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摘 要: 高爐休復風是高爐冶煉過程中的階段性常規(guī)操作,然而部分高爐因休復風操作不當而出現(xiàn)爐況長期波動,無法快速達產(chǎn)的現(xiàn)象,因此,高爐休復風制度的優(yōu)化改良成為研究熱點。本文通過對鋼鐵企業(yè)不同類型的高爐休復風操作制度與爐況狀態(tài)進行總結(jié)分析,發(fā)現(xiàn)高爐休復風操作難點在于高爐休風后爐缸熱量的控制、復風過程中爐況恢復進度的把控以及復風后全爐壓差的控制。通過借鑒鋼鐵企業(yè)已有的優(yōu)秀操作經(jīng)驗,期望可以為優(yōu)化高爐休復風操作制度提供一定指導,使高爐從休風迅速恢復至正常冶煉狀態(tài)。 關(guān)鍵詞:高爐;休復風;操作制度;爐缸;壓差 0 引言 高爐冶煉是一個連續(xù)、不間斷的物理化學反應過程,冶煉條件越穩(wěn)定,越有利于高爐穩(wěn)定順行[1]。高爐從生產(chǎn)到休風,再從休風到復風恢復生產(chǎn)的過 程,爐內(nèi)均伴隨著煤氣流與溫度場的劇烈變化與重新分布,高爐休風后操作不當極易發(fā)生爐況失常事故,不利于高爐復風進程的發(fā)展[2]。為避免休復風過程中由于不規(guī)范操作造成爐況恢復過程反復,需研究改進當前高爐休復風操作制度,并通過對高爐進行熱量補充及上下部適應性調(diào)節(jié),實現(xiàn)在短時間內(nèi)將爐況恢復至正常生產(chǎn)冶煉狀態(tài)[3],從而減弱休風對爐況的不利影響,有利于高爐實現(xiàn)節(jié)能減排,促進高爐穩(wěn)定順行。 1 高爐休復風操作難點 當前國內(nèi)部分高爐出現(xiàn)休風后復風困難的問題,具體表現(xiàn)為爐況恢復時間長,且狀態(tài)不佳。因此,對國內(nèi)不同鋼企的10余座高爐休復風操作案例進行總結(jié)歸納,發(fā)現(xiàn)高爐休復風操作難點在于3點。 1.1復風后爐缸熱量的控制 由于高爐休風后失去熱源,加之自身熱量大量散失,導致爐缸溫度降低;此外,由于復風后煤氣流在高爐內(nèi)重新分布,煤氣利用率低,高爐直接還原度增加,還原反應需大量吸熱,進一步加劇爐缸熱量損失,因此對高爐休風后熱量的控制與補充顯得尤為重要[4,5]。然而熱量補充與周圍環(huán)境、高爐密封程度、冷卻強度、休風時間長短等諸多因素密切相關(guān)[6,7],導致對因爐缸熱量提高而添加的物料量的控制難度加大[8]。 1.2復風過程中爐況恢復進度的控制 從現(xiàn)實角度考慮,休復風操作對高爐生產(chǎn)冶煉狀態(tài)的影響顯而易見,但高爐休復風又不可避免[9]。因此,研究改進高爐休復風操作制度,最大程度減弱休復風對高爐順行的不利影響,爭取用最短的時間使爐況恢復正常狀態(tài),是煉鐵工作者不懈追求的目標[10]。但由于高爐進行休復風操作時對應的原燃料條件、休風前爐況、爐內(nèi)外環(huán)境等影響條件存在差異,導致同一高爐每次休復風操作制度的制定與爐況恢復進度都不盡相同,因此,若對高爐休復風過程中爐況恢復進度不了解,操之過急則易導致爐況恢復反復,延緩恢復進程,造成鐵水產(chǎn)量降低的同時燃料比升高,不利于高爐節(jié)能減排[11,12]。
1.3復風后全爐壓差的控制 由于當前鋼鐵企業(yè)成本壓力加大,高爐使用的原燃料已經(jīng)由“精料”向“經(jīng)濟物料”轉(zhuǎn)變,導致高爐入爐料的質(zhì)量下降[13];加之高爐休風后爐內(nèi)剩余熱量不斷散失,高爐內(nèi)部塊狀帶和軟熔帶溫度逐漸降低,造成燒結(jié)礦局部易破碎粉化,當高爐復風后爐內(nèi)重新建立煤氣流管道時全爐壓差增大,使得爐內(nèi)料柱透氣性惡化,復風時爐況易出現(xiàn)波動[14,15],此時若操作不當易引發(fā)爐況失常,不利于爐況恢復[16]。
