李 麗 馮 帥 李 洋
（河鋼集團邯鋼公司）
摘要 通過對邯鋼 3 200 m3 高爐的布料溜槽、噴吹系統(tǒng)等設(shè)備方面進行改造，優(yōu)化高爐布料制度、送風(fēng)制度以及噴煤工藝流程等，高爐的主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)得到了改善，燃料比達到約 510 kg/t，煤比約 160 kg/t，富氧量約 20 000 m3 /h，日均產(chǎn)鐵量 8 300 t 以上。
關(guān)鍵詞 3 200 m3 高爐 煤比 富氧量
0 前言
提高煤比、降低焦比和燃料比是高爐追求的核心目標(biāo)之一。近幾年，鋼鐵企業(yè)的焦化工序產(chǎn)生的環(huán)保問題較多，國家倡導(dǎo)綠色、低耗、環(huán)保的政策觀念，鋼鐵廠想要生存發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，必須提高煤比。邯鋼 3 200 m3 高爐的裝料制度為中心加焦布料制度，此料制能夠強烈發(fā)展中心氣流，抑制邊緣氣流。但邊緣偏重，高爐煤氣利用率偏低，爐況穩(wěn)定性較差，稍有變化就容易造成爐內(nèi)減風(fēng)減氧。高爐噴煤的穩(wěn)定性不佳，有時倒罐的速率波動高達 10 t/h 以上，從而造成高爐透氣性變差，被迫減風(fēng)，影響高爐產(chǎn)量及指標(biāo)。邯鋼高爐的富氧率僅為 3% 左右，無法進一步提高煤比，降低焦比 [1-4]。
1 邯鋼 3 200 m3 高爐設(shè)備改造
1.1 改造布料溜槽
邯 鋼 1#、2# 高 爐（3 200 m3 ） 于 2008 年、2009 年相繼投產(chǎn)，高爐爐頂采用圓弧形布料溜槽，爐料的料流均勻、范圍寬、比較分散。生產(chǎn)實踐中，兩座高爐同時不順時，采取調(diào)整料制的方法，效果均不明顯，為此休風(fēng)后檢查料面發(fā)現(xiàn)，實際料面和設(shè)定料面偏差很大，實際料面又寬又薄、且不規(guī)則，高爐生產(chǎn)過程中的頂壓為 225 kPa 左右，在高壓氣流的吹動下，使用圓弧形布料溜槽布料，爐料容易發(fā)生偏移，料面不平整，從而造成調(diào)節(jié)爐況難度增加。為此，將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，優(yōu)點是布料的料面較窄，料面厚度也能增加，經(jīng)計算，使用方形布料溜槽的料面厚度比圓弧形布料溜槽的厚 30% 左右。在高壓條件下，爐料的偏移情況大大改善，提高了高爐布料的準確性，即有助于高爐工長調(diào)節(jié)控制煤氣流分布，提高高煤氣利用率。
此外，為進一步使得布料均勻、平整，將爐喉的十字測溫裝置縮短了 40%，避免高速料流經(jīng)過十字測溫的臂面時發(fā)生碰撞、反彈的情況，保證了料面的完整性，有利于煤氣流的均勻穩(wěn)定，間接提高了高爐的煤比。
1.2 建造第四座熱風(fēng)爐
邯鋼 3 200 m3 高爐配備 3 座熱風(fēng)爐，采用“兩燒一送”的方式進行送風(fēng)，現(xiàn)場留有第四座熱風(fēng)爐位置。2016 年，發(fā)現(xiàn) 2# 高爐的 2# 熱風(fēng)爐最先出現(xiàn)問題，一方面是送風(fēng)后期不吃風(fēng)量，頂溫低，最高也不到 1 050 ℃ ；另一方面是換爐過程中風(fēng)溫波動大，明顯反應(yīng)出格子磚嚴重堵塞。因此，開始建立第四座熱風(fēng)爐，2018 年投入運行，風(fēng)溫由1 050 ℃提升至 1 200 ℃，。在換爐過程中的風(fēng)溫波動明顯減小，高爐的燃料比也大幅度降低，煤比升高，經(jīng)濟效益顯著。據(jù)統(tǒng)計 2019 年和 2020年，2#高爐的煤比由 135 kg/t上升至 160 kg/t左右， 焦比由 335 kg/t 下降至 305 kg/t，燃料比由之前的530 kg/t 改善至目前的 510 kg/t 左右。
