趙東明 ，張延輝 ，劉振宇 ，黃勇 ，朱建偉 ，姜喆

（1.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠（以下簡稱“煉鐵總廠”）5號2580 m3高爐是由鞍山鋼鐵自主設(shè)計(jì)建設(shè)，在淘汰3號、5號、6號三座小高爐基礎(chǔ)上改建而成的現(xiàn)代化大型高爐。該高爐有3個出鐵口，年生產(chǎn)能力200萬t，于2009年6月30日投產(chǎn)后穩(wěn)定運(yùn)行9年。2018年，由于爐缸侵蝕等原因，高爐進(jìn)行了為期61天的停爐大修。但大修開爐后，高爐爐況一直不穩(wěn)定。為此，煉鐵總廠開展了一系列技術(shù)攻關(guān)，并借助于新的檢測手段，調(diào)整高爐布料制度和送風(fēng)制度，實(shí)現(xiàn)了高爐的長期穩(wěn)定順行，效果良好。

1 高爐基本狀況

1.1 裝備情況

煉鐵總廠5號高爐首期爐役采用了多項(xiàng)先進(jìn)工藝技術(shù)和裝備系統(tǒng)：燒結(jié)礦分級入爐技術(shù)，小塊焦炭回收技術(shù)，爐底爐缸高導(dǎo)熱炭磚和陶瓷杯復(fù)合技術(shù)，銅冷卻壁，遙控DDS液壓矮炮及開口機(jī)，反滲透除鹽水密閉循環(huán)系統(tǒng)，新一代嘉恒沖渣工藝，旋風(fēng)重力除塵器及環(huán)保型干法除塵煤氣清洗技術(shù)，卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐及前置預(yù)熱爐雙預(yù)熱系統(tǒng)等，其設(shè)備裝備水平達(dá)到了國際一流水平。

2018年9月12日高爐開始停爐大修，本次大修改造再次引進(jìn)多項(xiàng)先進(jìn)監(jiān)測系統(tǒng)，如高爐數(shù)字化檢測系統(tǒng)，激光測量料面系統(tǒng)，風(fēng)口小套檢漏與水溫差檢測系統(tǒng)，爐頂熱像儀，風(fēng)口成像儀等。以上在線監(jiān)測手段為準(zhǔn)確調(diào)整爐況提供了依據(jù)［1］。

1.2 高爐爐況

煉鐵總廠5號高爐于2018年11月11日大修結(jié)束并順利開爐，開爐3天后利用系數(shù)達(dá)到2.1 t/（m3·d），但之后爐況穩(wěn)定性變差，生鐵產(chǎn)量偏低，鐵水物理溫度經(jīng)常低于1 490℃，壓量關(guān)系不匹配，風(fēng)量偏少，爐缸活躍程度降低。2019年1月開始高爐頻繁出現(xiàn)風(fēng)口下沉現(xiàn)象，壞風(fēng)口數(shù)量增多，減風(fēng)及崩料現(xiàn)象時有發(fā)生，邊中氣流不穩(wěn)定，爐況波動期間經(jīng)常低風(fēng)溫操作，消耗指標(biāo)及生鐵質(zhì)量受到很大影響。

2 爐況診斷分析

借助大修后新增設(shè)的爐頂熱像儀成像、激光測料面及高爐數(shù)字化檢測等手段，煉鐵總廠對引起5號高爐爐況波動的原因進(jìn)行了診斷分析，分析結(jié)果如下。

（1）開爐期間布料制度不合理。高爐焦批13.83 t，礦批70 t。2019年1月5號高爐布料矩陣見表1。

表1 2019年1月5號高爐布料矩陣Table 1 Burden Distribution Matrix of No.5 Blast Furnace in January 2019

應(yīng)用模擬軟件計(jì)算得到的爐頂料面形狀［2］如圖1所示。焦炭平臺寬度約為1.0 m，為爐喉半徑的24%，沒有達(dá)到爐喉半徑1/3的理想值；中心漏斗深度約為1.26 m，中心加焦焦柱高為1.74 m，中心加焦面積約占爐喉面積的22.6%。爐喉半徑與O/C和焦層厚度關(guān)系如圖2所示，可以看出，在爐喉半徑1.7～2.7 m范圍內(nèi)，焦層厚度不足0.3 m，在爐腰軟熔帶處難以形成焦窗，易引起崩懸料。

圖1 爐頂料面形狀模擬Fig.1 Simulation of Charge Level Appearance on Furnace Top

圖2 爐喉半徑與O/C和焦層厚度關(guān)系Fig.2 Relationship among Throat Radius，Ratio of Ore to Coal and Thickness of Coke Bed

