張妹英 夏萬(wàn)順

(河鋼集團(tuán)邯鋼公司)

0 前言

邯鋼西區(qū)1號(hào)3 200 m3高爐采用了銅冷卻壁、薄壁爐襯、炭磚一陶瓷杯復(fù)合爐底、聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、并罐無(wú)料鐘爐頂?shù)纫幌盗邢冗M(jìn)、成熟的工藝。

2008年開(kāi)爐后，由于缺乏大型高爐操作技術(shù)及操作經(jīng)驗(yàn)，在基本操作制度上偏離較遠(yuǎn)，造成高爐開(kāi)爐后穩(wěn)定性較差，爐況波動(dòng)不斷，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)順行和成本的降低。2009年11月開(kāi)始，高爐轉(zhuǎn)變操作模式和操作理念，引進(jìn)寶鋼“平臺(tái)+漏斗”布料制度，隨后結(jié)合1號(hào)高爐自身的特點(diǎn)進(jìn)行了一系列調(diào)整和優(yōu)化，找到了一套適合高爐生產(chǎn)的操作制度，實(shí)現(xiàn)了高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到了較大的改善。

1 高爐料制的演變

1.1 中心加焦

2008年4月開(kāi)爐初期，由于冶煉強(qiáng)度不高，高爐處于低水平運(yùn)行狀態(tài)，但隨著強(qiáng)化冶煉的不斷進(jìn)行，高爐抗干擾性越來(lái)越弱，在2009年1月初，因?yàn)闋t頂環(huán)縫調(diào)節(jié)失常造成高爐出現(xiàn)氣流管道后，高爐爐況開(kāi)始失常，主要表現(xiàn)為不吃風(fēng)氧，高爐風(fēng)量加到4 800 m3/min的水平，就開(kāi)始出現(xiàn)崩料、滑料、氣流等現(xiàn)象，邊緣氣流凌亂，中心氣流不開(kāi)，大的氣流管道不斷發(fā)生。爐況失常致使?fàn)t溫波動(dòng)較大，爐況對(duì)爐溫敏感，上行時(shí)易發(fā)生懸料。開(kāi)始認(rèn)為是高爐爐缸堆積，不活躍，分別采取了加螢石洗爐和錳礦熱洗，效果都不明顯，同年7月邯寶煉鐵2號(hào)3 200 m3高爐在開(kāi)爐后3個(gè)月后，也出現(xiàn)了相同的現(xiàn)象，操作者認(rèn)為是原燃料變差引起的高爐爐況失常，但采取了各種保料措施后仍舊沒(méi)有效果。

1.2 “平臺(tái)+漏斗”布料制度的實(shí)施

2009年11月，寶鋼專家對(duì)2號(hào)高爐進(jìn)行了全面診斷，認(rèn)為高爐基本操作制度偏離大高爐操作理念太遠(yuǎn)，高爐各項(xiàng)操作制度與3 200 m3高爐特點(diǎn)嚴(yán)重不符，對(duì)高爐的操作制度予以了全面否定，尤其是批礦過(guò)小，對(duì)邊緣和中心氣流都?jí)褐撇蛔?，變化料制不能起到調(diào)節(jié)氣流的作用。在專家的指導(dǎo)下開(kāi)始嘗試“平臺(tái)+漏斗”的布料制度。

1號(hào)高爐借鑒2號(hào)高爐成功的經(jīng)驗(yàn)，在2009年12月份也開(kāi)始嘗試“平臺(tái)+漏斗”的料制，但由于高爐爐況失常近1年的時(shí)間，操作爐型變化較大，在經(jīng)過(guò)近一個(gè)月的調(diào)整后高爐才逐漸穩(wěn)定下來(lái)。

