楚強(qiáng)，陳霞，劉鐵龍
（濟(jì)南鋼鐵股份有限公司第一煉鐵廠，山東濟(jì)南250101）
摘要：為提高冶煉強(qiáng)度，濟(jì)鋼第一煉鐵廠350 m3高爐實(shí)施富氧鼓風(fēng)冶煉，針對(duì)高富氧率對(duì)冶煉進(jìn)程的不利影響，采取增加噴煤量，調(diào)整送風(fēng)制度與布料矩陣，利用多種手段處理堿金屬危害等措施，2008 年高爐利用系數(shù)達(dá)到了4.08 t（/ m3·d）。
關(guān)鍵詞：高爐；鼓風(fēng)冶煉；富氧率
1 前言
濟(jì)鋼第一煉鐵廠現(xiàn)有6 座350 m3高爐，1#~4#高爐為BT 型無(wú)鐘爐頂，5#、6#高爐為雙鐘爐頂，爐體冷卻系統(tǒng)采用軟水閉路循環(huán)。爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦66%+球團(tuán)24%+酸性塊礦10%，焦炭80%外購(gòu)。由于風(fēng)機(jī)裝備能力低，入爐風(fēng)量小，平均風(fēng)量只有950m3/min 左右，嚴(yán)重制約了高爐的強(qiáng)化冶煉。2002 年濟(jì)鋼20 000 m3/h 制氧機(jī)投產(chǎn)，為高爐富氧提供了條件，高爐工藝操作克服富氧增加初期爐況穩(wěn)定性差，有害元素循環(huán)富集，爐渣Al2O3含量高等困難，在原燃料質(zhì)量下降的情況下，探索出高富氧冶煉特點(diǎn)和合理的操作制度。
2 提高富氧率對(duì)高爐冶煉的影響
2.1 富氧鼓風(fēng)的作用
高爐富氧鼓風(fēng)是向高爐鼓風(fēng)中加入工業(yè)氧，使鼓風(fēng)含氧超過(guò)大氣氧含量，達(dá)到提高冶煉強(qiáng)度，增加高爐產(chǎn)量和提高煤粉在風(fēng)口前燃燒率的目的。其最突出的優(yōu)點(diǎn)，就是在不增加風(fēng)量和鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗的情況下達(dá)到提高產(chǎn)量的目的。
2.2 提高富氧率對(duì)高爐強(qiáng)化冶煉的影響
提高富氧率對(duì)高爐強(qiáng)化冶煉的促進(jìn)作用有以下方面。一是從根本上解決了高爐風(fēng)機(jī)能力不足的矛盾，改善了爐缸工作狀態(tài)，爐缸活躍程度提高；二是鼓風(fēng)中含氧量增加，加快了焦炭燃燒速度，高爐冶煉強(qiáng)度得到明顯提高；三是風(fēng)口區(qū)理論燃燒溫度升高，按照理論計(jì)算，富氧率升高1%，風(fēng)口前理論燃燒溫度提高35 ℃，實(shí)際采取富氧鼓風(fēng)后，風(fēng)口前溫度明顯提高，渣鐵溫度充沛，有利于增加噴煤量，在充分利用高風(fēng)溫基礎(chǔ)上，有效提高了噴煤比；四是富氧后煤氣中N2含量減少，CO 濃度提高，促進(jìn)了間接還原，CO2含量由18.61%提高到19.28%；五是在爐渣Al2O3含量超過(guò)17%的條件下，高富氧率對(duì)改善爐渣流動(dòng)性作用較明顯，渣溫充沛，能夠降低高Al2O3爐渣對(duì)爐缸的不利影響［1］。
2.3 提高富氧率的實(shí)際效果
根據(jù)理論計(jì)算，富氧率提高1% ，可以增產(chǎn)4.76%。但實(shí)際生產(chǎn)中由于影響因素很多，很難達(dá)到理論計(jì)算值。濟(jì)鋼的生產(chǎn)實(shí)踐表明，在焦比不變的情況下，富氧率提高1%的增產(chǎn)效果為：鼓風(fēng)中含氧21%～25%，富氧率提高1%，增產(chǎn)3.9%；鼓風(fēng)中含氧25%～27%，增產(chǎn)3.2%。隨著富氧率提高，增產(chǎn)率呈遞減趨勢(shì)。
表1 為濟(jì)鋼第一煉鐵廠2005～2008 年高爐富氧率和主要技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到全國(guó)同類(lèi)型高爐先進(jìn)水平。
3 高富氧率對(duì)冶煉進(jìn)程的不利影響
鼓風(fēng)中氧的濃度增加，燃燒單位碳所需要的風(fēng)量減少，鼓風(fēng)中氮的濃度則降低，使生成的煤氣量減少，煤氣中CO 和CO2濃度都有提高，這些變化，對(duì)冶煉過(guò)程產(chǎn)生多方面的影響。
