占世梅

(上海梅山鋼鐵股份有限公司)

摘  要  針對(duì)梅鋼5號(hào)高爐生產(chǎn)過(guò)程中原燃料條件不穩(wěn)定的問(wèn)題,從原燃料質(zhì)量管理和高爐操作管理等方面有效對(duì)策。認(rèn)為,在原燃料方面雖然不要追求極致的精料,但需要結(jié)合自身的實(shí)際條件,在管理上做到提前策劃，保障在一定的時(shí)間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定,同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)的變化,適度提高配煤配礦成本,最終通過(guò)高爐的高效低耗來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵水成本的降低。

關(guān)鍵詞  大型高爐  原燃料  操作制度

梅鋼5號(hào)高爐(4070 m3) 2012年開(kāi)爐以來(lái),不斷強(qiáng)化冶煉操作,爐況整體順行。但在生產(chǎn)過(guò)程中,面臨的一個(gè)主要問(wèn)題就是原燃料條件不穩(wěn)定。為此,我們積極有效應(yīng)對(duì),特別是2017年通過(guò)改變配煤配礦思路,優(yōu)化高爐操作制度,實(shí)現(xiàn)了5號(hào)高爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。

1  高爐生產(chǎn)概述

(1)2013年,高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性有所欠缺,管道氣流頻發(fā),直接威脅到各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的改善。

(2)2014年,通過(guò)在上下部制度、原燃料管理、爐型管理、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等方面開(kāi)展工作,找到主要矛盾并制定有效的措施,扭轉(zhuǎn)了生產(chǎn)的被動(dòng)局面。

(3)2015年,高爐產(chǎn)量大幅提升,燃料比大幅降低。

(4)2016年,由于入爐原燃料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,經(jīng)常受外圍條件影響改變?nèi)霠t原燃料結(jié)構(gòu),每次調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)后,高爐爐況都會(huì)有不同程度的波動(dòng),導(dǎo)致技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)劣化。

(5)2017年,改變配煤配礦思路,抓住了主要矛盾,輔以上下部制度的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)了爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。

5號(hào)高爐的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

2  面臨的主要問(wèn)題

5號(hào)高爐投產(chǎn)以來(lái),面臨的一個(gè)主要問(wèn)題就是原燃料條件不穩(wěn)定。

(1)2014年8月,因青奧會(huì)焦?fàn)t限產(chǎn),燒結(jié)停機(jī)及限產(chǎn),外購(gòu)焦、球團(tuán)礦、落地?zé)Y(jié)礦用量增大,時(shí)常出現(xiàn)燒結(jié)倉(cāng)位偏低,且球團(tuán)礦品種增加,切換頻率頻繁,月度達(dá)到4到6種球團(tuán)礦,加之操作應(yīng)對(duì)不當(dāng), 不時(shí)會(huì)出現(xiàn)低爐溫情況,誘發(fā)高爐軟熔帶改變,導(dǎo)致?tīng)t墻大幅波動(dòng)。11-12月,又因冬季環(huán)保限產(chǎn),燃料結(jié)構(gòu)變化較大,外購(gòu)焦75%,球團(tuán)礦15%,塊礦15%,使用落地?zé)Y(jié)礦,導(dǎo)致?tīng)t身下部銅冷卻壁產(chǎn)生兩次大波動(dòng),只得退負(fù)荷保順行。

(2)2015年,基于降低鐵水成本的考量,以及統(tǒng)物料平衡的結(jié)果,高爐爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅度調(diào)整。下半年開(kāi)始,球團(tuán)礦比例持續(xù)減少,由10%至2%甚至停用,塊礦比例持續(xù)提升,由13%提升19%左右。因高爐產(chǎn)能較高,外購(gòu)焦比例持續(xù)提升，在應(yīng)對(duì)外部原燃料條件的變化的同時(shí),操作制度調(diào)整出現(xiàn)不匹配,導(dǎo)致?tīng)t況產(chǎn)生波動(dòng),未能長(zhǎng)期做到穩(wěn)定順行。

