唐榮，劉廣全，伍強(qiáng)
(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001)
摘 要：分析了新鋼 11 號高爐爐身中上部結(jié)厚 5 年多，結(jié)厚物的形態(tài)變化和形成機(jī)理，通過深料線操作、布料矩陣調(diào)整、增加鼓風(fēng)量、優(yōu)化用焦結(jié)構(gòu)、提高鐵水溫度、振動篩改造等日常操作手段保證了高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行并成功將結(jié)厚物脫落，為今后如何抑制高爐爐身結(jié)厚指明了方向。另 外，描述了結(jié)厚物脫落時高爐爐況、爐襯及冷卻壁溫度、渣鐵成分等方面變化，為今后出現(xiàn)同類爐況提供了判斷依據(jù)，方便高爐操作者及早發(fā)現(xiàn)，及早采取措施，避免爐涼等異常爐況出現(xiàn)，減少經(jīng)濟(jì)損失。
關(guān)鍵詞：高爐；爐身結(jié)厚；操作制度；脫落
0 引 言
隨著我國煉鐵規(guī)模不斷擴(kuò)大，鐵礦資源的需求不斷增加袁優(yōu)質(zhì)鐵礦資源逐漸枯竭，近年來我國大多數(shù)鋼鐵企業(yè)煉鐵生產(chǎn)不得不轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)原料，冶煉條件惡化使得有些高爐爐墻結(jié)厚的問題日漸突出，尤其是在 2014-2015 年鋼鐵行業(yè)不景氣的情況下此類問題最為嚴(yán)重。很多冶金工作者就結(jié)厚的原因和處理開展了大量研究，其中對結(jié)厚的處理手段進(jìn)行了大量的探討和實踐[1-5]。但是，對已形成結(jié)厚高爐的結(jié)厚物形態(tài)變化堯結(jié)厚高爐在結(jié)厚無法消除的情況下如何維持爐況順行以及如何通過日常操作控制結(jié)厚物的生長，一直處于空白狀態(tài)。因此，針對上述問題，以新鋼 11# 高爐為研究對象，從生產(chǎn)實踐結(jié)果倒推結(jié)厚的形成原因，并提出了高爐結(jié)厚的控制措施，通過日常操作順利將結(jié)厚物脫落。
新鋼 11# 高爐有效容積 1 469 m3，爐身采用板壁結(jié)合冷卻結(jié)構(gòu)，共 17 段（8~24 段，標(biāo)高 19.7~34.65 m），其中 8~21 段冷卻壁與冷卻板交替安裝， 22~24 段三段冷卻壁無冷卻板，冷卻壁采用軟水密閉循環(huán)冷卻，冷卻板采用工業(yè)水冷卻[6]。高爐于 2011 年 12 月 20 日投產(chǎn)，爐況保持長期穩(wěn)定順行，各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在國內(nèi)同類型高爐中處于中上游水平。2014 年高爐上部發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重的環(huán)形結(jié)厚，最高位置在料線 3.5 m 左右（24 段冷卻壁中部），往下延伸，最厚處達(dá) 1 m 多厚，這不但使上部調(diào)劑的效果減弱，也給氣流的上行形成喉口效應(yīng)，爐內(nèi)壓差升高，下料不順暢，給爐內(nèi)操作帶來巨大困難。往后的時間內(nèi)雖采取深料線操作、熱洗等措施爐況順行度基本穩(wěn)定，但各項指標(biāo)已大幅下降。
1 11#高爐爐身結(jié)厚的特點
1.1結(jié)厚物的形態(tài)變化
從圖 1~圖 3 四張照片可以清晰地了解 11# 高 爐中上部結(jié)厚物變化（爐頂入孔觀察）。
