路鵬  呂志敏  王根  褚潤(rùn)林  閆軍  蘇愛(ài)民

(河鋼集團(tuán)宣鋼公司煉鐵廠，河北宣化075100)

摘 要  文中對(duì)宣鋼1*高爐爐役后期減少冷卻壁破損生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)。通過(guò)改善原燃料質(zhì)量、下部采用長(zhǎng)風(fēng)口，提高鼓風(fēng)動(dòng)能、上部?jī)?yōu)化裝料制度，穩(wěn)定煤氣流分布、提高爐頂壓力爐體灌漿等措施，遏制了高爐爐役后期冷卻壁損壞增加的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善。

關(guān)鍵詞  長(zhǎng)風(fēng)口  鼓風(fēng)動(dòng)能  布料矩陣  熱負(fù)荷  原燃料

宣鋼1*高爐（2500m3)于2008年3月15日建成并投產(chǎn)，設(shè)計(jì)爐齡15年，至今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)爐齡10年，單位爐容產(chǎn)量7764t/m3,高爐已進(jìn)入爐役后期。1#高爐2008年3月開(kāi)爐后便陸續(xù)出現(xiàn)冷卻壁燒漏現(xiàn)象，于2012年9月中修后對(duì)八段全部及九段部分冷卻壁進(jìn)行了更換，但是2013年1*高爐中修開(kāi)爐后，冷卻壁水管再次出現(xiàn)連續(xù)燒漏現(xiàn)象，爐體煤氣泄漏現(xiàn)象也頻繁發(fā)生，邊緣氣流不穩(wěn)，高爐燃料比升高，嚴(yán)重影響高爐的穩(wěn)定順行與指標(biāo)改善，也直接影響高爐的一代爐齡壽命[1-2]。

1  減少冷卻壁損壞措施

針對(duì)高爐冷卻壁損壞頻率加快的趨勢(shì)，1*高爐采取了一系列針對(duì)性措施，有效地減緩了冷卻壁的損壞，確保了爐況穩(wěn)定順行。

1.1  提高冷卻強(qiáng)度

提高軟水流量，軟水流量由3700m3/h逐漸提高至4000m3/h,進(jìn)水溫度由45℃降低至43℃，1#鐵口區(qū)域38*冷卻壁第2根，41*冷卻壁第3根，2*鐵口區(qū)域4"冷卻壁第2根，7*冷卻壁第3根水管改為高壓水冷卻，提高冷卻效果。

1.2  改善原燃料質(zhì)量

1.2.1  提升燒結(jié)礦質(zhì)量

通過(guò)推行低水、低碳、厚料層操作，提升燒結(jié)礦質(zhì)量。將混料加水系統(tǒng)由原來(lái)的柱狀水直加改造成霧化加水方式，強(qiáng)化燒結(jié)物料造球效果，實(shí)現(xiàn)低水厚料層燒結(jié)；對(duì)緩沖倉(cāng)扇形閥及出料小門進(jìn)行改造，降低混合料水分，提高布料質(zhì)量，為實(shí)現(xiàn)低水燒結(jié)提供保障；利用每次檢修對(duì)燒結(jié)機(jī)風(fēng)箱、煙道膨脹節(jié)，風(fēng)箱直管膨脹節(jié)進(jìn)行封堵，將燒結(jié)漏風(fēng)率降到最低，為實(shí)現(xiàn)厚料層燒結(jié)提供保障；控制亞鐵在8.8%~9.2%之間，實(shí)行低配碳燒結(jié)，低燒結(jié)礦固體燃耗、提高燒結(jié)礦還原度。實(shí)施后燒結(jié)礦強(qiáng)度提高至78%以上，還原度提高到80%以上，為高爐穩(wěn)定順行提供了保障。

1.2.2  改善焦炭質(zhì)量

評(píng)價(jià)焦炭體系有冷強(qiáng)度和熱強(qiáng)度兩方面。焦炭冷態(tài)性能主要用耐磨強(qiáng)度（M10)和抗碎強(qiáng)度（Mao)來(lái)表示。冷態(tài)性能好的焦炭即較高的抗碎強(qiáng)度（M40)和較低的耐磨強(qiáng)度（M10)有利于提高爐內(nèi)塊狀帶的透氣性改善爐況的順行程度。焦炭的熱強(qiáng)度是模擬焦炭在高爐內(nèi)碳熔反應(yīng)的一種表征量，其包括反應(yīng)性（CRI)和反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR)。反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR)是指焦布料在碳熔反應(yīng)后的抗破碎能力和耐磨能力，若焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度指標(biāo)好則爐缸中心透氣性好，有利于爐缸的傳熱傳質(zhì)和活躍，同時(shí)又促使中心礦石間接還原比例增加[1-2]

為了提高焦炭質(zhì)量，技術(shù)人員積極開(kāi)展單種煤結(jié)焦性和熱性能試驗(yàn)，提出焦炭1.500℃高溫強(qiáng)度指標(biāo)的檢測(cè)和評(píng)價(jià)新方法，并納入焦炭質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，為改善宣鋼焦炭質(zhì)量起到了積極的作用。宣鋼2016-2018年焦炭M40、M10、反應(yīng)后強(qiáng)度等變化趨勢(shì)見(jiàn)表1。