(3)2016年,再次受爐料結(jié)構(gòu)頻繁變化的影響，單月球團(tuán)礦切換品種達(dá)到5種。因切換頻率過(guò)高，使?fàn)t況剛適應(yīng)當(dāng)前爐料結(jié)構(gòu)的情況下,又趕上一次爐料結(jié)構(gòu)的切換,導(dǎo)致?tīng)t況波動(dòng),高爐不得不退負(fù)荷保順行。上半年,在自產(chǎn)干焦無(wú)法保證的基礎(chǔ)上，被迫提高外購(gòu)焦比例,種種原因疊加,形成惡性循環(huán);下半年,雖然提高了自產(chǎn)焦炭的比例,但焦碳質(zhì)量嚴(yán)重惡化,焦炭灰分上行明顯,降低了高爐透氣性等,劣化了焦炭的骨架作用,進(jìn)而影響產(chǎn)量與煤比提升。為了發(fā)揮產(chǎn)能,甚至刻意提高球團(tuán)礦使用比例,但未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo),反而導(dǎo)致2016年度高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下滑(見(jiàn)表1)。

3  對(duì)策

3.1  加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管理

(1)含鐵原料。2017年全面反思整個(gè)配礦思路,提前策劃,對(duì)高爐全年的用礦結(jié)構(gòu)定下基本方案。明確球團(tuán)礦使用品種及切換周期,嚴(yán)格按照制度方案執(zhí)行;對(duì)塊礦含粉率提出明確要求,通過(guò)增加離線篩分系統(tǒng),提前備足周期使用量,雨季更是重點(diǎn)監(jiān)控;對(duì)燒結(jié)礦的關(guān)鍵指標(biāo)要求進(jìn)行排序,對(duì)重點(diǎn)指標(biāo)優(yōu)先關(guān)注和保障,同時(shí)在配礦的策略上,對(duì)大料、輔料的庫(kù)存提出約束條件。

加強(qiáng)燒結(jié)配礦技術(shù)的研究。燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)均為影響燒結(jié)礦質(zhì)量的主要因素。探索梅鋼用礦結(jié)構(gòu)下的燒結(jié)液相行為規(guī)律,優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu),適度提高燒結(jié)配礦成本,而不是一味追求經(jīng)濟(jì)爐料及低成本配礦,通過(guò)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的改善來(lái)降低鐵水成本。燒結(jié)在基本滿足高爐對(duì)燒結(jié)礦成分要求的同時(shí),更加關(guān)注燒結(jié)礦的冶金性能,為高爐冶煉提供支撐。從原燃料準(zhǔn)備、燒結(jié)過(guò)程控制等方面開(kāi)展工作,燒結(jié)礦質(zhì)量得到明顯改善(見(jiàn)表2),轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達(dá)到80%以上,RDI+3.15達(dá)到70%，槽下返礦率降到10%;同時(shí),化學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng),堿度波動(dòng)范圍趨窄,基本滿足了大高爐生產(chǎn)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的需求。

2  面臨的主要問(wèn)題

5號(hào)高爐投產(chǎn)以來(lái),面臨的一個(gè)主要問(wèn)題就是原燃料條件不穩(wěn)定。

(1)2014年8月,因青奧會(huì)焦?fàn)t限產(chǎn),燒結(jié)停機(jī)及限產(chǎn),外購(gòu)焦、球團(tuán)礦、落地?zé)Y(jié)礦用量增大,時(shí)常出現(xiàn)燒結(jié)倉(cāng)位偏低,且球團(tuán)礦品種增加,切換頻率頻繁,月度達(dá)到4到6種球團(tuán)礦,加之操作應(yīng)對(duì)不當(dāng), 不時(shí)會(huì)出現(xiàn)低爐溫情況,誘發(fā)高爐軟熔帶改變,導(dǎo)致?tīng)t墻大幅波動(dòng)。11-12月,又因冬季環(huán)保限產(chǎn),燃料結(jié)構(gòu)變化較大,外購(gòu)焦75%,球團(tuán)礦15%,塊礦15%,使用落地?zé)Y(jié)礦,導(dǎo)致?tīng)t身下部銅冷卻壁產(chǎn)生兩次大波動(dòng),只得退負(fù)荷保順行。

