陳生利   張怡偉

（寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司）

摘  要  通過1050m3高爐富氧率由1.8%提高至3.5%的攻關(guān)實(shí)踐，總結(jié)出高爐提高富氧率后爐況及高爐指標(biāo)的變化特點(diǎn)以及高護(hù)操作制度的變化規(guī)律。高爐強(qiáng)化治煉后對原料質(zhì)量指標(biāo)有更高要求。攻關(guān)實(shí)踐為1050m3級高爐實(shí)施大富氧技術(shù)提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞  高爐  富氧  強(qiáng)化冶煉

寶武集團(tuán)廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司6號高爐，有效容積1050m3，爐底采用陶瓷杯加莫來石墊底層，爐缸鋪設(shè)4層微孔碳磚的砌筑工藝，設(shè)置20個(gè)風(fēng)口，爐體采用鑄鋼加鑄鐵冷卻壁結(jié)構(gòu)，單出鐵場雙鐵口出鐵模式，采用料車上料，三座頂燃式熱風(fēng)爐，設(shè)計(jì)風(fēng)溫可達(dá)1200℃。高爐于2015年4月投產(chǎn)，投產(chǎn)后生產(chǎn)指標(biāo)不斷優(yōu)化，直至2016年，高爐未實(shí)施大富氧率操作，全年平均富氧率1.5%，高爐入爐風(fēng)量2300m3/mn，高爐順行狀態(tài)良好，各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)在同類型高爐達(dá)到中等水平。

為了探索大富氧強(qiáng)化冶煉技術(shù)，在入爐生礦比例高達(dá)23%的冶煉條件下，于2017年1月開始在高爐實(shí)施提高富氧率攻關(guān)實(shí)踐，富氧率從1.8%逐步提高至3.5%隨著富氧率的提高，高爐內(nèi)氣流分布及各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生了變化，高爐操作制度亦做了相應(yīng)的改變。

1  富氧率提高對高爐冶煉的影響

1.1  高爐利用系數(shù)

隨著高爐富氧率的提高，變化最大的是高爐有效容積利用系數(shù)。從理論上分析，在1m3入爐風(fēng)量的條件下，富氧率提高1%，可多燃燒碳素4.76%，相當(dāng)于高爐產(chǎn)量提高4.76%，這只是理論值，實(shí)際產(chǎn)量提高幅度各有不同，如圖1所示。對于1050m3高爐，在人爐綜合品位保持不變的情況下，扣除風(fēng)量波動(dòng)的影響，富氧率提高1%，增加產(chǎn)量1.3%~1.8%。對于相同容積的高爐，當(dāng)產(chǎn)能增加到一定程度后，富氧率進(jìn)一步提高，極易導(dǎo)致高爐爐況不順，增產(chǎn)效果從而逐漸降低。

1.2  風(fēng)口理論燃燒溫度

高爐富氧率增加后，高爐鼓風(fēng)中氧氣含量增加，氮?dú)鉂舛冉档停瑔挝簧F產(chǎn)生的煤氣量減少，單位時(shí)間內(nèi)高爐燃燒焦炭量增加。在高爐噴吹煤比不變的情況下，富氧率提高，爐缸理論燃燒溫度升高，爐身與爐頂溫度降低[1]。本高爐生產(chǎn)實(shí)踐證明，風(fēng)口理論燃燒溫度控制在2150~2250℃較適宜，超過2300℃時(shí)，高溫區(qū)上移，產(chǎn)生的SiO揮發(fā)，致爐身上部重新凝結(jié)，嚴(yán)重影響高爐料柱透氣性，破壞高爐順行。風(fēng)口理論燃燒溫度過低，爐缸熱量不足，長期發(fā)展，極易導(dǎo)致爐缸活躍性變差。

隨著富氧率的提高，為維持合理的理論燃燒溫度，操作上逐步提高噴煤量，煤比由140kg/t逐步提高至150kg/t。因噴煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力限制，最大噴煤比只能達(dá)到150kg/t?？紤]到這一影響因素，于2017年6月開始增加一套加濕鼓風(fēng)系統(tǒng)，確保在大氣濕度過低季節(jié)，控制好理論燃燒溫度。

