姜 喆 車玉滿 郭天永 姚 碩 孫 鵬 費 靜 曾 宇

(1. 鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心，遼寧鞍山 114009；2. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山 114021)

鞍鋼2號高爐高利用系數(shù)生產(chǎn)實踐

姜 喆1車玉滿1郭天永1姚 碩1孫 鵬1費 靜1曾 宇2

(1. 鞍鋼股份有限公司技術(shù)中心，遼寧鞍山 114009；2. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山 114021)

對鞍鋼2號3 200 m3高爐低燃料比高利用系數(shù)進行了生產(chǎn)實踐總結(jié)。通過提高焦炭質(zhì)量，改進造渣制度，采取高風(fēng)溫、高富氧和高頂壓等操作，并控制合理的鼓風(fēng)動能和送風(fēng)比和加強爐前管理等措施，使鞍鋼2號高爐的燃料比長期穩(wěn)定在500 kg/t以下、焦比低于300 kg/t。2015年以后該高爐利用系數(shù)保持在2.3 t/(m3·d)以上。

高爐 利用系數(shù) 燃料比 焦比

高爐實現(xiàn)低燃料比和高利用系數(shù)生產(chǎn)是鋼鐵企業(yè)降低成本、提高生存能力的有效措施，特別是在鞍鋼煉鋼能力有富余的情況下，更具有可觀的規(guī)模經(jīng)濟效益。鞍鋼2號高爐于2012年2月28日大修開爐后，隨著對大型高爐操作認識水平的不斷提高，通過提高焦炭質(zhì)量、改進造渣制度、實施高富氧、高風(fēng)溫和高壓差操作，和優(yōu)化下部調(diào)劑制度實現(xiàn)了高爐的穩(wěn)定順行和指標優(yōu)化，高爐利用系數(shù)和燃料比長期保持較優(yōu)水平。2015年以來高爐燃料比和焦比長期低于500 kg/t和300 kg/t，月平均利用系數(shù)最高超過2.5 t/(m3·d)(見圖1)，與國內(nèi)外同容積高爐相比，處于領(lǐng)先水平。

新2號高爐有效容積3 200 m3，采用當(dāng)今世界先進的煉鐵設(shè)備和技術(shù)， 包括無料鐘爐頂、INBA沖渣工藝、分區(qū)(并聯(lián))軟水閉路循環(huán)冷卻系統(tǒng)、AWRⅡ型熱風(fēng)爐、TRT余壓發(fā)電、高性能電動鼓風(fēng)機、HoneyWell控制系統(tǒng)等。以上這些先進設(shè)備和技術(shù)是保證高利用系數(shù)和低燃料比的前提。

圖1 鞍鋼2號高爐近年來高爐利用系數(shù)、 焦比和燃料比Fig.1 Utilization coefficient, coke ratio and fuel ratio of Ansteel BF No.2 recent years

1 提高焦炭質(zhì)量

高質(zhì)量的焦炭是高爐降低燃料比和提高利用系數(shù)的基礎(chǔ)。特別是對高煤比的大型化高爐來說，高爐煉鐵生產(chǎn)所要求的焦炭熱強度和冷強度尤為嚴格。鞍鋼2號高爐在2014年以前所用焦炭受廠內(nèi)煉焦產(chǎn)能能力限制，質(zhì)量極不穩(wěn)定，表現(xiàn)在以下幾個方面：入爐焦炭品種不固定，為自產(chǎn)干熄焦+自產(chǎn)水熄焦+外購焦炭，經(jīng)常受運輸、價格、天氣等因素影響，需調(diào)整各種焦炭配比，對爐況影響極大。為滿足大高爐冶煉生產(chǎn)需要，鞍鋼投產(chǎn)2座7 m焦爐，逐步將2號高爐所用焦炭改為100%自產(chǎn)干熄焦，焦炭的機械強度顯著提高(見圖2)。焦炭在高爐內(nèi)主要起料柱骨架作用，隨著焦炭冶金性能的提高，高爐透氣和透液性得到提高[1]，為高爐技術(shù)經(jīng)濟指標的改善提供了有力的保障。

