王雪峰

安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司

摘 要  結(jié)合安鋼１號(hào)髙爐第二代爐役精準(zhǔn)開(kāi)爐實(shí)踐，對(duì)影 響大型高爐精準(zhǔn)開(kāi)爐的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了探討。認(rèn)為：開(kāi)爐料 化學(xué)成分的準(zhǔn)確性，以及堆比重、壓縮率等物理參數(shù)的合理 性是精準(zhǔn)開(kāi)爐計(jì)算的基礎(chǔ) ；開(kāi)爐料裝入位置的精確性， 以 及開(kāi)爐重要參數(shù)的合理選擇是精準(zhǔn)開(kāi)爐的保障；開(kāi)爐料中含鐵原料裝入的初始位置以及加風(fēng)速度、首次鐵累計(jì)總風(fēng)量的 控制是精準(zhǔn)開(kāi)爐的重要因素。

關(guān)鍵詞   大型高爐  開(kāi)爐  開(kāi)爐料  風(fēng)量  風(fēng)速

大型高爐開(kāi)爐是一個(gè)繁雜的系統(tǒng)工程，不僅耗資巨大，且高爐開(kāi)爐過(guò)程中的控制水平往往決定了高爐的生產(chǎn)指標(biāo)、冶煉成本甚至一代爐齡。近些年，我國(guó)高爐開(kāi)爐頻繁，已積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)高爐開(kāi)爐順利。但在開(kāi)爐過(guò)程中，主要關(guān)鍵參數(shù)能做到精準(zhǔn)控制，與預(yù)計(jì)數(shù)值基本吻合的并不是很多。例如：經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)第一次鐵水［Ｓｉ］含量偏高或偏低，與預(yù)算值偏差較大；第一次渣鐵物理熱較低，流動(dòng)性差，爐前工作量大甚至影響到高爐正常恢復(fù)進(jìn)程等情況發(fā)生，嚴(yán)重影響到開(kāi)爐進(jìn)程和順利達(dá)產(chǎn)。

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

１  安鋼１號(hào)高爐開(kāi)爐簡(jiǎn)況

安鋼1號(hào)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(wàn)ｔ。此次大修高爐爐殼、框架、爐頂設(shè)備等本體主要設(shè)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(duì)風(fēng)口帶進(jìn)行了整體澆注，對(duì)爐體進(jìn)行了噴涂。1號(hào)高爐第二代爐役于2018年3月24日點(diǎn)火開(kāi)爐。通過(guò)開(kāi)爐主要參數(shù)的合理選擇、開(kāi)爐料裝入位置的精確控制、送風(fēng)后高爐主要操作參數(shù)的合理選擇，以及第一次出鐵時(shí)間的合理管控等，高爐實(shí)現(xiàn)了安全、順利、精準(zhǔn)開(kāi)爐。開(kāi)爐首次鐵累計(jì)風(fēng)量、首次鐵出鐵時(shí)間、首次鐵量，以及鐵水［Ｓｉ］含量等各項(xiàng)主要參數(shù)基本達(dá)到預(yù)定數(shù)值。第一次出鐵鐵水溫度1503℃，渣鐵流動(dòng)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(kāi)爐料的裝入

高爐大修后經(jīng)過(guò)烘爐和氣密性及耐壓試驗(yàn)后，具備裝入開(kāi)爐料的條件。開(kāi)爐料的計(jì)算和選擇對(duì)高爐開(kāi)爐至關(guān)重要，直接關(guān)系到開(kāi)爐的順利和主要參數(shù)的精準(zhǔn)程度。高爐開(kāi)爐后,第一次鐵水[Si]和物理熱,雖然無(wú)法經(jīng)過(guò)理論計(jì)算進(jìn)行有效管控,但經(jīng)過(guò)多次開(kāi)爐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)后,合理的開(kāi)爐料計(jì)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(dá)到爐缸的時(shí)間(即加風(fēng)速度的控制),以及鐵水在爐缸存留的時(shí)間(首次鐵累計(jì)風(fēng)量的控制),對(duì)第一次鐵水[Si]和物理熱有較大的影響。

