李 麗 馮 帥 李 洋

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司）

0 前言

提高煤比、降低焦比和燃料比是高爐追求的核心目標(biāo)之一。近幾年，鋼鐵企業(yè)的焦化工序產(chǎn)生的環(huán)保問(wèn)題較多，國(guó)家倡導(dǎo)綠色、低耗、環(huán)保的政策觀念，鋼鐵廠想要生存發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，必須提高煤比。邯鋼3 200 m3高爐的裝料制度為中心加焦布料制度，此料制能夠強(qiáng)烈發(fā)展中心氣流，抑制邊緣氣流。但邊緣偏重，高爐煤氣利用率偏低，爐況穩(wěn)定性較差，稍有變化就容易造成爐內(nèi)減風(fēng)減氧。高爐噴煤的穩(wěn)定性不佳，有時(shí)倒罐的速率波動(dòng)高達(dá)10 t/h以上，從而造成高爐透氣性變差，被迫減風(fēng)，影響高爐產(chǎn)量及指標(biāo)。邯鋼高爐的富氧率僅為3%左右，無(wú)法進(jìn)一步提高煤比，降低焦比[1-4]。

1 邯鋼3 200 m3高爐設(shè)備改造

1.1 改造布料溜槽

邯鋼1#、2#高爐（3 200 m3）于2008年、2009年相繼投產(chǎn)，高爐爐頂采用圓弧形布料溜槽，爐料的料流均勻、范圍寬、比較分散。生產(chǎn)實(shí)踐中，兩座高爐同時(shí)不順時(shí)，采取調(diào)整料制的方法，效果均不明顯，為此休風(fēng)后檢查料面發(fā)現(xiàn)，實(shí)際料面和設(shè)定料面偏差很大，實(shí)際料面又寬又薄、且不規(guī)則，高爐生產(chǎn)過(guò)程中的頂壓為225 kPa左右，在高壓氣流的吹動(dòng)下，使用圓弧形布料溜槽布料，爐料容易發(fā)生偏移，料面不平整，從而造成調(diào)節(jié)爐況難度增加。為此，將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，優(yōu)點(diǎn)是布料的料面較窄，料面厚度也能增加，經(jīng)計(jì)算，使用方形布料溜槽的料面厚度比圓弧形布料溜槽的厚30%左右。在高壓條件下，爐料的偏移情況大大改善，提高了高爐布料的準(zhǔn)確性，即有助于高爐工長(zhǎng)調(diào)節(jié)控制煤氣流分布，提高高煤氣利用率。

此外，為進(jìn)一步使得布料均勻、平整，將爐喉的十字測(cè)溫裝置縮短了40%，避免高速料流經(jīng)過(guò)十字測(cè)溫的臂面時(shí)發(fā)生碰撞、反彈的情況，保證了料面的完整性，有利于煤氣流的均勻穩(wěn)定，間接提高了高爐的煤比。

1.2 建造第四座熱風(fēng)爐

邯鋼3 200 m3高爐配備3座熱風(fēng)爐，采用“兩燒一送”的方式進(jìn)行送風(fēng)，現(xiàn)場(chǎng)留有第四座熱風(fēng)爐位置。2016年，發(fā)現(xiàn)2#高爐的2#熱風(fēng)爐最先出現(xiàn)問(wèn)題，一方面是送風(fēng)后期不吃風(fēng)量，頂溫低，最高也不到1 050 ℃；另一方面是換爐過(guò)程中風(fēng)溫波動(dòng)大，明顯反應(yīng)出格子磚嚴(yán)重堵塞。因此，開始建立第四座熱風(fēng)爐，2018年投入運(yùn)行，風(fēng)溫由1 050 ℃提升至1 200 ℃，。在換爐過(guò)程中的風(fēng)溫波動(dòng)明顯減小，高爐的燃料比也大幅度降低，煤比升高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。據(jù)統(tǒng)計(jì)2019年和2020年，2#高爐的煤比由135 kg/t上升至160 kg/t左右，焦比由335 kg/t下降至305 kg/t，燃料比由之前的530 kg/t改善至目前的510 kg/t左右。