鑒于此,本文通過對國內(nèi)多座復風效果較佳的高爐休復風操作制度進行分析,依據(jù)不同的休復風操作制度,包括短期計劃休復風、長期計劃休復風與長期非計劃休復風,從休復風操作制度的制定原則與實施等方面入手,對高爐復風過程的爐況狀態(tài)進行研究,期望可以為優(yōu)化高爐休復風操作制度提供一定借鑒,使高爐從休風迅速恢復至正常冶煉。
2 短期計劃休復風 短期計劃休復風操作主要是在臨時檢修設備或外部條件發(fā)生變化時,高爐需暫時停止生產(chǎn)所采用的一種制度。安陽鋼鐵集團有限責任公司(簡稱安鋼)6 號高爐進行短期計劃休復風操作時,首先避免在高爐生產(chǎn)冶煉狀態(tài)不好時休風,并在休風前使爐溫保持在適宜水平,休風后通過逐步減小風量、風壓,排盡渣鐵,合理控制水壓、水量及爐頂溫度等措施為復風操作時處理好布料制度,逐漸恢復富氧噴煤打好基礎(chǔ)。最終在短期休風 108 min 后開始進行復風,并在復風后 33 min 恢復全風作業(yè),做到了在短期休風后快速恢復爐況[17],操作要點如表 1 所示。 
(1)休風前出凈渣鐵。在高爐休風前將爐內(nèi)渣鐵全部出凈是短期計劃休復風的操作原則,其保證爐缸下部空間充裕,為后續(xù)焦炭等休風料的加入打好基礎(chǔ),有利于高爐實現(xiàn)快速復風,且渣鐵出凈可有效避免休風時因爐缸渣鐵堆積嚴重或爐溫過低時風口被灌的風險[18]。
(2)休風時逐步減風。借鑒安鋼 6 號高爐的短期計劃休復風操作,即高爐休風前爐況良好,休風操作時需逐漸減小通入爐內(nèi)的風量、風壓,不僅利于配合高爐出凈渣鐵,還可避免由于快速減風導致壓差過大,引起爐內(nèi)物料崩落驟降,造成爐內(nèi)料柱透氣性惡化或虧料線過深的情況發(fā)生。休風后待渣鐵全部出凈再停止噴煤與富氧鼓風,并向爐頂通入蒸汽或氮氣,使爐內(nèi)總壓平穩(wěn)降到最低水平,為高爐復風操作打好基礎(chǔ)。
(3)復風時注意料動與料線變化。高爐開始復風操作時需加大風量快速加風,使爐內(nèi)休風料快速降落,避免其堆積在風口區(qū)域,有利于吹活料柱,改善爐內(nèi)透氣性[19]。隨著復風進程的發(fā)展,爐內(nèi)風量上升,爐頂溫度升高,在提高休風料下降速度的同時需加速料線下降,即觀察爐頂與爐缸溫度是否滿足后續(xù)操作條件,再緩慢添加休風料至正常料線后開始進行噴煤與富氧鼓風操作,使高爐從休風狀態(tài)逐漸恢復至全風作業(yè)。
在進行短期計劃休復風操作時,由于高爐在休風前爐況處于正常狀態(tài),且休風過程持續(xù)時間短,故休風后通過逐步減小風量、風壓,合理控制水壓、水量及爐頂溫度等措施,盡快排凈爐內(nèi)剩余渣鐵,為復風操作打下良好基礎(chǔ)。因此,短期計劃休復風的操作要點在于休風前出凈爐內(nèi)渣鐵、休風時逐步減風操作、復風時注意料動與料線變化,操作難點在于如何有效解決復風后全爐壓差的控制問題。
3 長期計劃休復風