圖2 近年來鞍鋼2號高爐所用焦炭的機械強度Fig.2 Mechanical strength of coke used in Ansteel BF No.2 during the recent years

2 改進造渣制度

為進一步降低燃料比和提高利用系數(shù)，2014年以來鞍鋼煉鐵廠進行了積極地探索和嘗試，將改進造渣制度作為降低高爐生產(chǎn)成本的主要措施，逐步取消燒結(jié)過程中的白云石配入量，以提高燒結(jié)礦TFe，減少高爐渣比。從2015年7月開始,在保證爐渣脫硫和流動性滿足高爐正常生產(chǎn)情況下，逐步將爐渣中的MgO質(zhì)量分數(shù)由原來的7%～8%降低至4%～5%，爐渣二元堿高度由1.15±0.05提高至1.25±0.05(見圖3)。同時提高爐缸熱量，控制出鐵溫度在1 500 ℃以上，避免因二元堿度的提高造成爐渣熔點增加和穩(wěn)定性變差而帶來的操作困難。通過優(yōu)化高爐造渣制度不僅直接降低了高爐軟熔帶軟熔體的數(shù)量，改善了高爐軟熔帶的透氣性，還直接降低了燒結(jié)礦配礦成本。

圖3 近年來鞍鋼2號高爐爐渣成分和 二元堿度的變化Fig.3 Change of composition and binary basicity of slag used in Ansteel BF No.2 during the recent years

3 高頂壓、高富氧和高風(fēng)溫

提高爐頂壓力也是鞍鋼2號高爐降低燃料比和成本所采取的一項措施。據(jù)統(tǒng)計，頂壓每提高0.01 MPa，焦比降低0.5%～1.0%，產(chǎn)量增加2%～3%[2]。這是因為頂壓提高后，高爐內(nèi)煤氣流速變慢，爐內(nèi)壓差減小，高爐更容易接受風(fēng)量，同時促進了間接還原。2014年末，鞍鋼將2號高爐頂壓進一步提高至0.22 MPa以上(見圖4)。

富氧量決定高爐強化冶煉程度，從理論上講富氧還可以提高理論燃燒溫度，以彌補風(fēng)口前煤粉裂解所消耗的熱量，提高煤粉燃燒率。減少爐腹煤氣量[3]，在富氧鼓風(fēng)上，2號高爐以控制爐腹煤氣量為主，將富氧率控制在4.0%左右的較高水平(見圖5(a))。

高風(fēng)溫操作是降低燃料比最經(jīng)濟的手段，風(fēng)溫水平越高，帶入高爐內(nèi)的熱量越多，降低燃料比的效果就明顯。同時還提高了風(fēng)口前煤粉燃燒率。鞍鋼2號高爐為取得高風(fēng)溫采取了預(yù)熱助燃空氣和煤氣的措施，同時嚴格執(zhí)行全風(fēng)溫操作指令，使2號高爐年平均風(fēng)溫達到1 200 ℃以上(見圖5(b))。高頂壓、高富氧和高風(fēng)溫操作為2號高爐高利用系數(shù)和節(jié)能降焦創(chuàng)造了有利條件。

圖4 近年來鞍鋼2號高爐頂壓變化情況Fig.4 Change of top pressure of Ansteel BF No.2 during the recent years

圖5 近年來鞍鋼2號高爐富氧率和風(fēng)溫變化情況Fig.5 Change of oxygen enrichment percentage and blast temperature of Ansteel BF No.2 during the recent years

4 優(yōu)化送風(fēng)制度

鼓風(fēng)動能是熱風(fēng)離開風(fēng)口時所具有的動能，其表達式為：

(1)

