曾宇，李建軍，劉德輝，謝明輝，李曉春，高德庫，佟敏英
（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠 ，遼寧 鞍山 114021）
摘要： 針對鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠高爐群平均利用系數(shù)低的問題，從原料條件、操作爐型和操作管理三個方面進行了原因分析， 通過采取原燃料指標(biāo)量化管理、 高爐爐型診斷管理、操作參數(shù)科學(xué)管理等措施，克服了原燃料結(jié)構(gòu)變化等不利因素，提高了高爐群平均利用系數(shù)，實現(xiàn)了高爐長周期穩(wěn)定順行。
關(guān)鍵詞： 高爐；利用系數(shù)；指標(biāo)量化管理；爐型診斷；操作管理
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠 （以下簡稱煉鐵總廠） 現(xiàn)有大型高爐 8 座， 其中 3200 m3高爐 4座，2580 m3高爐 4 座。 由于有 4 座高爐的爐缸存在不同程度的隱患，為保證安全生產(chǎn)，高爐降低冶煉 強 度， 高爐群平均利用系數(shù)降低， 很 難 達 到2.1 t/（m3·d）的水平。 相比國內(nèi)如武鋼、沙鋼等企業(yè)高爐利用系數(shù)長期在 2.1 t/（m3·d）以上的水平，生產(chǎn)效率存在差距。2017 年下半年，煉鐵總廠對高爐平均利用系數(shù)低的原因進行了分析， 通過采取原燃料指標(biāo)量化管理、高爐爐型診斷管理、高爐操作科學(xué)管理等措施，在同等原燃料條件下，優(yōu)化了內(nèi)部操作體系，提高了高爐群平均利用系數(shù)。
1 高爐利用系數(shù)低的原因分析
1.1 原料條件
煉鐵總廠高爐的用料結(jié)構(gòu)主要為燒結(jié)礦+球團礦+外購塊礦， 其中外購塊礦比例不超過 10%。共有燒結(jié)機 7 臺，360 m2燒結(jié)機 3 臺，265 m2燒結(jié)機 2 臺，328 m2燒結(jié)機 2 臺，其中 6 臺燒結(jié)機的配料使用混勻料場。 4 座 3200 m3高爐采用單一燒結(jié)礦入爐。 4 座 2580 m3高爐中，7#高爐、11#高爐原料條件較好，使用單一料種燒結(jié)礦；5#高爐作為平衡燒結(jié)礦的調(diào)劑爐，經(jīng)常變更燒結(jié)礦的品種，甚至長時間同時使用兩種燒結(jié)礦；4#高爐使用東鞍山燒結(jié)礦， 由于沒有綜合料場， 來料指標(biāo)穩(wěn)定性較差，堿度、FeO 等關(guān)鍵指標(biāo)穩(wěn)定性不好，對爐況的長周期穩(wěn)定順行帶來了一定的負(fù)面影響。
煉鐵總廠燒結(jié)產(chǎn)能水平與高爐消耗水平基本一致，當(dāng)燒結(jié)機進行較長時間的檢修時，為應(yīng)對燒結(jié)礦產(chǎn)量降低造成的原料缺口， 高爐將大比例使用料場存儲的落地料。 落地原料受空間限制及篩分能力不足等因素的影響， 會造成入爐原料的堿度、FeO、準(zhǔn)粉末（粒度<5 mm）等指標(biāo)變差，高爐入爐風(fēng)量減少，利用系數(shù)降低。
1.2 操作爐型
煉鐵總廠高爐受原料穩(wěn)定性差的影響， 有 4座高爐存在爐身或爐缸的隱患，因此，煤氣流的控制方面更側(cè)重于中心氣流，中心加焦量多，中心區(qū)域的布焦炭量達到焦炭總量的 25%~30%，多時甚至達到 35%。 噴吹煤粉過程中，未燃煤粉很容易集中到死料堆內(nèi)形成低透液區(qū)域， 以及集中到死料堆表面附近氣流不活躍的固定料層中， 引起粉末在死料堆的積蓄， 使死料堆的透氣性、 透液性變差，進而造成死料堆溫度降低，導(dǎo)致爐渣黏度增加和死料堆透液性進一步降低， 最終鐵水和爐渣無法透過死料堆，集中地沿著死料堆的表面滴落、下降，使得進入爐缸邊緣的渣鐵流量增加，加劇料柱惡化的同時，增加了渣鐵在爐缸邊緣的環(huán)流，使?fàn)t缸活躍性下降［1］，中心氣流受阻，邊中氣流分布比例失衡，順行狀態(tài)變差，導(dǎo)致高爐利用系數(shù)降低。
1.3 操作管理
煉鐵總廠高爐的操作管理實行爐長負(fù)責(zé)制，高爐中夜班的操作參數(shù)由爐長制定、 倒班作業(yè)長執(zhí)行。 由于人員能力與經(jīng)驗的限制，爐況操作存在判斷失誤、操作不當(dāng)、調(diào)整滯后，煤氣流變化后參數(shù)控制不合理等問題。 人為因素造成爐況波動，高爐利用系數(shù)降低。
2 改進措施
2.1 原燃料指標(biāo)量化管理
