陳畏林， 李 熠， 宋 釗， 鳳林興
（武漢鋼鐵有限公司煉鐵廠，湖北 武漢 430080）
摘 要：重點分析了武鋼８號高爐從2009年投產至今11年，在高爐爐型設計、進風面積、煤氣利用、爐身黏結等方面的調整變化，通過逐步縮小進風面積確保高爐足夠的鼓風動能活躍爐缸，調整中“以風為綱”，調整中心加焦量與邊緣布礦量，維持“中心氣流適當發展，邊緣氣流適當抑制”的動態平衡。高爐11年來一直保持著良好的生產節奏，累計利用系數達到2.36ｔ／（ｍ３·ｄ）。投產１１年高爐目前的爐缸狀態良好，高爐具備延續長壽的條件。
關鍵詞：高爐；調整；氣流；爐缸；長壽
武鋼８號高爐有效容積為4117ｍ3，采用爐缸薄爐襯銅冷卻壁爐身，爐底采用復合碳磚陶瓷杯墊底。于2009年８月１日投產，至今投產11年，高爐一直保持良好的生產節奏，各項指標穩步提升，截止2020年，高爐累計產鐵4060.86萬ｔ，年均產鐵量356.19萬ｔ，產鐵量達到高爐設計指標（332.5萬ｔ）的107.1％，單位容積累計產鐵量9863.63ｔ／ｍ3，累計利用系數達到 2.36ｔ／（ｍ3 ·ｄ）。 目前，中國4000ｍ3 級高爐長壽的代表—寶鋼2號高爐（爐容4063ｍ3）一代爐齡達到15年，單位容積產鐵量超過10000ｔ／ｍ3。武鋼８號高爐在4000ｍ3 級高爐中高效、長壽方面有望趕超寶鋼２號高爐。為此，本文重點從８號高爐的爐型設計、高爐參數調整、高爐爐缸狀態等方面分析，給國內大型高爐長效穩定運行提供生產實踐經驗指導。
1 高爐投產11年的主要經濟技術指標
８號高爐投產11年一直保持良好的生產節奏，８高爐投產11年的主要經濟技術指標見表１，其中，在投產初期３年（2010—2012年）和2019年，該高爐年產鐵均達到了360萬ｔ以上。尤其是2019年，通過精細化操作，克服了外圍原燃料條件波動的不利因素，在投產10年之際，該高爐仍能夠維持高效生產模式，充分肯定了高爐的參數調控“以風為綱”的方針，“大風治百病”，維持足量的鼓風，才能為爐況調整創造條件，爐況的長效穩定，才能最大限度發揮高爐高效低耗的潛能［1－2］。
2 高爐設計爐型
武鋼煉鐵廠自1991年引進國際技術建設投產５號高爐（3200ｍ3），開始邁入大型高爐的生產模式。進入21世紀，由引進吸收逐漸轉為自主創新階段，6、7、8號高爐相繼建設投產，爐容由3000ｍ3 級擴大到4000ｍ3級，高徑比由５號高爐的2.186、6號和7號高爐的2.216縮小到８號高爐的2.1，高爐在爐型的設計上向矮胖型發展。目前，在國內大型高爐中，寶鋼的３號高爐（4850ｍ3）是矮胖型高爐的典型代表，高徑比已經縮小到1.951［3］。武鋼８號高爐吸收了6、7號高爐的經驗，在爐身下部8段9段、爐腰7段、爐 腹6段、爐 缸高熱負荷區均采用銅冷卻壁，加大了高熱負荷區的冷卻傳熱，降低了此區域內冷卻壁的損 壞。在爐身上部 10段、11段使用更耐磨的鑲磚雙層球墨鑄鐵冷卻壁代替鑄鋼冷卻壁，提高了冷卻壁的抗磨損能力。爐底碳磚上部鋪墊兩層陶瓷杯杯底，有效減小了鐵水對爐底碳磚的直接侵蝕，碳磚以下鋪設水冷管，加大爐底的冷卻傳熱，大大延長了爐底的使用壽命［4－5］。
3 風口進風面積的變化
如圖１所示，８號高爐開爐初期2009—2012年，進風面積由0.4948ｍ2 （８個風口直徑140 ｍｍ＋28個風口直徑130ｍｍ）逐步縮小到0.4800ｍ2，此階段以 “大進風面積，大風量”為主，平均風量在7350～7600ｍ3／ｍｉｎ之間。由于原燃料質量較好，負荷輕，焦層布焦量大，整體料柱透氣性較好，高爐制度上以 Ｃ987651－332222.5＋OL98765－44322＋ OS98－31為主，在氣流的調整上以小燒在10號9號8號角位的布礦量來調整邊緣氣流，中心焦在2～3環之間調整，整體氣流調整“以適當抑制中心和邊緣兩股氣流”為主。
