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(yùn)行狀況不太理想,爐況不穩(wěn)定,爐內(nèi)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(rèn)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(qiáng)原燃料管理、優(yōu)化高爐操作、強(qiáng)化設(shè)備管理等措施,操作爐型逐漸合理化,高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(shí),煤比不斷提高,并且燃料比不斷下降,12月均值520kg/t。

關(guān)鍵詞    高爐  操作爐型  原燃料 高產(chǎn)  燃料比 休風(fēng)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(yùn)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(nèi)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(xiàng)措施,高爐實(shí)現(xiàn)了提產(chǎn)降耗的目標(biāo)。

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(biāo)是“煤氣流穩(wěn)定,爐墻光潔"。

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

①風(fēng)口長度和直徑統(tǒng)一。柳鋼7座高爐所使用的風(fēng)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(shí)更換較多數(shù)量小套時(shí),在規(guī)格的選擇上就沒有太多調(diào)節(jié)的余地。由于風(fēng)口小套規(guī)格不同,導(dǎo)致了各風(fēng)口送風(fēng)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(fēng)口小套規(guī)格進(jìn)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(shè)備。隨著冶煉技術(shù)的進(jìn)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(fēng)口前的熱風(fēng)壓力、鼓風(fēng)動能、理論燃燒溫度等送風(fēng)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(fēng)風(fēng)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(shí)使各風(fēng)口前的理論燃燒溫度趨于一致,使?fàn)t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(yù)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(yù)熱系統(tǒng)后底部流化裝置未出現(xiàn)過板結(jié),高爐亦未因煤粉過濕而堵槍。二是提高進(jìn)口煤配比,降低國內(nèi)混合煤配比。噴吹煤煤種主要有進(jìn)口貧瘦煤、無煙煤、混合煤,其中進(jìn)口貧瘦煤可磨性最好,噴吹順暢程度高,2017年8月將進(jìn)口貧瘦煤配比提至50% ,取到良好效果,風(fēng)口噴煤槍堵塞現(xiàn)象明顯減少。

(2)合理疏導(dǎo)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(fēng)口長度與爐缸直徑的比例見表2 [2]。一般而言,風(fēng)口長度取爐缸直徑(d)的5%,而高爐強(qiáng)化后,風(fēng)口明顯偏短。而柳鋼采用短風(fēng)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(nèi)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(dǎo)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(dǎo),無法保證通暢穩(wěn)定,是爐墻黏結(jié)的一個(gè)重要原因。高爐將焦炭布料矩陣調(diào)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(jìn)而促進(jìn)了中心氣流在中心加焦的引導(dǎo)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(qiáng)原燃料管理