式中：Q0- 鼓風(fēng)量，m3/min；n- 風(fēng)口個數(shù)；m- 單位時間內(nèi)吹進高爐鼓風(fēng)的質(zhì)量，kg/s；v- 實際風(fēng)速，m/s；tw- 熱風(fēng)溫度，℃；p- 熱風(fēng)壓力，MPa；f- 每個風(fēng)口截面積，m2；ρ- 標準狀態(tài)時鼓風(fēng)密度，kg/m3；g- 重力加速度，9.8l m/s2。在正常生產(chǎn)過程中風(fēng)壓、風(fēng)量、風(fēng)溫和風(fēng)口數(shù)目等很少改變，調(diào)整風(fēng)口面積是調(diào)整高爐鼓風(fēng)動能的主要手段。長期的生產(chǎn)實踐和理論研究表明，高爐鼓風(fēng)動能是影響高爐風(fēng)口回旋區(qū)長短的最直接因素，只有風(fēng)口回旋區(qū)的長度與其高爐爐缸直接大小、工藝參數(shù)和原燃料條件相匹配時，高爐才能穩(wěn)定順行，燃料消耗才能維持較低水平。隨著高爐頂壓的提高，高爐內(nèi)煤氣流速減小，回旋區(qū)長度縮短，邊緣煤氣流過分發(fā)展[4]，也使得爐缸中心活躍程度下降，應(yīng)及時提高鼓風(fēng)動能[5]。同時風(fēng)口回旋區(qū)曲率半徑ρ與鼓風(fēng)動能E之間存在如下理論關(guān)系[6]：

(2)

同時，ρ∝l∝d

(3)

結(jié)合式(2)和式(3)導(dǎo)出：

(4)

式中：d- 爐缸直徑；qeff- 爐料有效正壓力對鼓風(fēng)動能的影響，原燃料條件越好，該參數(shù)越大；K(△H-△U)- 燃燒反應(yīng)的膨脹功。式(2)說明,高爐原燃料條件越好，高爐所需鼓風(fēng)動能越大。隨著焦炭熱強度的提高，死料柱內(nèi)孔隙度有所增加，也給高爐接受高風(fēng)速提供了有利條件。

鞍鋼煉鐵廠利用對2號高爐的每一次定修機會，逐步調(diào)整與原燃料條件和各項操作參數(shù)相適應(yīng)的風(fēng)口面積(見圖6)。在風(fēng)量不變的條件下使鼓風(fēng)動能在合理的范圍內(nèi)逐步得到提高， 風(fēng)口面積由原來的0.45 m2縮小到0.40 m2。風(fēng)口回旋

區(qū)的長度逐步趨向合理，初始煤氣流分布趨向正常，溫度場分布更加均勻有效，爐缸透氣和透液性得到明顯改善，爐缸均勻、活躍。實踐證明，鞍鋼2號高爐合理的鼓風(fēng)動能范圍為12 000～13 000 kg·m·s- 1，此時2號高爐具有較低的燃料比和較高的產(chǎn)量(見圖7)，計算得到風(fēng)口回旋區(qū)的深度為1.8 m，形成了比較合理的送風(fēng)制度。

圖6 近年來鞍鋼2號高爐風(fēng)口面積的變化情況Fig.6 Change of tuyere area of Ansteel BF No.2 during the recent years

圖7 高爐日產(chǎn)量和燃料比與鼓風(fēng)動能之間的關(guān)系Fig.7 Productivity and fuel ratio of blast furnace as a function of blasting kinetic energy

高爐冶煉采用合理的風(fēng)量是維護高爐穩(wěn)定順行、指標優(yōu)化和高爐長壽的重要手段。高爐所需風(fēng)量是否在合理范圍內(nèi)受很多因素影響，特別是爐料冶金性能和爐頂壓力。不能為增加產(chǎn)量而不斷增加高爐風(fēng)量，否則會造成高爐壓差增大和燃料消耗增加，利用系數(shù)反而下降。因此每一座高爐都有一個與其爐型、原燃料條件和冶煉條件相匹配的風(fēng)量。近年來，鞍鋼煉鐵廠改變“大風(fēng)治百病”和“有風(fēng)就有鐵”的觀念，在實際高爐操作中控制適宜的送風(fēng)比[7]，保持煤氣流的合理分布，提高煤氣利用率以降低焦比和燃料比，來獲取高產(chǎn)。通過不斷地探索實踐證明，鞍鋼2號3 200 m3高爐的送風(fēng)比在1.7～1.8時，高爐在有高產(chǎn)量的同時具有低燃料比(見圖8)。

