李林春1 ，趙東明2 ，張延輝1 ，張海明1 ，楊長亮1
（1. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021；
2. 鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）
摘要： 針對高爐焦比指標(biāo)較高的問題，提出了采取提高原燃料質(zhì)量、提高煤比、保證合理的爐型、優(yōu)化裝料制度和提高爐缸活躍性等措施。實踐后，高爐入爐焦比降低 16 kg/t，綜合焦比降低 18 kg/t，產(chǎn)量提升 360 t/d，高爐長期穩(wěn)定順行，效果良好。
關(guān)鍵詞： 高爐；爐型管理；入爐焦比；綜合焦比；穩(wěn)定順行
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10號高爐（3200 m3 ）（以下簡稱“鞍鋼10號高爐”）由于爐型不同于同立級其他高爐，開爐以來高爐焦比居高不下，綜合焦比長期在 511 kg/t 水平。 通過與行業(yè)內(nèi)同立級高爐對標(biāo)，發(fā)現(xiàn)行業(yè)綜合焦比 480~490 kg/t［1］，鞍鋼10 號高爐指標(biāo)處于行業(yè)下游。 為此，對鞍鋼10號高爐爐型進(jìn)行現(xiàn)狀分析， 采取了一系列高爐指標(biāo)優(yōu)化措施，形成了適合 10 號高爐的合理操作制度。
1 鞍鋼10號高爐爐型現(xiàn)狀
鞍鋼10號高爐于 2013 年 5 月 15 日改造后投入生產(chǎn)。改造后，10 號高爐與其他 3 座同立級高爐除爐喉直徑均為 9 000 mm，其他爐型尺寸差距較大，尤其是爐身角度和爐腹角度。 高爐基本爐型尺寸對比見表1。
由表1可以看出，10號高爐爐身角度大于其他3 座高爐， 而爐腹角度小于高爐 1、 大于高爐2和高爐3， 在上部制度調(diào)整方面無法找到共同之處。 因此，10 號高爐開始采取相應(yīng)措施，調(diào)整操作制度以降低焦比。
2 高爐降低焦比措施
2.1 提高原燃料質(zhì)量
堅持精料方針，10 號高爐通過將“七分原料+三分操作”傳統(tǒng)思維調(diào)整為“五分原料+四分操作+一分設(shè)備管理”模式，加強(qiáng)對原燃料的管理，以確保高爐爐況穩(wěn)定。
2.1.1 提高燒結(jié)礦質(zhì)量
10 號高爐各原料基本為單一品種入爐， 以避免使用兩種燒結(jié)礦或兩種球團(tuán)礦的粒級差和軟化溫度區(qū)間波動所帶來的爐況波動。 高爐爐料結(jié)構(gòu)為三燒燒結(jié)礦+自產(chǎn)球團(tuán)礦+塊礦。 提高入爐品位、減少渣量是高爐實現(xiàn)高產(chǎn)低耗的重要措施［2-4］。 為此，在保證燒結(jié)礦質(zhì)量的基礎(chǔ)上，通過降低燒結(jié)礦中 SiO2 含量，燒結(jié)礦品位提高了 1.5%~2.0%，高爐綜合入爐品位由 58.0%提高到 58.6%。高爐和燒結(jié)車間建立聯(lián)動機(jī)制， 高爐應(yīng)對燒結(jié)礦質(zhì)量波動做到提前預(yù)控。 根據(jù)高爐精料方針，嚴(yán)格控制燒結(jié)礦粉末入爐＜5%，F(xiàn)eO 穩(wěn)定在 8.0%~9.5%。 高爐加強(qiáng)礦槽槽存管控，保證高爐槽存不低于下限槽存，同時對高爐來料的軟化溫度和區(qū)間定期進(jìn)行抽樣檢測， 為高爐控制軟熔帶的穩(wěn)定提供理論支撐。 另外，加強(qiáng)高爐原料監(jiān)控，每天對返礦、返焦、原料粒度組成和篩片運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查。 確保燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定，為高爐穩(wěn)定順行提供了保障。