圖1  富氧率與高爐利用系數(shù)關(guān)系

1.3  入爐焦比 

提高富氧率，對高爐焦比的影響不能一概而論，一方面，提高富氧率后，煤氣中CO濃度增加，還原能力增強(qiáng)，有助于間接還原的發(fā)展。另一方面，富氧率提高后，噸鐵風(fēng)耗降低，導(dǎo)致鼓風(fēng)帶熱量減少，對降低焦比不利。根據(jù)國內(nèi)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，對于礦石還原性差，風(fēng)溫較低，富氧量偏少時(shí)，有利于熱能改善，從而降低焦比；對于礦石還原性好，入爐風(fēng)溫高，富氧

率偏高時(shí)，熱風(fēng)帶入的熱量降低，有可能導(dǎo)致焦比升高[2]。本次提高富氧攻關(guān)實(shí)踐中，焦比未出現(xiàn)明顯降低，甚至在富氧率為3.0%階段時(shí)，因氣流變化，煤氣利用率降低近1.0%，焦比出現(xiàn)升高。

1.4  風(fēng)口回旋區(qū)及煤氣分布

高爐冶煉通常是通過控制風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能來維持合理的煤氣流分布。在風(fēng)量保持不變的情況下，富氧量提高，爐腹煤氣量增加。富氧量提高后，爐缸煤氣量減少。這兩方面原因?qū)е嘛L(fēng)口回旋區(qū)縮短，使煤氣流初始分布向邊緣發(fā)展[2]。在富氧率逐步提高過程中，邊緣煤氣流指數(shù)有明顯的升高表現(xiàn)，中心氣流逐步減弱。

針對前述提到的風(fēng)口回旋區(qū)縮短煤氣流邊緣發(fā)展現(xiàn)象，于2017年4月利用休風(fēng)機(jī)會調(diào)整風(fēng)口布局，將風(fēng)口面積由0.2147m2縮小至0.2141m2，7月份再次縮小至0.208m2。通過風(fēng)口進(jìn)風(fēng)面積的調(diào)整，高爐鼓風(fēng)動(dòng)能基本控制在75kJ/s左右，風(fēng)速維持在245m/s左右，邊緣氣流指數(shù)與中心氣流指數(shù)逐步恢復(fù)攻關(guān)前水平。

2  高爐工藝操作調(diào)整情況

2.1  上部裝料度 

富氧率提高后，高爐下料速度加快，起初階段，隨著富氧率的提高，加上爐內(nèi)氣流分布變化，高爐煤氣利用率逐步降低，由初期的47.5%逐步降低至40%。為進(jìn)一步優(yōu)化高爐煤氣利用率，爐礦批逐步由33.66t增加至34.99t。同時(shí)，布料制度也做了相應(yīng)的調(diào)整，采取壓制邊緣氣流的布料制度，見表1。

表1  高爐料制調(diào)整記錄

2.2  爐外出渣鐵制度調(diào)整

提高富氧率，高爐產(chǎn)能得到了大幅度提升。對于1050m3級高爐來說，單鐵口間隔性出鐵已經(jīng)無法滿足高爐日產(chǎn)3450t以上的工藝要求。在爐次出鐵間隔達(dá)50min的情況下，打開鐵口前爐內(nèi)憋渣鐵現(xiàn)象嚴(yán)重，出鐵后期與出鐵前，風(fēng)壓由正常的5kPa升高到20kPa。在長時(shí)間無法及時(shí)出干凈渣鐵的情況下，爐缸活躍性變差，出鐵過程中鐵水溫度波動(dòng)達(dá)到40℃，鐵水含硅波動(dòng)達(dá)0.2%，鑒于此現(xiàn)象，6月份開始實(shí)施雙鐵口輪流出鐵，爐次出鐵間隔時(shí)間逐步縮短至40min。通過優(yōu)化爐外出渣鐵制度，爐缸渣鐵生成得到了及時(shí)排放，爐內(nèi)氣流穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。

2.3入爐原料質(zhì)量控制

富氧率在1.8%左右時(shí)，高爐日產(chǎn)3100t水平，此階段，焦炭熱強(qiáng)度指標(biāo)CSR維持在63%-65%，完全滿足工藝要求。在高爐提富氧率過程中，由于焦炭質(zhì)量特別是焦炭熱強(qiáng)度未引起重視，冶強(qiáng)增加后，燃燒焦炭速度加快，爐內(nèi)滑料現(xiàn)象頻繁，通常每班均有滑料現(xiàn)象。在富氧率提高至3.0%水平時(shí)，爐內(nèi)滑料現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。經(jīng)技術(shù)人員討論決定，將焦炭熱強(qiáng)度指標(biāo)提高至68%使用后效果明顯，爐內(nèi)滑料現(xiàn)象大幅度減少。