圖8 高爐送風(fēng)比與燃料比和日產(chǎn)量之間的關(guān)系Fig.8 Fuel ratio and productivity of blast furnace as a function of blasting volume ratio

5 強化爐前管理

嚴格的爐前管理是大型高爐得以穩(wěn)定順行的生產(chǎn)基礎(chǔ)。鞍鋼煉鐵廠在對2號高爐的高利用系數(shù)和低燃料比的生產(chǎn)實踐過程中，尤其重視爐前作業(yè)管理，具體有以下兩點措施：

(1)爐前操作進行量化管理：鐵口深度和角度、炮泥打入量、炮泥性能、出鐵時間等做了量化要求，確保鐵口合格率和正點率。重點強調(diào)各個鐵口均勻出鐵、輪流出鐵和出凈渣鐵。

(2)加強對設(shè)備點檢，包括出鐵、澆注溝子、澆注擺嘴、出鐵改場、搶救事故、設(shè)備安全隱患檢查等，每天檢查一次渣鐵溝侵蝕狀況，每周檢查一次風(fēng)口風(fēng)管狀況，有缺陷及時處理。

6 結(jié)束語

通過上述措施，鞍鋼2號高爐長期保持穩(wěn)定順行，日產(chǎn)鐵7 000余t，利用系數(shù)達2.3 t/(m3·d)，高爐焦比和燃料比穩(wěn)定在300和500 kg/t以下，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟技術(shù)指標。

(1)改善入爐焦炭質(zhì)量、減少入爐渣量是維持高爐穩(wěn)定順行、提高利用系數(shù)和降低燃料消耗的關(guān)鍵。

(2)高風(fēng)溫、大富氧和高頂壓操作制度的實施不僅保證了較高的煤焦置換比，還提高了高爐的透氣性，為提高利用系數(shù)、降低燃料消耗創(chuàng)造了有利條件。

(3)控制適宜的下部調(diào)劑制度，保證充足的鼓風(fēng)動能，確保煤氣流初始分布合理和爐缸中心活躍是提高利用系數(shù)、降低燃料消耗的基礎(chǔ)。

(4)加強爐前管理為提高利用系數(shù)、降低燃料消耗提供了保障。

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收修改稿日期：2016- 10- 26

HighUtilizationCoefficientOperationofAnsteelBlastFurnaceNo.2

Jiang Zhe1Che Yuman1Guo Tianyong1Yao Shuo1Sun Peng1Fei Jing1Zeng Yu2

(1. Technology Center of Angang Steel Co., Ltd., Anshan Liaoning 114009, China; 2. General Ironmaking Plant of Angang Steel Co., Ltd., Anshan Liaoning 114021,China)

The low fuel ratio and high utilization coefficient operation of Ansteel 3 200 m3blast furnace (BF) No.2 was carried out. By taking some measures, such as improving coke quality, changing slag forming regime, high blast temperature, high oxygen enrichment percentage and high top gas pressure, controlling reasonable blasting kinetic energy and blast volume ratio, strengthening cast house operation management, Ansteel BF No.2 has kept the fuel ratio below 500 kg/t and the coke ratio below 300 kg/t for a long period, and the utilization coefficient was over 2.30 t/(m3·d) since 2015.

blast furnace，utilization coefficient，fuel ratio，coke ratio

姜喆，男，工程師，博士，主要研究高爐煉鐵方向，Email：bargo6@163.com