1.3 噴煤罐出口安裝加速裝置、反吹管
高爐噴煤的穩(wěn)定性對高爐操作有著重要的意義。噴煤速率由罐壓控制，正常噴吹時速率較為穩(wěn)定，當(dāng)噴煤進行倒罐作業(yè)時，速率波動較大，瞬時實際噴煤量和設(shè)定噴煤量相差 10 t/h 以上，甚至出現(xiàn)不走煤的情況發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，從噴煤罐到混合器的距離約 10 m，這段管道屬于濃相輸送，煤粉沉積容易出現(xiàn)不走煤、停煤現(xiàn)象。為解決這個問題，在噴煤罐的出煤手閥和出煤閥之間安裝 1 個加速裝置，該加速裝置放置于金屬軟連接內(nèi)部，如圖 1 所示。該加速裝置長 500 mm，兩端直徑為100 mm，中間直徑為 50 mm，在噴煤過程中，先打開出煤閥，再打開出煤手閥，能起到加速煤粉流動的作用，解決不走煤的問題。因加速裝置是耐磨合金材質(zhì)，也保護了金屬軟連接設(shè)備，避免磨漏造成漏煤，影響生產(chǎn)、污染環(huán)境。
在倒罐過程中，出煤閥和給煤閥之間容易沉積煤粉，再次噴吹時，經(jīng)常出現(xiàn)速率波動的情況。為此，在出煤閥與給煤閥之間，靠近出煤閥處安裝 1個氮氣反吹管，朝出煤閥方向，主要有兩個作用 ：一是在倒灌過程中，先打開給煤閥，反吹氮氣將管道內(nèi)的積煤吹掃進噴煤主管道，再打開出煤閥，解決了出煤閥和給煤閥之間不走煤的現(xiàn)象。二是在充壓過程中，打開出煤閥、關(guān)閉給煤閥，反吹氮氣進入噴吹罐內(nèi)進行充壓作業(yè)，由于反吹氮氣與噴煤罐的底部流化氮氣、錐部流化氮氣都不對稱，可以使罐內(nèi)的煤粉流化均勻，有利于提高噴煤過程的穩(wěn)定性，提高煤粉的燃燒率，進而提高高爐的煤比。
1.4 高爐噴煤罐安裝穩(wěn)壓裝置
改造前的高爐噴煤罐安裝穩(wěn)壓裝置包括罐體、安裝于罐體頂部的進煤管道、大放散管道和小放散管道，進煤管道中安裝進煤閥，大放散管道中安裝大放散閥、小放散管道中安裝小放散閥 ；罐體下部兩側(cè)分別設(shè)有錐部流化閥和出煤閥，底部設(shè)有底部流化閥，如圖 2（a）所示。為提高高爐噴煤的穩(wěn)定性，對高爐噴煤罐進行改造，在罐體頂部安裝了新小放散管道，新小放散管道下端與罐體頂部連接，上端與大放散管道連接，新小放散管道內(nèi)部安裝有新小放散閥 ；罐體上安裝有進氣管道，進氣管道上安裝穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥與 PID 控制器連接。安裝新小放散管道和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)噴煤罐罐壓的自動穩(wěn)定調(diào)節(jié)，大幅提升了噴煤罐罐壓的穩(wěn)定性，噴煤穩(wěn)定率達到 99.8% 以上，為高爐長期穩(wěn)定順行創(chuàng)造了條件。改造前的高爐噴煤罐安裝穩(wěn)壓裝置如圖 2（b）所示。
2 邯鋼 3 200 m3 高爐工藝改進
2.1 布料制度改進
邯鋼兩座 3 200 m3 高爐原布料矩陣為