3.1 對(duì)焦比的實(shí)際影響
隨鼓風(fēng)中氧含量的提高，煤氣中CO 濃度增加，煤氣的還原能力提高，有助于間接還原過(guò)程的發(fā)展。但因煤氣量減少，在某種程度上擴(kuò)大了低于700 ℃的低溫帶，又限制了間接還原的發(fā)展。所以，提高富氧能否降低燃料消耗，要由實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果來(lái)定，不同冶煉條件，結(jié)果也不相同。目前國(guó)內(nèi)外沒(méi)有高富氧率可以降低焦比和燃料消耗的確切經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。濟(jì)鋼實(shí)踐表明，富氧鼓風(fēng)對(duì)焦比的影響，存在有利和不利兩種因素。一是增加富氧后鼓風(fēng)量相對(duì)減少，減少了熱風(fēng)帶入爐內(nèi)的熱量，不利于降低焦比。二是由于煤氣CO 濃度提高，煤氣量減少，煤氣帶走的熱量也減少，有利于焦比降低。實(shí)踐表明對(duì)于采用難還原的礦石冶煉，風(fēng)溫較低，富氧量較少時(shí)，因熱能利用改善，焦比將有所降低。而采用還原性好的礦石冶煉，風(fēng)溫較高，富氧率較高時(shí)，熱風(fēng)帶入爐內(nèi)的熱量大幅度降低，將可能使焦比升高。濟(jì)鋼高富氧對(duì)焦比的影響主要表現(xiàn)出后一種效果，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，富氧率超過(guò)4%，每升高1%，實(shí)際焦比升高3～5 kg/t。
3.2 對(duì)熱制度以及爐況的影響
高富氧鼓風(fēng)改變了爐內(nèi)溫度場(chǎng)的分布，其規(guī)律與高風(fēng)溫相似，即風(fēng)口前的理論燃燒溫度升高，高溫區(qū)下移，爐身溫度和爐頂溫度下降，其影響程度比高風(fēng)溫要大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成爐身熱平衡緊張。隨著富氧率逐步增加，尤其是2007 年達(dá)到5%以上后，出現(xiàn)了入爐風(fēng)量萎縮，實(shí)際鼓風(fēng)動(dòng)能降低，易在邊沿出現(xiàn)局部氣流。爐況表現(xiàn)為爐頂煤氣爆震，滑料以及崩料出現(xiàn)頻率多，爐況穩(wěn)定性較差。另一表現(xiàn)是爐溫波動(dòng)幅度增大，尤其下行狀態(tài)下較難控制，處理不當(dāng)易發(fā)生爐涼。
3.3 有害元素循環(huán)富集加劇
富氧鼓風(fēng)能夠提高理論燃燒溫度，造成爐缸半徑方向的溫度梯度分布不合理，由于燃燒溫度過(guò)高，產(chǎn)生大量SiO 2氣體，在塊狀區(qū)重新凝結(jié)沉積，降低料柱透氣性，從而破壞順行，可能引起難行、懸料、結(jié)瘤等事故。富氧到一定程度以后，由于風(fēng)量降低，單位生鐵帶入的熱量減少，減少了高爐冶煉的熱量來(lái)源。2008 年以來(lái)，由于爐料有害元素與堿負(fù)荷同時(shí)升高，其中有害元素負(fù)荷達(dá)到4.05 kg/t，堿負(fù)荷3.36kg/t。高爐有害元素循環(huán)富集現(xiàn)象比較突出，爐墻尤其是爐身上部粘結(jié)比較嚴(yán)重，并且處理完后很快又重復(fù)出現(xiàn)粘結(jié)。除高爐休風(fēng)后發(fā)現(xiàn)爐喉有明顯的有害元素粘結(jié)外，更換風(fēng)口時(shí)也經(jīng)常有液態(tài)的鋅從風(fēng)口流出，甚至出現(xiàn)煤氣取樣孔堵塞無(wú)法取煤氣樣情況。多次化驗(yàn)粘結(jié)物成分，其中堿金屬含量較高。2008 年7 月30 日2#爐爐喉粘結(jié)物化驗(yàn)成分為：K2O8.60% ，Na2O 2.08% ，Pb 0.19% ，SiO2 7.58% ，CaO8.60% ，MgO 6.22% ，Al2O3 1.32% ，F(xiàn)eO 9.10% ，S0.44%，C 16.76%。從成分組成看，堿金屬元素總量達(dá)到10.87%，是造成爐墻粘結(jié)的主要原因。
4 應(yīng)對(duì)措施
