莫朝興  唐志宏  黃海鋒  李  迅

(柳州鋼鐵股份有限公司)

摘  要  近年來柳鋼高爐的運行狀況不太理想,爐況不穩(wěn)定,爐內走料不均、偏尺,甚至出現(xiàn)管道以及懸料、塌料現(xiàn)象。分析認為這是高爐爐型不規(guī)則、不穩(wěn)定所致,通過采取改善操作爐型、加強原燃料管理、優(yōu)化高爐操作、強化設備管理等措施,操作爐型逐漸合理化,高爐技術經(jīng)濟指標得到突破性的改善。2017年柳鋼生鐵年產(chǎn)量首次突破1150萬T,在產(chǎn)量不斷創(chuàng)新高的同時,煤比不斷提高,并且燃料比不斷下降,12月均值520kg/t。

關鍵詞    高爐  操作爐型  原燃料 高產(chǎn)  燃料比 休風率

柳鋼目前擁有1座2650 m3、1座2000 m3、3座1500 m3和1座1250 m3高爐,總有效爐容12400 m',具備年產(chǎn)生鐵1150萬t的能力。近年來,柳鋼高爐運行狀況不太理想,經(jīng)常出現(xiàn)冷卻壁軟水溫差波動大、爐內下料不均、偏尺,甚至出現(xiàn)管道及懸料、塌料現(xiàn)象。針對此現(xiàn)象,通過采取多項措施,高爐實現(xiàn)了提產(chǎn)降耗的目標。

1  提產(chǎn)降耗的措施

1.1  改善操作爐型

近年來,柳鋼高爐爐況出現(xiàn)的問題,主要是操作爐型不規(guī)則不穩(wěn)定所致。改善操作爐型的中心工作就是爐型規(guī)則化,目標是“煤氣流穩(wěn)定,爐墻光潔"。

(1)爐型圓周均勻化。重點是風口長度和直徑的統(tǒng)一,以及均勻噴煤。

①風口長度和直徑統(tǒng)一。柳鋼7座高爐所使用的風口小套的規(guī)格極為混亂,長度和直徑都有多種規(guī)格,而且同一座高爐在圓周上的位置使用不同規(guī)格的小套亦極為隨意,沒有規(guī)則。主要原因是每座高爐的小套備件規(guī)格多,且每種規(guī)格備件數(shù)量不多在同時更換較多數(shù)量小套時,在規(guī)格的選擇上就沒有太多調節(jié)的余地。由于風口小套規(guī)格不同,導致了各風口送風參數(shù)極為不均勻,初始煤氣流紊亂為此,從2016年5月開始,對風口小套規(guī)格進行了統(tǒng)一管理,同座高爐只使用同一規(guī)格小套,統(tǒng)一前后尺寸對比見表1。

②均勻噴煤。由于部分高爐是由小爐容高爐改造而成,保留了許多小高爐的輔助系統(tǒng)設備。隨著冶煉技術的進步,煤比越來越高,造成噴煤槍經(jīng)常出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。煤槍的堵塞會使得各風口前的熱風壓力、鼓風動能、理論燃燒溫度等送風參數(shù)存在差異,回旋區(qū)不規(guī)則,破壞圓周上的均勺性。全部送風風口均勻噴煤,可獲得最高的氧過剩系數(shù),有利于提高煤粉的燃燒率和置換比,同時使各風口前的理論燃燒溫度趨于一致,使爐缸工作均勻,有利于好況順行"。

為減少堵槍現(xiàn)象,采取了以下措施:一是增加煤粉噴吹罐蒸汽預熱系統(tǒng)。將噴吹罐溫度保持在65-70℃,大大提高了煤粉噴吹的順暢程度,在倒罐過程中分配器壓力波動幅度由之前的250kPa除低到100kPa,噴吹罐壓力差由之前的30-40kPap低到8~15kPa,增加預熱系統(tǒng)后底部流化裝置未出現(xiàn)過板結,高爐亦未因煤粉過濕而堵槍。二是提高進口煤配比,降低國內混合煤配比。噴吹煤煤種主要有進口貧瘦煤、無煙煤、混合煤,其中進口貧瘦煤可磨性最好,噴吹順暢程度高,2017年8月將進口貧瘦煤配比提至50% ,取到良好效果,風口噴煤槍堵塞現(xiàn)象明顯減少。