(2)2015年,基于降低鐵水成本的考量,以及統(tǒng)物料平衡的結(jié)果,高爐爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大幅度調(diào)整。下半年開(kāi)始,球團(tuán)礦比例持續(xù)減少,由10%至2%甚至停用,塊礦比例持續(xù)提升,由13%提升19%左右。因高爐產(chǎn)能較高,外購(gòu)焦比例持續(xù)提升，在應(yīng)對(duì)外部原燃料條件的變化的同時(shí),操作制度調(diào)整出現(xiàn)不匹配,導(dǎo)致?tīng)t況產(chǎn)生波動(dòng),未能長(zhǎng)期做到穩(wěn)定順行。

(3)2016年,再次受爐料結(jié)構(gòu)頻繁變化的影響，單月球團(tuán)礦切換品種達(dá)到5種。因切換頻率過(guò)高，使?fàn)t況剛適應(yīng)當(dāng)前爐料結(jié)構(gòu)的情況下,又趕上一次爐料結(jié)構(gòu)的切換,導(dǎo)致?tīng)t況波動(dòng),高爐不得不退負(fù)荷保順行。上半年,在自產(chǎn)干焦無(wú)法保證的基礎(chǔ)上，被迫提高外購(gòu)焦比例,種種原因疊加,形成惡性循環(huán);下半年,雖然提高了自產(chǎn)焦炭的比例,但焦碳質(zhì)量嚴(yán)重惡化,焦炭灰分上行明顯,降低了高爐透氣性等,劣化了焦炭的骨架作用,進(jìn)而影響產(chǎn)量與煤比提升。為了發(fā)揮產(chǎn)能,甚至刻意提高球團(tuán)礦使用比例,但未能達(dá)到預(yù)期目標(biāo),反而導(dǎo)致2016年度高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下滑(見(jiàn)表1)。

3  對(duì)策

3.1  加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管理

(1)含鐵原料。2017年全面反思整個(gè)配礦思路,提前策劃,對(duì)高爐全年的用礦結(jié)構(gòu)定下基本方案。明確球團(tuán)礦使用品種及切換周期,嚴(yán)格按照制度方案執(zhí)行;對(duì)塊礦含粉率提出明確要求,通過(guò)增加離線篩分系統(tǒng),提前備足周期使用量,雨季更是重點(diǎn)監(jiān)控;對(duì)燒結(jié)礦的關(guān)鍵指標(biāo)要求進(jìn)行排序,對(duì)重點(diǎn)指標(biāo)優(yōu)先關(guān)注和保障,同時(shí)在配礦的策略上,對(duì)大料、輔料的庫(kù)存提出約束條件。

加強(qiáng)燒結(jié)配礦技術(shù)的研究。燒結(jié)配礦結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)均為影響燒結(jié)礦質(zhì)量的主要因素。探索梅鋼用礦結(jié)構(gòu)下的燒結(jié)液相行為規(guī)律,優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu),適度提高燒結(jié)配礦成本,而不是一味追求經(jīng)濟(jì)爐料及低成本配礦,通過(guò)高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的改善來(lái)降低鐵水成本。燒結(jié)在基本滿足高爐對(duì)燒結(jié)礦成分要求的同時(shí),更加關(guān)注燒結(jié)礦的冶金性能,為高爐冶煉提供支撐。從原燃料準(zhǔn)備、燒結(jié)過(guò)程控制等方面開(kāi)展工作,燒結(jié)礦質(zhì)量得到明顯改善(見(jiàn)表2),轉(zhuǎn)鼓指數(shù)達(dá)到80%以上,RDI+3.15達(dá)到70%，槽下返礦率降到10%;同時(shí),化學(xué)穩(wěn)定性增強(qiáng),堿度波動(dòng)范圍趨窄,基本滿足了大高爐生產(chǎn)對(duì)燒結(jié)礦質(zhì)量的需求。

燒結(jié)礦質(zhì)量的改善,為高爐工序有效降低熔劑加入量、降低渣比、改善爐內(nèi)透氣性、增加焦炭負(fù)荷提煤比創(chuàng)造了積極的條件。

