崔曉冬，胡金波，司新國，甄常亮，客海濱
( 河鋼集團唐鋼公司煉鐵廠，河北唐山063016)
摘要: 分析了高爐入爐原料結構變化對高爐冶煉的影響，并提出了應對措施。通過合理匹配入爐資源結構、實施鐵前物料篩分系統改造、改進高爐日常操作等措施，提高了高爐的適應能力，為高爐穩定順行創造條件，并且實現了較好的經濟技術指標。
關鍵詞: 高爐; 原料結構; 篩分系統; 日常操作
0 引言
河鋼唐鋼煉鐵廠高爐系統2#高爐( 2 000 m3 )于2017 年底限產停爐，目前，在線運行3 # 高爐( 3 200 m3 ) 、4#高爐( 3 200 m3 ) 2 座［1］。近兩年來，環保形勢日益嚴峻，受市場及運輸等環節的影響，高爐入爐原料結構穩定性變差，一定程度上制約了高爐指標的優化［2］。
1 高爐入爐原料結構變化及影響
2017 年下半年以來，尤其是冬春季采暖期，受限于地域和氣候條件等因素，唐山地區空氣污染較為嚴重［3 － 4］。期間為緩解環境壓力，環保部門對相關行業實施環保限行、限產政策。限行、限產期間，高爐面臨的最大變化是入爐原料結構頻繁波動，尤其是燒結限產，導致高爐階段性配吃部分或全部落地燒結礦; 同時受車輛限行影響，煉鐵廠汽運球團資源緊張，球團品種和配比調整較頻繁。入爐燒結礦和球團資源結構變化情況見圖1、表1。
由圖1 可以看出，高爐入爐燒結礦配比最低為62． 71%，最高為75． 53%，波動范圍高達12． 82%。
落地燒結礦包含部分外購燒結礦和自產燒結礦，外購燒結礦因多次倒運、長時間放置，強度和粒度指標較差，轉鼓指數70% 左右、RDI － 3． 15 40% 左右，且成分波動大; 自產部分的質量相對穩定，但也在一定程度上存在這方面問題。
煉鐵廠高爐使用的球團礦主要依靠汽車運輸，由于環保限行政策的影響，汽車運輸受限，雖啟動火車運輸，但資源仍難保證，需階段性地采購部分外購球團礦。據統計， 2017 年至2018 年上半年，共配加10 個不同品種球團礦，高爐入爐球團配比頻繁調整，且不同品種球團礦成分及冶金性能等存在一定差異。
入爐原料條件的穩定與否，對高爐順行和指標改善至關重要［5，6］。高爐入爐燒結礦和球團礦配比、配入時間以及調整幅度，在不同程度上影響高爐順行。高爐大量配吃落地燒結礦，頻繁調整爐料結構、變換礦種，對高爐冶煉的負面影響主要表現在［7］: 首先，大量配吃落地燒結礦會惡化高爐料柱透氣性，影響煤氣流分布，容易造成邊緣氣流不穩，出現爐墻粘結、竄氣、塌料等爐況，進而影響高爐順行;其次，短時間內大幅度地加減落地燒結礦的用量，容易引起煤氣流短時間急劇變化，導致熱量劇烈變化，高爐燃耗大幅度波動，如果控制不及時，容易引起高爐的爐況波動; 第三，外購的燒結礦和球團礦的成分與自產礦相比，差別較大，并且穩定性也有一定差距，不利于堿度控制，直接影響鐵水質量和爐缸活躍程度，最終影響高爐的冶煉過程。
2 高爐入爐原料變化的應對措施
隨著對原料條件變化的深入研究，在高爐操作上，通過摸索、總結經驗，應對手段不斷完善，高爐適應能力逐步提升。煉鐵廠針對入爐礦石的變化制定相應的生產組織方案，降低外圍因素影響，為高爐穩定創造基礎條件，保證高爐順行，實現較好的經濟技術指標。
2． 1 原料的綜合評估及質量管控
首先，對外購球團礦、燒結礦的主要成分、冶金性能、有害元素含量進行入爐前的系統檢測，并對不同物料的每項參數設定最低控制標準，建立與供應方的反饋機制，對其質量問題提出改進意見。
其次，外購礦品種較多，各品種外購礦不但與自產礦石之間存在差異，其質量也不盡相同，入爐前要進行綜合評估。根據礦石供貨來源、性能優劣、成分穩定性將其分檔。與自產礦石相當的第一檔可以直接配入; 對于質量性能較差的第二檔，設置專用礦倉，分倉入爐，并根據礦種供應量，控制入爐比例，條件允許的情況下，減小配比，延長配入時間，降低其對高爐的影響。