2.1.2 提高焦炭質(zhì)量
10 號高爐焦炭用量以化工自產(chǎn)為主， 同時配少量的外購焦炭。 高爐日常關(guān)注焦炭灰分、 揮發(fā)分、硫含量，并在保證焦炭化學(xué)指標(biāo)的同時，重點(diǎn)關(guān)注焦炭 M40、M10、焦炭粒徑、焦炭反應(yīng)性 CRI 和焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度 CSR 等指標(biāo)［5］。 通過與焦炭生產(chǎn)廠建立溝通機(jī)制并提出焦炭質(zhì)量需求，10 號高爐的焦炭 M40 由 89.0%提高到 90.1%，M10 由 5.8%降低到 5.4%，反應(yīng)性 CRI 由 24.2%降低到 23.2%，反應(yīng)后強(qiáng)度 CSR 由 63.7%提高到 65.3%， 焦炭平均粒徑由 50.8 mm 提高到 52.5 mm。 焦炭質(zhì)量的改善和穩(wěn)定，為高爐穩(wěn)定順行、提高煤比、活躍爐缸和降低綜合焦比提供了保障。
2.2 提高煤比
面對市場競爭壓力，用價格相對廉價的煤來代替價格昂貴的焦炭以實現(xiàn)高煤比、低焦比，是所有高爐煉鐵者的降耗思路［6］。 鞍鋼處于北方城市，季節(jié)性濕度變化較大。根據(jù)此特點(diǎn)，結(jié)合高爐風(fēng)口前理論燃燒溫度，提出 10 號高爐經(jīng)濟(jì)噴煤，并每月對瓦斯灰中含碳量進(jìn)行分析，判斷未燃煤的比例，一旦未燃煤增加，高爐需立即采取提高煤粉燃燒率措施。 通過提高風(fēng)溫和保證適宜的富氧量，提高了 10 號高爐煤粉燃燒率，煤比由原來的150 kg/t 提高到 165 kg/t， 高爐風(fēng)口前理論燃燒溫度由 2 380 ℃降低到 2 317 ℃，為高爐增加入爐風(fēng)量創(chuàng)造了條件。 同時，高爐入爐焦比由 333 kg/t降低至 317 kg/t，達(dá)到了提高煤比，保證綜合焦比穩(wěn)定或穩(wěn)中有降。
2.3 保證合理的爐型
合理的爐型是高爐長期穩(wěn)定順行和降低綜合焦比的基礎(chǔ)，高爐操作者要注重爐型管理，以得到長期合理的操作爐型。
10 號高爐通過建立高爐診斷模型和新增加爐身 8 個方向的水溫差和熱負(fù)荷實時監(jiān)控手段，逐漸摸索出適合高爐自身的相關(guān)參數(shù)， 總結(jié)出爐腹煤氣量和爐腹煤氣指數(shù)的合理范圍， 具體見式（1）、（2）［7-9］：
V=1.21V 風(fēng) +2V 氧 /60+44.8α（V 風(fēng)+ V 氧 /60）/ 18 000+224W 煤 H 煤 /120 （1）
式中，V 為爐腹煤氣量，m3 /min；V 風(fēng)為高爐鼓風(fēng)風(fēng)量，m3 /min；V 氧為富氧量，m3 /h；α 為鼓風(fēng)濕度，%；W 煤為每小時平均噴吹煤量，t/h；H 煤為煤粉中 H 含量，%。
K=V/（3.14×D2 /4） （2）
式中，K 為爐腹煤氣指數(shù)，m/min；D 為爐缸直徑，m。