(2)合理疏導氣流?；舅悸肥恰胺€(wěn)定邊沿、打開中心,穩(wěn)定中心、照顧邊沿"。

①穩(wěn)定邊沿、打開中心。我國高爐風口長度與爐缸直徑的比例見表2 [2]。一般而言,風口長度取爐缸直徑(d)的5%,而高爐強化后,風口明顯偏短。而柳鋼采用短風口目的是相對發(fā)展邊沿氣流,以改變目前各高爐爐墻不光潔、爐型不規(guī)則的現(xiàn)狀。

高爐以往經(jīng)常用的焦炭布料矩陣有C 413  383  352  322  28 1  15 2、C 413  382  352  322  28 1  15 2、C 412  382  352  322  28 1  15 2,此類矩陣對焦窗的變化過程考慮有所欠缺。焦窗在爐內下降過程中除了碳素的消耗,還由于爐身直徑越來越大,焦窗會越來越薄,而越靠近爐墻處厚度變化越劇烈,導致了在爐身中下部靠近爐墻處焦炭量極少。邊沿氣流得不到焦炭的引導,無法保證通暢穩(wěn)定,是爐墻黏結的一個重要原因。高爐將焦炭布料矩陣調整為C 414  393  362  332 301 26 1  15 2,提高了邊沿布焦量,邊沿氣流日趨穩(wěn)定,進而促進了中心氣流在中心加焦的引導下徹底打開。

②穩(wěn)定中心、照顧邊沿。在采取“爐型圓周均勻化”和“穩(wěn)定邊沿、打開中心”的措施后,邊沿氣逐漸通暢穩(wěn)定,爐墻光潔。為防止邊沿氣流過分發(fā)展,采取“穩(wěn)定中心、照顧邊沿"的措施,提高焦炭和礦石的最大布料角度,2017年,最大布料角度由原來的41°逐漸提高到43°,8月部分高爐甚至提高至44°,10月提高至45°,兩道氣流得到充分利用,煤氣利用率得到顯著提高(如圖1所示),爐況保持長期高效、穩(wěn)定。

1.2 加強原燃料管理

對高爐精料的要求,習慣用熟、凈、勻、小、穩(wěn)、少、好七個字來表達[3],柳鋼高爐以往對原燃料的與質量監(jiān)控基本以焦化廠和燒結廠的產(chǎn)品質量指標結果為主?，F(xiàn)在改變了理念,質量監(jiān)控前移,加強了焦化廠和燒結廠生產(chǎn)過程的參數(shù)及配料的監(jiān)控,根據(jù)爐況需要,及時給予針對性建議。

(1)凈。凈是要求爐料中粉料含量少。而減少爐料中粉料的一個有效手段是加強篩分工作,高爐不僅監(jiān)控好高爐料倉篩網(wǎng)的篩分效果,還加強了對焦化廠及燒結廠的成品篩監(jiān)控,提高成品篩的篩分效果,減少進入高爐料倉中的粉料量。這樣不僅減輕了料倉篩網(wǎng)的工作負荷、提高篩分效果,同時也減輕了運料皮帶的負重,有利于皮帶壽命的提高。2017年8月將焦丁篩的篩分等級從原來的8mm提高至12 mm,大大減少了粉料入爐,不僅提高了高爐料的空隙率和透氣性,同時提高了燃料利用率,高爐焦比(含焦丁)下降明顯,除塵灰固定碳含量亦明顯下降。

