供稿|張勝發(fā) / ZHANG Sheng-fa

內容導讀

本鋼板材有限公司6#高爐爐役后期爐缸冷卻壁熱流強度上升，在保障爐缸安全的前提下，對6#高爐操作制度進行不斷摸索和優(yōu)化，探尋在低冶煉強度下合理的操作制度，以降低燃料消耗。文章介紹了對6#高爐采取釩鈦礦入爐和降低冶煉強度等措施護爐，在低強度冶煉條件下采取降低富氧、縮小風口面積、縮小礦批重等措施，在保證爐況順行的基礎上實現(xiàn)了低強度冶煉低耗生產(chǎn)。

本鋼板材有限公司6#高爐有效容積為2850 m3，2004年9月5日開爐，實現(xiàn)一次投產(chǎn)成功、快速達產(chǎn)。高爐冶煉強度不斷提高，月平均產(chǎn)量達到7120 t/a，利用系數(shù)達到2.50 t/(m3·d)。但從2014年7月爐缸鐵口區(qū)域冷卻壁熱流強度開始上升，最高熱流強度達到1.8×105kJ/(m2·h)，高爐操作不得不采取鈦礦入爐、限產(chǎn)等措施控制熱流強度，生鐵燃料消耗在低冶煉強度下大幅度升高。因此，在保障爐缸安全的前提下，對6#高爐操作制度進行不斷摸索和優(yōu)化，探尋在低冶煉強度下合理的操作制度，以降低燃料消耗。

爐缸結構及存在的問題

本鋼6#高爐爐缸采用“國產(chǎn)陶瓷杯+UCAR小塊炭磚水冷爐底”復合結構。具體為：在爐底封板上澆搗高導熱系數(shù)的炭素搗料后搗平，其上滿鋪2層國產(chǎn)石墨炭磚及3層國產(chǎn)半石墨炭磚；爐底采用強制水冷；爐缸下部環(huán)砌43層美國UCAR熱壓小塊炭磚，上部采用17層國產(chǎn)SiN4-SiC磚和2層剛玉磚；陶瓷杯杯底采用2層剛玉莫來石磚，杯壁由l層剛玉組合磚構成，在杯底炭磚與剛玉莫來石磚間填充RP-4搗打料，環(huán)砌炭磚和陶瓷杯上表面采用大塊蓋面磚。其中，鐵口中心線部分炭磚原始厚度：鐵口區(qū)域炭磚厚度1435 mm、陶瓷杯厚度232 mm；非鐵口區(qū)域炭磚厚度1085 mm、陶瓷杯厚度232 mm。鐵口中心線以上部位：炭磚厚度1000 mm、陶瓷杯厚度232 mm。

自2014年12月中旬開始，3個鐵口冷卻壁熱流強度波動較大：1號鐵口的熱流強度超過了1.2×105kJ/(m2·h)，2號鐵口的熱流強度超過了1.0×105kJ/(m2·h)，3號鐵口的熱流強度超過了1.8×105kJ/(m2·h)。針對爐缸熱流強度升高，車間采取降低冶煉強度，減少富氧、釩鈦礦入爐、堵風口、縮小風口面積等手段進行護爐，維持高爐安全生產(chǎn)。

低強度低耗冶煉實踐

高爐的下部送風制度與上部裝料制度決定了爐內煤氣流的分布，也影響著爐缸工作狀態(tài)和爐缸側壁炭磚的侵蝕方式和程度。上下部制度匹配合理，有利于改善高爐爐缸活躍度，保持充沛的熱度，保障爐況長期穩(wěn)定順行，使爐缸爐底侵蝕朝長壽型的“鍋底”狀侵蝕發(fā)展。

降低高爐冶煉強度

◆ 提高爐溫

高爐配加釩鈦礦護爐后，為保持合適的爐缸熱度，適當提高爐溫，[Si]控制在0.5%±0.05%，生鐵中[S]≤0.03%。鐵水中[Si]含量是爐缸熱度的化學表征，保持充沛的爐缸熱度有利于爐渣中TiO2還原成[Ti]。研究表明，生鐵中的石墨碳數(shù)量隨[Si]、[Ti]、[C]的增加而逐漸增多。TiO2還原成[Ti]后，在爐內與C、N生成高熔點游離的TiC、TiN微粒，可以作為石墨晶核，有利于石墨化和石墨析出，降低了鐵水的流動性，減緩爐缸側壁炭磚的侵蝕。