利用日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)， 通過以上公式計算，高爐摸索出適合自身高爐的爐腹煤氣量在 6 500~7 000 m3 /min， 爐腹煤氣指數(shù)在 55~60 m/min，低于以上范圍，高爐需要立即調(diào)整，避免長時間偏離合理范圍后高爐出現(xiàn)爐況波動。
高爐爐身圓周 8 個方向水溫差監(jiān)控見圖 1。
通過爐身 8 個方向水溫差和熱負(fù)荷監(jiān)控，高爐可以實時掌握爐身圓周是否均勻， 同時判斷爐身局部是否出現(xiàn)結(jié)厚或粘結(jié)現(xiàn)象。 基于此，摸索出了 10 號高爐爐身水溫差范圍 2.5~4.5 ℃， 熱負(fù)荷合理范圍 85 000~100 000 MJ/h， 低于下限時采取疏松邊緣的裝料制度、 調(diào)整爐身水量的方式進(jìn)行調(diào)劑， 高于上限時采取抑制邊緣的裝料制度或增加水量進(jìn)行調(diào)劑。 密切關(guān)注高爐溫度場變化趨勢，避免高爐出現(xiàn)爐墻粘結(jié)和結(jié)厚， 以達(dá)到實現(xiàn)高爐長期穩(wěn)定順行和維護(hù)好操作爐型的管理目標(biāo)［8］。
通過建立 10 號高爐爐型管理模型得出： 高爐保證入爐風(fēng)量 4 900~5 000 m3 /min，富氧量 12 000~15 000 m3 /h，鼓風(fēng)動能 13 000~145 000 kg·m/s 是吹透中心、 保證高爐順行和維護(hù)合理操作爐型的基礎(chǔ)。 高爐操作方面，風(fēng)壓控制在 400~410 kPa，頂壓235 kPa，壓差 165~170 kPa。若參數(shù)值超過高爐規(guī)定的范圍要及時采取減風(fēng)操作，保證高爐參數(shù)對稱，避免風(fēng)量、風(fēng)壓長期不對稱導(dǎo)致邊緣氣流發(fā)生變化，造成壁體溫度場的熱負(fù)荷波動， 影響高爐合理的操作爐型。當(dāng)高爐出現(xiàn)波動時風(fēng)量偏少，要及時采取降低富氧量保證入爐風(fēng)量和風(fēng)速，同時調(diào)整焦炭負(fù)荷，保證料速 12.5~13.0 批/h。 爐況轉(zhuǎn)好時首先恢復(fù)風(fēng)量，其次增加富氧量、提高高爐冶煉強(qiáng)度。
2.4 優(yōu)化布料制度
鞍鋼高爐生產(chǎn)采用中心加焦模式， 原燃料質(zhì)量變差時有一個穩(wěn)定的中心氣流， 能保證基本的風(fēng)量，不會造成大的爐況波動。 是過分依賴中心加焦會造成焦比上升和冶煉成本增加，同時過多的中心加焦直接通過中心漏斗進(jìn)入爐缸區(qū)域會導(dǎo)致爐缸死料柱加大，不利于爐缸活躍。 當(dāng)焦炭質(zhì)量變差或爐況出現(xiàn)頻繁波動時極易造成爐缸堆積，處理爐缸堆積時間長且艱難，高爐損失嚴(yán)重。因此，優(yōu)化布料制度來保證上部煤氣流合理分布，進(jìn)一步提高煤氣利用率是降低高爐焦比的直接而有效的途徑。 通過查閱資料、與同立級高爐對標(biāo)學(xué)習(xí)，對 10 號高爐展開布料制度調(diào)整。
2.4.1 布料制度檔位和起始角度調(diào)整
（1） 起始布料角度不變，減少檔位10 號高爐布料制度由原來的六檔布料改為五檔布料。 調(diào)整前后高爐布料制度見表 2。
布料矩陣調(diào)整后，布料角位差由原來的 12.5° 減少至 9.5°，高爐中心無礦區(qū)增大，有利于吹透中心、降低中心加焦比例，但是生產(chǎn)中未體現(xiàn)效果。