在 2017 年 7 月以前（圖 1），結(jié)厚物的狀態(tài)是比較固定的，結(jié)厚的方位是南面，東南面最厚，達(dá) 1 m以上，從上至下逐漸減薄，北面結(jié)厚較小約 100 mm，結(jié)厚高度可能為標(biāo)高 27 m 至 33.6 m 的位置上，高約 6.6 m，估算結(jié)厚體積約 60 m3。東北面基本未結(jié)厚。當(dāng)時爐況特點是院壓力壓差明顯升高袁布料無效果，無中心氣流，經(jīng)常性滑尺和小管道。
2017 年 7 月（圖 2）休風(fēng)發(fā)現(xiàn)南面區(qū)域有一部分結(jié)厚物脫落、結(jié)厚變窄，結(jié)的最厚的東南面約 800~1000 mm，從上至下逐漸減薄，北面區(qū)域變化不大。當(dāng)時爐況特點是：壓量關(guān)系有所改善，能看到明顯中心氣流，下料較順，燃料比下降約 5 kg/。
進(jìn)入 2019 年（圖 3），結(jié)厚物重新生長，3 月份開始高爐指標(biāo)下滑，5 月份爐況異常袁 休風(fēng)開入孔檢查發(fā)現(xiàn)上部結(jié)厚發(fā)生較大的變化，各方向均有不同程度的結(jié)厚，形成了環(huán)形，北面結(jié)厚加重，約 200~300 mm，南面稍有加厚，最厚的區(qū)域較前期已發(fā)生偏移，位于西南面，其厚度近 1 m。
2019 年 2 月 15 日，正常生產(chǎn)過程中高爐爐襯溫度發(fā)生巨大變化，推測大面積結(jié)厚物自行脫落，之后爐況明顯好轉(zhuǎn)。4 月 19 日（圖 4）休風(fēng)開爐頂入孔觀察，結(jié)厚已較為均勻，且明顯減薄，沿圓周整體厚度約 100 mm。
1.2 結(jié)厚物脫落時的判斷依據(jù)
爐身結(jié)厚物脫落時，隨著其在爐內(nèi)逐漸下移至爐缸并排出爐外，引發(fā)了高爐爐襯和冷卻壁溫度、爐內(nèi)壓量關(guān)系、爐外出鐵量、渣鐵成分發(fā)生明顯變化，見圖5、圖 6。
1.2.1 爐襯及冷卻壁溫度劇升
2 月 15 日 14:00 左右，爐襯溫度在 25.927 m西南方向由 394 ℃急劇上升至 761 ℃，27.381 m 西面至東南面三點溫度分別由 169 ℃上升至 403 ℃，235 ℃上升至 827 ℃，167 ℃上升至 936 ℃。21 段冷卻壁（約 29 m）西南面三點水溫差同時呈快速上升趨勢，分別由 0.22 ℃、0.25 ℃、0.24 ℃上升至 0.31 ℃、0.49 ℃、0.46 ℃。
1.2.2 爐況出現(xiàn)短時間難行
2 月 15 日 16:00-17:00，爐內(nèi)壓差升高，下料變慢，出現(xiàn)懸料征兆，不接受風(fēng)量，減風(fēng)減氧維持。此時系結(jié)厚物下降至滴落帶及風(fēng)口附近，降低料柱孔隙率，影響透氣性。待結(jié)厚物通過風(fēng)口后袁壓量關(guān)系恢復(fù)正常。
1.2.3 單爐出鐵量減少
隨著結(jié)厚物脫落進(jìn)入爐缸，影響料柱的透液性，同時阻礙鐵水在爐缸內(nèi)環(huán)形流動，降低了爐缸工作的活躍度，導(dǎo)致 82 爐次才出 50 t 鐵便見噴，堵口再開又才出 50 t 鐵便見噴，該爐次共出鐵 115.66 t，而正常時單爐出鐵量平均應(yīng)達(dá)到 260~270 t。
1.2.4 鐵水和爐渣成分變化
由圖 7 可知，鐵水中[Sn]含量異常陡升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出物料帶入爐內(nèi)的量。隨后因結(jié)厚物在爐缸熔化需要大量吸熱，造成爐涼，鐵水物理熱和[Si]快速降低。另外，爐渣堿度突然降低，Al2O3 含量升高，86 爐開始堿度上升是因為[Si]大幅提高導(dǎo)致。
2 爐身結(jié)厚物形成原因分析