（2）觀察爐頂熱成像發(fā)現(xiàn)，每次順行變差前，中心氣流均變?nèi)?，說明中心氣流受到抑制，且期間伴隨著爐料下降速度變慢，最終發(fā)生崩滑料。經(jīng)分析，5號高爐開爐后使用東鞍山燒結(jié)礦，其SiO2含量達(dá)到6.5%～6.7%，致使每批礦中球團(tuán)使用比例高達(dá)36%，大大增加了球團(tuán)礦向中心的滾動量，影響了中心煤氣流的暢通，一旦原燃料質(zhì)量和品種產(chǎn)生波動，而制度調(diào)整不及時，極易造成邊中煤氣流同時受阻，導(dǎo)致崩滑料。

（3）機(jī)械探尺誤差較大。開爐后一段時間內(nèi)，通過激光測料面發(fā)現(xiàn)邊緣始終沒有建立一定寬度的平臺，導(dǎo)致邊緣氣流非常不穩(wěn)定。2019年3月5日通過比對機(jī)械尺顯示數(shù)據(jù)與激光測量料面數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩者料面深度偏差在0.6～0.9 m，見圖3，嚴(yán)重影響了布料的精準(zhǔn)度，造成實(shí)際爐料整體外移，大大減少了邊緣平臺的寬度。

（4）高爐開爐后鼓風(fēng)動能不達(dá)標(biāo)，平均風(fēng)量只有 4 200～4 300 m3/min，鼓風(fēng)動能＜100 kJ/s，造成爐缸活躍度不夠，爐缸死料堆體積偏大，進(jìn)而限制了高爐的進(jìn)一步強(qiáng)化［3］。5號高爐風(fēng)口面積為0.339 m2，風(fēng)量與風(fēng)速、鼓風(fēng)動能和爐腹煤氣量指數(shù)的關(guān)系見圖4，可以看出，只有風(fēng)量＞4 700 m3/min，才能使鼓風(fēng)動能達(dá)到110 kJ/s、爐腹煤氣量指數(shù)＞56 m3/min的合適值，高爐達(dá)到良好的運(yùn)行指標(biāo)［4］。

圖3 機(jī)械尺測量與激光測量料面數(shù)據(jù)比對Fig.3 Comparison of Charge Level Data Measured by Mechanical Ruler and Laser

圖4 風(fēng)量與實(shí)際風(fēng)速、鼓風(fēng)動能和爐腹煤氣量指數(shù)的關(guān)系Fig.4 Relationship between Blast Quantity and Actual Blast Velocity，Blast Kinetic Energy and Gas Volume in Bosh

（5）高爐開爐后頻繁出現(xiàn)風(fēng)口下沉現(xiàn)象。高爐風(fēng)口成像如圖5所示，可以看出，嚴(yán)重時有超過一半風(fēng)口出現(xiàn)不同程度下沉。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高爐30個風(fēng)口仍然沿用大修前為吹透中心、保護(hù)爐缸環(huán)炭而使用的長風(fēng)口，長度均為640 mm，等效爐腹角為 69°24＇，小于經(jīng)驗(yàn)理想值 72°［5］，易發(fā)生邊緣氣流不足，易下生料，導(dǎo)致風(fēng)口下沉。

圖5 高爐風(fēng)口成像Fig.5 Tuyeres Imaging of Blast Furnace

3 爐況調(diào)整

根據(jù)上述煉鐵總廠5號高爐爐況的診斷分析，提出采取以下調(diào)整措施。

（1）調(diào)整布料制度，形成焦炭“擋墻”

在布料制度方面進(jìn)行調(diào)整，將第5環(huán)焦炭增加1圈“擋墻焦”，之后將中心焦炭由5圈逐步減為4圈，第8環(huán)焦炭由3圈減為2圈。一是阻擋球團(tuán)礦向中心滾落而導(dǎo)致的中心氣流不暢；二是相應(yīng)降低爐喉徑向1.7～2.7 m范圍內(nèi)的礦焦比，避免在爐腰軟熔帶形成礦-礦連接現(xiàn)象。調(diào)整布料制度后5號高爐布料矩陣見表2。布料制度調(diào)整后爐況運(yùn)行平穩(wěn)，風(fēng)量增加100～200 m3/min，高爐強(qiáng)度也同步提高，為高爐長期穩(wěn)定奠定了基礎(chǔ)。

表2 調(diào)整布料制度后5號高爐布料矩陣Table 2 Burden Distribution Matrix of No.5 Blast Furnace after Distribution System Adjustment

（2）降低球團(tuán)比例，減少滾動效應(yīng)

為了降低球團(tuán)礦向中心的滾動效應(yīng)，決定使用塊礦4 t/批，使球團(tuán)比例由36.4%降至27.5%，見表3，同時調(diào)整上料程序，將塊礦盡量布到環(huán)狀帶，避免其發(fā)生熱爆裂而引起中心和邊緣堵塞。改動后高爐穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，壓量關(guān)系良好。

