張古興，孫 潔，李立芬，靳亞濤，李紅艷

(承德釩鈦新材料有限公司，河北 承德 075100)

摘要: 分析了高爐開爐現(xiàn)狀，介紹了全開風(fēng)口開爐技術(shù)在承德釩鈦 2500 m³ 高爐開爐中的應(yīng)用情況，并與部分堵風(fēng)口開爐技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比。通過制定科學(xué)的開爐料結(jié)構(gòu)及填充料制，合理規(guī)劃復(fù)風(fēng)進(jìn)程，并采取預(yù)埋氧槍加熱爐缸、精準(zhǔn)富氧和噴煤、準(zhǔn)確把握出第一爐鐵時(shí)間等措施，全開風(fēng)口開爐送風(fēng)后 13 h 順利出鐵，31 h 全風(fēng)作業(yè)，72 h 高爐利用系數(shù)達(dá) 2． 6 t /( m³ ·d) ，實(shí)現(xiàn)了 2500 m³ 高爐開爐快速達(dá)產(chǎn)達(dá)效的目的，創(chuàng)開爐的歷史最好水平。

關(guān)鍵詞: 高爐; 開爐; 全開風(fēng)口; 加風(fēng)進(jìn)程; 富氧; 噴煤

0 引言

承德釩鈦新材料有限公司( 以下簡稱“承德釩鈦”) 現(xiàn)運(yùn)行的 4 座高爐以冶煉釩鈦磁鐵礦為主，其中 3 座高爐爐容 2 500 m³，一代爐齡分別開始于2009 年 8 月和 2008 年 9 月、2006 年 12 月。受冷卻壁漏水、設(shè)備老化等問題的影響，3 座高爐均進(jìn)行了中修，其中 1 座高爐 2020 年 2 月停爐大修，結(jié)束了一代爐齡。多次的停開爐實(shí)踐使煉鐵技術(shù)人員積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，將開爐進(jìn)程一再縮短，在提高開爐效率的同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本。2021 年、2022 年開始在兩座 2 500 m³ 高爐開爐中嘗試應(yīng)用全開風(fēng)口開爐技術(shù)，開爐達(dá)產(chǎn)效率進(jìn)一步提升，突破歷史最好開爐水平。

1 高爐開爐現(xiàn)狀

高爐開爐方式通常有 2 種: 一種為非集中性少量堵風(fēng)口開爐，另一種是全開風(fēng)口開爐^［1－6］。 非集中性少量堵風(fēng)口開爐方式一般堵風(fēng)口數(shù)量為總風(fēng)口數(shù)量的 10% ～ 20% ，沿圓周方向均勻分布。該方式通過小步調(diào)加風(fēng)，逐步加熱爐缸，并根據(jù)高爐工作狀態(tài)適時(shí)捅風(fēng)口，逐步恢復(fù)爐況。開爐方式更加穩(wěn)妥，避免爐況大幅波動(dòng)，但加風(fēng)進(jìn)程比較緩慢，恢復(fù)爐況時(shí)間長，國內(nèi)在大型高爐中應(yīng)用廣泛^［7］。

全開風(fēng)口開爐方式全開風(fēng)口送風(fēng)，圓周風(fēng)量分布均勻，有利于形成合理的操作爐型，第一次鐵后，快速上風(fēng)，縮短加風(fēng)進(jìn)程，不用捅風(fēng)口，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，避免休風(fēng)捅風(fēng)口對(duì)爐況的影響。但全開風(fēng)口開爐對(duì)爐缸熱狀態(tài)和第一次鐵到達(dá)爐缸時(shí)間要求嚴(yán)格，需要嚴(yán)格測算，保證鐵水達(dá)爐缸后，爐缸熱狀態(tài)良好，渣鐵順利排出。若節(jié)奏把握不準(zhǔn)確容易造成爐涼，甚至爐缸凍結(jié)事故。起初全開風(fēng)口開爐多應(yīng)用于小型高爐。近年隨著開爐技術(shù)的進(jìn)步，一些大中型高爐也在嘗試全風(fēng)口開爐^［8－10］。