1.3  提高風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能

為了使高爐下部初始煤氣流分布合理，爐缸工作均勻活躍，爐溫及熱量充沛穩(wěn)定，需要選擇適合高爐操作爐型的下部送風(fēng)制度。初始煤氣流的分布，能夠直接影響爐體渣皮的穩(wěn)定性，鼓風(fēng)動(dòng)能是決定下部送風(fēng)制度和初始煤氣流分布的關(guān)鍵因素，尤其是對(duì)爐腹和爐腰處熱負(fù)荷的穩(wěn)定起著決定性作用[4]。為了穩(wěn)定邊緣氣流，疏導(dǎo)中心氣流，在操作上就需要對(duì)下部送風(fēng)制度和上部裝料制度進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)爐役后期生產(chǎn)的需要[5]。

針對(duì)1”高爐役后期的高爐實(shí)際內(nèi)型直徑變大，實(shí)際高徑比減小，下部容易吹不透，1*高爐通過(guò)采用長(zhǎng)風(fēng)口，適當(dāng)縮小風(fēng)口面積，提高鼓風(fēng)動(dòng)能，保證了中心主導(dǎo)氣流，保證爐缸活躍度。

具體實(shí)施中使用長(zhǎng)度615mm風(fēng)口替代原585mm風(fēng)口，并且在鐵口上方部位使用長(zhǎng)度635mm風(fēng)口。風(fēng)口具體調(diào)整過(guò)程見(jiàn)表2。

風(fēng)口調(diào)整后，高爐實(shí)際風(fēng)速提高至250m/s以上、鼓風(fēng)動(dòng)能達(dá)到110~120kJ/s,回旋區(qū)深度擴(kuò)大，一定程度上加快了爐缸死料柱的置換，提高了高爐下部透氣性和透液能力，為強(qiáng)化中心主導(dǎo)氣流，穩(wěn)定邊緣氣流奠定了基礎(chǔ)。

1.4  優(yōu)化裝料制度，穩(wěn)定爐體熱負(fù)荷

針對(duì)爐型變化、邊緣煤流發(fā)展及爐體熱負(fù)荷情況，主要通過(guò)調(diào)整操作制度來(lái)處理，裝料制度主要是調(diào)整煤氣流在塊狀帶的分布和軟熔帶的形狀16-男。

生產(chǎn)操作中，爐體熱負(fù)荷穩(wěn)定與否對(duì)高爐冷卻壁安全運(yùn)行及壽命有著至關(guān)重要的影響，爐體熱負(fù)荷穩(wěn)定，相對(duì)冷卻壁熱面渣皮保護(hù)層較穩(wěn)定，對(duì)冷卻壁起著最為有效的保護(hù)；爐體冷卻壁波動(dòng)大，尤其是熱負(fù)荷大幅度升高，預(yù)示著冷卻壁熱面渣皮保護(hù)層薄弱或不能穩(wěn)定存在，冷卻壁侵蝕加劇，冷卻壁損壞增加。實(shí)際操作過(guò)程中，1*高爐主要通過(guò)調(diào)整布料矩陣和礦批大小，實(shí)現(xiàn)上部氣流的穩(wěn)定。

1.4.1  優(yōu)化布料矩陣

1*高爐自2012年開(kāi)始布料矩陣由中心注焦轉(zhuǎn)變?yōu)椤捌脚_(tái)+漏斗”布料模式，但從實(shí)際效果看，高爐長(zhǎng)期中心氣流顯弱，高爐穩(wěn)定性差，抗波動(dòng)能力小。同時(shí)由于后期爐體冷卻壁破損較多，操作爐型不規(guī)則，上部煤氣流難以控制，調(diào)整中1*高爐以穩(wěn)定邊緣、打開(kāi)中心為指導(dǎo)思想，緊緊圍繞焦炭平臺(tái)和礦石堆角對(duì)礦、焦布料矩陣進(jìn)行了調(diào)整，通過(guò)縮小礦角角差，由10°調(diào)整為80,加大礦焦內(nèi)環(huán)角差，小焦角由27·縮小至23°,布料矩陣最終調(diào)整為：

調(diào)整后高爐中心氣流進(jìn)一步加強(qiáng)，邊緣氣流得到控制，熱負(fù)荷水平整體降低并趨于穩(wěn)定，其爐體熱負(fù)荷穩(wěn)定在8.5×104~10.0×104MJ/h,如圖1所示。

1.4.2  采用大礦批

在高爐容積和焦炭負(fù)荷一定的條件下，高爐礦批越大焦批越大，位于塊狀帶的礦焦層數(shù)就越少，爐內(nèi)的“界面效應(yīng)”相應(yīng)會(huì)減少。同時(shí)，塊狀帶礦焦層厚度增加，高爐軟熔帶內(nèi)“焦窗”厚度也會(huì)增加。在高爐爐料向下運(yùn)動(dòng)和煤氣上升過(guò)程中，塊狀帶“界面效應(yīng)”的減少和軟熔帶“焦窗”厚度的增加，會(huì)改善高爐內(nèi)料柱的透氣性，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行狀態(tài)[10-14]。