2013—2017年，隨著鋼鐵行業過剩產能的殘酷競爭，很多企業不得不降低采購成本，以緩解生存壓力，原燃料質量下降，礦石鐵品位下降，高爐渣比增加，風量不穩定，爐況易波動。為了提高高爐抵御原燃料變化的能力，高爐在氣流調整上“以打通中心為基礎，適當發展邊緣氣流”，進風面積由0.4800ｍ2逐步縮小到0.4661ｍ2，取消直徑φ140mm的風口，以φ130ｍｍ＋φ120ｍｍ 風口為主，以此提高鼓風風速和鼓風動能，活躍爐缸，改善初始煤氣流的分布。在布料制度上，中心焦在3～4環之間調整，制度上OS987－221，適當減少邊緣布礦量，保證中心氣流發展的同時，邊緣氣流不至于過分抑制，以此達到兩股氣流均衡發展。調整后如圖2所示，雖然風量由2013年的年均風量7442ｍ3／min呈逐年遞減趨勢，到2017年年均風量只有7017m3／min，但是高爐的爐況波動受控，年產量仍然能達到350萬t以上。
2018—2020年，鋼鐵行業有所回暖，原燃料質量有所改善，高爐進風面積延用0.4661m2，2020年9月擴大到0.4700m2。高爐調整以“減小爐況波動，降低燃料比，降低生鐵成本”為主，為了降低燃料消耗，在中心焦的消耗上產生過一些分歧，中心一段時間使用2環焦，調整前期，煤氣利用大幅提升，燃料比有所下降，但是隨著原燃料質量的不穩定，高爐爐溫和爐渣堿度波動，由于“中心和邊緣兩股氣流都不發展”，造成自身抵御波動的能力不足，爐況反而頻繁波動［6］。后期，果斷加大中心焦量4～5環，同時適當縮小大燒布料角度，以此壓制中心氣流，防止中心過吹。小燒與大燒錯角位布料，小燒角度適當外移，以此壓制邊緣氣流，維持適宜的“漏斗型”料層結構，操作上“以風為綱”，高爐抵御外圍波動的能力明顯提高，爐況整體更加平穩，尤其是2019年，高爐在投產10年之際再創佳績，年產量再破360萬ｔ大關，年產鐵362.21萬t。
4 煤氣利用率的控制
合理的煤氣分布就是采用適當的送風制度和裝料方法控制好兩股煤氣流的發展，在順行的基礎上，達到煤氣利用最好和燃料消耗最低的目的［7］。在日常操作中，高煤氣利用率有助于降低燃料的消耗。目前，武鋼在煤氣利用率的控制上與寶鋼還存在差距，寶鋼的年均煤 氣利用率不小于50％，而武鋼年均煤氣利用率僅維持在48％左右。主要原因還是原料質量穩定性上存在差距，高煤氣利用的控制需要料柱保持良好的透氣性，在原料無法保證下如果片面地追求高煤氣利用，爐況的穩定性得不到保障。
圖3所示為8號高爐投產11年的煤氣利用率變化，由圖3可知，2012年之前，由于大顆粒焦炭使用量大，高爐“大進風面積，大風量”的操作模式，整體料柱透氣性好，造成煤氣利用不高，年均煤氣利用率在46％以下，燃料消耗偏高，燃料比在525ｋｇ／ｔ以上。2011年8月之后，高爐在原有礦石中混裝小焦丁的模式下，增加粒度比焦丁更小的回用焦量（1～2ｔ），一方面減小了大顆粒焦炭的消耗，相對攤薄了焦炭層，間接抑制了煤氣流焦窗層的通過量，延長了爐內煤氣流的滯留時間，改善了煤氣利用；另一方面，礦石中混裝小顆粒的回用焦，提高了礦石軟熔層的透氣性，改善了煤氣流的二次分布，煤氣分布更加均勻。2013年之后煤氣利用明顯提升，年均煤氣利用都在48％以上。如圖4所示，隨著煤氣利用率的提高，高爐的燃料消耗也呈下降趨勢，年均燃料比都在510ｋｇ／ｔ以下，其中2016年燃料比有所升高，主要原因是熱風爐大修，風溫無法保證，高爐被迫調輕負荷造成的。
5 爐況的波動