承德釩鈦以往均采取堵部分風(fēng)口的開爐方式，加風(fēng)進(jìn)程緩慢，出第一次鐵困難。由于爐缸長時(shí)間不活躍，高爐恢復(fù)進(jìn)程長，爐況常存在反復(fù)。在捅風(fēng)口的過程中勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)高爐爐況產(chǎn)生一定影響。

2 全開風(fēng)口在開爐大型高爐中的應(yīng)用

為尋求突破，最大限度地提高高爐開爐工作效率，節(jié)約開爐成本。承德釩鈦在 2500 m³ 高爐上兩次應(yīng)用全風(fēng)口開爐，摸索出了一些開爐經(jīng)驗(yàn)。

2． 1 開爐料的確定

開爐順利與否與開爐料的選擇和制定密不可分，開爐料選擇的關(guān)鍵在于不同爐料的合理搭配。在焦炭負(fù)荷選擇上，既要保證爐缸充分預(yù)熱，使上部下達(dá)的渣鐵保持良好的流動(dòng)性，又要滿足爐料預(yù)熱、還原熱量要求，使高爐爐料在合理的位置形成特定的軟熔帶形狀。在堿度選擇上，要滿足造渣要求，保證渣鐵順利從爐內(nèi)排出。

開爐料制定原則: 因風(fēng)口以下焦炭“死料堆”為渣鐵通路，一般開爐料爐腹 1 /2 以下只裝不帶熔劑的凈焦^{［11，12］}。為了避免熔化的渣鐵過早進(jìn)入尚未充分加熱的爐缸，在可能的條件下含鐵爐料的位置要裝在較高處。兩次全風(fēng)口開爐均采用氧槍預(yù)熱爐缸技術(shù)，爐缸填充焦炭，全爐料配置采用 4 段式過渡，死鐵層、爐缸、爐腹、爐腰、爐身下部 2 m 裝凈焦; 爐身下部 2 m 以上裝 2 m 空焦; 2． 5 負(fù)荷料裝到正常料線。開爐料結(jié)構(gòu): 普通燒結(jié)礦 + 本地球團(tuán)礦 + 螢石，焦炭結(jié)構(gòu): 100% 干熄焦，具體見表 1。

2． 2 裝料制度

經(jīng)過兩次全開風(fēng)口開爐實(shí)踐，開爐料裝料制度基本確定，詳見表 2。開爐裝料制度滿足實(shí)際開爐要求。吸取第一次全風(fēng)口開爐經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)優(yōu)化后的裝料制度在送風(fēng)前留取部分料線( 約 5． 07 m) ，防止重負(fù)荷料壓實(shí)上部爐料導(dǎo)致加風(fēng)困難。負(fù)荷料料線每上升 1 m 同擴(kuò) 1°至料線 6． 5 m 停止裝料，開爐前測得的 1． 5 m 料線焦炭最大角為 40． 5°。

2． 3 預(yù)埋氧槍預(yù)熱爐缸

作為保障措施，在全開風(fēng)口開爐中首次應(yīng)用預(yù)埋氧槍加熱爐缸，保證渣鐵下達(dá)前高爐爐缸處在良好的熱狀態(tài)。在 4 個(gè)鐵口預(yù)埋氧槍，用開口機(jī)將氧槍送入鐵口，通過氧槍內(nèi)攝像及氧槍溫度變化分別調(diào)整氧氣和空壓風(fēng)壓力，控制焦炭燃燒情況，如圖 1所示。開爐料裝至風(fēng)口上部，開爐點(diǎn)火前 24 h 加熱爐缸，將爐缸溫度提升至 1 400 ℃以上。