第三，強化入爐后礦石的跟蹤檢測，對于外購礦石，特別是第二檔礦石，提高檢測頻率，每天檢化驗的次數為常規檢測的2 倍。對質量波動較大，或者質量下滑的礦石，及時減量或者停止配吃。原料、高爐區域的技術人員現場看料，重點關注，及時了解外觀變化，包括強度、粒度、水分，并做出反饋。在高爐配料計算中，自產礦石成分取值為最近3 次檢測的平均值，而對第二檔礦石則增加至5 次，以減小其成分波動對高爐配料的影響，穩定爐渣堿度及鐵水成分。
2． 2 篩網系統的改造及篩分的管理
落地燒結礦由于長時間存放，并且數次倒運，粉化嚴重［7］，粒度比直送燒結礦差，＜ 10 mm 比例高于直送燒結礦。一般直送燒結礦該粒度區間比例在20% ～ 25%，而落地燒結礦在40% 左右，經過高爐槽下篩分，比例35% 左右，與入爐標準＜ 28% 相差較大。該粒度比例過大，將影響爐內塊狀帶礦層透氣性，不利于煤氣流的穩定。
為應對頻繁配加落地燒結礦造成的不利影響，對高爐槽下燒結礦篩網進行改造。高爐燒結礦倉下篩網為單層雙面篩，改造前篩網尺寸為5 mm /3． 5mm，能滿足直送燒結礦粒度篩分要求，將＜ 5 mm比例控制在5%以內; 對落地燒結礦粒度分布，篩分效果不好，雖＜ 5 mm 比例可以控制，但5 ～ 10 mm比例偏大。
為防止高爐全部配吃直送燒結礦篩分時造成不必要的資源浪費，對比分析了落地燒結礦的篩上物、篩下物篩分數據，并結合其配比和調整頻率，將高爐燒結礦槽下5 套篩網中的2 套( 即4#、5#倉下的篩網) 尺寸改為8 mm /4． 5 mm。改造后落地礦的篩分效果，＜ 5 mm 比例滿足＜ 5% 要求，5～ 10 mm 比例控制在25% 以內，＜ 10 mm 比例在30% 以內，基本接近高爐的控制標準。
同時，嚴格管理落地燒結礦的配入。將落地礦裝入4#、5#倉( 篩網已改造) ，根據落地燒結礦存放時間的長短、料場的粒度狀況、倒運次數的多少，嚴格控制倉下篩網過料量，在滿足高爐料速、不卡料的前提下，過料量控制到最小，保證篩分充分。
2． 3 高爐爐內操作應對
配吃落地燒結礦以及頻繁改變爐料結構期間，不同礦石冶金性能不同，高爐料柱透氣性不穩定; 不同礦石軟化區間有區別，軟熔帶高度起伏大，最終都會影響高爐的煤氣流穩定［7］。爐況波動具體表現為: 爐身靜壓不穩定，渣皮脫落頻繁并且容易粘結，壁體磚襯溫度波動大，爐況極其脆弱，可能造成極端爐況。
首先，高爐操作要從根本上將大幅度、長時間配吃落地礦，爐料頻繁變換品種與短時間的原料質量波動的區別開來。雖然采取了一系列措施，但是最終入爐的爐料質量呈現下滑趨勢，而以往高爐爐料質量波動是短暫的，且范圍小。以往高爐針對燃料變化采取的措施是被動應對，在原料整體較好的情況下，部分或者暫時變化，高爐的反應是短暫的壓量關系緊或者燃料比上升，甚至變化不明顯，高爐的應對基本上以負荷為主，針對出現的爐況具體變化小幅度調劑。大范圍的爐料質量變化，對高爐的影響幅度大、時間長，一旦順行遭到破壞出現極端爐況，諸如管道、懸料、崩料等，處理起來難度大，成本高，特別是大高爐更是如此。因此，與順行出現問題后處理爐況相比，提前退守保證高爐穩定更為經濟。
