李海斌,高志軍,李健忠,呂國明

(1.山西建龍實業(yè)有限公司,山西 運城 043801)

眾所周知,在“碳達峰、碳中和”發(fā)展形勢下,減少CO2排放[2],實現(xiàn)資源和能源高效化利用至關重要。高爐煤比,降低焦比,減少CO2排放,降低成本。但需要一定原燃料條件,提煤比對高爐生產有兩方面影響:

(1)入爐焦炭骨架減弱,料柱透氣性變小[3],保持穩(wěn)定的爐料結構,較好的原燃料質量是高煤比的基礎。

(2)合理的理論燃燒溫度是提高煤粉利用率的關鍵,主要措施提高風溫和富氧。

山西建龍5#爐爐容1080 m3,無料鐘爐頂,雙鐵口。4月份風溫1200 ℃,富氧率4.83 %,煤比179.2 kg·t-1,比3月份高8.6 kg·t-1,焦比低10.30 kg·t-1,成本降低15.30元·t-1。

4月份高煤比生產過程設備影響高爐減風3次,爐前鐵溝澆筑單場出鐵減風2次,操作不當懸料3次及時采取應對措施,穩(wěn)定爐況,煤比快速恢復到180 kg·t-1水平。本文主要針對5#爐4月份高煤比生產爐況波動原因研究與分析,措施總結,為高爐持續(xù)高煤比操作、保持爐況穩(wěn)定作參考借鑒。

1 高爐生產情況

1.1 煤比變化情況見圖1

圖1 4月份高爐煤比變化

1.2 高爐生產

4月份5#爐煤比179.2 kg·t-1,完成175.0 kg·t-1計劃煤比,但受設備耽誤、爐前修溝、高爐懸料等影響,煤比不穩(wěn),最低160.9 kg·t-1,高爐減風次數(shù)較多,見表1。

表1 4月份高爐減風情況

氣流變化,爐況狀態(tài)出現(xiàn)波動,爐底5.698米中心溫度最低368.0 ℃,見圖2。

圖2 4月份高爐5.698米爐底中心溫度變化

2 高煤比爐況波動原因分析及措施

噴煤爐缸工作狀態(tài)改善、還原性氣體增加,煤氣穿透擴散能力提高,間接還原發(fā)展,焦比降低。但高爐無計劃減煤或者停煤,煤氣流分布將發(fā)生變化,對爐況狀態(tài)影響較大。4月份高煤比生產受設備、原料波動、操作影響,造成爐況出現(xiàn)波動,堅持“以高爐為中心,以高爐穩(wěn)定順行為基礎”的原則,及時采取應對措施,穩(wěn)定爐況,分析如下:

2.1 設備耽誤,高爐減風

4月份設備耽誤高爐減風3起,特別4月22日爐頂煤氣調壓閥組A閥故障影響大,高爐頂壓從228 kPa減到30 kPa,風壓從425 kPa減到120 kPa,富氧率從5.10 %變成0 %,噴煤量從35 t·h-1減到最低6 t·h-1,煤氣利用率從46.0 %降到42.0 %,減風前后負荷銜接不能到位,熱量損失較大,爐溫從0.45 %下降到0.16 %,料柱透液性降低,為爐況波動埋下隱患。

后續(xù)強化設備點巡檢,充分利用高爐檢修機會對不易巡檢部位設備維護、參數(shù)校對,隱患消除,為爐況穩(wěn)定創(chuàng)造條件。

2.2 進廠物料波動

2.2.1 主流焦炭質量下降

4月中旬焦炭市場降價,主流焦萬鑫質量下降,反應后強度4月20日從69.77 %降到67.99 %,24日降到最低62.76 %;M25從91.60 %降到90.80 %;M10從6.20 %上升到6.90 %,均超出規(guī)定要求。4月22日、23日高爐相繼懸料,及時調整焦炭結構:20 %高硫寶豐焦停用,搭配15 %合力焦炭,萬鑫達焦從20 %降到15 %,臨時降低煤比,提高料柱骨架,爐況快速恢復。

實踐表明提高焦炭冷態(tài)和熱態(tài)強度,降低焦炭反應性,間接還原區(qū)擴大減少碳素溶損[4],能改善高爐透氣性、提煤比、降焦比。

后續(xù)強化對焦炭品種、質量跟蹤和檢驗;加強從料場到高爐全過程質量檢測, 為高爐及早調劑提供信息;落實定置焦,穩(wěn)定主流焦炭結構和質量,對入廠焦炭小粒度把控,返焦率控制≤6.0 %。