1.3 噴煤罐出口安裝加速裝置、反吹管

高爐噴煤的穩(wěn)定性對(duì)高爐操作有著重要的意義。噴煤速率由罐壓控制，正常噴吹時(shí)速率較為穩(wěn)定，當(dāng)噴煤進(jìn)行倒罐作業(yè)時(shí)，速率波動(dòng)較大，瞬時(shí)實(shí)際噴煤量和設(shè)定噴煤量相差10 t/h以上，甚至出現(xiàn)不走煤的情況發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，從噴煤罐到混合器的距離約10 m，這段管道屬于濃相輸送，煤粉沉積容易出現(xiàn)不走煤、停煤現(xiàn)象。為解決這個(gè)問(wèn)題，在噴煤罐的出煤手閥和出煤閥之間安裝1個(gè)加速裝置，該加速裝置放置于金屬軟連接內(nèi)部，如圖1所示。該加速裝置長(zhǎng)500 mm，兩端直徑為100 mm，中間直徑為50 mm，在噴煤過(guò)程中，先打開出煤閥，再打開出煤手閥，能起到加速煤粉流動(dòng)的作用，解決不走煤的問(wèn)題。因加速裝置是耐磨合金材質(zhì)，也保護(hù)了金屬軟連接設(shè)備，避免磨漏造成漏煤，影響生產(chǎn)、污染環(huán)境。

圖1 加速裝置、反吹管

在倒罐過(guò)程中，出煤閥和給煤閥之間容易沉積煤粉，再次噴吹時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)速率波動(dòng)的情況。為此，在出煤閥與給煤閥之間，靠近出煤閥處安裝1個(gè)氮?dú)夥创倒?，朝出煤閥方向，主要有兩個(gè)作用：一是在倒灌過(guò)程中，先打開給煤閥，反吹氮?dú)鈱⒐艿纼?nèi)的積煤吹掃進(jìn)噴煤主管道，再打開出煤閥，解決了出煤閥和給煤閥之間不走煤的現(xiàn)象。二是在充壓過(guò)程中，打開出煤閥、關(guān)閉給煤閥，反吹氮?dú)膺M(jìn)入噴吹罐內(nèi)進(jìn)行充壓作業(yè)，由于反吹氮?dú)馀c噴煤罐的底部流化氮?dú)?、錐部流化氮?dú)舛疾粚?duì)稱，可以使罐內(nèi)的煤粉流化均勻，有利于提高噴煤過(guò)程的穩(wěn)定性，提高煤粉的燃燒率，進(jìn)而提高高爐的煤比。

1.4 高爐噴煤罐安裝穩(wěn)壓裝置

改造前的高爐噴煤罐安裝穩(wěn)壓裝置包括罐體、安裝于罐體頂部的進(jìn)煤管道、大放散管道和小放散管道，進(jìn)煤管道中安裝進(jìn)煤閥，大放散管道中安裝大放散閥、小放散管道中安裝小放散閥；罐體下部?jī)蓚?cè)分別設(shè)有錐部流化閥和出煤閥，底部設(shè)有底部流化閥，如圖2（a）所示。

為提高高爐噴煤的穩(wěn)定性，對(duì)高爐噴煤罐進(jìn)行改造，在罐體頂部安裝了新小放散管道，新小放散管道下端與罐體頂部連接，上端與大放散管道連接，新小放散管道內(nèi)部安裝有新小放散閥；罐體上安裝有進(jìn)氣管道，進(jìn)氣管道上安裝穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥與PID控制器連接。安裝新小放散管道和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)噴煤罐罐壓的自動(dòng)穩(wěn)定調(diào)節(jié)，大幅提升了噴煤罐罐壓的穩(wěn)定性，噴煤穩(wěn)定率達(dá)到99.8%以上，為高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行創(chuàng)造了條件。改造前的高爐噴煤罐安裝穩(wěn)壓裝置如圖2（b）所示。

圖2 改造前后的噴煤罐穩(wěn)壓裝置

2 邯鋼3 200 m3高爐工藝改進(jìn)

2.1 布料制度改進(jìn)