從本次脫落時爐身溫度變化來看，脫落的范圍由爐身中下部向上至爐身上部。從渣鐵的變化上來看，82 爐次除了鐵水[Sn]的劇變之外，其他未見明顯異常，且該爐鐵爐外也未見明顯冒白煙，從時間節(jié)點來看，此時應(yīng)是爐身中下部的結(jié)厚物預(yù)先到達(dá)爐缸起作用，說明爐身中下部結(jié)厚以 Sn 的凝結(jié)物為主。
83 爐次打開鐵口爐外冒白煙嚴(yán)重，此時應(yīng)是爐身中上部的結(jié)厚物到達(dá)爐缸起作用，說明該結(jié)厚包含大量 Zn、堿金屬的凝結(jié)物。另外爐渣堿度降低，（Al2O3）升高，說明該結(jié)厚物為酸性，應(yīng)為入爐進(jìn)口塊礦含粉高且粘稠，粘于爐墻所致。因此，爐身中上部結(jié)厚主要是礦粉質(zhì)與鋅堿質(zhì)結(jié)合物。
標(biāo)準(zhǔn)狀況下 Zn 的氣化溫度為 907 ℃[7]，Sn 的氣化溫度 2 260 ℃，氣化溫度的差別也證明了兩者在爐內(nèi)的主要富集區(qū)的不同。高爐內(nèi)位置越高溫度越低，Sn 蒸汽會在較低的區(qū)域便開始凝結(jié)，Zn 蒸汽則會在較高的區(qū)域凝結(jié)，二者沉積在高爐爐墻上，可與爐襯或爐料反應(yīng)，形成低熔點化合物而形成爐瘤[8]。11# 高爐入爐 Zn 負(fù)荷達(dá)到 0.8~1.0 kg/t，為鋅質(zhì)粘結(jié)創(chuàng)造了條件。堿金屬化合物則會沉積在固體物料表面，生成一些低熔點化合物，引起爐料過早燒結(jié)軟化，導(dǎo)致爐溫波動時粘結(jié)在爐墻上，形成結(jié)厚或結(jié)瘤。
3 主要操作手段
11# 高爐如此大范圍的爐墻結(jié)厚是有一定的時間積累過程的，雖在 2017 年有過部分脫落，但未消除所有結(jié)厚物，當(dāng)時操作上未引起重視，導(dǎo)致結(jié)厚重新生長。在日常生產(chǎn)中摸索合理的操作手段以逐步削弱結(jié)厚，同時保持爐況順行才是行之有效的方法，但是，這樣處理起來肯定不是一朝一夕的事，需要長期努力持之以恒才能實現(xiàn)。
3.1 高爐上部調(diào)劑
3.1.1 深料線操作
上部結(jié)厚嚴(yán)重時，高爐最直接的表現(xiàn)就是中心氣流顯弱，爐頂成像難以看見中心明顯的火柱，上部透氣性下降，形成高爐又一個氣流穿行的瓶頸，當(dāng)風(fēng)量偏大時，上部壓差就會明顯增大，上部氣流不穩(wěn)，料面出現(xiàn)亂沖現(xiàn)象。為此，將高爐操作料線降至 2.8~3.0 m，減薄上部料層厚度，犧牲部分煤氣利用率，保證爐內(nèi)全壓差可控、爐況順行。
3.1.2 布料矩陣
為了發(fā)展中心主導(dǎo)氣流，結(jié)厚初期上部調(diào)節(jié)采取了大量的發(fā)展中心、抑制邊緣的措施[9]，裝料制度調(diào)整由 O393373343312C392372342312282→O393373343312C382362332302283→O393373343C372352322282→O393373343C342322302272。就是采取了最極端的布料方式 O393373343C342322302272，中心氣流仍然出不來。上部裝料制度調(diào)節(jié)難以奏效，過分的壓邊，不但引導(dǎo)不出中心氣流，反而將邊緣未結(jié)厚的區(qū)域壓的太死，氣流沒有通路，到處亂串，管道、滑尺頻繁，結(jié)厚更加嚴(yán)重。2017 年 7 月結(jié)厚部分脫落后中心氣流有所增強(qiáng)，但 2017 年 9 月在操作上出現(xiàn)一個失誤，當(dāng)時爐內(nèi)壓差偏高，為降低壓差，調(diào)整了疏導(dǎo)邊緣的布料矩陣，此后邊緣越來越強(qiáng)，中心越來越弱，之后又采用壓邊措施，倒回了原來的狀態(tài)。因此， 2018 年 7 月開始高爐操作者改變思路，采用了中心加焦且疏導(dǎo)邊緣氣流的布料矩陣，最大布焦角大于最大布礦角 0.5°~1°，布礦簡單化，采用 2~3布礦檔位，保證非結(jié)厚區(qū)的氣流通路，維持爐況順行，并讓更多的氣流沖刷結(jié)厚物，將非結(jié)厚區(qū)的范圍逐漸擴(kuò)大。若結(jié)厚物消除、布料有效時應(yīng)堅定發(fā)展中心氣流，不輕易放邊，這樣絕大多數(shù)鋅、堿等有害元素就可以從中心通道排出而不至于粘附于爐墻上。