長期計劃休復風操作主要是需較長時間檢修設備或爐頂,及清洗煤氣系統(tǒng)時將煤氣清除所采用的一種操作制度。2016 年 9 月,包鋼 7 號高爐因生產(chǎn)需要,需完成更換布料器與溜槽、爐頂封罩部位的噴涂工作,因此該高爐被迫進行長期計劃休復風操作,休風時間長達 96 h。由于該高爐在休風前以維持高爐風壓平穩(wěn)、促進高爐透氣性良好為操作原則,并通過保持爐內(nèi)熱量充沛與渣鐵流動性良好,使得爐缸溫度適宜、煤氣流分布合理,為逐漸恢復富氧噴煤打下了良好的基礎(chǔ)[20]。最終在休風18h后恢復全風作業(yè),該長期計劃休復風操作要點如圖1所示[21,22],可為解決高爐復風后爐缸熱量的控制問題提供解決思路。 (1)調(diào)整休風料的設計。由于包鋼 7 號高爐進行長期計劃休復風操作,高爐休風持續(xù)時間長,爐內(nèi)缺少熱源的同時熱量不斷散失,導致爐缸溫度大幅降低,因此需在盡快提高鼓風溫度的同時保持緩慢加風。為使爐內(nèi)物料維持在較低負荷水平,待爐缸溫度提高后再進行復風操作,須通過調(diào)整休風料的設計方案與其在爐內(nèi)的分布結(jié)構(gòu),達到快速提高爐缸溫度的目的[23]。為保證輕負荷休風料可快速降落至爐缸部位,在調(diào)整休風料配比時應減少生礦加入量,適當降低焦炭負荷,減小布料角度,將休風料設計時長調(diào)整為高爐正常生產(chǎn)冶煉周期的1.2 ~1.5倍,既可快速提高爐缸溫度,也可改善渣鐵流動性,促使爐缸內(nèi)部渣鐵快速出凈,保證高爐休風后爐缸熱量充沛[24]。 (2)復風后確保料速均勻、風壓平穩(wěn)。由于高爐長時間休風后爐內(nèi)溫度大幅下降,造成入爐燒結(jié)礦局部易破碎,低溫還原粉化現(xiàn)象嚴重,導致爐內(nèi)料柱透氣性較差,影響煤氣流合理分布,而高爐復風后爐內(nèi)需重新建立煤氣流管道[25]。因此,復風時為確保料速、風壓均勻穩(wěn)定,需對送風制度與裝料制度做出調(diào)整,使爐料在高爐內(nèi)保持合理有序的層狀結(jié)構(gòu),并均勻下降,有利于高爐在復風后保持爐內(nèi)良好的透氣性,形成合理的軟熔帶形狀,避免因氣流失常紊亂或料速不均等因素引起懸料或塌料現(xiàn)象[26]。 在進行長期計劃休復風操作時,由于高爐內(nèi)提前加入了設計合理的休風料,故高爐休風前爐況良好,再以促進高爐透氣性良好為原則,在休風后保持鼓入爐內(nèi)的風壓、風速、風溫平穩(wěn),可維持爐內(nèi)熱量充沛,保證爐缸部位渣鐵流動性良好,有利于爐缸溫度快速上升、煤氣流合理分布,最終為恢復富氧噴煤打下良好的基礎(chǔ)。因此,長期計劃休復風的操作要點在于休風料設計的合理性與復風后確保料速均勻、風壓平穩(wěn),操作難點在于如何有效解決高爐復風后爐缸熱量的控制問題。 4 長期非計劃休復風
長期非計劃休復風主要是高爐生產(chǎn)冶煉過程中發(fā)生突發(fā)事故且較長時間得不到有效解決,高爐不能在計劃時間內(nèi)快速復風恢復生產(chǎn)時采用的一種操作制度。2010 年 5 月 8 日首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司(簡稱首鋼京唐公司)1 號高爐由于下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)突發(fā)生產(chǎn)事故[27],迫使該高爐于5h內(nèi)緊急休風,之后由于生產(chǎn)事故擴大,高爐休風時間由原計劃的48h延長到110 h,高爐被迫進行長期非計劃休復風操作。由于該高爐需從重負荷生產(chǎn)冶煉狀態(tài)突然轉(zhuǎn)變到長期休風條件,且休風持續(xù)時間過長,存在爐涼的風險,嚴重時甚至可能發(fā)生爐缸凍結(jié)事故。因此,該高爐長期非計劃休復風操作制度的制定,需以減少休風期間熱量損失、送風時促進爐缸溫度快速上升、快速出凈爐內(nèi)的冷態(tài)渣鐵等措施為基本原則[28],再搭配正確有效的復風方案,最終使高爐在 88 h 后恢復了全風冶煉狀態(tài),操作要點如圖2所示[29,30]。 