2.1  開(kāi)爐料成分和堆比重

開(kāi)爐料成分準(zhǔn)確是計(jì)算準(zhǔn)確的基礎(chǔ),因此各種開(kāi)爐料在入爐之前要做好檢化驗(yàn)工作,使開(kāi)爐料化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)具有代表性;各種物料的堆比重?cái)?shù)據(jù)影響到開(kāi)爐料的實(shí)際體積和數(shù)量,從而影響到全爐負(fù)荷、全爐爐渣藏度等重要參數(shù)的準(zhǔn)確性,入爐前要對(duì)開(kāi)爐料的堆比重參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量。

2.2  壓縮率

爐料合理壓縮率的選擇同樣影響到開(kāi)料的裝入量和全爐重要參數(shù)的準(zhǔn)確性,安鋼1號(hào)高爐開(kāi)爐料壓縮率參照寶鋼等先進(jìn)企業(yè)的15段式爐料裝入法。開(kāi)爐料分為 15段,每段設(shè)定不同的壓縮率,摒棄原來(lái)小高爐采用的相對(duì)粗略的5段式爐料裝入法,使?fàn)t料的裝入更加準(zhǔn)確,最終裝入料批數(shù)和預(yù)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(jiàn)表1。

2.3  裝入位置

安鋼1號(hào)高爐爐型尺寸和各部位容積分別見(jiàn)表2和表3。

開(kāi)爐料的裝入情況:安鋼1號(hào)高爐開(kāi)爐采用爐缸裝木頭開(kāi)爐,為了節(jié)約木材,裝入的木頭全部為公司鐵路運(yùn)輸部門(mén)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(fēng)口大套上沿平齊;最后再裝入正常開(kāi)爐料至正常料線(配料表按照料線1.5 m 計(jì)算,實(shí)際開(kāi)爐料裝入料線為2m送風(fēng)點(diǎn)火),高爐開(kāi)爐料配料表(木頭以上爐容)見(jiàn)表4。

按照配料表裝入開(kāi)爐料,根據(jù)爐料的裝入體積,可以理論計(jì)算出每組料或每批料的裝入位置(即每批料裝入后相對(duì)應(yīng)的料線深度),在裝料過(guò)程中并要進(jìn)行實(shí)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(jìn)行料線校對(duì)。若發(fā)現(xiàn)實(shí)際料線比理論料線深時(shí),說(shuō)明是由于實(shí)際焦炭水分比計(jì)算水分大,或者實(shí)際焦炭堆比較計(jì)算堆比重大等原因造成的。實(shí)際焦炭水分大會(huì)造成裝入干焦量不夠,或者是由于焦炭粒度變差而實(shí)際堆比重大,兩者都對(duì)實(shí)際的全爐焦比造成影響。

因此在第2組空焦裝完后,要及時(shí)補(bǔ)加焦炭到理論料線,這樣一是可以補(bǔ)充因水分變化或焦炭質(zhì)量變差而造成實(shí)際干焦裝入量不足,二是修正第2組料的實(shí)際裝入位置到理論計(jì)算的位置,更加精準(zhǔn)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(duì)高爐的精準(zhǔn)開(kāi)爐至關(guān)重要。文獻(xiàn)[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(fēng)口中心線到爐喉上緣)計(jì)算,相當(dāng)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(dòng)性好?！北敬?號(hào)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(hào)高爐的重爐型尺寸計(jì)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(yàn)范圍。另外,控制從第3組料的實(shí)際裝入位置,不但可以確保實(shí)際裝入總批數(shù)和理論計(jì)算總批數(shù)的誤差,還可以精確控制全爐實(shí)際焦炭負(fù)荷和全爐焦比等重要參數(shù),為精準(zhǔn)開(kāi)爐奠定基礎(chǔ)。

2.4  全爐主要參數(shù)控制

開(kāi)爐料的全爐主要參數(shù)包括全爐總負(fù)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(kāi)爐方式,如全焦開(kāi)爐或木頭開(kāi)爐,以及開(kāi)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(yīng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。安鋼1號(hào)高爐開(kāi)爐料全爐主要參數(shù)見(jiàn)表5。