綜合考量，權衡利弊，制定應對方針: 提前足量，穩定為主，靈活調整。響應應急預案時，根據原料變化幅度和變化的具體情況，結合前期對落地礦或新料種的綜合評估情況，主動提前退負荷，保持疏松壓量關系，采取抑制邊緣、疏導中心的裝料制度，穩定邊緣，防止出現局部氣流。熱量控制上限，［Si］較正常操作提高0． 05 ～ 0． 1，物理熱保證充足，控制在1 510℃以上，防止燃料比大幅度上升后爐缸熱量不足。后續根據爐料入爐后高爐的反應進一步調節應對，如前期的應對過量，爐況反應良好，關系穩定疏松，適當進攻，順序為先通過裝料制度調整邊緣中心的氣流改善煤氣利用，有條件進一步負荷調劑，優化指標; 如果高爐表現為應對力度不足，爐況出現小幅度波動，采用料制調整方式，堅決控制邊緣，疏導中心氣流，防局部邊緣氣流過分波動導致高爐竄氣崩塌料等，必要時進一步退負荷，維持高爐穩定順行。
其次，爐前是高爐各崗位中的重點，渣鐵排放質量的好壞，直接影響高爐的穩定順行。高爐渣鐵順利排出是高爐爐內騰出空間的主要途徑之一，也是保證高爐冶煉能夠穩定持續進行的必要條件，一旦渣鐵排放速度和高爐的冶煉速度不匹配，爐缸內積存的渣鐵過多，爐缸內部分焦炭被渣鐵托起，煤氣通道被改變，造成爐內的憋壓。出鐵不暢造成的憋壓從某種程度上改變煤氣的初始分布，這對煤氣流穩定極其不利，加劇了穩定邊緣氣流的難度，在原料大幅變差期間，更容易造成局部氣流，誘發竄氣、塌料等現象。如果爐缸內渣鐵長時間的排放不暢，進一步積壓，會導致風口進渣甚至風口小套的燒損，造成惡性事故。所以在原料變差的期間，高爐氣流穩定性較差，爐前的出鐵組織至關重要，渣鐵的及時排出，能提高高爐對原料的適應性，有效地減少爐況的波動。目前高爐煉鐵廠在線生產的2 座3 200 m3高爐，均設有4 個鐵口，一般為相對的2 個鐵口輪流進行出鐵作業，另外2 個鐵口修補待用。高爐日常出鐵組織嚴格遵守兩次鐵間隔不大于20 min，一般要求在10 min 左右，本次鐵根據上次鐵出鐵狀況( 即出鐵時間長短、鐵量多少、出鐵的下渣情況等) ，靈活調節出鐵方針。如上次出鐵不虧鐵，本次出鐵正常組織; 如果虧鐵，視虧鐵程度，當輕微虧鐵時要求調整開機的鉆頭尺寸，虧鐵嚴重時縮短鐵間隔，必要時取消鐵間隔( 在上次鐵后期組織本次出鐵) ，兩出鐵場同時作業重疊出鐵，最大程度保證高爐及時排出渣鐵。并且規定當有鐵口難開現象或者鐵間隔大于20 min，無論有無憋壓都果斷要求爐前另一鐵口做好出鐵準備，組織2 個鐵口重疊出鐵，避免過度虧鐵影響高爐爐況。
第三，高爐上料作業是高爐生產的關鍵。上料作業區負責高爐的爐料裝入工作，設備點檢維護要精心到位，篩網及時清理保證篩分效果，防止上料故障，嚴防虧料線。同時保證爐料裝入精準，裝料的圈數、角度嚴格按照設定執行，一般要求布料參數實際值和設定值的角度誤差在0． 2°之內，小時平均圈數誤差在0． 2 圈以內。角度誤差和設備精度有關，同時對氣流影響較小，下料圈數的誤差如果過大對氣流分布影響明顯，故在原料變差期間對其要求更為嚴格，規定半小時( 約3 批料) 確認平均圈數，根據結果及時調整料流閥修正干預，小時誤差平均小于0． 1 圈，杜絕因爐料裝入誤差過大引起的氣流波動進而影響爐況。
3 實施效果
經過幾個月的摸索和總結，爐內操作的應對措施逐步完善。在高爐入爐原料結構變化期間，高爐的適應能力逐步提升，通過系列的技術和管理手段，原料條件波動的影響相對弱化，高爐順行狀態基本穩定，指標持續改進，見表2。
4 結語
在可預知的原料長時間變化時，高爐首要問題是維持穩定，其應對具有不確定性，“過”與“不足”二者相權，總體來說前者的損失要小，故應提前采取措施保證高爐穩定順行。在原料大幅度變化時，日常操作上需小心謹慎，高爐煉鐵是一個系統工程，特別是在外圍因素不穩定時，爐況脆弱，抗干擾能力差，任何環節的差錯都可能造成爐況波動或者失常，要求高爐管理者一定要統籌兼顧，細致全面，為高爐的穩定順行提供保障。
參考文獻
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