王雪峰

安陽鋼鐵股份有限公司

摘 要  結(jié)合安鋼１號髙爐第二代爐役精準開爐實踐，對影 響大型高爐精準開爐的幾個問題進行了探討。認為：開爐料 化學成分的準確性，以及堆比重、壓縮率等物理參數(shù)的合理 性是精準開爐計算的基礎(chǔ) ；開爐料裝入位置的精確性， 以 及開爐重要參數(shù)的合理選擇是精準開爐的保障；開爐料中含鐵原料裝入的初始位置以及加風速度、首次鐵累計總風量的 控制是精準開爐的重要因素。

關(guān)鍵詞   大型高爐  開爐  開爐料  風量  風速

大型高爐開爐是一個繁雜的系統(tǒng)工程，不僅耗資巨大，且高爐開爐過程中的控制水平往往決定了高爐的生產(chǎn)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(jīng)驗，大多數(shù)高爐開爐順利。但在開爐過程中，主要關(guān)鍵參數(shù)能做到精準控制，與預計數(shù)值基本吻合的并不是很多。例如：經(jīng)常會出現(xiàn)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?；謴瓦M程等情況發(fā)生，嚴重影響到開爐進程和順利達產(chǎn)。

高爐開爐不容易實現(xiàn)精準控制，主要是由于開爐過程影響因素較多，不確定性強；原燃料成分數(shù)據(jù)偏差；開爐過程中相關(guān)參數(shù)的取值及控制不合理；缺乏對高爐精準開爐過程中主要決定性因素的研究，等等。因此，在大型高爐開爐過程中，如何做到主要關(guān)鍵參數(shù)的精準控制，不但實現(xiàn)安全順利開爐，還要達到精準開爐，是今后應該努力的方向。

１  安鋼１號高爐開爐簡況

安鋼1號髙爐（2200ｍ3）第一代爐役于2005年10月15日投產(chǎn)，是安鋼第一座大型髙爐。2017年10月18日，高爐降料面停爐大修，一代爐役生產(chǎn)12年，共產(chǎn)生鐵1997.66萬ｔ。此次大修高爐爐殼、框架、爐頂設備等本體主要設備不更換，主要更換了漏水冷卻壁、爐缸最上層炭磚（由原立砌一層炭磚改為平砌兩層，以下炭磚保留）、爐缸部位耐材（如圖1所示），并對風口帶進行了整體澆注，對爐體進行了噴涂。1號高爐第二代爐役于2018年3月24日點火開爐。通過開爐主要參數(shù)的合理選擇、開爐料裝入位置的精確控制、送風后高爐主要操作參數(shù)的合理選擇，以及第一次出鐵時間的合理管控等，高爐實現(xiàn)了安全、順利、精準開爐。開爐首次鐵累計風量、首次鐵出鐵時間、首次鐵量，以及鐵水［Ｓｉ］含量等各項主要參數(shù)基本達到預定數(shù)值。第一次出鐵鐵水溫度1503℃，渣鐵流動性良好，首次鐵即使用ＩＮＢＡ渣處理系統(tǒng)，大大減少了爐前工作量，取得了良好的效果。

２  開爐料的裝入

高爐大修后經(jīng)過烘爐和氣密性及耐壓試驗后，具備裝入開爐料的條件。開爐料的計算和選擇對高爐開爐至關(guān)重要，直接關(guān)系到開爐的順利和主要參數(shù)的精準程度。高爐開爐后,第一次鐵水[Si]和物理熱,雖然無法經(jīng)過理論計算進行有效管控,但經(jīng)過多次開爐經(jīng)驗總結(jié)后,合理的開爐料計算,合適的爐料裝入位置,特別是含鐵物料裝入的起始位置,含鐵原料達到爐缸的時間(即加風速度的控制),以及鐵水在爐缸存留的時間(首次鐵累計風量的控制),對第一次鐵水[Si]和物理熱有較大的影響。