邯鋼兩座3 200 m3高爐原布料矩陣為。此料制的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)展中心氣流，O抑制邊緣氣流；缺點(diǎn)是高爐的邊緣效應(yīng)偏重，對(duì)外圍變化比較敏感，高爐煤氣利用率不高，經(jīng)常維持在45%～46%左右，高爐燃料比高達(dá)530～535 kg/t。

為了優(yōu)化布料工藝，大膽嘗試去除中心焦，采用大礦批、低料速和平臺(tái)+漏斗的布料模式。首先，將礦石的布料圈數(shù)和焦炭的布料圈數(shù)均從中心向外部偏移，目的是將漏斗深度加深，以此來(lái)開放整個(gè)爐料的中心通道。然后，根據(jù)礦石與焦炭安息角的不同，測(cè)算出平臺(tái)的寬度，爐喉的半徑為4.5 m，平臺(tái)度為1.5 m左右，漏斗深度為2 m左右，因此將高爐的布料矩陣逐步調(diào)整為：經(jīng)過(guò)4到8個(gè)冶煉周期后，觀察發(fā)現(xiàn)爐身靜壓逐漸平穩(wěn)，邊緣氣流穩(wěn)定發(fā)展，爐況整體趨于穩(wěn)定、向好的方向發(fā)展。此外，爐體水溫差緩慢下降，最終穩(wěn)定到了3～4 ℃之間，高爐煤氣利用率大幅度提升至49%～50%之間。

2.2 送風(fēng)制度改進(jìn)

送風(fēng)對(duì)煤氣流的分布有著重要的影響。首先必須選擇與高爐匹配的入爐風(fēng)量，其次要確定適宜的實(shí)際風(fēng)速、標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速以及鼓風(fēng)動(dòng)能。邯鋼3 200 m3高爐共32個(gè)風(fēng)口，風(fēng)口直徑為120 mm，風(fēng)口面積為0.361 9 m2，風(fēng)口面積偏小，爐內(nèi)邊緣氣流不宜發(fā)展，穩(wěn)定性差。因爐況波動(dòng)，煤氣利用率經(jīng)常性降至48%以下。為了提高進(jìn)風(fēng)量，保證壓差穩(wěn)定、高爐順行，采取增加風(fēng)口面積的措施。將風(fēng)口直徑增加到130 mm，風(fēng)口面積增加至0.424 7 m2，通過(guò)增加風(fēng)口面積，高爐壓差下降明顯，再逐漸增加風(fēng)量、氧量和噴煤量，可以提高高爐產(chǎn)量，降低燃料比。風(fēng)量由5 800 m3/min提高至6 000 m3/min，富氧率由3%提高至4.5%左右，達(dá)到了20 000 m3/h，煤比由130 kg/t提高至160 kg/t。

此外，通過(guò)增加風(fēng)口長(zhǎng)度達(dá)到活躍中心氣流的目的，風(fēng)口長(zhǎng)度增加后，回旋區(qū)向爐缸中心推移，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速為240～245 m/s，實(shí)際風(fēng)速為260～270 m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能達(dá)到160 kJ/s左右。通過(guò)配置部分長(zhǎng)風(fēng)口，不僅使?fàn)t缸狀態(tài)得到改善，而且邊緣氣流得到合理控制，爐體水溫差由3.5～4 ℃穩(wěn)定到3 ℃左右。

2.3 優(yōu)化噴煤工藝流程

高爐噴吹煤粉屬于氣固兩項(xiàng)輸送，噴煤罐到混合器之間為濃相輸送，煤粉的“載體”為氮?dú)?；混合器到高爐煤槍為稀相輸送，煤粉的“載體”為氮?dú)夂蛪嚎s空氣，壓縮空氣的使用量占90%以上，可見(jiàn)壓縮空氣的調(diào)節(jié)對(duì)噴煤速率的穩(wěn)定有著重要的意義。根據(jù)高爐噴煤量的不同，逐漸調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，整體趨勢(shì)為隨著噴煤量的增加，壓縮空氣呈減少趨勢(shì)。