對高爐精料的要求,習(xí)慣用熟、凈、勻、小、穩(wěn)、少、好七個(gè)字來表達(dá)[3],柳鋼高爐以往對原燃料的與質(zhì)量監(jiān)控基本以焦化廠和燒結(jié)廠的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)結(jié)果為主?，F(xiàn)在改變了理念,質(zhì)量監(jiān)控前移,加強(qiáng)了焦化廠和燒結(jié)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(shí)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(gè)有效手段是加強(qiáng)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(qiáng)了對焦化廠及燒結(jié)廠的成品篩監(jiān)控,提高成品篩的篩分效果,減少進(jìn)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(fù)荷、提高篩分效果,同時(shí)也減輕了運(yùn)料皮帶的負(fù)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(shí)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(xué)成分和性能的穩(wěn)定,波動范圍小,爐料質(zhì)量穩(wěn)定。由于焦化廠干熄；爐配備不足,經(jīng)常由于設(shè)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(shí)需配用50%。水熄焦與干熄焦在強(qiáng)度和水分上均有很大的差距,高爐在干熄焦、水熄焦轉(zhuǎn)換時(shí),煤氣流及爐溫受到極大影響,特此要求在改出水熄焦時(shí)提高優(yōu)質(zhì)煤的配比,以縮小與干熄焦在強(qiáng)度上的差距。2017年引進(jìn)了武鋼2kg試驗(yàn)焦?fàn)t,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(yàn)及分析,指導(dǎo)采購部門完成了近20個(gè)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(jì)更改次數(shù)比2016年減少了1次,實(shí)現(xiàn)焦炭質(zhì)量改善的同時(shí)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(jié)礦加強(qiáng)配礦結(jié)構(gòu)和來料質(zhì)量的穩(wěn)定性,同時(shí)減少國內(nèi)礦粉的配用量,料層透氣性提高,在此基礎(chǔ)上實(shí)行厚料層燒結(jié)(最高時(shí)達(dá)到700 mm),高溫保持時(shí)間延長,表層玻璃相比例減少,燒結(jié)礦質(zhì)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(zhì)含量盡可能的少。人爐料中有害雜質(zhì)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(dǎo)致燒結(jié)礦軟熔溫度降低、中溫還原粉化率顯著提高;球團(tuán)礦膨脹性提高,甚至出現(xiàn)開裂、強(qiáng)度變差,產(chǎn)生二次粉末;吸附在焦炭上,侵蝕到石墨晶體內(nèi)部,破壞原有層狀結(jié)構(gòu),產(chǎn)生體積膨脹,使焦炭機(jī)械強(qiáng)度明顯降低;在高爐內(nèi)富集造成高爐中上部結(jié)瘤以及下部風(fēng)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(yīng)力,提高熟料的低溫還原粉化指數(shù),降低焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度。

2016年5-7月,柳鋼高爐受有害金屬危害,當(dāng)時(shí)堿負(fù)荷峰值高達(dá)5.01 kg/t,鋅負(fù)荷峰值0.79 kg/t,硫負(fù)荷峰值亦高達(dá)5. 4 kg/t。降低爐渣堿度是排堿的有效方法,但硫負(fù)荷處于高位,為了保證鐵水質(zhì)量,爐渣堿度未做太大的調(diào)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(dá)580kg/t,損失慘重。經(jīng)過此次爐況大面積失常后,充分認(rèn)識到有害元素的危害,將堿負(fù)荷嚴(yán)格控制<3.5kg/t,鋅負(fù)荷<0.5kg/t,硫負(fù)荷<4.5kg/t

(4)好。好是要求入爐礦石的強(qiáng)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(qiáng)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(jié)廠進(jìn)行降低Fe0試驗(yàn),燒結(jié)礦Fe0由原來8.8%左右下調(diào)到8.5%左右,其還原度得到明顯上升,且強(qiáng)度基本沒有變化,燒結(jié)礦轉(zhuǎn)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(jié)礦MgO含量工業(yè)試驗(yàn), 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(jìn)口貧瘦煤配比提至50% ,噴吹煤灰分保持在11%以內(nèi), 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(shí),燃料比也在下降。2017年8月開始，所有高爐將進(jìn)口貧瘦煤配比提至50%,取到良好效果,噴吹過程輸送順暢,風(fēng)口噴煤槍堵塞現(xiàn)象減少;噴吹煤灰分保持在11%以內(nèi),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(shí),燃料比也在下降。

1.3  優(yōu)化高爐操作

(1)混料入爐。混料入爐指對燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦以及焦丁在槽下進(jìn)行充分混勻后裝入爐內(nèi)?；炝先霠t的主要效果有: ①可以有效減小界面效應(yīng),提高高爐透氣性。②提高軟熔帶均勺性。由于燒結(jié)礦、球團(tuán)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(shí)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(yīng),減少大塊焦參與溶損反應(yīng)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(yīng),提高間接還原速度,減少焦炭粉末進(jìn)入爐缸的比例,提高爐缸活躍程度。