2.1  開爐料成分和堆比重

開爐料成分準確是計算準確的基礎(chǔ),因此各種開爐料在入爐之前要做好檢化驗工作,使開爐料化學成分數(shù)據(jù)具有代表性;各種物料的堆比重數(shù)據(jù)影響到開爐料的實際體積和數(shù)量,從而影響到全爐負荷、全爐爐渣藏度等重要參數(shù)的準確性,入爐前要對開爐料的堆比重參數(shù)進行精確測量。

2.2  壓縮率

爐料合理壓縮率的選擇同樣影響到開料的裝入量和全爐重要參數(shù)的準確性,安鋼1號高爐開爐料壓縮率參照寶鋼等先進企業(yè)的15段式爐料裝入法。開爐料分為 15段,每段設定不同的壓縮率,摒棄原來小高爐采用的相對粗略的5段式爐料裝入法,使爐料的裝入更加準確,最終裝入料批數(shù)和預算批數(shù)相差控制在1批之內(nèi)。15 段式爐抖裝入法各段壓縮率的選值見表1。

2.3  裝入位置

安鋼1號高爐爐型尺寸和各部位容積分別見表2和表3。

開爐料的裝入情況:安鋼1號高爐開爐采用爐缸裝木頭開爐,為了節(jié)約木材,裝入的木頭全部為公司鐵路運輸部門廢棄的枕木和硬雜木。首先在爐缸底部裝入厚度為0. 8m的底焦,干焦重量為38t;然后采用散裝法裝入廢舊枕木和硬雜木,裝至風口大套上沿平齊;最后再裝入正常開爐料至正常料線(配料表按照料線1.5 m 計算,實際開爐料裝入料線為2m送風點火),高爐開爐料配料表(木頭以上爐容)見表4。

按照配料表裝入開爐料,根據(jù)爐料的裝入體積,可以理論計算出每組料或每批料的裝入位置(即每批料裝入后相對應的料線深度),在裝料過程中并要進行實際料線深度和理論料線深度的校核和修正。

特別是第2組空焦裝完后,必須要進行料線校對。若發(fā)現(xiàn)實際料線比理論料線深時,說明是由于實際焦炭水分比計算水分大,或者實際焦炭堆比較計算堆比重大等原因造成的。實際焦炭水分大會造成裝入干焦量不夠,或者是由于焦炭粒度變差而實際堆比重大,兩者都對實際的全爐焦比造成影響。

因此在第2組空焦裝完后,要及時補加焦炭到理論料線,這樣一是可以補充因水分變化或焦炭質(zhì)量變差而造成實際干焦裝入量不足,二是修正第2組料的實際裝入位置到理論計算的位置,更加精準地控制含鐵原料的裝入位置。而含鐵原料的初始裝入位置,對高爐的精準開爐至關(guān)重要。文獻[2]指出:“含鐵爐料起始位置放在爐身下部,按高爐工作高度(風口中心線到爐喉上緣)計算,相當于41%-47%,這樣含鐵爐料可充分加熱和還原,確保鐵水溫度充足,渣鐵流動性好?！北敬?號高爐第2組焦裝完后,含鐵原料初始裝入位置在爐腰以上4m位置。按照1號高爐的重爐型尺寸計算,含鐵原料的起始位置占高爐工作高度的41.79%,符合41%-47%的經(jīng)驗范圍。另外,控制從第3組料的實際裝入位置,不但可以確保實際裝入總批數(shù)和理論計算總批數(shù)的誤差,還可以精確控制全爐實際焦炭負荷和全爐焦比等重要參數(shù),為精準開爐奠定基礎(chǔ)。

2.4  全爐主要參數(shù)控制

開爐料的全爐主要參數(shù)包括全爐總負荷、總焦比、總渣比、爐料總裝入體積,以及全爐爐渣R2、爐渣(Al20,)、(MgO)含量等。不同的開爐方式,如全焦開爐或木頭開爐,以及開爐料的質(zhì)量、爐料結(jié)構(gòu)配比情況,甚至高爐烘爐情況等,都直接影響到全爐總參數(shù)的選擇,要根據(jù)不同的情況總結(jié)出相應的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。安鋼1號高爐開爐料全爐主要參數(shù)見表5。