3.2 高爐下部調(diào)劑
3.2.1 增加進(jìn)風(fēng)量
將有害元素排出爐外的另一有效方法是增大煤氣量，但 11# 高爐因結(jié)厚而長期高壓差操作是不具備加風(fēng)條件的。新余鋼鐵集團(tuán)有限公司第二煉鐵廠 70%的焦炭需要外購，因此，從 2018 年下半年開始嚴(yán)把焦炭質(zhì)量關(guān)口[10]，對于質(zhì)量不符合要求的廠家勒令其停供，宏宇焦（搗固焦）已被剔除，將焦炭質(zhì)量的波動降低。2019 年元月開始改善 11# 高爐用焦質(zhì)量，配加了25%~40%一級焦（青町焦），為高爐增加風(fēng)量創(chuàng)造條件。11# 高爐風(fēng)量由 2014 年的約 2 550 m3/min，逐步增加達(dá)到 2018 年約 2 650 m3/min，2019 年初約 2 700 m3/min，結(jié)厚脫落后風(fēng)量達(dá)到約 2750 m3/min。瓦斯灰的含鋅量較以前增加 50%以上，說明風(fēng)量加大后高爐的排鋅能力大幅提升。
3.2.2 確保鐵水物理熱充沛
由于上部布料效果難以實現(xiàn)，確保爐缸工作活躍是保持爐況順行的基石。鐵水物理熱的高低將直接影響高爐爐缸的溫度和爐缸的死焦柱的透液性，決定爐缸的活躍程度。在操作上改變以往按鐵水含 [Si]來操作熱制度的方式，強(qiáng)調(diào)鐵水物理熱必須保 證 1 480 ℃以上的操作方針，較原鐵水物理熱提高了近 20 ℃，提高爐況異常的防范能力。
3.3 外圍改進(jìn)
由前述分析，結(jié)厚物中含有一定比例的礦粉質(zhì)瘤，其中因進(jìn)口南非塊和紐曼塊粉多、粘稠、Al2O3 高，為礦粉質(zhì)瘤的主要形成物。以往槽下只有燒結(jié)礦和焦炭過篩，塊礦和球團(tuán)礦的粉末幾乎全部直接入爐。從 2018 年開始嚴(yán)抓塊礦和球團(tuán)礦過篩，盡量減少粉末入爐，對塊礦進(jìn)行不黏篩網(wǎng)改造，消除了篩網(wǎng)板結(jié)的影響，另外制定了球團(tuán)礦篩網(wǎng)清理制度，規(guī)定槽下人員每班不定期清理，確保過篩正常。
4 結(jié) 論
新鋼 11# 高爐自 2014 年爐身結(jié)厚以來， 積累了大量關(guān)于爐身結(jié)厚的操作經(jīng)驗，對結(jié)厚物的性質(zhì)和形成原因進(jìn)行了深入分析，通過日常操作手段使結(jié)厚物自然脫落。
1）結(jié)厚物從爐身中下部開始，自下而上延伸到爐身上部袁面積大、范圍廣，且具有再生性、可變性，對高爐爐況的影響顯著。
2）結(jié)厚物脫落時袁高爐會出現(xiàn)爐襯溫度劇變、壓高難行、出鐵量減少、爐涼前鐵水[Sn]突高、冒白煙等一系列現(xiàn)象，有利于及早發(fā)現(xiàn)并處理結(jié)厚物脫落帶來的爐況異常，減少損失。
3）結(jié)厚物本質(zhì)為 Sn 凝結(jié)物、鋅堿質(zhì)瘤、粉質(zhì)瘤。Sn 化合物在爐內(nèi)開始粘結(jié)的位置較鋅堿質(zhì)瘤、粉質(zhì)瘤更低。
4）降料線操作、疏導(dǎo)邊緣氣流、增加進(jìn)風(fēng)量、保 證爐缸工作活躍、加強(qiáng)塊礦和球團(tuán)礦過篩是保證11# 高爐順行堯消除結(jié)厚的重要操作手段。
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