強化對入爐粉末控制:(1)塊礦烘干水分按<2.0 %控制;(2)調整篩板規(guī)格、擋料板高度、激振器振幅,焦炭、燒結礦和球團礦料流分別小于15 kg·s-1、20 kg·s-1和30 kg·s-1,入爐粉末(<5 mm)小于3.0 %,改善料柱上部透氣性。

2.2.2 物料庫存不足,爐料結構調整頻繁

(1)高硅球到貨不及時影響

4月1日～5日高硅鑫友球倒貨不及時,配硅石100～150 kg·批-1,燒結配比78 %～79 %,5日高品伊朗球停用,入爐品位下降,渣鐵比增加,對高煤比爐況穩(wěn)定性造成影響。

(2)燒結進口精粉到貨不及時影響

4月20日燒結進口精粉到貨不及時,燒結變料頻繁,爐渣中Al2O3從14.60 %上升到15.30 %增加0.70 %,鎂鋁比從0.64下降到0.57,渣相變化,爐渣黏度相對增加,流動性降低。實踐表明,高煤比焦炭負荷加重,爐缸透液性降低,需改善渣鐵流動性,確保爐缸活躍性。

(3)入爐堿金屬負荷增加

堿金屬在高爐內循環(huán)富集,爐內K、Na蒸汽促進焦炭溶損反應破壞,K蒸氣影響超過Na蒸氣;K蒸氣能擴散到焦炭氣孔內部甚至焦炭石墨結構中,生成KC6、KC8層間化合物,焦炭體積膨脹導致整體粉化。爐料結構頻繁調整,入爐堿金屬相應增加見圖3:

圖3 2023年2月～4月高爐堿金屬和鋅負荷變化

主要為:信通球用完,俄羅斯球替代,俄羅斯球K2O含量0.127 %比信通球高0.029 %,比其他球團高0.077 %;南非塊K2O含量0.081 %比羅伊山塊高0.030 %;

4月24日鑒于爐況波動對爐料結構調整:俄羅斯球配比從8 %調到5 %,南非塊從6 %調整到3 %,堿金屬負荷下降到2.50 kg·t-1。

按標準控制入爐堿金屬負荷:(K2O+Na2O)< 3 kg·t-1,其中K2O<1.2 kg·t-1;ZnO< 250 g·t-1;持續(xù)保持爐渣鎂鋁比0.60～0.64,爐渣堿度1.20～1.24,增強排堿脫硫能力;加強檢測和日常高爐堿金屬平衡計算,跟蹤排堿率,根據(jù)爐況順行情況,高爐計劃性提爐溫[Si]:0.50 %～0.60 %,降堿度,[S]:0.035 %-0.040 %,爐況微調,強化爐缸排堿效果。

2.3 氣溫變化對爐腹煤氣指數(shù)影響

高爐爐腹煤氣主要成分為CO、H2和N2,一定條件下料柱阻力大小是受通過煤氣量大小影響,爐腹煤氣量越大,料柱受到阻力越大[5]。

4月20日持續(xù)下中雨,氣溫從30 ℃降到4～5 ℃,下降25 ℃,大氣密度和濕度增加,爐腹煤氣指數(shù)增加,對爐況影響不可忽視,結合爐況狀態(tài)適度控制冶強,緩解料柱阻力,鐵水物理熱保持在1500 ℃以上提高爐況抗風險能力。

2.4 爐前出鐵和鐵溝澆筑影響

(1)5#爐受爐齡制約,鐵口侵蝕嚴重,高煤比冶強提升,鐵次增加到20次,對爐況穩(wěn)定造成影響。后續(xù)強化爐前打泥量、鐵口深度和開口大小控制,三班統(tǒng)一,規(guī)范操作;同時加強炮泥質量管理,落實單采炮泥,廠家優(yōu)勝劣汰,持續(xù)改善炮泥質量。

(2)4月10日、13日雙場相繼鐵溝澆筑,間隔2天,單場出鐵期間富氧從13000 m3·h-1減到8000 m3·h-1,風壓從425 kPa減到395 kPa,氣流變化,爐底5.698米中心溫度從377.50 ℃降到368.0 ℃,下降9.50 ℃。后續(xù)加強鐵溝日常管理、落實日常檢查,充分利用高爐每次檢修機會對鐵溝維護;強化對鐵溝澆筑質量監(jiān)管,提高澆筑質量,合理安排雙場修溝,確保雙場修溝間隔時間在10天以上。