3  送風參數(shù)的選擇

開爐送風參數(shù)的控制關(guān)系到高爐冶煉如何“起步”和冶煉進程如何管控。因此,開爐送風參數(shù)的制定決定了高爐“起好步”和“走得穩(wěn)”的問題。

3.1  送風比

開爐送風比是指開爐點火時的風量與高爐容積之比。小型高爐的點火送風比較高,相當部分大于1.0,而大型高爐多數(shù)在0.4~0.6,經(jīng)過安鋼幾次開爐和國內(nèi)同類型高爐開爐的實踐證明,對于超過2000 m高爐開爐時送風比在0.4-0.6是合適的。

本次1號高爐開爐送風比為0.5,即送風風量為1100mi/min。

3.2  風口數(shù)量

高爐開爐時送風風口數(shù)量的問題,國內(nèi)主要有兩種觀點:一種是全開風口開爐;二是非集中性的少量堵風口。但均不提倡集中大量堵風口開爐操作。

因為大量集中堵風口會使爐料預熱不完全情況下達到爐缸內(nèi),使本來熱量儲備較差的爐缸會熱量收入減少,熱量支出增加,導致高爐爐缸熱量不充足,出鐵時渣鐵物理熱偏低,渣鐵流動性差,甚至出現(xiàn)開爐爐缸凍結(jié)事故。

對于全開風口和非集中性少量堵風口兩種觀點,均有較多的成功開爐案例。以寶鋼為代表的企業(yè)提倡全風口開爐,可以快速均勻加熱爐缸,并有大量成功開爐的實例。國內(nèi)開爐少量堵風口成功開爐的實例也不少。

高爐進行非集中性少量堵風口開爐的,根據(jù)安鋼經(jīng)驗,原則上堵風口數(shù)量不超過總風口數(shù)量的20%。安鋼1號高爐共有28個風口,本次開爐堵5個風口(如圖2所示,黑色為堵的風口),占總風口數(shù)的17.8%。

3.3  加風進程管控

高爐送風比確定后,后續(xù)的加風速度控制與爐況恢復進程息息相關(guān),加風進程管控主要考慮以幾個方面。

(1)首次鐵時間的管控。首次鐵時間的管控不僅是送風后多長時間出鐵更合理的問題,更關(guān)的是關(guān)系到熔化的渣鐵在爐內(nèi)停留時間的長短。這個因素既是除了風溫、加濕等鼓風參數(shù)使用情況產(chǎn)生多少熱量外的問題,也是關(guān)系到這些熱量在爐內(nèi)“呆多長時間”的問題。這兩個問題關(guān)系到首次鐵[Si]含量、物理熱能否達到既定目標,能否實現(xiàn)爐溫精準控制的關(guān)鍵所在。由于這一數(shù)值理論計算難度較大,因此要根據(jù)開爐料的參數(shù)和實踐經(jīng)驗進行確定。

參照國內(nèi)及安鋼高爐開爐成功經(jīng)驗,大型高爐首次鐵出鐵時間控制在20-24h左右較為合適。安鋼3號高爐(4747 m')開爐首次鐵時間為22 h,首次鐵水[Si]為3.06% ,鐵水溫度1475 ℃,渣鐵流動性良好。因此,安鋼1號高爐首次出鐵時間確定為22-24h。

(2)首次鐵總風量和加風速度的管控。首次鐵時間確定后,可以根據(jù)首次鐵預計出鐵量,按照焦炭燃燒耗風量理論計算出首次鐵的總風量。從送風到首次出鐵,如何在這一時間段內(nèi)將累計風量合理分配好,是加風速度控制的基本原則。