1#高爐礦批由之前的62t逐步擴(kuò)大到的69~70t,目前穩(wěn)定在69t,其礦批及焦炭負(fù)荷變化如圖2所示。礦焦層厚度的增加，有效地減少了混合料層的界面效應(yīng)，提高了料柱透氣性，穩(wěn)定了氣流分布，改善了煤氣利用率。

1.5  提高爐頂壓力

隨著高爐風(fēng)量水平提高及爐況發(fā)展，1*高爐爐頂壓力由225kPa逐步提高至235kPa,維持壓差≤170kPa,在一定程度上減緩了爐內(nèi)煤氣流速，提高了煤氣能量利用，減少爐塵吹出量，為實(shí)施低硅冶煉及穩(wěn)定爐溫創(chuàng)造了條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)爐況的穩(wěn)定和強(qiáng)化冶煉。

1.6  控制合適的鎂鋁比

從降低生產(chǎn)成本、降低能耗出發(fā)，2016年9月份開(kāi)始，宣鋼燒結(jié)礦開(kāi)始降低MgO含量，由2.1%逐步下調(diào)至1.85%,高爐爐況反應(yīng)整體不大。2018年5月開(kāi)始，燒結(jié)礦MgO含量進(jìn)一步降低至1.7%左右，同時(shí)高爐爐渣實(shí)際MgO:A12O3比值由0.55左右降低到0.5左右，爐內(nèi)表現(xiàn)為壓差升高，進(jìn)入9月份爐外出鐵時(shí)常出現(xiàn)爐渣粘稠，粘溝現(xiàn)象，9月16日爐況出現(xiàn)波動(dòng)，風(fēng)量萎縮，產(chǎn)量降低。宣鋼另一座2500m3高爐也出現(xiàn)了類似情況，為改善渣鐵流動(dòng)性，盡早恢復(fù)爐況，9月18日燒結(jié)礦MgO含量由1.7%提高至2.1%,后高爐壓差逐步降低到正常水平，爐況很快恢復(fù)至正常，其2018年燒結(jié)礦MgO含量與高爐壓差對(duì)應(yīng)關(guān)系變化如圖3所示。

鑒于上次爐況波動(dòng)，煉鐵技術(shù)人員對(duì)于宣鋼高爐爐渣合適鎂鋁比控制范圍有了重新認(rèn)識(shí)，那就是在高爐爐渣A12O3偏高（>15%)及渣鐵比偏高的情況下，高爐爐渣鎂鋁比不宜進(jìn)一步降低。后續(xù)燒結(jié)礦MgO含量一直控制在2.15%左右，高爐爐渣鎂鋁比保持在0.55左右，渣鐵流動(dòng)性正常，爐況平穩(wěn)。

1.7  灌漿造襯

生產(chǎn)過(guò)程中每日對(duì)爐皮溫度進(jìn)行測(cè)量，記錄，在定休前期對(duì)周期內(nèi)所測(cè)爐皮溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，根據(jù)測(cè)量記錄的溫度變化趨勢(shì)，判斷冷卻壁與爐皮之間的間隙和劣化情況，當(dāng)溫度大于90°時(shí)，則對(duì)冷卻壁背面進(jìn)行灌漿。利用每三個(gè)月的定修或臨時(shí)休風(fēng)時(shí)機(jī)，對(duì)確認(rèn)部位實(shí)施灌漿造襯，具體壓漿范圍根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際確定。冷卻壁熱面孔及微冷壓漿時(shí)，灌漿壓力控制在2~2.5MPa,一般造襯厚度控制在100mm,局部薄弱區(qū)域可酌情加厚，但不大于200mm。

2  效果

經(jīng)過(guò)調(diào)整，1#高爐遏制了高爐爐役后期冷卻壁損壞頻率增加的趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了爐體安全及高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)也有了較大幅度改善，見(jiàn)表3。

3  結(jié)論

1)處于爐役后期的高爐，其實(shí)際內(nèi)型直徑變大，高徑比減小，下部通過(guò)采用長(zhǎng)風(fēng)口，適當(dāng)縮小風(fēng)口面積，保證足夠的鼓風(fēng)動(dòng)能，實(shí)現(xiàn)爐缸工作均勻活躍是爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。

2)適當(dāng)抑制邊緣氣流，1”高爐控制爐體熱負(fù)荷8.5×10*~10.0×104MJ/h,對(duì)減少薄弱區(qū)域冷卻壁頻繁破損起到了重要作用。

3)在高爐爐渣A12O3偏高（>15%)及渣鐵比偏高的情況下，高爐爐渣鎂鋁比不宜進(jìn)一步降低。就宣鋼目前原燃料條件下，高爐爐渣鎂鋁比保持在0.55左右，渣鐵流動(dòng)性正常，爐況平穩(wěn)。

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