高爐的順行，一方面需要設備的良好保證，另一方面需要技術人員的精心操作，減小爐況的波動，減小管道、懸料、爐涼等異常爐況的發生，特別是避免風口灌渣、風口風管燒穿事故的發生。對爐況的判斷要“早發現、早處理”，盡量避免爐況的惡化。圖5所示為8號高爐投產11年的休風率，隨著爐齡的增加，高爐設備老化，暴露的問題增多，休風率呈上升趨勢，其中2016年熱風爐大修和2018年５月、６月的溜槽故障，高爐休風率達到3.0％以上，2020年因高爐爐腰七段銅冷卻壁損壞發展，高爐多次休風處理水管，休風率達到4.08％。休風率的上升，勢必造成產量的大幅下滑，如圖6所示2016 年、2018年、2020年的年產量明顯處于低谷。對于爐役后期，要加強設備的日常點檢、每日隱患整改閉環、設備及時更新換代，降低設備故障率，為后期的爐況順行創造條 件。同時對于爐役后期冷卻壁要加強監護，補水異常及時查水，對損壞的冷卻壁要采取灌漿和加裝冷卻器處理，確保爐殼溫度安全可控。
由于8號高爐有7段使用銅冷卻壁，冷卻壁傳熱效果較好，爐身極易形成渣皮，特別是冬天外部氣溫低，原燃料性能發生變化后，加上自身爐溫、渣堿度波動，極易造成爐墻渣皮過分發展，甚至惡化頑固黏結破壞操作爐型。8號高爐自開爐以來，冬季易黏結造成爐況波動困擾一直存在，因8號高爐采用的是軟水密閉循環冷卻系統，高爐冷卻強度沒法單獨逐段控制，操作者僅靠調節軟水流量和進水溫度來控制冷卻強度，調節措施受限。同時，由于冬季原燃料緊張和質量下降，高爐操作上往往應對不及時，一味追求高產、低耗，勢必造成自身爐況波動。
回顧11年，其中有4年完全沒有發生黏結，總結分析原因：（1）高爐在上、下部調節上“以風為綱”，在風口進風面積上，爐役前期適當縮小進風面積，保證較大的鼓風風速和鼓風動能，確保爐缸的活躍性，促進中心死焦區的焦炭置換，保證氣流暢通，為爐況的調整 創 造條件［8］。爐役后期可適當擴大進風面積，維持足夠的風量，輔助適量的中心加焦，維持兩股氣流“中心氣流適當發展和邊緣氣流適當抑制”的動態平衡。（2）特別是冬季氣溫較低時，不要過分追求低耗，爐溫和物理熱要保持上限控制，Si元素質量分數不小于0.4％，物理熱不小于1500 ℃，維持爐渣二 元 堿 度1.18～1.25下限控制，當爐渣 R＞1.25時，要及時下調，減小燒結用量，必要時直接用海南礦代替部分燒結礦或者塊礦用量，避免長時間的高堿度渣系，造成流動性不好，誘發爐身黏結。（3）爐前要保證鐵水和爐渣均勻排出，對于爐渣來晚，出渣時間短，要控氧控強度，防止憋爐，及時控壓差操作減小爐況波動。（4）對于爐身黏結的問題，要“早發現，早處理”，當爐身溫度和水溫差下降時，要及時采取疏 松 邊緣的制度，OS98－22調整為 OS987－ 122，OL98765－44322 調整為 OL98765－33322 或者 OL98765－23322，爭取前期扭轉局面。
6 高爐的爐缸狀態
高爐爐缸狀態是高爐長壽的關鍵，良好的爐缸狀態可以保證爐缸活躍，初始煤氣流分布合理，渣鐵流的沖刷侵蝕小［9－10］。武鋼8號高爐的死鐵層深度為2.8ｍ，爐缸直徑為13.6ｍ，通過爐底溫度表監測爐缸的工作狀態。日常操作中要重點關注爐底和爐缸側壁的溫度變化，每班負責測量爐底水冷管、爐缸冷卻壁的進出水溫差，爐缸的最佳冷卻水溫差ΔｔG≤0.65℃，熱流強度qG為（2300～3500）×4.18 ｋＪ／（ｍ2·ｈ）。爐底最佳冷卻水溫差 Δｔ≤0.85 ℃，qG 為（1450～2200）×4.18ｋＪ／（ｍ2·ｈ），軟水進水溫度控制在36～42℃，冷卻壁水溫差不大于6.0℃。