1.3 “平臺(tái)+漏斗”料制的優(yōu)化

寶鋼專家對(duì)邯寶煉鐵兩座3 200 m3高爐起到了拋磚引玉的作用，在使用了新的布料制度后高爐順行得到了保障，但高爐在提高冶煉強(qiáng)度和改善各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上還需要不斷的優(yōu)化。由于高爐操作特性和原燃料條件不同，不同的高爐最優(yōu)化的布料制度也不同，因此需要在基本料制的基礎(chǔ)上，不斷摸索更適合高爐自身操作的布料制度。

“平臺(tái)+漏斗”布料制度的難點(diǎn)在于形成邊緣與中心兩股相匹配的氣流，兩股氣流的強(qiáng)弱是由料面平臺(tái)的寬度和漏斗的深度所決定的，要形成合適的兩股氣流，關(guān)鍵在于控制好料面平臺(tái)的寬度和漏斗的深度，而料面平臺(tái)和漏斗的屬性是由布料屬性來(lái)決定的，因此要優(yōu)化布料制度，就要通過(guò)調(diào)整布料圈數(shù)和布料角度來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在“平臺(tái)+漏斗”布料制度中布料角度的確立是重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，只有確立了合適的布料角度才能確定料面平臺(tái)的位置，經(jīng)過(guò)兩次休風(fēng)測(cè)量爐料落點(diǎn)，確定了高爐爐料打爐墻的布料角度為44 °，給布料角度的制定提供數(shù)據(jù)支持。在確立了最大的布料角度后，結(jié)合邊緣和中心氣流的運(yùn)行情況，不斷調(diào)整礦焦差和布料圈數(shù)，期待找到最優(yōu)化的布料制度。在角差調(diào)整上，礦石平臺(tái)的大小和穩(wěn)定性相對(duì)焦炭來(lái)說(shuō)，由于原料自然堆角的特性更難控制，尤其是在使用和焦碳相同的檔位時(shí)，礦石的滾動(dòng)特性對(duì)漏斗的影響是負(fù)面的，宜堵塞中心，不利于中心氣流的穩(wěn)定，尤其是在原燃料條件不好的情況下，更易出現(xiàn)堵塞中心而造成爐況難行的局面，因此礦角差要小于焦角差，盡量將礦石平臺(tái)布在焦碳平臺(tái)之上；在布料圈數(shù)調(diào)整上，每個(gè)檔位上布料圈數(shù)的設(shè)置要大于2～3圈為好，盡量避免單環(huán)布料，這樣既可以形成穩(wěn)定的礦焦平臺(tái)，也利于減少料面堆尖的數(shù)量進(jìn)而降低爐料界面效應(yīng)。利于增強(qiáng)氣流對(duì)料面的敏感性，并提高煤氣利用率，降低燃料消耗。

表1 高爐料制優(yōu)化調(diào)整

2 “平臺(tái)+漏斗”料制的日常調(diào)劑

2.1 上部調(diào)劑

布料環(huán)數(shù)和礦焦角差是布料制度的基礎(chǔ)，基本布料制度確立后，在沒(méi)有特殊情況下不再進(jìn)行調(diào)整?！捌脚_(tái)+漏斗”料制對(duì)原燃料條件要求相對(duì)較高，難點(diǎn)在于中心氣流和邊緣氣流兩股氣流的平衡，在操作上要密切關(guān)注兩股氣流的強(qiáng)弱，及時(shí)調(diào)整避免出現(xiàn)氣流一頭發(fā)展的現(xiàn)象。中心過(guò)強(qiáng)，煤氣利用率降低，不利于降低燃料消耗，還宜發(fā)生爐墻結(jié)厚的現(xiàn)象；邊緣過(guò)強(qiáng)而中心變?nèi)鯐r(shí)，壓量關(guān)系緊張，邊緣氣流亂串，爐況順行受到破壞，也不利于高爐長(zhǎng)壽。日常操作中可以充分利用料線、礦批、布料角度等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐況的微量調(diào)劑，調(diào)劑順序一般為料線-礦批-角度。