在高爐強(qiáng)化冶煉的過程中，對燒礦質(zhì)量也做了適當(dāng)?shù)奶岣?，特別是在韶鋼入爐原料Al2O3含量偏高達(dá)16%的條件下，適當(dāng)提高M(jìn)gO/ Al2O3的比值至關(guān)重要。實(shí)踐證明，燒結(jié)礦堿度控制在1.85~1.95，F(xiàn)eO含量不低于8.0%，MgO/Al2O3控制在0.45~0.5較適宜。

為了進(jìn)一步強(qiáng)化冶煉，實(shí)現(xiàn)高爐高產(chǎn)，在高Al2O3原料入爐冶煉條件下，需要特別關(guān)注爐渣粘度的變化。可以通過定期做爐渣粘度實(shí)驗(yàn)，判斷爐渣變化情況。如發(fā)現(xiàn)爐渣粘度值升高，可采取現(xiàn)場配加中云石等方法，降低爐渣粘度，改善爐渣流動(dòng)性，確保高爐穩(wěn)定順行。

2.4  高爐長壽管理

隨著高爐強(qiáng)化冶煉的進(jìn)行，單位時(shí)間內(nèi)高爐爐缸生成與排放的渣鐵量增加，爐缸受到的沖刷加劇。隨著產(chǎn)能的提高，爐缸區(qū)域碳磚溫度不同程度地出現(xiàn)升高現(xiàn)象，特別是鐵口區(qū)域，部分碳磚溫度超過控制標(biāo)準(zhǔn)。針對爐缸碳磚溫度的升高，增加一臺中壓泵，適當(dāng)增加爐缸區(qū)域冷卻水流量，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化冶煉的目的，爐缸碳磚溫度得到了有效控制。

隨產(chǎn)能的提升，爐外鐵口單爐次出渣鐵量增加，對鐵口的沖刷加劇，鐵口易出現(xiàn)變淺、漏鐵、漏渣等現(xiàn)象。當(dāng)爐外鐵口連續(xù)漏鐵或者偏淺時(shí)，鐵口區(qū)域碳磚溫度升高特別明顯。為了確保高爐安全長壽，當(dāng)鐵口連續(xù)兩爐次深度不滿足要求時(shí)，使用含鈦炮泥堵口，待鐵口深度達(dá)標(biāo)，鐵口區(qū)域碳磚溫度下降時(shí)，再用無水炮泥堵口。

3  結(jié)語

1)高爐富氧率提高后，高爐冶煉條件發(fā)生了變化，高爐煤氣發(fā)生量減少，操作上應(yīng)根據(jù)氣流變化適當(dāng)縮小風(fēng)口進(jìn)風(fēng)面積，維持合理的鼓風(fēng)動(dòng)能。富氧率提高后，邊緣氣流發(fā)展，應(yīng)采取壓制邊緣的裝料制度，同時(shí)在上料能力滿足的情況下，適當(dāng)增加批重，以利于改善煤氣利用率。

2)高爐強(qiáng)化冶煉后，特別是爐內(nèi)出現(xiàn)滑料現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)減氧控風(fēng)，防止滑料引起爐涼等工藝事故。高爐因強(qiáng)化冶煉引起的頻繁滑料現(xiàn)象，需要引起高度重視，要及時(shí)提高爐原料質(zhì)量，特別是焦炭熱強(qiáng)度及燒礦強(qiáng)度。

3)富氧率提高后，單位時(shí)間產(chǎn)鐵量增加，需要及時(shí)組織排放渣鐵，避免憋渣鐵引起風(fēng)壓高、爐況波動(dòng)，調(diào)整爐外出渣鐵制度，及時(shí)出干凈渣鐵，維持爐缸活躍性。

4)通過強(qiáng)化冶煉，高爐各項(xiàng)指標(biāo)得到明顯改善，高爐冶煉成本降低。但隨著高爐強(qiáng)化冶煉，高爐缸沖刷加劇，須加強(qiáng)爐缸安全監(jiān)控，滿足高爐安全粘度長壽要求。

4  參考文獻(xiàn)

[1]  傅燕樂.高爐操作[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2006.

[2]  宋建成.高爐煉鐵理論與操作[M].北京:治金工業(yè)出版社，2005.