◆ 鈦礦護爐

當爐缸磚襯出現(xiàn)異常侵蝕或侵蝕較為嚴重時，在爐料結構中加鈦(TiO2)護爐，其在爐內還原生成高熔點的Ti(C、N)化合物，與鐵水及鐵水中析出的石墨凝結并黏附在侵蝕后的磚襯上，起到保護爐缸磚襯的作用。鐵水成分變化見表1。

表1 本鋼6#高爐護爐前后鐵水成分(質量分數(shù)，%)

◆ 控制冶煉強度

當高爐利用系數(shù)提高后，通過爐缸單位截面積的鐵水量增加，鐵水平均流速提高，爐缸環(huán)流加劇，將導致爐缸侵蝕加速。同時，生鐵產(chǎn)量的增加，也給爐缸帶來了更多的熱量，使爐缸炭磚磚襯熱面溫度升高，加速爐缸侵蝕。

2016年6月30日6#高爐減氧，由240 m3/min減到160 m3/min。產(chǎn)量由6600 t/d降到6000 t/d；7月3日富氧減到100 m3/min；7月5日停氧，并每批配加釩鈦礦2 t。停氧后產(chǎn)量降到5400 t/d；7月14日休風，堵17#(3#鐵口上方)、29#(1#鐵口上方)兩個風口，控制該區(qū)域送風量，降低該區(qū)域鐵水流速和溫度，減緩爐缸磚襯侵蝕。爐缸熱流強度逐漸開始下降。

調整上下部操作制度

在高利用系數(shù)的條件下，通過采取抑制邊緣、開放中間的裝料模式，爐況的穩(wěn)定性及煤氣利用率均達到較高的水平。但是，在低強度冶煉下，由于爐腹煤氣量下降，中心氣流有減弱的趨勢；同時邊緣熱負荷也容易波動，對爐況的穩(wěn)定性有較大的影響[1]。

◆ 送風制度的調整

隨著產(chǎn)能的降低，風氧使用量也隨之減少，因此配備合理的送風制度非常關鍵。風氧量減少導致爐缸的活躍性下降，鼓風動能也會有所下降。因此在送風制度的調整上，6#高爐以堅持鼓風動能、保障爐缸活躍為原則。

6#高爐在堅持全風冶煉、確保中心氣流穩(wěn)定和強度的前提下，首先使用加長風口，減弱爐缸熱流強度高區(qū)域邊緣氣流強度；同時利用休風機會，逐步將風口面積由0.3508 m2調整為0.3354 m2，控制邊緣煤氣流的強度，降低爐缸側壁磚襯熱負荷，從而起到保護該區(qū)域磚襯的作用，達到護爐的目的并保證爐缸圓周氣流分布的合理和穩(wěn)定。另外在逐步縮小風口面積及減少富氧量的過程中，將高爐的入爐風量由4900 m3/min逐步提高到5050 m3/min。通過對高爐送風風口面積及入爐風量的調整，鼓風動能由11500 kg·m/s提高到14500 kg·m/s(見圖1)，高爐爐缸活躍性逐漸增強。

◆ 裝料制度的調整

圖1 調整前后鼓風動能變化圖

一般應根據(jù)冶煉強度和噴吹燃料量來決定合理的礦石批重，然后再調節(jié)裝料順序來控制邊緣及中心煤氣流的強度[2]。因此上部調節(jié)應密切注意煤氣流變化并采取相應措施維持煤氣流分布。隨著冶煉強度的降低，風量減少，中心氣流減弱，要適當縮小批重發(fā)展中心氣流。在選定合適的批重時，要考慮原燃料條件、冶煉強度和噴吹燃料及兩次上料間爐頂溫度上升速率與波幅等因素[3]。焦炭的批重由根據(jù)焦層的厚度決定，大高爐的爐喉焦炭層厚在0.60～0.75 m，不宜小于0.5 m。

2016年6月因爐缸熱流強度高，高爐采取減氧、停氧措施控制冶煉強度。隨著冶煉強度的大幅度下降，爐頂溫度上升速率變緩，波動幅度增大，煤氣利用率逐漸下降，壓量關系的穩(wěn)定性變差。

因此，根據(jù)富氧量的逐漸降低、冶煉強度的下降以及爐頂溫度的變化情況，6月30日將礦石批重由82 t變?yōu)?7 t，焦炭批重由16.0 t變?yōu)?5.0 t；7月3日將礦石批重由77 t變?yōu)?2 t，焦炭批重由15.0 t變?yōu)?4.0 t(表2)。