通過(guò)調(diào)整料線，可以改變礦焦平臺(tái)和布料堆尖的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐氣流分布的微調(diào)，用以穩(wěn)定高爐氣流分布和提高煤氣利用率水平，改善高爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。配合1號(hào)高爐基本的布料角度，實(shí)踐表明，在冷卻壁水溫差呆滯下行，邊緣氣流較重時(shí)，上提料線至1.2 m/1.2 m；冷卻壁水溫差波動(dòng)，邊緣波動(dòng)氣流較強(qiáng)時(shí)，降低料線至1.5 m/1.5 m，能有效起到穩(wěn)定氣流的作用。

合適的礦批可以穩(wěn)定高爐氣流的正常分布，保證高爐爐況順行。大礦批對(duì)中心的抑制作用較強(qiáng)，在原燃料條件較好的情況下，增加礦批有利于提高煤氣利用率，降低燃料消耗；在原料相對(duì)較差的情況下，適當(dāng)減小礦批，即可以增強(qiáng)中心氣流，也能開(kāi)放邊緣，利于高爐形成穩(wěn)定的兩股氣流，保證高爐穩(wěn)定順行。但值得注意的是下限礦批的使用，當(dāng)?shù)V批過(guò)小時(shí)，其對(duì)氣流的封堵作用明顯變?nèi)?，表現(xiàn)為煤氣利用率下降較多，邊緣氣流波動(dòng)大，氣流分布對(duì)料制的敏感性降低，可控性變差，實(shí)踐表明1號(hào)高爐的合理礦批范圍為85 t～91 t。

布料角度的調(diào)劑是上部調(diào)劑手段中最強(qiáng)的一個(gè)，在沒(méi)有特殊情況下一般要少動(dòng)或小動(dòng)。日常調(diào)劑時(shí)，改變布料角度的大小，可以改變爐料落點(diǎn)及爐料堆尖位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦焦平臺(tái)的位置和漏斗深度的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣分布的微調(diào)。生產(chǎn)中結(jié)合爐體冷卻壁溫度情況，在料線調(diào)整至極限后仍不能達(dá)到預(yù)想效果后，再調(diào)整角度，角度調(diào)整可分為礦焦同揚(yáng)，同降和錯(cuò)角三種調(diào)節(jié)方式，一般一次調(diào)劑幅度小于0.5°，以避免偏離基本的布料制度。高爐優(yōu)化后上部日常生產(chǎn)操作參數(shù)見(jiàn)表2 。

表2 優(yōu)化后高爐上部日常生產(chǎn)操作參數(shù)

2.2 下部調(diào)劑

爐況調(diào)劑講究上下部調(diào)劑相結(jié)合，沒(méi)有合理的下部操作參數(shù)做基礎(chǔ)，高爐上部料制的調(diào)劑就無(wú)從談起?！捌脚_(tái)+漏斗”布料制度由于其中心是通過(guò)“漏斗”來(lái)維持的，對(duì)下部送風(fēng)參數(shù)的要求更高。高爐在采用“平臺(tái)+漏斗”料制的初期，對(duì)該料制初始?xì)饬鞯姆植继攸c(diǎn)認(rèn)識(shí)不足，認(rèn)為不帶中心焦的爐子中心氣流更難以維持，因而過(guò)分強(qiáng)調(diào)通過(guò)增加鼓風(fēng)動(dòng)能來(lái)開(kāi)放中心氣流，結(jié)果造成邊緣氣流不斷變?nèi)踔行倪^(guò)于開(kāi)放，煤氣利用率一直低于50%，違背了“平臺(tái)+漏斗”料制的節(jié)約燃料比的初衷，時(shí)間長(zhǎng)了爐墻開(kāi)始結(jié)厚，爐體水溫差一路下行，最低曾達(dá)到0.7 ℃，高爐壓量關(guān)系日趨緊張，各項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重下滑，高爐被迫處理爐墻結(jié)厚，損失嚴(yán)重。

