牛西園１，２，張曉冬２，李福民１
（１．華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院河北唐山０６３００９；２．河北鋼鐵集團承德鋼鐵公司，河北承德０６７００２）
關(guān)鍵詞：冶煉釩鈦礦高爐；裝料制度；送風(fēng)制度；低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉；煤氣利用
摘 要：裝料制度是當(dāng)前高爐煉鐵的關(guān)鍵技術(shù)難題之一，也是影響高爐技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)的重要因素。承鋼４＃高爐改變原有的中心加焦型裝料制度，率先在全國冶煉釩鈦礦高爐中采用“平臺＋漏斗”型裝料制度，實行大α角、大礦角、礦焦同角、大角差、大礦批技術(shù)，并探索相匹配的技術(shù)措施，有效提高了煤氣利用率，降低了燃料消耗。
０ 引言
承鋼４＃高爐的有效容積為２５００ｍ３，是目前世界上冶煉釩鈦礦的最大高爐。自２００８年９月點火投產(chǎn)以來一直冶煉釩鈦礦。由于原燃料條件的限制，入爐品位不足５６．５％，渣比高達４４０ｋｇ／ｔ，且存在釩鈦燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低、軟熔性能差、渣鐵粘等問題，高爐開爐以后主要以中心加焦型裝料制度為主，爐況未能保持長期穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)與國內(nèi)先進高爐有較大差距［１，２］，優(yōu)化高爐操作制度成為必然選擇。
１ 中心加焦型與“平臺＋漏斗”型裝料制度的特點
中心加焦型裝料制度是在中心爐料內(nèi)布入１５％～３０％的焦炭，在爐墻附近區(qū)域的爐料布入較小比例的焦炭，用來發(fā)展中心氣流，抑制邊緣氣流。其優(yōu)點是對原燃料的質(zhì)量要求略低，對原燃料變化適應(yīng)能力較強［３］。但這種裝料制度會導(dǎo)致風(fēng)氧量不足，煤氣利用率低于４８％，需要控制較高的［Ｓｉ＋Ｔｉ］才能保證正常的脫硫要求，因而其燃料比較高，一般在５３０ｋｇ／ｔ以上［４］。
“平臺＋漏斗”型裝料制度是使?fàn)t料在靠近爐墻區(qū)域內(nèi)形成一定寬度的平臺，在中心區(qū)域形成一定錐度的漏斗，通過調(diào)整漏斗錐度和平臺區(qū)域內(nèi)爐料的礦焦比，充分發(fā)展中心氣流，適度抑制邊緣氣流。結(jié)合送風(fēng)制度，這種裝料制度可獲得較高的煤氣利用率，但對原燃料質(zhì)量的要求較高，對人員的操作水平要求較為苛刻［３］。
２ 裝料制度對高爐冶煉的影響
４＃高爐開爐后采用中心加焦型裝料制度，中心爐料中布入１５％～３０％的焦炭，用來確保強勁的中心氣流，同時采取較輕的邊緣負荷來發(fā)展邊緣氣流，形成“Ｗ”形的軟熔帶，由于當(dāng)時釩鈦燒結(jié)礦的堿度較低，堿度中值為１．９，風(fēng)量一直維持在４６００～４７００ｍ３·ｍｉｎ－１，中心氣流時有時無，一旦中心氣流消失，則會出現(xiàn)邊緣管道行程、偏尺塌料、銅冷卻壁結(jié)厚等現(xiàn)象，高爐爐況未能達到長期順行，各項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)較差，而且，此種裝料制度必須控制較高的爐溫才能保證渣鐵流動性，因而燃料比較高。２種裝料制度的料面形狀如圖１所示。
圖２為２種裝料制度的爐內(nèi)圖像。自２０１２年以來，隨著焦炭質(zhì)量逐步穩(wěn)定，燒結(jié)礦堿度逐漸提高至２．１０，原燃料質(zhì)量得到保證，已具備改變裝料制度的條件。因此，通過試驗逐步采用“平臺＋漏斗”型裝料制度，通過調(diào)整漏斗錐度和平臺區(qū)域內(nèi)的礦焦比，充分發(fā)展中心氣流，適度抑制邊緣氣流，形成倒“Ｖ”形的軟熔帶，優(yōu)化了煤氣流的分布［３，５－７］。２種裝料制度的軟熔帶形狀如圖３所示。
３ 布料角度的確定
自２０１２年以后，優(yōu)化了“平臺＋漏斗”型裝料制度，優(yōu)化過程如表１所示。通過實行大α角、大礦角、礦焦同角、大角差、大礦批技術(shù)，增加了礦石環(huán)帶的寬度，在爐喉部位形成布料平臺，同時加重邊緣負荷，抑制邊緣煤氣流，穩(wěn)定了高爐內(nèi)煤氣流的分布。
自２０１３年以來，根據(jù)布料方程，結(jié)合現(xiàn)場測角結(jié)果，在固定料線情況下，計算出不同角度時礦石落點與爐中心、爐墻的距離，如表２所示。
根據(jù)布料方程，結(jié)合現(xiàn)場測角結(jié)果，在固定料線情況下，計算出不同角度時焦炭落點與爐中心、爐墻的距離，如表３所示。