2． 4 全開風(fēng)口開爐加風(fēng)進(jìn)程

承德釩鈦2 500 m³ 高爐有30 個(gè)風(fēng)口4 個(gè)鐵口，開爐點(diǎn)火時(shí)所有風(fēng)口全開。在爐缸熱量充足的前提下，高爐初始送風(fēng)參數(shù)選擇開放式，風(fēng)量 2 500 m³ /min 以上，風(fēng)壓 70 kPa，風(fēng)溫≮700 ℃。兩次全開風(fēng)口開爐，送風(fēng)半小時(shí)能夠完成引煤氣操作，由于爐缸熱工作狀態(tài)良好，風(fēng)口全亮?xí)r間短，加快了高爐復(fù)風(fēng)進(jìn)程。在加風(fēng)過程中密切關(guān)注爐內(nèi)壓量關(guān)系和出鐵情況，第一次全開風(fēng)口開爐實(shí)踐時(shí)，布料角度和批重選擇不合理，在加風(fēng)進(jìn)程中存在懸料坐料情況，送風(fēng) 18 h 后鐵口開并排風(fēng)坐料，排風(fēng)后料動(dòng)正常，壓量關(guān)系明顯改善，逐步恢復(fù)風(fēng)量至 5 000 m3 /min 以上。第二次全開風(fēng)口開爐實(shí)踐對(duì)布料角度和批重進(jìn)行優(yōu)化，送風(fēng)后 13 h順利出鐵，31 h后風(fēng)量加至5 000 m³ /min以上，復(fù)風(fēng)進(jìn)程進(jìn)一步縮短。通過兩次全風(fēng)口開爐實(shí)踐可以認(rèn)識(shí)到氧氣的使用對(duì)理論燃燒溫度及下部高溫區(qū)域的積極影響。在保證安全的前提下，早用氧氣有利于下部熱量集中，降低鐵水［Si］，提高鐵水物理熱，加速噴煤燃燒，提高煤粉熱效率，改善風(fēng)口活躍性。兩次全風(fēng)口開爐實(shí)踐在復(fù)風(fēng)過程中風(fēng)量加至 3 500 m³ /min 以上時(shí)開始富氧，保證了后續(xù)出渣鐵及加風(fēng)進(jìn)程。

2． 5 裝料制度調(diào)整

送風(fēng)時(shí)料制調(diào)整的整體思路是初期開放邊緣保證下料及風(fēng)量，料制送風(fēng)時(shí)礦 4 檔 6． 5°帶寬，焦 6檔 14°帶寬，在加風(fēng)的過程中根據(jù)煤氣流分布情況和具體爐況進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整兩股氣流穩(wěn)定，形成保證中心兼顧邊緣的料制形式。

2． 6 負(fù)荷及礦批變化

送風(fēng)初期擴(kuò)礦批不利于邊緣及中心開放，致使中心不開邊緣過重進(jìn)而導(dǎo)致加風(fēng)困難、下料不暢、懸料次數(shù)多。后期整體思路是縮小礦，批開放邊緣。首先保證下料順暢及迅速加風(fēng)，在保證一定風(fēng)量的基礎(chǔ)上，逐步擴(kuò)礦批、加負(fù)荷。優(yōu)化后的焦炭負(fù)荷及礦批見表 3。

3 堵部分風(fēng)口開爐與全開風(fēng)口開爐對(duì)比

3． 1 開爐料的選擇

與堵部分風(fēng)口開爐相比，全開風(fēng)口開爐采用全焦開爐。一方面節(jié)省時(shí)間、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、確保施工安全; 另一方面，全焦開爐由于焦炭燃燒速度慢，上部造渣和正常料可以得到充分預(yù)熱，渣鐵進(jìn)入爐缸時(shí)熱量充足，確保首次出鐵順暢。全開風(fēng)口開爐過程中鐵口提前插氧槍預(yù)熱爐缸，保證了送風(fēng)后渣鐵熱量充足，不需要過高的爐溫來加熱爐缸，爐溫反應(yīng)速度快，開爐焦比選擇 3． 11 t /t，比堵部分風(fēng)口開爐低 0． 37 t /t。