（1） 中間指標(biāo)管理。 密切跟蹤燒結(jié)機、堆取料機的運行狀態(tài)，跟蹤生產(chǎn)過程中的中間指標(biāo)（如熔劑粒度、燃料粒度、返礦粒度等），一旦中間指標(biāo)出現(xiàn)異常，及時對異常參數(shù)的形成原因進行分析，形成整改方案并實施，最終完成整改，做到 “早動、少動”，減小燒結(jié)礦質(zhì)量的波動幅度，提高燒結(jié)礦質(zhì)量的穩(wěn)定性，為高爐長期穩(wěn)定順行創(chuàng)造條件。
（2） 篩分管理。 加強對槽下爐料的篩分管理，調(diào)小漏嘴，篩子振動幅度 3.5~4 mm，減小料流速度， 在滿足高爐上料的前提下， 盡量延長篩分時間，提高篩分效果，嚴(yán)格控制小于 5 mm 粉末的入爐量，提高料柱的透氣性。
（3） 分級入爐。 燒結(jié)礦粒度差距大將會導(dǎo)致爐料的孔隙度降低，劣化料柱的透氣性，影響高爐的順行狀態(tài)［1］。 對入爐燒結(jié)礦實施分級管理，有助于改善高爐料柱透氣性。 通過增加篩子，對成品燒結(jié)礦按粒度區(qū)間進行區(qū)分，將大約占總量的 20%~ 25%、 粒度范圍在 5~12 mm 的燒結(jié)礦進行分槽管理，獨立上料。 在一個布料周期內(nèi)，按一定的大小粒比例、使用兩種不同粒度的燒結(jié)礦，縮小同一批爐料的粒度差，改善整個料柱的透氣性。
（4） 料場管理。 按質(zhì)量對落地料進行分區(qū)管理，開停機料與不合格品作為雜料存放，其它物料按種類分堆存放。 高爐有計劃地使用開停機料與不合格品料，減小用量，降低影響。 當(dāng)高爐大量補充 落 地 料 時， 嚴(yán)格禁止使用開停機料與不合格品料。
2.2 高爐爐型診斷管理
通過對高爐開展?fàn)t型診斷管理， 查找操作爐型的不合理因素，分析其形成原因，從源頭進行治理，保證操作爐型合理。 高爐爐型診斷管理主要分爐缸管理、 爐身管理和礦石平臺寬度管理三個部分。
（1） 爐缸管理。 爐缸管理的核心工作內(nèi)容是保持爐缸的活躍性， 確保爐芯區(qū)域不會發(fā)生中心堆積現(xiàn)象。 爐缸管理是高爐實現(xiàn)長周期穩(wěn)定順行的前提，活躍的爐缸是高爐長期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。
為了保證爐缸長期的工作狀態(tài)， 主要開展三方面的工作：一是強化鐵水溫度管理，在 2580 m3高爐爐況無大波動 的 情 況 下， 鐵水溫度不允許低于1490 ℃，通過保持渣鐵足夠的過熱度，確保其流動性；二是通過縮小風(fēng)口面積，提高風(fēng)速，增加回旋區(qū)長度，縮小爐缸中心的焦堆區(qū)域，改善爐缸中心區(qū)域的透氣性和透液性； 三是在中心氣流可以滿足高爐順行要求的前提下， 降低中心加焦的比例，減小中心焦堆的大小，避免中心焦堆過大而導(dǎo)致爐缸活躍性下降。
（2） 爐身管理。 爐身管理的核心工作內(nèi)容是實現(xiàn)圓周溫度場的科學(xué)分布， 確保爐墻邊緣位置不會發(fā)生結(jié)厚現(xiàn)象。 爐身管理是高爐實現(xiàn)長周期穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)， 邊緣溫度場的穩(wěn)定是高爐取得較好經(jīng)濟指標(biāo)的基礎(chǔ)。 邊緣溫度場的穩(wěn)定主要取決于邊緣爐料的落點和邊部礦焦比。 煉鐵總廠有多座高爐的熱負(fù)荷穩(wěn)定性不好， 存在異常波動現(xiàn)象，其主要原因在于邊緣的起始布料角度不準(zhǔn)確，落點距爐墻位置未達到理想狀態(tài)。 布料角度小，落點距爐墻位置遠，爐料向外側(cè)滾動，邊緣爐料結(jié)構(gòu)不受控；布料角度大，爐料落點打爐墻后反彈，距爐墻邊緣位置形成堆尖， 爐料無法布到指定的理想位置。 兩種布料的情況都無法獲得穩(wěn)定的邊緣氣流通道。 煉鐵總廠通過對各高爐落料點位置進行計算，對其布料的起始角度進行了調(diào)整，布料落點位置與爐墻的距離控制在 100 mm 以內(nèi)。 各高爐布料起始角度調(diào)整前后的數(shù)據(jù)見表 1。調(diào)整后爐身熱負(fù)荷的穩(wěn)定性明顯得到提升。