由計算結(jié)果可知，自２０１３年以來，礦石的平臺寬度為１．１～１．３ｍ，距離爐喉爐墻為０．２～０．４ｍ，距離爐喉中心為３．８～４．０ｍ，考慮礦石的滾動，實際礦石環(huán)帶寬度為２．５ｍ左右。焦炭的平臺寬度為１．６～１．８ｍ，距離爐喉爐墻為０．３～０．５ｍ，距離爐喉中心為２．１～２．３ｍ，平臺寬度及漏斗大小符合要求，可以形成穩(wěn)定的焦炭平臺，并可滿足冶煉釩鈦礦的爐況要求。
“平臺＋漏斗”型布料制度的料面初始形狀如圖４所示。經(jīng)過生產(chǎn)實踐，得出了“平臺＋漏斗”型裝料制度的控制要點：
（１）平臺寬度應(yīng)具有合適的范圍，平臺過窄或過寬均會造成氣流不穩(wěn)定。焦炭平臺寬度是合理料面形狀的根本，焦炭檔位數(shù)多于礦石，各檔位上的焦炭環(huán)數(shù)傾向于平均分配，形成１．５～２．０ｍ 的焦炭平臺，焦炭層厚度應(yīng)確保不小于５００ｍｍ，既能保證爐料及軟熔帶的透氣性，又能夠形成深度為２ｍ 左右的布料漏斗，穩(wěn)定中心氣流。
（２）最大礦角時礦石落點不能碰撞爐墻，根據(jù)原燃料質(zhì)量狀況維持在３００～４００ｍｍ的距離，最小礦角時礦石落點與爐喉中心的距離應(yīng)達到爐喉半徑的６５％，以保持一定的邊緣氣流通路。
由表４可知，經(jīng)過裝料制度的優(yōu)化，煤氣利用率顯著提高，熱負荷逐漸降低。雖然自２０１３年以后入爐品位逐步下降，各項技術(shù)指標(biāo)卻取得了較大突破。２０１５年的平均燃料比為４８９ｋｇ·ｔ－１，平均煤比為１３３．９ｋｇ·ｔ－１，達到全行業(yè)的先進水平。
４ 裝料制度的配合措施
４．１ 送風(fēng)制度調(diào)整
針對高爐上部裝料制度的特點，對送風(fēng)制度進行調(diào)整，如表５所示。維持風(fēng)速在２７０～２８０ｍ·ｓ－１，送風(fēng)比提高至１．８３，以保證初始煤氣流能充分深入中心，保證爐缸活躍。生產(chǎn)實踐表明，在滿足風(fēng)速和鼓風(fēng)動能的情況下，適當(dāng)降低高爐入爐風(fēng)量，增加富氧量，既能控制合適的爐腹煤氣指數(shù)，滿足透氣性Ｋ 值要求，又能保證爐況順行，提高煤比［４，８］。
４．２ 低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉
“平臺＋漏斗”型裝料制度對爐腹煤氣量及體積非常敏感，難以接受高［Ｓｉ＋Ｔｉ］和物理熱。實施低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉，物理熱控制在１４７０℃以上，降低軟熔帶位置，減小滴落帶高度，降低硅鈦的還原，［Ｓｉ＋Ｔｉ］維持在０．３０％～０．４０％，有效緩解了爐渣粘稠的問題［５，９］。２０１５年高爐的物理熱平均為１４７６℃，［Ｓｉ＋Ｔｉ］平均為０．３５５％，達到全國先進水平。
５ 結(jié)論
（１）采用“平臺＋漏斗”型裝料制度，使?fàn)t料在邊緣區(qū)域形成一定寬度的平臺，在中心區(qū)域形成一定錐度的漏斗，形成倒“Ｖ”形的軟熔帶，提高了煤氣利用率，降低燃料比，滿足冶煉釩鈦礦的爐況要求。
（２）采用高風(fēng)速、高動能的送風(fēng)制度，送風(fēng)比提高至１．８３，透氣性明顯改善，匹配上部裝料制度的優(yōu)化。
（３）“平臺＋漏斗”型裝料制度為低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉打下了良好基礎(chǔ)，高爐物理熱控制在１４７０℃以上，［Ｓｉ＋Ｔｉ］控制在０．３０％～０．４０％，可有效緩解爐渣粘稠的問題，使?fàn)t缸狀態(tài)明顯改善。
（４）通過裝料制度的優(yōu)化，２０１５年在入爐品位５６．３５％的條件下，４＃高爐全年平均燃料比４８９ｋｇ·ｔ－１，平均煤比１３３．８ｋｇ·ｔ－１，達到全行業(yè)先進水平。
參 考 文 獻：
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［２］ 李海軍．承鋼２５００ｍ３高爐釩鈦磁鐵礦冶煉新技術(shù)［Ｊ］．河北冶金，２０１４，（８）：４２－４５．
［３］ 韓健，柳祎．邯寶煉鐵廠３２００ｍ３ 高爐操作制度的優(yōu)化［Ａ］．２０１１年全國冶金節(jié)能減排與低碳技術(shù)發(fā)展研討會文集［Ｃ］，２０１１：３６０－３６５．
［４］ 岳富偉，武靖喆，高斌．２５００ｍ３高爐裝料制度移形實踐［Ｊ］．河北冶金，２０１３，（２）：２６－２９．
［５］ 趙東銘，田中明，王光偉，等．鞍凌２６００ｍ３ 高爐取消中心加焦裝料制度實踐［Ｊ］．煉鐵，２０１４，３３（６）：４７－５０．
［６］ 盛亞，陳德權(quán)，章銘明．武鋼５號高爐取消中心加焦工業(yè)試驗［Ｊ］．鋼鐵研究，２０１５，４３（２）：１０－１３．
［７］ 韓旺學(xué)，武連海．酒鋼２５００ｍ３高爐操作制度探討［Ｊ］．河北冶金，２０１２，（８）：３２－３３．
［８］ 胡金波，王偉國，魏廣斌，等．唐鋼３２００ｍ３高爐煤氣流分布的調(diào)整與控制［Ｊ］．河北冶金，２０１１，（７）：２８－２９．
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