(2)穩(wěn)。穩(wěn)是要求爐料的化學成分和性能的穩(wěn)定,波動范圍小,爐料質量穩(wěn)定。由于焦化廠干熄；爐配備不足,經(jīng)常由于設備故障或常規(guī)檢修改出水熄焦,高爐每年都要消化大量水熄焦,最高時需配用50%。水熄焦與干熄焦在強度和水分上均有很大的差距,高爐在干熄焦、水熄焦轉換時,煤氣流及爐溫受到極大影響,特此要求在改出水熄焦時提高優(yōu)質煤的配比,以縮小與干熄焦在強度上的差距。2017年引進了武鋼2kg試驗焦爐,可更高效、省力地完成單種煤和配比方案,全年完成大量的煤焦試驗及分析,指導采購部門完成了近20個新煤種的采購,并確定了最終的配用方案,使得生產(chǎn)配比更加穩(wěn)定，2017年配煤累計更改次數(shù)比2016年減少了1次,實現(xiàn)焦炭質量改善的同時減少波動,焦炭M40較2016年上升了1.00%，M10下降了0.18%,2017年燒結礦加強配礦結構和來料質量的穩(wěn)定性,同時減少國內礦粉的配用量,料層透氣性提高,在此基礎上實行厚料層燒結(最高時達到700 mm),高溫保持時間延長,表層玻璃相比例減少,燒結礦質量持續(xù)穩(wěn)定,2017年高爐全年返礦率為12.97% ,創(chuàng)造了歷史最好水平,比2016年返礦率13.60%下降比例為4.6%。

(3)少。少是要求入爐料中的非鐵元素、燃料中的非可燃成分以及原燃料中的有害雜質含量盡可能的少。人爐料中有害雜質主要有硫、鉛、鋅、鉀、鈉等,其中最為典型的是有害金屬鉀、鈉、鋅。堿金屬鉀、鈉的危害非常大,它會導致燒結礦軟熔溫度降低、中溫還原粉化率顯著提高;球團礦膨脹性提高,甚至出現(xiàn)開裂、強度變差,產(chǎn)生二次粉末;吸附在焦炭上,侵蝕到石墨晶體內部,破壞原有層狀結構,產(chǎn)生體積膨脹,使焦炭機械強度明顯降低;在高爐內富集造成高爐中上部結瘤以及下部風口上翹、變形。而鋅在爐身上部以氣體形式滲入焦炭和礦石的孔隙中,沉積后會堵塞表面空隙,影響料柱透氣性;鋅氧化后體積膨脹會增加鐵礦石和焦炭的熱應力,提高熟料的低溫還原粉化指數(shù),降低焦炭的反應后強度。

2016年5-7月,柳鋼高爐受有害金屬危害,當時堿負荷峰值高達5.01 kg/t,鋅負荷峰值0.79 kg/t,硫負荷峰值亦高達5. 4 kg/t。降低爐渣堿度是排堿的有效方法,但硫負荷處于高位,為了保證鐵水質量,爐渣堿度未做太大的調節(jié),高爐深受堿金屬危害,爐況出現(xiàn)大面積失常,燃料比高達580kg/t,損失慘重。經(jīng)過此次爐況大面積失常后,充分認識到有害元素的危害,將堿負荷嚴格控制<3.5kg/t,鋅負荷<0.5kg/t,硫負荷<4.5kg/t

(4)好。好是要求入爐礦石的強度高,還原性、低溫還原粉化性能、荷重軟化性能,以及熱爆裂性能等冶金性能好;要求焦炭強度高,高溫性能好;噴吹煤的制粉、輸送和燃燒性能好。2017年9月,配合燒結廠進行降低Fe0試驗,燒結礦Fe0由原來8.8%左右下調到8.5%左右,其還原度得到明顯上升,且強度基本沒有變化,燒結礦轉鼓指數(shù)及低溫還原粉化率均很好的滿足了高爐的需求。2017年10月,開展降低燒結礦MgO含量工業(yè)試驗, MgO人2.05%下降到1.95%,入爐品位從之前的54.9%左右提高到了55.2%左右。2017年8月,將進口貧瘦煤配比提至50% ,噴吹煤灰分保持在11%以內, 大大提高了煤粉置換比和高爐接受能力,在煤比不斷提高的同時,燃料比也在下降。2017年8月開始，所有高爐將進口貧瘦煤配比提至50%,取到良好效果,噴吹過程輸送順暢,風口噴煤槍堵塞現(xiàn)象減少;噴吹煤灰分保持在11%以內,大大提高了煤粉置換比和高爐接受能力,在煤比不斷提高的同時,燃料比也在下降。

