺+漏斗的布料模式，以中心氣流為主導(dǎo)氣流，適當(dāng)控制邊緣氣流的操作制度，當(dāng)下部爐型發(fā)生變化后，煤氣的初始分布同時也發(fā)生了變化，原本的礦焦平臺已不能與之相適應(yīng)，加之高爐量壓緊張，長時間的控風(fēng)操作，導(dǎo)致氣流發(fā)生了轉(zhuǎn)變，從爐頂攝像觀察，基本看不見柱狀中心氣流，下料偏慢時，中心不聚，分散無力。從爐墻溫度來看，高爐水溫差升高，2016年4月份至5月份，水溫差由4.5℃上升至7℃，冷卻壁熱負(fù)荷明顯上升，如圖4所示。2016年5月中旬，料線由1.4m降至1.5m，布料矩陣由C41.5339336.5333.5231.51.5O41.5339336.5333.5231.52調(diào)整C41.5339336.5333.5231.52O41.5339336.5333.5231.51.5，增加內(nèi)環(huán)焦炭的布料圈數(shù)，并減少內(nèi)環(huán)礦的布料圈數(shù)，雖然邊緣氣流得到了短暫的抑制，但是并沒有徹底改變爐況的順行狀況，6月份以后爐墻溫度頻繁波動，上部壓差竄動頻繁。2016年6月底，矩陣由C41.5339336.5333.5231.52O41.5339336.5333.5231.51.5調(diào)整為C42339.53373342321.5O42339.53373342322，礦焦角度同加0.5°，效果并不理想。

3.3   高爐消耗的變化

下部爐型不合理，爐缸工作惡化，導(dǎo)致爐況的穩(wěn)定性、抗波動性等都會下降，消耗必然增加，4號1800m3高爐2015年和2016年各月份的燃料比變化如圖5所示，從2016年4月份到2016年12月份，燃料比最高達(dá)到532kg/tFe,。

4    爐型恢復(fù)采取的措施

4.1   改善焦炭質(zhì)量、合理用料

外購焦品種多，其性能的不穩(wěn)定性是高爐下部爐型變化的直接原因，針對這一問題，在南鋼煉鐵事業(yè)部和廠部的生產(chǎn)協(xié)調(diào)下，盡量減少焦炭品種，采取了以首山焦為主打，青町焦、混合焦為輔的用料模式，即首山一類焦60%+青町焦20%+混合焦20%，并采用分級、分倉管理，且盡可能采取直供，減少焦炭在二次貯存時產(chǎn)生的強(qiáng)度、粒度的偏析造成的質(zhì)量大幅度波動。進(jìn)一步穩(wěn)定優(yōu)化用料結(jié)構(gòu)，80%自產(chǎn)燒結(jié)+5%自產(chǎn)球團(tuán)+15%生礦，另加固定量300kg/批的蛇紋石適當(dāng)提高鎂鋁比，以改善爐渣性能，活躍爐缸。

4.2   適當(dāng)提高爐溫、保證爐缸熱量充沛

適當(dāng)降低爐渣堿度，提高鐵水硅素，保證鐵水物理熱在1510℃以上。同時采用煤氣和助燃空氣雙預(yù)熱系統(tǒng)進(jìn)行燒爐，提高風(fēng)溫至1200℃，保持理論燃燒溫度2150℃以上，使高溫區(qū)下移，熱量能更多地集中下部，保證爐缸熱量充沛。

4.3   加強(qiáng)出鐵管理、適當(dāng)增加鐵口深度

通過改善炮泥質(zhì)量，提高炮泥強(qiáng)度和抗渣性，使?fàn)t內(nèi)渣鐵能夠均勻地排放，同時適當(dāng)增加鐵口深度，減小爐缸自由鐵水區(qū)，能夠促進(jìn)風(fēng)口區(qū)域和爐缸上部的熱量快速向爐底傳遞，保證爐缸熱量得到均勻分布。

4.4   加強(qiáng)送風(fēng)制度管理

制定合理的送風(fēng)制度，適當(dāng)增加風(fēng)量，以氧換風(fēng)，并提高頂壓以維持合理壓差，制定并細(xì)化操作方針，各班工長統(tǒng)一、嚴(yán)格按照車間規(guī)定的操作方針進(jìn)行操作，使鼓風(fēng)動能有計劃、有步驟地穩(wěn)步提高，高爐平均風(fēng)量由3566m3/min提高至3750 m3/min，鼓風(fēng)動能由10000上升至11000左右。同時利用高爐休風(fēng)機(jī)會對風(fēng)口中套的角度進(jìn)行測量，上翹嚴(yán)重的風(fēng)口中套在計劃檢修時更換，風(fēng)口中套角度見表1，到目前為止已經(jīng)更換了6個風(fēng)口中套。

5      爐型恢復(fù)的效果

5.1   爐底溫度穩(wěn)步回升

通過采取以上的措施，4號高爐下部爐型參數(shù)有效改善，恢復(fù)效果較理想，爐芯溫度均回升至正常水平，如圖6所示。

5.2    經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)改善

爐型恢復(fù)以后，高爐順行狀況明顯改善，操作參數(shù)穩(wěn)定性提高，量壓關(guān)系的適應(yīng)性和穩(wěn)定性有所好轉(zhuǎn)，氣流穩(wěn)定，下料均勻順暢，高爐的抗波動能力提高，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表2。

6     結(jié)語

南鋼4號1800m3高爐針對爐缸下部爐型參數(shù)逐步降低，通過實施提高入爐焦炭質(zhì)量、優(yōu)化用料結(jié)構(gòu)、提高爐溫水平、增加鐵口深度、大風(fēng)量操作等措施，爐型恢復(fù)效果顯著，爐芯溫度快速回升，爐缸工作活躍，為提升高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

7    參考文獻(xiàn)

[1]  劉元意,蔣學(xué)健,周生華.萊鋼3200m3高爐爐芯溫度變化規(guī)律初探[J].煉鐵,2015,34(3):9-12.

[2]  朱清天,程樹森,趙民革.爐缸死鐵層合理深度的計算[C]//中國金屬協(xié)會分會.2007年中國鋼鐵年會論文集.成都:中國金屬學(xué)會,2007:1-7.

[3]  王平,別威.高爐爐缸鐵水流場數(shù)值模擬[J].金屬材料與冶金工程,2011,39(1):16-20.