(1)爐內(nèi)熱量的把控情況。長期非計劃休復風的操作難點在于爐缸部位的熱量控制,由于高爐進行長期非計劃休復風操作,休風前高爐生產(chǎn)負荷大,非計劃休風持續(xù)時間過長,爐內(nèi)熱量損失嚴重,爐缸溫度過低,此時需采取保溫措施以減少爐內(nèi)熱量損失防止爐涼,包括:密封風口,避免漏風;減少爐頂放散閥的開啟數(shù)量,減小爐頂抽力;休風后全面檢查冷卻設備的漏水情況,確保無漏水隱患;降低高爐的冷卻水流量,減少爐體散熱。借助上述保溫措施,當鐵水溫度大于 1 450 ℃時排出渣鐵,可有效避免休風后因爐內(nèi)物理熱過低,造成渣鐵黏度大且流動性差,而導致高爐休風后爐內(nèi)渣鐵不能排凈,燒壞風口,引起高爐爐況恢復過程反復的現(xiàn)象。 (2)爐缸狀態(tài)的判定。高爐休風后需根據(jù)爐缸部位硅含量和物理溫度的大小判斷爐缸所處狀態(tài),爐缸所處狀態(tài)判定的準確與否,直接影響高爐操作者選擇排出剩余渣鐵的具體時間,因此,長期非計劃休復風操作過程中對爐缸狀態(tài)的把控十分重要,若打開鐵口過早,此時,爐缸溫度偏低,渣鐵量少且渣鐵流動性差,可能造成渣鐵出不凈,易堵死渣鐵溝;若打開鐵口時間過晚,爐缸部位堆積嚴重,鐵水環(huán)流勢必增加,造成爐缸部位侵蝕加劇,對高爐長壽極為不利,同時影響后續(xù)高爐復風操作,不利于爐況快速恢復[31]。 (3)送風制度的把控。高爐長期非計劃休風后由于爐內(nèi)溫度過低,爐墻內(nèi)壁可能粘連部分休風料,送風開始后休風料不斷脫落,造成高爐內(nèi)壓差波動大,因此向爐內(nèi)送風時應控制初始風量為正常風量的40%~60% ,保持風速大于240m·s- 1,鼓風溫度大于1050 ℃,使爐缸溫度迅速上升并達到 要求,再配合焦炭等物料的投放,可有效改善渣鐵流動性與料柱透氣性,有利于爐況快速恢復。若送風時機與送風量把控不好,易導致送風后爐內(nèi)出現(xiàn)懸料或塌料現(xiàn)象,甚至造成風口灌渣,引起高爐爐況恢復過程反復[32]。 在進行長期非計劃休復風操作時,由于高爐從重負荷生產(chǎn)冶煉狀態(tài)突然進入長期休風狀態(tài),爐內(nèi)未添加休風料,且休風持續(xù)時間過長,因此,有爐涼的風險,嚴重時可能導致爐缸發(fā)生凍結(jié)事故。所以,高爐需以減少休風期間熱量損失、送風時促進爐缸溫度穩(wěn)定上升、快速出凈爐內(nèi)的冷態(tài)渣鐵為原則,并搭配合理有效的復風方案,使爐況盡快恢復正常。因此,長期非計劃休復風的操作要點在于控制爐內(nèi)熱量快速回升、精確判定爐缸工作狀態(tài)與送風制度的合理把控,操作難點在于如何有效解決高爐休復風過程中爐況恢復進度的控制問題。 5 結(jié)語
針對高爐休復風過程中的操作難點及部分企業(yè)的優(yōu)秀操作經(jīng)驗,可總結(jié)為:在休風時采取保溫措施減少爐內(nèi)熱量損失,同時逐漸減小風量、風壓,調(diào)整休風料的設計方案與其在爐內(nèi)的分布結(jié)構(gòu),在復風時加大風量快速加風,保持料速均勻、風壓平穩(wěn)等可實現(xiàn)高爐快速休復風,且效果良好。這些優(yōu)秀操作經(jīng)驗,在優(yōu)化高爐休復風操作制度,促進高爐合理休風,快速達產(chǎn),降低鐵水產(chǎn)量損失的同時,為提高高爐休復風過程的能量利用效率提供理論支撐,有助于實現(xiàn)高爐生產(chǎn)冶煉過程節(jié)能減排。
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