。此料制的優(yōu)點是發(fā)展中心氣流，O 抑制邊緣氣流 ；缺點是高爐的邊緣效應(yīng)偏重，對外圍變化比較敏感，高爐煤氣利用率不高，經(jīng)常維持在45%~46% 左右，高爐燃料比高達 530~535 kg/t。為了優(yōu)化布料工藝，大膽嘗試去除中心焦，采用大礦批、低料速和平臺 + 漏斗的布料模式。首先，將礦石的布料圈數(shù)和焦炭的布料圈數(shù)均從中心向外部偏移，目的是將漏斗深度加深，以此來開放整個爐料的中心通道。然后，根據(jù)礦石與焦炭安息角的不同，測算出平臺的寬度，爐喉的半徑為 4.5 m，平臺度為 1.5 m 左右，漏斗深度為 2 m 左右，因此將高爐的布料矩陣逐步調(diào)整為 ：
經(jīng)過 4到 8個冶煉周期后，觀察發(fā)現(xiàn)爐身靜壓逐漸平穩(wěn)，邊緣氣流穩(wěn)定發(fā)展，爐況整體趨于穩(wěn)定、向好的方向發(fā)展。此外，爐體水溫差緩慢下降，最終穩(wěn)定到了 3~4 ℃之間，高爐煤氣利用率大幅度提升至 49%~50% 之間。
2.2 送風(fēng)制度改進
送風(fēng)對煤氣流的分布有著重要的影響。首先必須選擇與高爐匹配的入爐風(fēng)量，其次要確定適宜的實際風(fēng)速、標(biāo)準風(fēng)速以及鼓風(fēng)動能。邯鋼 3 200 m3 高爐共 32 個風(fēng)口，風(fēng)口直徑為120 mm，風(fēng)口面積為 0.361 9 m2 ，風(fēng)口面積偏小，爐內(nèi)邊緣氣流不宜發(fā)展，穩(wěn)定性差。因爐況波動， 煤氣利用率經(jīng)常性降至 48% 以下。為了提高進風(fēng)量，保證壓差穩(wěn)定、高爐順行，采取增加風(fēng)口面積的措施。將風(fēng)口直徑增加到 130 mm，風(fēng)口面積增加至 0.424 7 m2 ，通過增加風(fēng)口面積，高爐壓差下降明顯，再逐漸增加風(fēng)量、氧量和噴煤量，可以提高高爐產(chǎn)量，降低燃料比。風(fēng)量由 5 800 m3 /min 提高至 6 000 m3 /min，富氧率由 3% 提高至 4.5% 左右，達到了 20 000 m3 /h，煤比由 130 kg/t 提高至 160 kg/t。
此外，通過增加風(fēng)口長度達到活躍中心氣流的目的，風(fēng)口長度增加后，回旋區(qū)向爐缸中心推移，標(biāo)準風(fēng)速為 240~245 m/s，實際風(fēng)速為260~270 m/s，鼓風(fēng)動能達到 160 kJ/s 左右。通過配置部分長風(fēng)口，不僅使?fàn)t缸狀態(tài)得到改善，而且邊緣氣流得到合理控制，爐體水溫差由 3.5~4 ℃穩(wěn)定到 3 ℃左右。
2.3 優(yōu)化噴煤工藝流程
高爐噴吹煤粉屬于氣固兩項輸送，噴煤罐到混合器之間為濃相輸送，煤粉的“載體”為氮氣 ；混合器到高爐煤槍為稀相輸送，煤粉的“載體” 為氮氣和壓縮空氣，壓縮空氣的使用量占 90% 以上，可見壓縮空氣的調(diào)節(jié)對噴煤速率的穩(wěn)定有著重要的意義。根據(jù)高爐噴煤量的不同，逐漸調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，整體趨勢為隨著噴煤量的增加，壓縮空氣呈減少趨勢。
（1）高爐剛送風(fēng)時，單系列 10 t 起噴，壓縮空氣流量按 1 200 m3 /h 設(shè)定 ；（5）高爐要煤量20 t 時，改雙系列噴煤，每個系列壓縮空氣流量按 1 200 m3 /h 設(shè)定 ；（3）單系列噴煤量為 15 t 時，壓縮空氣流量按 1 000~1 100 m3 /h 設(shè)定 ；（4）單系列噴煤量為 20 t 時，壓縮空氣流量按 950~1 000 m3 /h設(shè)定 ；（5）單系列噴煤量為 25 t 時，壓縮空氣流量按 900~950 m3 /h 設(shè)定 ；（6）以上情況是在沒有停槍情況下的操作，高爐停 1 桿槍按減少 20 m3 /h 壓縮空氣流量設(shè)定。