3  送風(fēng)參數(shù)的選擇

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

3.1  送風(fēng)比

開(kāi)爐送風(fēng)比是指開(kāi)爐點(diǎn)火時(shí)的風(fēng)量與高爐容積之比。小型高爐的點(diǎn)火送風(fēng)比較高,相當(dāng)部分大于1.0,而大型高爐多數(shù)在0.4~0.6,經(jīng)過(guò)安鋼幾次開(kāi)爐和國(guó)內(nèi)同類型高爐開(kāi)爐的實(shí)踐證明,對(duì)于超過(guò)2000 m高爐開(kāi)爐時(shí)送風(fēng)比在0.4-0.6是合適的。

本次1號(hào)高爐開(kāi)爐送風(fēng)比為0.5,即送風(fēng)風(fēng)量為1100mi/min。

3.2  風(fēng)口數(shù)量

高爐開(kāi)爐時(shí)送風(fēng)風(fēng)口數(shù)量的問(wèn)題,國(guó)內(nèi)主要有兩種觀點(diǎn):一種是全開(kāi)風(fēng)口開(kāi)爐;二是非集中性的少量堵風(fēng)口。但均不提倡集中大量堵風(fēng)口開(kāi)爐操作。

因?yàn)榇罅考卸嘛L(fēng)口會(huì)使?fàn)t料預(yù)熱不完全情況下達(dá)到爐缸內(nèi),使本來(lái)熱量?jī)?chǔ)備較差的爐缸會(huì)熱量收入減少,熱量支出增加,導(dǎo)致高爐爐缸熱量不充足,出鐵時(shí)渣鐵物理熱偏低,渣鐵流動(dòng)性差,甚至出現(xiàn)開(kāi)爐爐缸凍結(jié)事故。

對(duì)于全開(kāi)風(fēng)口和非集中性少量堵風(fēng)口兩種觀點(diǎn),均有較多的成功開(kāi)爐案例。以寶鋼為代表的企業(yè)提倡全風(fēng)口開(kāi)爐,可以快速均勻加熱爐缸,并有大量成功開(kāi)爐的實(shí)例。國(guó)內(nèi)開(kāi)爐少量堵風(fēng)口成功開(kāi)爐的實(shí)例也不少。

高爐進(jìn)行非集中性少量堵風(fēng)口開(kāi)爐的,根據(jù)安鋼經(jīng)驗(yàn),原則上堵風(fēng)口數(shù)量不超過(guò)總風(fēng)口數(shù)量的20%。安鋼1號(hào)高爐共有28個(gè)風(fēng)口,本次開(kāi)爐堵5個(gè)風(fēng)口(如圖2所示,黑色為堵的風(fēng)口),占總風(fēng)口數(shù)的17.8%。

3.3  加風(fēng)進(jìn)程管控

高爐送風(fēng)比確定后,后續(xù)的加風(fēng)速度控制與爐況恢復(fù)進(jìn)程息息相關(guān),加風(fēng)進(jìn)程管控主要考慮以幾個(gè)方面。

(1)首次鐵時(shí)間的管控。首次鐵時(shí)間的管控不僅是送風(fēng)后多長(zhǎng)時(shí)間出鐵更合理的問(wèn)題,更關(guān)的是關(guān)系到熔化的渣鐵在爐內(nèi)停留時(shí)間的長(zhǎng)短。這個(gè)因素既是除了風(fēng)溫、加濕等鼓風(fēng)參數(shù)使用情況產(chǎn)生多少熱量外的問(wèn)題,也是關(guān)系到這些熱量在爐內(nèi)“呆多長(zhǎng)時(shí)間”的問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題關(guān)系到首次鐵[Si]含量、物理熱能否達(dá)到既定目標(biāo),能否實(shí)現(xiàn)爐溫精準(zhǔn)控制的關(guān)鍵所在。由于這一數(shù)值理論計(jì)算難度較大,因此要根據(jù)開(kāi)爐料的參數(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。