通過調整焦炭和礦石的批重，同時保證焦炭在爐喉及爐腰處的適宜厚度(見表2)，高爐的壓量關系大幅度緩解(如圖2)。

表2 調整前后焦炭在爐喉及爐腰處厚度

圖2 調整前后壓差的變化趨勢圖

◆ 降低燃料比

擴大礦石批重能促進礦石的均勻分布，合理布料，優(yōu)化煤氣流分布，可以穩(wěn)定上部煤氣流，可提高煤氣中CO2含量，提高煤氣利用率，同時使熱風所帶有的熱量能夠充分傳遞給爐料，增加高爐內鐵礦石的間接還原度。

隨著壓量關系的改善，在穩(wěn)定焦炭平臺的情況下，逐步將礦石批重由72.0 t增加到79.0 t，提高煤氣利用率；同時通過調整布料制度，將調整為，拓寬礦石平臺，高爐燃料比進一步降低。

◆ 調整中心和邊緣負荷

6#高爐在布料制度調整上堅持以“以暢通的中心氣流為主、同時兼顧邊緣氣流的穩(wěn)定發(fā)展”為操作指導思想進行上下部制度的調整。在正常生產(chǎn)過程中，通過十字測溫和爐頂成像密切關注中心氣流強度和寬度。

中心加焦是保證中心通暢的有效手段。在日常生產(chǎn)中將中心空焦比例控制在20%以上保證中心氣流的暢通，同時通過調整中心和邊緣的焦炭負荷，將十字測溫中心點溫度控制到650～850℃，邊緣溫度控制到70～110℃。

邊緣氣流的穩(wěn)定存在及強弱在很大程度上決定爐況的穩(wěn)定性及煤氣利用率的高低。正常情況下，爐體軟水溫差控制在2～3℃，熱負荷控制在(6×104～9×104) kJ/h，一旦超出該溫度范圍，及時調整布料制度，保證邊緣和中心氣流的合適分配比例。

熱制度和造渣制度

鐵水的物理熱充足是爐缸活躍和爐況穩(wěn)定的必要條件，因此6#高爐非常重視鐵水物理溫度的管理。

(1) 控制生鐵[Si]含量為0.40%～0.50%，保證鐵水溫度為1490～1520℃，并嚴格要求各班組統(tǒng)一操作，嚴禁長期低爐溫操作，連續(xù)2次爐溫低于下限時要采取提高爐溫的操作措施。

(2) 在日常操作過程中，要求以鐵水物理溫度的高低來判斷和調劑爐況，當連續(xù)兩次鐵水物理溫度低于1490℃時，需提高燃料比15～25 kg/t以提高鐵水溫度，保證爐缸熱量充沛。

(3) 控制爐渣二元堿度為1.17±0.02、生鐵[S]含量≤0.03%。偏離此范圍時，及時調整堿度。為了保證爐渣的流動性，控制渣中MgO含量為7%～8%。

出鐵制度和鐵口維護

維護好鐵口對爐缸的壽命至關重要，越是到了爐役后期鐵口深度越是要加大，這是保護爐缸長壽的基本要求。爐缸側壁環(huán)流加劇，磚襯熱面溫度過高，液態(tài)鐵水和堿金屬滲透侵蝕形成變質層，在渣鐵的沖刷下會加速侵蝕，因此降低出鐵速度有利于減少環(huán)流。但鐵流時間超長，加劇鐵口泥包和鐵口孔道的侵蝕，不利于鐵口維護且容易造成生產(chǎn)安全事故。針對這一情況6#高爐制定了相應措施，鐵口深度大于3.2 m，每次出鐵時間2～2.5 h，以保持爐缸內渣鐵面相對穩(wěn)定，減少鐵水環(huán)流對爐缸磚襯的侵蝕。

低強度冶煉生產(chǎn)

6#高爐經(jīng)過幾個月的調整后，實現(xiàn)了低強度冶煉條件下爐況的長期穩(wěn)定順行，爐缸安全可控，同時取得了良好的經(jīng)濟技術指標(如表3所示)。

表3 本鋼6#高爐2016年7月至2018年6月各項經(jīng)濟技術指標

續(xù)表

結束語

本鋼6#高爐通過釩鈦礦護爐、縮小風口面積、縮小批重等一系列調整措施，在保證爐缸安全的基礎上，實現(xiàn)了低強度冶煉下爐況的長期穩(wěn)定順行。同時不斷摸索操作制度，為爐役后期的安全生產(chǎn)，降低能耗創(chuàng)造了良好條件。