此外，高爐遇有特殊情況，不得不大幅度減風(fēng)、減氧、減煤甚至停煤，噴煤必須采取“手動”操作，首先將罐壓設(shè)置為“手動”調(diào)節(jié)，避免噴煤速率大幅度波動 ；然后打開小放散閥、關(guān)閉錐部流化閥、減小底部流化閥的開度，逐步降低罐壓，同時提高壓縮空氣流量。若高爐停煤，壓縮空氣加至 1 500 m3 /h。
2.4 噴煤工藝增加連鎖程序
噴煤罐的給煤閥、出煤閥、大放散閥、中放散閥、小放散閥、底部流化調(diào)節(jié)閥、錐部流化調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥均為氣動球閥，可以遠程控制。設(shè)定以下三道連鎖程序 ：一是根據(jù)高爐要煤量的不同，依次設(shè)定底部流化調(diào)節(jié)閥、錐部流化調(diào)節(jié)閥和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥的開度，噴煤量越大，開度逐漸增大。二是實現(xiàn)噴煤罐的實際壓力跟蹤設(shè)定壓力按程序進行調(diào)節(jié)，當(dāng)罐壓的實際值高于設(shè)定值 6 kPa 時，打開小放散閥，進行卸壓操作，實際值等于設(shè)定值后關(guān)閉小放散閥 ；當(dāng)罐壓的設(shè)定值高于實際值 6 kPa 時，打開穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥進行補壓，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥的開度隨著壓力的增長而減小，實際值等于設(shè)定值后穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥開度降低為零。三是增加報警程序，當(dāng)給煤閥、出煤閥沒有正常打開會造成高爐停煤，放散閥打不開會造成罐壓升高，影響噴煤速率穩(wěn)定性，均增加報警程序，5 s 打不開報警，崗位工手動干預(yù)可以保證高爐正常噴煤。正常生產(chǎn)時，高爐熱風(fēng)的壓力控制為 390 kPa 左右，給煤閥設(shè)定連鎖程序，罐壓低于 400 kPa 時，閥門不能打開，即可防止熱風(fēng)倒流燒壞煤槍，避免安全事故的發(fā)生。
3 結(jié)論
（1）將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，增加了料面厚度，改善了爐料偏移的現(xiàn)象，使得煤氣流分布均勻。優(yōu)化布料制度去除中心焦，采用大礦批、低料速和平臺 + 漏斗的布料模式，高爐煤氣利用率達到了 50%。
（2）噴煤罐出口安裝加速裝置和反吹管，解決了不走煤、停煤的問題，安裝新小放散閥和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)噴煤罐罐壓的自動穩(wěn)定調(diào)節(jié)，大幅提升了罐壓的穩(wěn)定性，噴煤穩(wěn)定率達到 99.8%以上。
（3）風(fēng)口直徑由 120 mm 增加為 130 mm，風(fēng)口面積增加至 0.424 7 m2 ，通過增加風(fēng)口面積增加風(fēng)量、氧量和噴煤量，達到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、低耗的目的。
（4）根據(jù)高爐噴煤量的不同，逐漸調(diào)節(jié)噴煤使用壓縮空氣的流量，可提高噴煤速率的穩(wěn)定性。噴煤工藝增加連鎖保護程序可有效地降低事故發(fā)生的機率。
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