為了使得燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦以及焦丁能充分混勻、通過計(jì)算調(diào)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(shí)間相等,實(shí)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(jié)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(dāng)原燃料條件較好時(shí),可采用合適的平臺加較深漏斗布料,強(qiáng)度好而且顆粒大的焦炭滾到中心,實(shí)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(dāng)原燃料條件較差時(shí),應(yīng)采取中心加焦的布料模式,中心加焦實(shí)質(zhì)是向高爐中心添加適量焦炭,確保高爐內(nèi)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(zhì)量指標(biāo)相對較差,尤其是焦炭M10 。高達(dá)7.0%左右,在全行業(yè)內(nèi)屬于倒數(shù)水平。因此,柳鋼高爐大部分時(shí)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(gè)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(xué)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(jié)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(jìn)入爐役中后期,2017年先后有3座高爐啟用釩鈦礦護(hù)爐方案,這時(shí)中心加焦就顯得尤為重要。實(shí)踐表明,只有上下部調(diào)劑放中心、抑邊沿與加釩鈦礦相結(jié)合才能達(dá)到最佳護(hù)爐效果.其中調(diào)氣流是決定性前提,加釩鈦球?qū)嵸|(zhì)上是發(fā)揮修復(fù)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(nèi)循環(huán)富集進(jìn)而加劇對磚襯的破壞。

4號高爐從2017年4月開始進(jìn)入護(hù)爐狀態(tài),當(dāng)時(shí)爐缸側(cè)壁溫度為470℃（插入炭磚深度150mm）采取合理的護(hù)爐手段后從8月起,爐缸側(cè)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(nèi)布料時(shí),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(dá)到±1的要求,中心空焦擋位1-2個(gè)。角差合理、礦焦相宜保證料面平臺更加平整,減少爐料到達(dá)料面的滾動,減少界面效應(yīng)。此外,還可保證爐料的厚度到達(dá)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(zhǔn)度。爐頂布料設(shè)備精準(zhǔn)布料的執(zhí)行者,布料的精準(zhǔn)度決定于料流閥設(shè)備。柳鋼各高爐的料罐料流閥開度可調(diào)節(jié)精度為1°,根據(jù)計(jì)算及實(shí)踐操作總結(jié)出礦批每變動2t對應(yīng)調(diào)節(jié)料流閥1°,焦炭為500kg對應(yīng)1°,而日常操個(gè)礦批最小變動量一般為1t,焦炭為50kg,這時(shí)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(diào)節(jié)精度從1°優(yōu)化到了0.5°實(shí)現(xiàn)0. 1°的精度,大大提高布料精準(zhǔn)度,對改善高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)起到很大作用。

(5)提高富氧率。隨著高爐冶煉強(qiáng)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(gè)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(shí)提高富氧率是一個(gè)很有效的手段;②隨著高爐操作者對爐腹煤氣量認(rèn)識逐步加深,不再追求一味追求提高風(fēng)量來提產(chǎn)，而是尋求一個(gè)合理的爐腹煤氣指數(shù)來降低消③強(qiáng)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(fēng)爐燒爐效果,而熱風(fēng)溫度的提高又進(jìn)而有助于煤比的提高。

1.4  強(qiáng)化設(shè)備管理

2017年四季度鐵廠組織開展“設(shè)備零故障攻關(guān)"活動,取得良好效果,設(shè)備故障休風(fēng)率及慢風(fēng)率明顯下降,全年綜合休風(fēng)率0.86%、綜合慢風(fēng)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(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)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(gè)月月產(chǎn)量突破100萬t。

2017年在6號高爐停爐將近3個(gè)月和3座高爐釩鈦礦護(hù)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(shí),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(shí)現(xiàn)了真正意義上的提產(chǎn)降耗。

3  結(jié)語

(1)爐型均勻、爐墻光潔是高爐優(yōu)化的前提,在送風(fēng)制度的調(diào)節(jié)上要充分重視圓周上的均勺性,可忽視細(xì)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(chǔ)條件--爐型規(guī)則、爐墻光潔。

(3)深刻領(lǐng)會“七分原料三分操作”的精髓,聰明的管理者應(yīng)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(diào)節(jié)氣流的十六字方針,循序漸進(jìn)才能穩(wěn)定氣流,提高煤氣利用率;要提高釩鈦礦護(hù)爐效果,保證足夠的中心氣流是一個(gè)有效手段。

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