借鑒國(guó)內(nèi)先進(jìn)高爐的操作理念，引入高爐爐腹煤氣量指數(shù)和透氣阻力系數(shù)來(lái)指導(dǎo)高爐爐況調(diào)劑。通過(guò)對(duì)高爐氣流深入研究，發(fā)現(xiàn)并不是高爐風(fēng)量越大，鼓風(fēng)動(dòng)能越大越利于高爐中心氣流的穩(wěn)定和發(fā)展，而是對(duì)不同容積的高爐來(lái)說(shuō)存在一個(gè)合適的爐腹煤氣發(fā)生量和承受量，這可以用高爐爐腹煤氣指數(shù)和和透氣阻力系數(shù)來(lái)衡量，在確立了兩者的范圍后，就可以確立合適的高爐送風(fēng)比，實(shí)踐表明，邯寶1號(hào)3 200 m3高爐的送風(fēng)比宜在1.7～1.8的范圍內(nèi)選擇，在原燃料質(zhì)量相對(duì)較好的情況下，送風(fēng)比宜選擇上限水平，在原燃料質(zhì)量較差的情況下，可以適當(dāng)降低送風(fēng)比，通過(guò)提高富氧率來(lái)調(diào)節(jié)冶煉強(qiáng)度[3]。確定送風(fēng)比后，選擇好合適的送風(fēng)面積，控制好鼓風(fēng)動(dòng)能，就能控制好中心氣流的強(qiáng)弱，研究后認(rèn)為3 200 m3高爐的鼓風(fēng)動(dòng)能在13 000 kg·m/s～14 000 kg·m/s較為合適。在原燃料較差的情況下，通過(guò)增加長(zhǎng)風(fēng)口的個(gè)數(shù)利于形成合適的中心氣流，但是在生產(chǎn)中要密切關(guān)注邊緣氣流的分布，在爐墻冷卻壁溫度大幅下滑時(shí)，要果斷減少長(zhǎng)風(fēng)口的個(gè)數(shù)，避免爐墻結(jié)厚。2012年至2015年下部調(diào)劑主要參數(shù)的趨勢(shì)如圖1所示。

圖1 2012年至2016年高爐下部調(diào)劑主要參數(shù)的趨勢(shì)

3 效果

經(jīng)過(guò)不斷的優(yōu)化調(diào)整，高爐各項(xiàng)指標(biāo)有了較明顯的進(jìn)步，特別是在2012年后高爐冶煉性能相對(duì)較差的“經(jīng)濟(jì)料”后，經(jīng)過(guò)不斷調(diào)整，逐漸適應(yīng)了新原料條件下的冶煉，有效的降低了冶煉成本。2009年至2016年高爐主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)年平均值對(duì)比見(jiàn)表3。

表3 2009年至2015年高爐主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)年平均值對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

(1)“平臺(tái)+漏斗”布料制度能顯著提高煤氣利用率，降低高爐燃料消耗；

(2)“平臺(tái)+漏斗”布料制度的實(shí)施關(guān)鍵在于確定好基本的布料角度和角差；

(3)在確立了基本的布料制度后，日常調(diào)劑上對(duì)于不同的原料條件引發(fā)氣流波動(dòng)時(shí)，要充分利用料線，批重，角度等手段進(jìn)行微調(diào)，避免偏離基本料制。

(4)“平臺(tái)+漏斗”布料制度的難點(diǎn)在于中心氣流和邊緣氣流兩股氣流的平衡，在操作上要密切關(guān)注兩股氣流的強(qiáng)弱，并及時(shí)調(diào)整，避免氣流一頭發(fā)展而破壞爐況順行。

[1] 余樂(lè)安,方穎. 中心加焦技術(shù)的理論性研究[J].浙江，2009,23(1):45-47.

[2] 董艷忠,盧建光,劉志朝.邯寶2號(hào)高爐低燃料比冶煉操作實(shí)踐[J].煉鐵，2011,30(4):19-22.

[3] 劉志朝,陳奎，王磊.邯寶高爐爐腹煤氣量指數(shù)和透氣阻力系數(shù)的控制[J].煉鐵，2013,32(4):12-16.