表3 5號高爐爐料結(jié)構(gòu)變化情況Table 3 Change Situation of Burden Composition for No.5 Blast Furnace %

（3）校對機(jī)械探尺，構(gòu)筑合理布料平臺

發(fā)現(xiàn)探尺不準(zhǔn)后，立即對機(jī)械尺進(jìn)行校對，最終機(jī)械尺與激光測量數(shù)據(jù)誤差縮小至0.08 m以內(nèi)。調(diào)整后，高爐料面規(guī)整合理，并形成約1.2 m寬度的布料平臺，見圖6。高爐煤氣利用率提升1.5%，下料順暢。通過應(yīng)用新安裝的激光測量料面技術(shù)可以在日常生產(chǎn)實(shí)時檢測料面形狀，對高爐生產(chǎn)有極大幫助，是煉鐵技術(shù)的一項(xiàng)重大進(jìn)步。

（4）增大風(fēng)量，提高鼓風(fēng)動能

針對5號高爐風(fēng)速和鼓風(fēng)動能偏低的情況，在調(diào)整布料制度和爐料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從2019年3月8日開始，將風(fēng)量逐步增大到4 700～4 800 m3/min，風(fēng)壓380～390 kPa，鼓風(fēng)動能達(dá)到了110 kJ/s。隨著鼓風(fēng)動能的增加，爐缸變得越來越活躍，壓量關(guān)系更趨合理，為高爐的強(qiáng)化提供了保證。

圖6 調(diào)整探尺后料面形狀Fig.6 Charge Level Appearance after Probe Ruler Adjustment

（5）縮小風(fēng)口長度，增加邊緣氣流

5號高爐風(fēng)口下沉現(xiàn)象不僅會使煤氣流初始分布發(fā)生變化，還會使最多4個風(fēng)口不能噴煤，造成風(fēng)口噴煤不均，進(jìn)而影響煤氣流均勻分布。高爐風(fēng)口過長，會抑制下部邊緣氣流，沒有被充分還原的生料容易直接落入爐缸，造成風(fēng)口曲損和爐缸不活。2019年5月初，利用高爐短期休風(fēng)機(jī)會，將30個風(fēng)口中的16個更換為600 mm長的風(fēng)口；2019年6月初，將余下的14個風(fēng)口分別更換為13個600 mm和1個580 mm的風(fēng)口。調(diào)整后，風(fēng)口下沉現(xiàn)象基本得到解決。

4 實(shí)踐效果

煉鐵總廠5號高爐經(jīng)過一系列調(diào)整后，從2019年3月中下旬開始高爐順行明顯好轉(zhuǎn)，調(diào)整前后高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)如表4所示。從表4可以看出，調(diào)整后，高爐綜合焦比降低，高爐利用系數(shù)和煤氣利用率提高，實(shí)現(xiàn)了高爐的長期穩(wěn)定順行和產(chǎn)量提升。

表4 調(diào)整前后高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)Table 4 Economical and Technical Indexes of BF before and after Adjustment

5 結(jié)論及展望

鞍鋼煉鐵總廠5號高爐2019年3月中旬至今運(yùn)行狀態(tài)良好，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)明顯改善，高爐利用系數(shù)逐月提高，最高達(dá) 2.53 t/（m3·d），但與同行業(yè)先進(jìn)水平相比仍有一定差距。下一步計(jì)劃將燃料比控制在535 kg/t以內(nèi)，利用系數(shù)長期穩(wěn)定在2.5～2.6 t/（m3·d）。 為此，擬從以下幾方面著手。

（1）堅(jiān)持上下部調(diào)劑相結(jié)合原則，在爐況順行基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化裝料制度，適當(dāng)拓寬平臺，逐步減少中心加焦量至15%左右，提高煤氣利用率，降低燃料比。

（2）將風(fēng)量穩(wěn)定在 4 800～4 900 m3/min，風(fēng)壓逐步提高至410 kPa，小幅提高風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，進(jìn)一步活躍爐缸，提高高爐抗波動能力。

（3）加強(qiáng)原燃料質(zhì)量管控。5號高爐使用的料種復(fù)雜，變料次數(shù)多，一定程度上會造成爐況波動。針對此情況，高爐作業(yè)區(qū)與部門，部門與外部原料廠礦之間要加強(qiáng)日常溝通與協(xié)調(diào)，建立原燃料質(zhì)量預(yù)警機(jī)制，力爭料種質(zhì)量相對穩(wěn)定。高爐作業(yè)區(qū)要建立應(yīng)對不同原燃料變化的爐況調(diào)整預(yù)案，根據(jù)原燃料變化情況，及時調(diào)整相應(yīng)制度，確保高爐在具有較高利用系數(shù)的同時長期穩(wěn)定順行。