2)焦炭。在梅鋼現(xiàn)有裝備條件下,在煤比未達(dá)到150kg/以上時(shí),5號(hào)高爐若要維持較高利用系數(shù)、必須配用一定比例的外購(gòu)焦(20%左右),而每逢干媳焦年修,外購(gòu)焦的比例最高達(dá)到50%。隨著外購(gòu)焦用量比例的增加,以及自產(chǎn)焦的干濕轉(zhuǎn)換,都會(huì)引起高爐爐況波動(dòng)。通過(guò)對(duì)高爐原燃料需求的認(rèn)識(shí)、堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向,進(jìn)而根據(jù)自身?xiàng)l件制訂以下兩項(xiàng)有針對(duì)性的措施

一是優(yōu)化配煤,不同容積高爐應(yīng)用不同質(zhì)量的焦炭。大型高爐需要更好的原燃料條件,小型高爐對(duì)焦炭質(zhì)量承受能力更強(qiáng)。根據(jù)這一特點(diǎn),重點(diǎn)保障大高爐的配煤結(jié)構(gòu),同時(shí)對(duì)自產(chǎn)焦炭的各項(xiàng)指標(biāo)也進(jìn)行排序,年度配煤方案根據(jù)指標(biāo)需求統(tǒng)籌策劃,尤其在2017年下半年實(shí)現(xiàn)了連續(xù)4個(gè)月焦炭灰分小于12%的實(shí)績(jī)。小高爐全部使用外購(gòu)焦和大高爐的返中焦。5號(hào)高爐近幾年使用的焦炭質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表3。

二是優(yōu)化焦炭物流組織。對(duì)現(xiàn)有焦炭堆場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,增加焦炭堆存量,同時(shí)通過(guò)接卸優(yōu)化等工作,實(shí)現(xiàn)高爐分品種使用外購(gòu)焦。適度減少大高爐中焦比例,保證大高爐的大焦入爐率,大高爐返中焦供應(yīng)給小高爐或燒結(jié)使用,總體維持焦炭物流平衡從2017用料實(shí)績(jī)來(lái)看(如圖1.2所示),全年度基本保持入爐用礦結(jié)構(gòu)的高度穩(wěn)定性,從根本上保持了入爐料綜合治金性能。在保持較高煤比的條件下,在3月前沒(méi)使用外購(gòu)焦,之后被迫使用一定比例外購(gòu)焦,但在通過(guò)保證入爐大焦比例的情況下,保持高爐的較好透氣性,維持了爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。

3.2  優(yōu)化上下部操作制度

(1)上部制度。5號(hào)高爐爐頂為并罐式設(shè)備,且主皮帶與東西料罐的連線呈68.30的夾角,加劇了爐料在料罐的偏析。通過(guò)一段時(shí)間的摸索、驗(yàn)證,最終通過(guò)調(diào)整換罐周期及溜槽換向周期,一定程度上減少了由爐料的偏析而引起的偏尺和氣流波動(dòng)。從開(kāi)爐初期至2013年底,5號(hào)高爐嘗試過(guò)多種上部制度,使用較大角度(外傾角40及以上),形成較大漏斗。但是,高爐風(fēng)量小、鼓風(fēng)動(dòng)能低于100kJ/s,操作壓差長(zhǎng)期維持在185 kPa以上,熱負(fù)荷波動(dòng)大、崩滑料多,產(chǎn)量及噴煤比等指標(biāo)差。也曾使用過(guò)小角度窄平臺(tái)(外傾角36°左右)操作,高爐表現(xiàn)為熱負(fù)荷高、管道氣流多,產(chǎn)量及噴煤比等指標(biāo)難以提升。無(wú)論是大角度還是小角度,在應(yīng)對(duì)諸多爐況不順時(shí),高爐操作者對(duì)基本的布料矩陣未能堅(jiān)守,大幅度調(diào)整布料制度,忽視了布料制度三項(xiàng)參數(shù):①爐料的起始點(diǎn)和落點(diǎn) ②料面的形狀;③徑向和周向分布的量。