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

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

首次鐵總風(fēng)量的計(jì)算,牽涉到一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的取值,對(duì)首次鐵總風(fēng)量和預(yù)計(jì)出鐵量的精準(zhǔn)性影響較大。比如爐缸孔隙度的取值,根據(jù)安鋼幾次開(kāi)爐總結(jié)的經(jīng)驗(yàn),取0.25是比較合適的。根據(jù)計(jì)算,1號(hào)高爐首次出鐵累計(jì)風(fēng)量計(jì)算為345萬(wàn)m3,預(yù)計(jì)首次鐵出鐵量100t左右,實(shí)際開(kāi)爐過(guò)程中,首次鐵時(shí)間為22h 10 min,首次鐵實(shí)際累計(jì)風(fēng)量為335萬(wàn)m3,鐵水[Si]為2.78%,鐵水溫度1503℃,實(shí)際出鐵量129t,與計(jì)算和預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)基本相符。

關(guān)于加風(fēng)速度的控制,一是要嚴(yán)格按照加風(fēng)計(jì)劃執(zhí)行,不可因?yàn)闋t況進(jìn)程比較順利而加風(fēng)過(guò)快,防止含鐵原料過(guò)早進(jìn)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(shí)間,軟熔帶形成一般送風(fēng)后在6-12h,在加風(fēng)計(jì)劃安排時(shí)要在此階段緩慢加風(fēng)(如圖3所示),避讓此階段出現(xiàn)爐況波動(dòng):

三是上限風(fēng)量的確定要考慮到風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能問(wèn)題。開(kāi)爐料因?yàn)榻固控?fù)荷較輕,礦批較小,因此上限風(fēng)量要考慮到風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能的合理,為了保障爐況恢復(fù)過(guò)程中煤氣流的穩(wěn)定,原則上實(shí)際風(fēng)速要比正常生產(chǎn)小一些,本次1號(hào)高爐開(kāi)爐實(shí)際風(fēng)速按照不大于230m/s控制,較正常生產(chǎn)時(shí)低20 m/s以上。

(3)關(guān)于加濕的使用,高爐開(kāi)爐過(guò)程中是否使用加濕一直是比較有爭(zhēng)議的話題,一種觀點(diǎn)認(rèn)為開(kāi)爐過(guò)程爐內(nèi)本來(lái)熱量嚴(yán)重不足,加濕會(huì)給開(kāi)爐帶來(lái)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(duì)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(kāi)爐時(shí)使用加濕也取得較好的開(kāi)好效果。

綜合分析開(kāi)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(gè)開(kāi)爐過(guò)程中的調(diào)劑手段,特別是在調(diào)劑風(fēng)口前理論燃燒溫度方面更加方便,更有利于合理控制,通過(guò)加濕的調(diào)整,可以減少風(fēng)溫的調(diào)整幅度,穩(wěn)定風(fēng)溫使用水平,促使高爐爐況恢復(fù)順利;二是使用加濕為進(jìn)一步提高風(fēng)溫的使用水平提供條件,而提高風(fēng)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(dòng)性。由于加濕壓力的原因,本次1號(hào)高爐開(kāi)爐過(guò)程中使用加濕量較小,基本保持在10~15g/m',風(fēng)溫水平如圖4所示。

4  結(jié)語(yǔ)

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

(2)裝料過(guò)程中,要對(duì)每組或每批料裝入實(shí)際料線和理論料線進(jìn)行核對(duì)和校正,以確保裝料的準(zhǔn)確和裝料位置的精確。

(3)無(wú)論是枕木開(kāi)爐還是全焦開(kāi)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(duì)合理的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值,取值要科學(xué)合理,這是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開(kāi)爐的保障。

(4)開(kāi)爐料中含鐵原料裝入的初始位置,以及達(dá)到爐缸的時(shí)間(即加風(fēng)速度控制)和首次鐵出鐵時(shí)間的把控(即首次鐵累計(jì)總風(fēng)量)是實(shí)現(xiàn)高爐精準(zhǔn)開(kāi)爐的重要因素,要進(jìn)行重點(diǎn)研究和探索。

(5)關(guān)于全風(fēng)口開(kāi)爐還是堵風(fēng)口開(kāi)爐,以及開(kāi)爐過(guò)程中是否使用加濕等問(wèn)題,均有大量成功案例,可揚(yáng)長(zhǎng)避短,促進(jìn)開(kāi)爐實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

5  參考文獻(xiàn)

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