（1）高爐剛送風(fēng)時(shí)，單系列10 t起噴，壓縮空氣流量按1 200 m3/h設(shè)定；（5）高爐要煤量20 t時(shí)，改雙系列噴煤，每個(gè)系列壓縮空氣流量按1 200 m3/h設(shè)定；（3）單系列噴煤量為15 t時(shí)，壓縮空氣流量按1 000～1 100 m3/h設(shè)定；（4）單系列噴煤量為20 t時(shí)，壓縮空氣流量按950～1 000 m3/h設(shè)定；（5）單系列噴煤量為25 t時(shí)，壓縮空氣流量按900～950 m3/h設(shè)定；（6）以上情況是在沒(méi)有停槍情況下的操作，高爐停1桿槍按減少20 m3/h壓縮空氣流量設(shè)定。

此外，高爐遇有特殊情況，不得不大幅度減風(fēng)、減氧、減煤甚至停煤，噴煤必須采取“手動(dòng)”操作，首先將罐壓設(shè)置為“手動(dòng)”調(diào)節(jié)，避免噴煤速率大幅度波動(dòng)；然后打開小放散閥、關(guān)閉錐部流化閥、減小底部流化閥的開度，逐步降低罐壓，同時(shí)提高壓縮空氣流量。若高爐停煤，壓縮空氣加至1 500 m3/h。

2.4 噴煤工藝增加連鎖程序

噴煤罐的給煤閥、出煤閥、大放散閥、中放散閥、小放散閥、底部流化調(diào)節(jié)閥、錐部流化調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥均為氣動(dòng)球閥，可以遠(yuǎn)程控制。設(shè)定以下三道連鎖程序：一是根據(jù)高爐要煤量的不同，依次設(shè)定底部流化調(diào)節(jié)閥、錐部流化調(diào)節(jié)閥和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥的開度，噴煤量越大，開度逐漸增大。二是實(shí)現(xiàn)噴煤罐的實(shí)際壓力跟蹤設(shè)定壓力按程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)罐壓的實(shí)際值高于設(shè)定值6 kPa時(shí)，打開小放散閥，進(jìn)行卸壓操作，實(shí)際值等于設(shè)定值后關(guān)閉小放散閥；當(dāng)罐壓的設(shè)定值高于實(shí)際值6 kPa時(shí)，打開穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行補(bǔ)壓，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥的開度隨著壓力的增長(zhǎng)而減小，實(shí)際值等于設(shè)定值后穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥開度降低為零。三是增加報(bào)警程序，當(dāng)給煤閥、出煤閥沒(méi)有正常打開會(huì)造成高爐停煤，放散閥打不開會(huì)造成罐壓升高，影響噴煤速率穩(wěn)定性，均增加報(bào)警程序，5 s打不開報(bào)警，崗位工手動(dòng)干預(yù)可以保證高爐正常噴煤。正常生產(chǎn)時(shí)，高爐熱風(fēng)的壓力控制為390 kPa左右，給煤閥設(shè)定連鎖程序，罐壓低于400 kPa時(shí)，閥門不能打開，即可防止熱風(fēng)倒流燒壞煤槍，避免安全事故的發(fā)生。

3 結(jié)論

（1）將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，增加了料面厚度，改善了爐料偏移的現(xiàn)象，使得煤氣流分布均勻。優(yōu)化布料制度去除中心焦，采用大礦批、低料速和平臺(tái)+漏斗的布料模式，高爐煤氣利用率達(dá)到了50%。

（2）噴煤罐出口安裝加速裝置和反吹管，解決了不走煤、停煤的問(wèn)題，安裝新小放散閥和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)噴煤罐罐壓的自動(dòng)穩(wěn)定調(diào)節(jié)，大幅提升了罐壓的穩(wěn)定性，噴煤穩(wěn)定率達(dá)到99.8%以上。

（3）風(fēng)口直徑由120 mm增加為130 mm，風(fēng)口面積增加至0.424 7 m2，通過(guò)增加風(fēng)口面積增加風(fēng)量、氧量和噴煤量，達(dá)到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、低耗的目的。

（4）根據(jù)高爐噴煤量的不同，逐漸調(diào)節(jié)噴煤使用壓縮空氣的流量，可提高噴煤速率的穩(wěn)定性。噴煤工藝增加連鎖保護(hù)程序可有效地降低事故發(fā)生的機(jī)率。