2014年吸取了教訓(xùn),布料矩陣全面回歸至開(kāi)爐測(cè)料面的基本框架之內(nèi),并持續(xù)至今。

(2)下部制度。大高爐因爐缸直徑大,吹透中心、活躍爐缸的難度也明顯增加,直接表現(xiàn)在下部各項(xiàng)送風(fēng)參數(shù)上,如鼓風(fēng)動(dòng)能、風(fēng)速、風(fēng)溫、理論燃燒溫度、爐腹煤氣量等。2013年,5號(hào)高爐通過(guò)較高的風(fēng)量來(lái)活躍爐缸,嘗試擴(kuò)大風(fēng)口面積來(lái)達(dá)到穩(wěn)吹風(fēng)量的目的,但往往事與愿違。在風(fēng)口面積擴(kuò)大的同時(shí),未能在原有風(fēng)量的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)突破(實(shí)際風(fēng)速約230 m/s),反而導(dǎo)致了鼓風(fēng)動(dòng)能的降低(長(zhǎng)期不足130kJ/s),日積月累,在原燃料變差的條件下弊端立即顯現(xiàn),爐況一旦波動(dòng)就頻發(fā)管道氣流,導(dǎo)致高爐在操作上采取退負(fù)荷、撤風(fēng)溫等措施來(lái)應(yīng)對(duì),無(wú)形中又限制了鼓風(fēng)動(dòng)能,形成惡性循環(huán),被迫又從調(diào)整上部制度來(lái)應(yīng)對(duì)。

2014年,通過(guò)風(fēng)口布局的優(yōu)化調(diào)整,追求風(fēng)以鼓風(fēng)動(dòng)能大于150k/s、實(shí)際風(fēng)速大于260m/目標(biāo),輔以上部制度的配合,確定外擋角度并保持穩(wěn)定,形成了相對(duì)匹配的上下部制度。2017年,在原燃料及外圍條件的保障下,加負(fù)荷提煤比配合較高富氧率追求大風(fēng)量,既保持強(qiáng)勁的中心氣流又開(kāi)放邊沿氣流,實(shí)現(xiàn)了鼓風(fēng)動(dòng)能及風(fēng)速的突破（如圖3、4所示),在爐頂溫度保持大于100℃的前提下,實(shí)現(xiàn)了較高煤比及較高煤氣利用率,高爐利數(shù)也明顯提高,促進(jìn)了爐況長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。

3.3  推進(jìn)日常標(biāo)準(zhǔn)化操作

通過(guò)推進(jìn)日常的技術(shù)管理標(biāo)準(zhǔn)化,量化各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)整幅度和調(diào)整區(qū)間,不斷統(tǒng)計(jì)、回歸、分析，最終收窄量化控制的范圍,減少人為干預(yù)波動(dòng)。

重視和完善爐型管理,確定全爐及關(guān)鍵區(qū)域熱負(fù)荷控制范圍,建立不同產(chǎn)能規(guī)模、不同用料結(jié)構(gòu)下的氣流參數(shù)區(qū)間,做到用數(shù)據(jù)說(shuō)話。

4  結(jié)語(yǔ)

(1)大高爐在原燃料方面雖然不要追求極致的精料,但需要結(jié)合自身的實(shí)際條件,在管理上做到提前策劃,保障在一定的時(shí)間內(nèi)持續(xù)穩(wěn)定,同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)的變化,適度提高配煤配礦成本,最終通過(guò)高爐的高效低耗來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵水成本的降低。

(2)大高爐的順行需建立在爐缸的活躍和爐型的規(guī)整上,根據(jù)自身的原燃料條件,要在滿足布料基本原則的基礎(chǔ)上,尋求下部制度同上部制度的匹配, 并通過(guò)較高的鼓風(fēng)動(dòng)能和風(fēng)速實(shí)現(xiàn)兩道氣流的合理分布。

(3)高爐操作人員應(yīng)站在整個(gè)鐵前系統(tǒng)來(lái)看待高爐的穩(wěn)定順行,拓寬自己的視野,眼光向前,找到影響爐況穩(wěn)定的癥結(jié)所在,從而做到有的放矢,將不利于爐況穩(wěn)定順行的因素扼殺在萌芽狀態(tài),實(shí)現(xiàn)超前管控。