（3） 礦石平臺寬度管理。 礦石平臺寬度管理的核心工作內(nèi)容是保持合適的平臺寬度，通過合適的平臺寬度選擇，確定合適的無礦區(qū)面積，確保中心氣流順暢，在生產(chǎn)順行的情況下，實現(xiàn)取得較好經(jīng)濟指標(biāo)的目標(biāo)。 礦石平臺的寬度決定了礦石軟熔帶徑向的寬度以及無礦區(qū)的大小， 是高爐初始煤氣流二次分布是否合理的決定性因素。 平臺過寬，無礦區(qū)小，風(fēng)口前端阻力增加，風(fēng)口回旋區(qū)與礦石布料平臺的寬度不匹配， 中心氣流受到抑制，不利于高爐順行；反之，平臺寬度過窄，則會出現(xiàn)中心過吹現(xiàn)象，消耗大幅度升高。 只有平臺寬度合適，高爐才會取得較好的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。 通過對3200 m3高爐熱負(fù)荷與礦石平臺寬度的離散關(guān)系進行分析，得出礦石平臺寬度為 1.3 m 時，熱負(fù)荷彌散區(qū)間最小，最有利于邊緣氣流的穩(wěn)定。 3200 m3高爐熱負(fù)荷與礦石平臺寬度的關(guān)系見圖 1。
2.3 高爐操作科學(xué)管理
煉鐵總廠各高爐操作按照“一爐一策”的方針進行管理。 根據(jù)各高爐不同的用料結(jié)構(gòu)、爐缸炭磚侵蝕程度、設(shè)備狀態(tài)、操作爐型等條件，綜合判斷，制定高爐操作方針。 針對炭磚侵蝕較為嚴(yán)重的高爐，通過合理組織出鐵、控制適宜的冶煉強度、不出鐵鐵口定期養(yǎng)護等方式， 保證高爐在一個穩(wěn)定的利用系數(shù)水平長期運行，減少爐況波動。 高爐參數(shù)控制方面，日常操作參數(shù)由爐長負(fù)責(zé)制定，制定好后， 由廠調(diào)度室值班長負(fù)責(zé)對高爐煤氣流變化參數(shù)進行動態(tài)跟蹤， 實現(xiàn)了高爐操作參數(shù)控制的合理性， 大幅度提高操作的準(zhǔn)確性。 人員管理方面，實行高爐中夜班操作指導(dǎo)上墻管理，定期組織主要操作崗位人員進行事故預(yù)案學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)，不斷提高操作技能，完善預(yù)案，提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)對事 故的控制能力，將事故處理在萌芽狀態(tài)，避免擴大。
3 生產(chǎn)效果
煉鐵總廠自 2017 年下半年采取改進措施后，鐵前工作實現(xiàn)了全面提升。 原料系統(tǒng)嚴(yán)抓過程管理，跟蹤中間指標(biāo)，改善了高爐入爐原料水平。 上料系統(tǒng)更加注重篩分的效率， 大幅降低了入爐準(zhǔn)粉末的含量，提高了入爐爐料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為高爐系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。 通過開展高爐爐型診斷管理， 量化高爐邊緣溫度場的控制區(qū)間以及圓周工作的均勻度， 有針對性地匹配系統(tǒng)參數(shù)，對爐況進行調(diào)整，實現(xiàn)了高爐群長時間的穩(wěn)定順行，產(chǎn)能穩(wěn)步提升。 2015.01~2018.05 高爐平均利用系數(shù)如圖 2 所示。
由圖 2 可以看出，2015.01~2017.05 高爐平均利用系數(shù)穩(wěn)定性不好，波動區(qū)間大，低的時候不到1.9 t/（m3·d），高的時候甚至超過2.2 t/（m3·d），整體水平在 2.1 t/（m3·d）以下。 2017.06~2018.05 高爐采取改進措施后，利用系數(shù)穩(wěn)定運行在 2.1 t/（m3·d）以上的水平，取得了良好的效果。
4 結(jié)語
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠從原料條件、操作爐型和操作管理三個方面分析了高爐群平均利用系數(shù)低的原 因，采取了原燃料指標(biāo)量化管理、高爐爐型診斷 管 理、高爐操作科學(xué)管理等措施，在原燃料條件不變的情況下，明顯提高了高爐群平均利用系數(shù)，由不足 2.1 t/（m3·d）穩(wěn)定地提升至2.1 t/（m3·d）以上的水平，改進效果良好，實現(xiàn)了高爐長期穩(wěn)定順行。 由此可見，在高爐生產(chǎn)中，當(dāng)原燃料結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變化時， 可以通過合理組織生產(chǎn)、科學(xué)管理，實現(xiàn)高爐長周期、高效、穩(wěn)定運行。
參考文獻
［1］ 王再義, 王尤清, 邢本策, 等. 燒結(jié)礦分級入爐技術(shù)實驗研究［J］. 鞍鋼技術(shù), 2003（6）: 23-26．