1.3  優(yōu)化高爐操作

(1)混料入爐?；炝先霠t指對燒結礦、球團礦、塊礦以及焦丁在槽下進行充分混勻后裝入爐內?；炝先霠t的主要效果有: ①可以有效減小界面效應,提高高爐透氣性。②提高軟熔帶均勺性。由于燒結礦、球團礦、塊礦的較熔溫度及堿度都存在很大的差異,如果各種礦石順序人爐會造成軟熔帶形狀不規(guī)則、煤氣流二次分布紊亂,不利于高爐順行,混料后可以消除此方面的弊端。③礦石與焦丁間的混料,焦丁粒度組成與礦石相近、混勻后入爐,料層“焦窗”增大,同時由于焦丁粒度比大塊焦炭粒度小,在高溫區(qū)域容易氣化、優(yōu)先參與溶損反應,減少大塊焦參與溶損反應的比例,增大死料柱焦炭平均粒度,改善料柱透氣性。④焦丁與礦石直接接觸,焦丁發(fā)生溶損產(chǎn)生的C0快速與礦石發(fā)生還原反應,提高間接還原速度,減少焦炭粉末進入爐缸的比例,提高爐缸活躍程度。

為了使得燒結礦、球團礦、塊礦以及焦丁能充分混勻、通過計算調節(jié)各稱量斗的下料斗閘門開度,使各種礦石和焦丁的放料時間相等,實現(xiàn)在皮帶上分層均勻鋪疊,最大程度地做到了均勻混料。

(2)中心加焦結合平臺漏斗。中心加焦與非中心加焦的爭論持續(xù)很久,采取何種布料模式要根據(jù)不同原燃料條件而定。當原燃料條件較好時,可采用合適的平臺加較深漏斗布料,強度好而且顆粒大的焦炭滾到中心,實現(xiàn)穩(wěn)定中心氣流,既保證倒V形軟熔帶,又能提高煤氣利用率;當原燃料條件較差時,應采取中心加焦的布料模式,中心加焦實質是向高爐中心添加適量焦炭,確保高爐內形成倒V形軟熔帶,以改善其透氣透液性,活躍爐缸,確保高爐穩(wěn)定順行。

柳鋼鑒于原燃料來源不穩(wěn)定,質量指標相對較差,尤其是焦炭M10 。高達7.0%左右,在全行業(yè)內屬于倒數(shù)水平。因此,柳鋼高爐大部分時間采取中心加焦炭的布料模式，常規(guī)的中心加焦模式中心焦炭量一般在20% -30%,中心無礦區(qū)較寬,形成上下貫通的無礦焦柱,使煤氣流通過這個焦柱未遇礦石而沒有充分發(fā)揮煤氣還原和熱交換的作用,造成煤氣的化學能和熱能沒有充分利用,燃料比偏高。高爐操作者集平臺漏斗和中心加焦之所長,采用中心加焦量較少的布料模式,常用的焦炭布料矩陣為C 434  413  382  352  321  28 1161或者C 434 413  382  352  32 1  281  162中心加焦量只有8% -15% ,形成“寬平臺+淺漏斗”的料面模式。中心區(qū)煤氣流通路得到限制,“焦柱”縱向壓差增大,從而由邊沿區(qū)到中心區(qū)的橫向壓差減小。因此,經(jīng)焦窗向上流動的煤氣流經(jīng)中間區(qū)域增大,與煤氣結合的中間區(qū)礦物增多,使得煤氣利用率上升,燃料比下降。

柳鋼多座高爐進入爐役中后期,2017年先后有3座高爐啟用釩鈦礦護爐方案,這時中心加焦就顯得尤為重要。實踐表明,只有上下部調劑放中心、抑邊沿與加釩鈦礦相結合才能達到最佳護爐效果.其中調氣流是決定性前提,加釩鈦球實質上是發(fā)揮修復爐缸的功效"中心加焦,一來可以保持中心死料柱的透液性減少鐵水環(huán)流對爐缸的沖刷;二來可以保證中心流的暢通,能有效地帶走部分有害金屬,減少在爐內循環(huán)富集進而加劇對磚襯的破壞。

4號高爐從2017年4月開始進入護爐狀態(tài),當時爐缸側壁溫度為470℃（插入炭磚深度150mm）采取合理的護爐手段后從8月起,爐缸側壁溫度控制在300℃左右,并保持著510~520kg/t的燃料比

