牛西園^１，２，張曉冬^２，李福民^１

（１．華北理工大學冶金與能源學院河北唐山０６３００９；２．河北鋼鐵集團承德鋼鐵公司，河北承德０６７００２）

關鍵詞：冶煉釩鈦礦高爐；裝料制度；送風制度；低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉；煤氣利用

摘　要：裝料制度是當前高爐煉鐵的關鍵技術難題之一，也是影響高爐技術經濟指標的重要因素。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，并探索相匹配的技術措施，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２５００ｍ^３，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，且存在釩鈦燒結礦的轉鼓指數低、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定順行，技術經濟指標與國內先進高爐有較大差距^{［１，２］}，優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布入１５％～３０％的焦炭，在爐墻附近區域的爐料布入較小比例的焦炭，用來發展中心氣流，抑制邊緣氣流。其優點是對原燃料的質量要求略低，對原燃料變化適應能力較強^［３］。但這種裝料制度會導致風氧量不足，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”型裝料制度是使爐料在靠近爐墻區域內形成一定寬度的平臺，在中心區域形成一定錐度的漏斗，通過調整漏斗錐度和平臺區域內爐料的礦焦比，充分發展中心氣流，適度抑制邊緣氣流。結合送風制度，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展邊緣氣流，形成“Ｗ”形的軟熔帶，由于當時釩鈦燒結礦的堿度較低，堿度中值為１．９，風量一直維持在４６００～４７００ｍ^３·ｍｉｎ^－１，中心氣流時有時無，一旦中心氣流消失，則會出現邊緣管道行程、偏尺塌料、銅冷卻壁結厚等現象，高爐爐況未能達到長期順行，各項技術經濟指標較差，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種裝料制度的爐內圖像。自２０１２年以來，隨著焦炭質量逐步穩定，燒結礦堿度逐漸提高至２．１０，原燃料質量得到保證，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，通過調整漏斗錐度和平臺區域內的礦焦比，充分發展中心氣流，適度抑制邊緣氣流，形成倒“Ｖ”形的軟熔帶，優化了煤氣流的分布^{［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，優化了“平臺＋漏斗”型裝料制度，優化過程如表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，增加了礦石環帶的寬度，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，穩定了高爐內煤氣流的分布。

自２０１３年以來，根據布料方程，結合現場測角結果，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。

根據布料方程，結合現場測角結果，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。經過生產實踐，得出了“平臺＋漏斗”型裝料制度的控制要點：

（１）平臺寬度應具有合適的范圍，平臺過窄或過寬均會造成氣流不穩定。焦炭平臺寬度是合理料面形狀的根本，焦炭檔位數多于礦石，各檔位上的焦炭環數傾向于平均分配，形成１．５～２．０ｍ 的焦炭平臺，焦炭層厚度應確保不小于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，穩定中心氣流。

（２）最大礦角時礦石落點不能碰撞爐墻，根據原燃料質量狀況維持在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，經過裝料制度的優化，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，各項技術指標卻取得了較大突破。２０１５年的平均燃料比為４８９ｋｇ·ｔ^－１，平均煤比為１３３．９ｋｇ·ｔ^－１，達到全行業的先進水平。

４  裝料制度的配合措施

４．１　送風制度調整

針對高爐上部裝料制度的特點，對送風制度進行調整，如表５所示。維持風速在２７０～２８０ｍ·ｓ^－１，送風比提高至１．８３，以保證初始煤氣流能充分深入中心，保證爐缸活躍。生產實踐表明，在滿足風速和鼓風動能的情況下，適當降低高爐入爐風量，增加富氧量，既能控制合適的爐腹煤氣指數，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  結論

（１）采用“平臺＋漏斗”型裝料制度，使爐料在邊緣區域形成一定寬度的平臺，在中心區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）采用高風速、高動能的送風制度，送風比提高至１．８３，透氣性明顯改善，匹配上部裝料制度的優化。

（３）“平臺＋漏斗”型裝料制度為低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉打下了良好基礎，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，使爐缸狀態明顯改善。

（４）通過裝料制度的優化，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，達到全行業先進水平。

參 考 文 獻：

［１］　畢婕，高斌，陳黨杰．承鋼４^＃高爐調整煤氣流分布的實踐［Ｊ］．河北冶金，２０１４，（４）：２５－２９．

［２］　李海軍．承鋼２５００ｍ^３高爐釩鈦磁鐵礦冶煉新技術［Ｊ］．河北冶金，２０１４，（８）：４２－４５．

［３］　韓健，柳祎．邯寶煉鐵廠３２００ｍ^３ 高爐操作制度的優化［Ａ］．２０１１年全國冶金節能減排與低碳技術發展研討會文集［Ｃ］，２０１１：３６０－３６５．

［４］　岳富偉，武靖喆，高斌．２５００ｍ^３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２６００ｍ^３ 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，章銘明．武鋼５號高爐取消中心加焦工業試驗［Ｊ］．鋼鐵研究，２０１５，４３（２）：１０－１３．

［７］　韓旺學，武連海．酒鋼２５００ｍ^３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３２００ｍ^３高爐煤氣流分布的調整與控制［Ｊ］．河北冶金，２０１１，（７）：２８－２９．

［９］　陳黨杰，楊博，李海東，等．降低２５００ｍ^３高爐鐵元素消耗的生產實踐［Ｊ］．河北冶金，２０１５，（９）：３１－３４．