3． 2 加風(fēng)進(jìn)程

由于全開風(fēng)口開爐提前預(yù)熱爐缸，爐缸熱量充分，有利于快速加風(fēng)，比堵部分風(fēng)口開爐加風(fēng)進(jìn)程有明顯優(yōu)勢，見表 4。

全開風(fēng)口開爐 31 h 左右高爐處于全風(fēng)狀態(tài)，而堵部分風(fēng)口開爐需要 78 h 左右。另外，快速富氧有利于理論燃燒溫度的提高，在降低鐵水化學(xué)熱的前提下，保證鐵水充足的物理熱，有利于含釩鈦礦高爐冶煉，對(duì)開爐達(dá)產(chǎn)起到了積極作用。

3． 3 降爐溫過程

眾所周知，爐缸熱狀態(tài)是影響高爐出渣出鐵的關(guān)鍵，爐缸熱狀態(tài)良好、活躍，有利于出凈渣鐵。以往開爐未提前預(yù)熱爐缸，由于爐缸熱量不足，初次渣鐵到達(dá)時(shí)熱量被吸收很容易造成渣鐵涼出不凈或出渣出鐵困難。為避免這種情況發(fā)生，必須保持長時(shí)間的高爐溫來活躍爐缸，當(dāng)爐缸熱量滿足要求時(shí)需要降爐溫的過程用時(shí)較長，還可能造成爐溫不穩(wěn)。全開風(fēng)口開爐，由于開爐前用氧槍加熱爐缸，爐缸熱狀態(tài)良好，高爐不必維持長時(shí)間的高爐溫來加熱爐缸，高爐溫維持時(shí)間短，降爐溫速度快，不必過多擔(dān)心爐溫低渣鐵出不凈，避免了以往開爐爐溫反復(fù)的弊端，為爐況快速恢復(fù)達(dá)產(chǎn)達(dá)效創(chuàng)造了有利條件。全開風(fēng)口開爐與堵部分風(fēng)口開爐降爐溫過程對(duì)比如圖 2 所示。

4 全開風(fēng)口開爐應(yīng)用效果

全開風(fēng)口開爐在 2 500 m³ 高爐上應(yīng)用效果良好，具體見表 5。開爐送風(fēng)后最快 13 h 順利出鐵，31 h全風(fēng)作業(yè)，72 h 高爐利用系數(shù)達(dá) 2． 6 t /( m³ ·d) ，高爐爐況穩(wěn)定，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到改善。

5 結(jié)語

( 1) 采用鐵口預(yù)埋氧槍的方法加熱爐缸，使?fàn)t缸在送風(fēng)初期就達(dá)到了良好的熱狀態(tài)，能夠加快高爐恢復(fù)進(jìn)程。

( 2) 全開風(fēng)口開爐不受捅風(fēng)口進(jìn)程的影響，爐缸更加均勻活躍，有利于出渣鐵，消除了出渣鐵對(duì)加風(fēng)進(jìn)程的影響。

( 3) 送風(fēng)前期達(dá)到料動(dòng)的風(fēng)量后，開始富氧加速焦炭的燃燒，有利于迅速提升爐缸溫度，保證后續(xù)出渣鐵及加風(fēng)進(jìn)程。

( 4) 對(duì)于氧氣的使用，應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識(shí)到其對(duì)理論燃燒溫度以及下部高溫區(qū)域的積極影響，在保證安全的前提下，早用氧氣有利于下部熱量集中，降低鐵水［Si］，提高鐵水物理熱，加速噴煤燃燒，提高煤粉熱效率，改善風(fēng)口活躍性。

( 5) 全開風(fēng)口開爐能夠達(dá)到快速復(fù)風(fēng)，快速達(dá)產(chǎn)，提升高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，降低開爐成本的目的。

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