通過(guò)分析富氧增加后鼓風(fēng)動(dòng)能、初始煤氣流分布變化，結(jié)合爐況運(yùn)行狀況，以及爐體溫度參數(shù)的波動(dòng)，制定了針對(duì)性的調(diào)劑措施，以消除高富氧帶來(lái)的不利影響，最大限度發(fā)揮增產(chǎn)提高噴煤有利的一面。
4.1 增加噴煤量
增加富氧后風(fēng)口前理論燃燒溫度升高，靠近爐墻處的有害元素分解速度加快，隨著較盛的邊沿氣流進(jìn)入上部爐墻低溫區(qū)后，快速冷凝粘接，不斷循環(huán)富集。理論計(jì)算煤比每增加10 kg/t，風(fēng)口前燃燒溫度降低約20～25 ℃。因此增加煤粉噴吹量，降低風(fēng)口前燃燒溫度，能減少爐墻邊沿的有害元素分解量。
4.2 調(diào)整送風(fēng)制度
隨富氧率的提高和噴煤量增加，一方面風(fēng)口前煤氣體積膨脹，爐缸徑向溫度梯度變陡，造成爐缸工作不均勻，因此應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大風(fēng)口面積［2］。另一方面焦炭負(fù)荷逐漸加重，料柱透氣性降低，必須有較高的鼓風(fēng)動(dòng)能，才能滿(mǎn)足煤氣流合理分布和爐況順行的要求，應(yīng)相應(yīng)縮小風(fēng)口面積，以保持適宜的回旋區(qū)深度。濟(jì)鋼經(jīng)驗(yàn)是當(dāng)富氧率超過(guò)5%時(shí)，風(fēng)口面積應(yīng)縮小1%～1.4%，風(fēng)口長(zhǎng)度增加20 mm。
4.3 調(diào)整布料矩陣
由于有害元素熔點(diǎn)低于400 ℃，邊沿氣流過(guò)分發(fā)展以及過(guò)分抑制都可能造成有害元素在爐墻粘結(jié)，前者高位粘結(jié)，后者易在爐腹?fàn)t腰處低位粘結(jié)。因此應(yīng)控制適宜的煤氣流分布，從長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，保證邊沿和中心兩道煤氣流分布模式能夠?qū)崿F(xiàn)既減輕爐墻有害元素粘結(jié)，又保持爐況穩(wěn)定的目的。具體措施：1）布料矩陣實(shí)施大焦礦角差；2）爐墻邊沿CO2與中心CO2含量差值控制在1%～3.5%；3）根據(jù)爐體溫度參數(shù)變化，結(jié)合風(fēng)口前溫度狀況，不定期采取單環(huán)布料等措施疏導(dǎo)邊沿氣流，減少有害元素在爐墻上的粘結(jié)。
4.4 利用多種手段處理堿金屬危害
1）爐渣排堿。采取降低爐渣堿度為1.0~1.05，控制生鐵含硅0.4%~0.6%，保持鐵水物理熱1 470~1 510 ℃。連續(xù)2 爐以上出現(xiàn)高硅低硫，應(yīng)采取置換部分酸料手段。2）對(duì)燒結(jié)礦使用的化工廠廢棄物鉻渣、高爐污泥和瓦斯灰等廢棄物，實(shí)施定期開(kāi)路循環(huán)，高爐同時(shí)配合加大排堿力度，減輕堿金屬帶來(lái)的危害。3）在爐料中增加白云石使用量，保持爐渣MgO 含量10%~12%，對(duì)爐渣排堿有很好的效果。
5 結(jié)語(yǔ)
1）高富氧率冶煉能達(dá)到大幅提高產(chǎn)量的效果，但隨著富氧率提高，增產(chǎn)率呈遞減趨勢(shì)。另一方面提高富氧率可以使煤粉燃燒率有所改善，但煤比不會(huì)有明顯的提高。
2）富氧的合理控制應(yīng)根據(jù)高爐冶煉條件和冶煉狀態(tài)決定，沒(méi)有可以通用的最佳值。
3）高富氧鼓風(fēng)可能對(duì)順行產(chǎn)生不利影響，應(yīng)針對(duì)具體情況對(duì)操作制度進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)。尤其在高負(fù)荷有害元素和堿金屬情況下，其危害更不可忽視。
4）高富氧高冶強(qiáng)條件下的高爐技術(shù)操作，務(wù)必在高產(chǎn)時(shí)具備防涼意識(shí)和應(yīng)對(duì)措施。保持中心煤氣流暢通，適當(dāng)抑制邊緣氣流，有利于高爐穩(wěn)定順行。
參考文獻(xiàn)：
［1］ 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002：367-368.
［2］ 王筱留.高爐生產(chǎn)知識(shí)問(wèn)答［M］.2 版.北京：冶金工業(yè)出版社，2004：298.