(3)角差合理、礦焦相宜。角差合理就是布料擋位的相鄰角度相差2°-3°,由爐墻往內布料時,相鄰角差逐步遞增,最大不超過3°（中心加焦除外）礦焦相宜就是礦石布料制度和焦炭布料制度相近包括礦焦料流開度、布料角度、布料圈數(shù)相宜,達到±1的要求,中心空焦擋位1-2個。角差合理、礦焦相宜保證料面平臺更加平整,減少爐料到達料面的滾動,減少界面效應。此外,還可保證爐料的厚度到達爐身下部與爐腰交界處基本相等,保持“焦窗”的規(guī)則性。

(4)提高料罐料流閥精準度。爐頂布料設備精準布料的執(zhí)行者,布料的精準度決定于料流閥設備。柳鋼各高爐的料罐料流閥開度可調節(jié)精度為1°,根據(jù)計算及實踐操作總結出礦批每變動2t對應調節(jié)料流閥1°,焦炭為500kg對應1°,而日常操個礦批最小變動量一般為1t,焦炭為50kg,這時料流閥的精確度就顯得“無能為力”。后經(jīng)過電氣人員的不斷努力,調節(jié)精度從1°優(yōu)化到了0.5°實現(xiàn)0. 1°的精度,大大提高布料精準度,對改善高爐技術經(jīng)濟指標起到很大作用。

(5)提高富氧率。隨著高爐冶煉強化程度越來越高,對提高富氧率的需求就顯得越來越迫切體現(xiàn)在三個方面:①隨著精料水平的不斷提高，高爐可以接受更高的利用系數(shù),這時提高富氧率是一個很有效的手段;②隨著高爐操作者對爐腹煤氣量認識逐步加深,不再追求一味追求提高風量來提產(chǎn)，而是尋求一個合理的爐腹煤氣指數(shù)來降低消③強化冶煉后高爐的最佳理論燃燒溫度也越來高。

柳鋼高爐將富氧率從2017年初的2%左右逐步提高到年底的3%左右,增產(chǎn)效果明顯,而且有助于煤比的提高。此外由于富氧率的提高,爐頂N2含量減少,煤氣發(fā)熱值提高,富氧提高1% ,煤氣發(fā)熱值可提高約3.4%  ,可以有效提高熱風爐燒爐效果,而熱風溫度的提高又進而有助于煤比的提高。

1.4  強化設備管理

2017年四季度鐵廠組織開展“設備零故障攻關"活動,取得良好效果,設備故障休風率及慢風率明顯下降,全年綜合休風率0.86%、綜合慢風率0.41%,下降幅度分別為11.3%、68.7%。

2  生產(chǎn)效果

通過采取不斷改善高爐操作爐型、精料、優(yōu)化操作等措施后,爐型日趨均勻合理,爐墻光潔,煤氣分布合理,高爐順行狀況好,懸料、塌料次數(shù)目少,各項技術經(jīng)濟指標也逐漸向好。尤其是2017年三季度以后,生鐵產(chǎn)量不斷刷新記錄，2017年10-12月連續(xù)三個月月產(chǎn)量突破100萬t。

2017年在6號高爐停爐將近3個月和3座高爐釩鈦礦護爐的情況下,柳鋼生鐵年產(chǎn)量首次突破1150萬t,在產(chǎn)量不斷創(chuàng)新高的同時,煤比亦不斷提高,并且燃料比不斷下降,12月均值520kg/(見表3)、實現(xiàn)了真正意義上的提產(chǎn)降耗。

3  結語

(1)爐型均勻、爐墻光潔是高爐優(yōu)化的前提,在送風制度的調節(jié)上要充分重視圓周上的均勺性,可忽視細小的影響因素。

(2)大角度、大批重是提高煤氣利用率的有效手段,但要為其創(chuàng)造基礎條件--爐型規(guī)則、爐墻光潔。

(3)深刻領會“七分原料三分操作”的精髓,聰明的管理者應該花更多的精力放在精料上;深刻理解“穩(wěn)定邊沿、打開中心,穩(wěn)定中心、照顧邊沿”調節(jié)氣流的十六字方針,循序漸進才能穩(wěn)定氣流,提高煤氣利用率;要提高釩鈦礦護爐效果,保證足夠的中心氣流是一個有效手段。

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