2.5 操作方面

2.5.1 對鐵水物理熱把控不到位

4月10日高爐持續(xù)提煤比,鐵水[Si]0.25 %～0.30 %比例增多,高爐物理熱1480 ℃下降,爐底5.698米中心溫度從384.8 ℃降到368.5 ℃,下降16.3 ℃,爐況穩(wěn)定性降低。4月22日、23日相繼懸料,24日[Si]按照0.35 %～0.50 %之間控制,確保鐵水物理熱≥1500 ℃,爐底5.698米中心溫度從372.8 ℃逐步上升到400.0 ℃,提高27.2 ℃,爐況穩(wěn)定性增強。生產實踐表明,高煤比操作,料柱透氣性降低,爐缸物理熱充足是基礎,堅持降硅不降熱原則。

2.5.2 高爐操作應變能力不到位

(1)4月1日～5日高硅鑫友球庫存不足,爐料結構調整,入爐品位下降,渣鐵比增加10-15 kg·t-1,與煤比180 kg·t-1不相適應,入爐風量減少50～100 m3·min-1,高爐參數(shù)調整不到位,4月7日爐況波動;

(2)4月22日4:41高爐煤氣調壓閥組影響,頂壓維持30 kPa左右,低壓時間長,料柱疏松性降低,停煤,氣流發(fā)生較大變化,后續(xù)加風恢復提煤比過快,與料柱透氣性不相適應,以及對原燃料質量下降未充分引起重視,對高爐參數(shù)未合理調整,4月22日、23日爐況波動。

2.5.3 高爐操作不到位

(1)4月7日原料變化,2:00出現(xiàn)連續(xù)崩料,減風不及時,焦炭負荷未相應調整到位,3:50懸料;

(2)4月22日4:41高爐煤氣調壓閥組影響,高爐停氧減風,氣流分布變化。10:48風壓加到399 kPa,11:00上行到413 kPa,減風不及時,11:05懸料。

(3)4月22日11:05高爐懸料減風恢復,輕負荷,爐溫偏高,中班鐵水[Si]在0.60 %～0.70 %左右,23日夜班工長對爐溫下降幅度預判不到位,操作燃料比下調偏大見表2。

表2 降爐溫操作燃料比變化

[Si]從0.70 %降到0.45 %持續(xù)下行,最低0.16 %,7:55出行下部懸料。

后續(xù)措施:(1)提高工長爐況預判、調劑水平,強化爐況攻、退、守應變能力;(2)高爐停煤首先減風量15 %～20 %,防止爐溫快速下降;(3)恢復噴煤時,防止噴煤爐內氣流變化過大,操作采取分階段、前快后慢的原則,做好各階段負荷銜接。

2.5.4 改善煤粉質量,提高煤粉利用率

煤粉風口前燃燒率70 %左右,未燃燒煤粉一方面參加直接還原和滲碳,可以抑制焦炭降解,改善高溫區(qū)和風口前焦炭粒度,有利于高爐順行;另一方面進入到爐渣,影響爐渣黏度和流動性,填充料柱縫隙,影響料柱透氣性,提高煤粉利用率非常有必要。

4月份剔除爐況波動和設備影響外,高爐風溫在1205～1215 ℃,比3月份高40 ℃;富氧率在5.00 %～5.30 %,比3月份提升0.13 %,與高煤比形成互補,詳見圖4:

圖4 4月份高爐風溫與富氧率變比

其次進廠煤粉質量不斷優(yōu)化,調整煙煤配比,高位發(fā)熱值從7500 Kcal·Kg-1逐步提升,4月25日達到7630 Kcal·Kg-1以上,制粉粒度-200目保持在75 %以上,煤粉利用率提高,4月25日后高爐煤比持續(xù)保持在180 kg·t-1以上,詳見圖5:

圖5 4月份高爐煤比與煤粉高位發(fā)熱值變化

對料制微調,穩(wěn)定平臺+漏斗布料模式,確?！八耐庥泄猸h(huán),中間有噴泉”兩道氣流,煤氣利用率46.0 %,提高1.0 %,操作燃料比在490 kg·t-1左右,降低10～15 kg·t-1,爐底5.698米中心溫度達到400.3 ℃,提高22 ℃,爐況穩(wěn)定性提高。

3 后續(xù)技改

(1)熱風爐實施無擾換爐,消除換爐過程對爐況影響。

(2)圓出口溜槽改為方溜槽,收縮料流寬度,提高布料精準,穩(wěn)定煤氣流。

(3)自動噴吹,達到均噴、穩(wěn)噴,減少倒罐對爐況影響。

4 結語

(1)高煤比操作持續(xù)堅持“以高爐為中心,以高爐穩(wěn)定順行為基礎”的原則。

(2)改善原燃料質量,穩(wěn)定合理爐料結構,提升設備保障力,是高煤比爐況穩(wěn)定的基礎。

(3)高富氧、高風溫、高煤比形成互補,提高操作應變能力以及對爐腹煤氣量合理把控對高煤比爐況穩(wěn)定非常有必要。