目前，爐缸水溫差實測值在0.2～0.4℃，爐底水溫差在0.6℃以內，熱負荷都在最佳控制范圍內。圖7所示為投產11年的爐芯溫度變化（2層陶 瓷杯底溫度）。由圖可知，投產初期爐芯溫度持續上升，投產11年爐芯溫度基本都在500℃以上。持續高位的爐芯溫度有利于中心死焦柱的置換，為焦炭層保持良好的透氣性和透液性創造了條件。圖8所 示為11年爐缸側壁溫度的變化，由圖可知，隨著爐 齡的增加，側壁的外、中、內3個溫度點溫度持續上 行，說明爐缸整體的溫度控制較好，爐缸活躍性保持 較好。目前的內壁溫度高點主要集中在3場鐵口下方，要加強此區域的溫度監控。
合適的風速和鼓風動能有助于維持一定的回旋區長度，增強鼓風向爐缸中心的穿透能力，強化風口前端燃燒帶焦炭與中心焦的置換反應持續高效地進行，減小爐缸死料柱區域，增大渣鐵流的流通區域，維持爐缸的活躍性［11－12］。圖9和圖10所示分別為８號高爐投產11年的年均鼓風風速和鼓風動能的變化。爐役前期，大風量操作，高爐維持著較高的風速（大于250ｍ／ｓ）和鼓風動能（大于15000ｋｇ·ｍ／ｓ），2016年之后由于設備故障和爐況波動，高爐休風爐況波動次數增多，造成高爐的鼓風風速和鼓風動能不足。爐役中后期，還是以爐況的穩定順行為主，維持連續不間斷生產，減小爐缸“發動機”的異常停機。
在高爐出渣鐵過程的控制上，要保證爐缸渣鐵及時均勻地出凈，減小憋爐情況的發生。出鐵過程中，及時計算鐵量差值，力爭控制在10％以內，當渣鐵流不均勻時，及時控氧控 強度，縮小出鐵間隔時間，減小單位時間內爐缸渣鐵流的存儲，有效減小渣鐵環流對爐缸區域的沖刷，為爐缸的長壽創造條件。
7 結論
（1）8號高爐投產11年，下部調整逐步縮小進風面積，確保了高爐足夠的鼓風動能和風口回旋區，為維持爐缸的活躍性創造了條件。上部調整以中心加焦為主，輔助礦石布料制度微調，維持兩股煤氣流“中心氣流適當發展和邊緣氣流適當抑制”的動態平衡，以風為綱，保證了高爐的長效穩定。
（2）針對高爐冬季爐身易黏結現象，要強化對原燃料變化的應對措施，鐵水溫度上限控制，堿度下限控制，確保渣鐵及時出凈，黏結前期及時疏松邊緣，維持大風量操作，適當犧牲部分燃料消耗，及時扭轉爐身黏結發展惡化的局面。
（3）8號高爐投產運行11年后，爐缸爐底狀態仍保持良好，要重點加強爐缸側壁的溫度監測。操作中盡量維持風量的長效穩定，減小爐況波動，保證爐缸的活躍性，同時及時組織爐缸渣鐵的排放，減小渣鐵環流對爐缸的沖刷，為高爐的長壽延續創造條件。
參考文獻：
［1］ 張立國，范振夫，劉寶奎，等．鞍鋼新4號高爐優化生產實踐［Ｊ］．中國冶金，2020，30（5）：65．
［2］ 胡水生，郭艷勇．首鋼京唐１號高爐操作爐型管理實踐［Ｊ］． 中國冶金，2016，26（7）：43．
［3］ 朱仁良．寶鋼大型高爐操作與管理［Ｍ］．北京：冶金工業出版社，2015．
［4］ 陳令坤，李向偉，陸隆文，等．武鋼8號高爐高效冶煉實踐［Ｊ］．煉鐵，2016，35（5）：1．
［5］ 陸隆文，董漢東，尹騰．武鋼煉鐵技術進步［Ｊ］．煉鐵，2016，35（5）：8．
［6］ 蔡合，章銘明．中心加焦技術在武鋼的應用［Ｊ］．鋼鐵研究， 2015，43（6）：56．
［7］ 唐順兵，閆魁紅．大型高爐提高利用系數的措施［Ｊ］．中國冶金，2012，22（5）：29．
［8］ 李向偉，陳進軍，陳畏林．武鋼 8號高爐處理爐身黏結實踐［Ｊ］．煉鐵，2013，32（3）：37．
［9］ 張建，林超，楊柳，等．京唐２號高爐爐缸側壁溫度異常升高原因分析［Ｊ］．中國冶金，2019，29（12）：59．
［10］ 焦克新，張建良，劉征建，等．關于高爐爐缸長壽的關鍵問題解析［Ｊ］．鋼鐵，2020，55（8）：193．
［11］ 王筱留．高爐生產知識問答［Ｍ］．3版．北京：冶金工業出版社，2013．
［12］ 劉云彩．現代高爐操作［Ｍ］．北京：冶金工業出版社，2016．