首次鐵總風量的計算,牽涉到一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)的取值,對首次鐵總風量和預計出鐵量的精準性影響較大。比如爐缸孔隙度的取值,根據(jù)安鋼幾次開爐總結(jié)的經(jīng)驗,取0.25是比較合適的。根據(jù)計算,1號高爐首次出鐵累計風量計算為345萬m3,預計首次鐵出鐵量100t左右,實際開爐過程中,首次鐵時間為22h 10 min,首次鐵實際累計風量為335萬m3,鐵水[Si]為2.78%,鐵水溫度1503℃,實際出鐵量129t,與計算和預設的數(shù)據(jù)基本相符。

關(guān)于加風速度的控制,一是要嚴格按照加風計劃執(zhí)行,不可因為爐況進程比較順利而加風過快,防止含鐵原料過早進入爐缸,吸收熱量,造成爐缸溫度不足;二是要兼顧到軟熔帶形成的時間,軟熔帶形成一般送風后在6-12h,在加風計劃安排時要在此階段緩慢加風(如圖3所示),避讓此階段出現(xiàn)爐況波動:

三是上限風量的確定要考慮到風速和鼓風動能問題。開爐料因為焦炭負荷較輕,礦批較小,因此上限風量要考慮到風速和鼓風動能的合理,為了保障爐況恢復過程中煤氣流的穩(wěn)定,原則上實際風速要比正常生產(chǎn)小一些,本次1號高爐開爐實際風速按照不大于230m/s控制,較正常生產(chǎn)時低20 m/s以上。

(3)關(guān)于加濕的使用,高爐開爐過程中是否使用加濕一直是比較有爭議的話題,一種觀點認為開爐過程爐內(nèi)本來熱量嚴重不足,加濕會給開爐帶來不利影響,特別是目前大多數(shù)高爐是煤氣干法除塵系統(tǒng),加濕對干法除塵箱體使用影響較大;另一種是以寶鋼為代表的企業(yè),在開爐時使用加濕也取得較好的開好效果。

綜合分析開爐使用加濕,主要有以下兩方面的考慮:一是使用加濕增加了一個開爐過程中的調(diào)劑手段,特別是在調(diào)劑風口前理論燃燒溫度方面更加方便,更有利于合理控制,通過加濕的調(diào)整,可以減少風溫的調(diào)整幅度,穩(wěn)定風溫使用水平,促使高爐爐況恢復順利;二是使用加濕為進一步提高風溫的使用水平提供條件,而提高風溫更利于提高爐缸顯熱易于提高第一次鐵的物理熱和改善渣鐵流動性。由于加濕壓力的原因,本次1號高爐開爐過程中使用加濕量較小,基本保持在10~15g/m',風溫水平如圖4所示。

4  結(jié)語

(1)開爐使用的各種原燃料、熔劑輔料等化成分的準確,以及堆比重、壓縮率等物理參數(shù)的準確性是開爐計算的基礎(chǔ)。開爐料合理壓縮率的選擇,關(guān)系到裝料的精準性和全爐參數(shù)的準確性。

(2)裝料過程中,要對每組或每批料裝入實際料線和理論料線進行核對和校正,以確保裝料的準確和裝料位置的精確。

(3)無論是枕木開爐還是全焦開爐,全爐總焦比、總渣比、全爐爐渣堿度和成分等全爐參數(shù),根據(jù)不同的原燃料條件和工況,都有相對合理的經(jīng)驗數(shù)值,取值要科學合理,這是實現(xiàn)精準開爐的保障。

(4)開爐料中含鐵原料裝入的初始位置,以及達到爐缸的時間(即加風速度控制)和首次鐵出鐵時間的把控(即首次鐵累計總風量)是實現(xiàn)高爐精準開爐的重要因素,要進行重點研究和探索。

(5)關(guān)于全風口開爐還是堵風口開爐,以及開爐過程中是否使用加濕等問題,均有大量成功案例,可揚長避短,促進開爐實現(xiàn)精準控制。

5  參考文獻

[1]  方 文.高爐定量化精細化開封爐技術(shù)及其應用[J].鋼鐵研究,2017,45 (2) :4-10.

[2] 劉云彩,高爐開爐的幾個問題[J].煉鐵,2014.33(2):1-3.