因此， 高爐縮小風(fēng)口面積， 由 0.408 8 m2 縮小至0.401 0 m2 ，高爐中心加焦由 5.0 圈減少至 4.5 圈，綜合焦比由原來的 510 kg/t 下降到 500 kg/t。 由于風(fēng)口面積縮小后高爐入爐風(fēng)量偏少，僅為 4 750~ 4 800 m3 /min，高爐產(chǎn)量僅達(dá)到 7 100~7 200 t/d。
（2） 縮小起始角度，增加風(fēng)口面積高爐縮小風(fēng)口面積后,消耗降低但是產(chǎn)能未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)， 因此將風(fēng)口面積由 0.401 0 m2 擴(kuò)大至 0.408 8 m2 ，風(fēng)量由原來的 4 800 m3 /min 增加至4 900~4 950 m3 /min。 風(fēng)量上升后高爐中心氣流過剩，邊緣氣流受到抑制［10］，爐身熱負(fù)荷和水溫差處于低位運(yùn)行。經(jīng)研究決定，分三步將高爐布料起始角度整體向內(nèi)共平移 1.5°，同時保證角位差不變。制度調(diào)整后， 高爐爐身熱負(fù)荷和水溫差回到正常水平。同時，10 號高爐堅持高風(fēng)壓、高頂壓、高富氧大噴吹以吹活中心，并減少中心加焦比例，由原來的中心加焦比例 30.0%減少到 22.5%。高爐煤氣利用率由原來的 46.0%提高到 48.5%。
10 號高爐布料制度由原來的六檔布料改為五檔布料。 通過布料制度調(diào)整以及上下部調(diào)劑相結(jié)合， 中心加焦比例大幅降低， 達(dá)到了降低焦比目的。 合理的高爐基本布料制度見表 3。
2.4.2 調(diào)整小品種布料順序
將焦丁布料順序改為焦丁和第一斗礦同步入爐，確保了焦丁布在邊緣，使邊緣氣流更加穩(wěn)定，爐身熱負(fù)荷穩(wěn)定且在合理區(qū)間內(nèi)波動。同時，將塊礦由原來最后進(jìn)入中間稱斗調(diào)整為第二斗和第三斗之間進(jìn)入中間稱斗， 保證塊礦進(jìn)入爐內(nèi)后不會滾動到中心阻礙中心氣流，高爐中心氣流更加穩(wěn)定，為進(jìn)一步降低中心加焦比例創(chuàng)造了條件。
2.5 提高爐缸活躍性
適宜的爐缸活躍性是高爐順行、降低消耗的基礎(chǔ)，焦炭質(zhì)量變化對爐缸焦炭透液性影響大。 10號高爐在日常操作中注重爐缸狀態(tài)管理，保證爐缸熱制度合理。 高爐爐缸物理熱指數(shù)公式見式（3）：
Ktp=［（tp－1400） ／ 100］2 ／ ［Si］ （3）
式中，Ktp 為爐缸物理熱指數(shù)；tp 為每次鐵水平均溫度；℃；［Si］為每次平均鐵水［Si］含量，%。 實踐證明，鐵水測溫 1 500~1 510 ℃，鐵水［Si］含量 0.4%~0.5%對爐缸活躍有益。通過摸索得出 10 號高爐爐缸物理熱指數(shù) Ktp 的適宜范圍 2.5±0.5。
10 號高爐日常操作過程中，規(guī)定［Si］含量在0.45%~0.55%，嚴(yán)禁長時間低爐溫操作。 日常調(diào)劑風(fēng)溫保證在 1 190~1 200 ℃，實現(xiàn)爐溫穩(wěn)定率和合格率均達(dá)到 90%以上。 細(xì)化爐前操作，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)和監(jiān)管，避免設(shè)備問題影響高爐出鐵節(jié)奏。 建立爐前耐材和炮泥管理規(guī)定，具體如下：
（1） 日常主溝維護(hù)方面，堅持兩供兩備原則。鐵口停下來后， 必須保證 12~15 個工作日即具備開鐵口條件。
（2） 高爐主溝通鐵量必須達(dá)到合同要求，不能隨意放砂口或停下。
（3） 高爐鐵口深度按照 3.3~3.5 m 組織，鉆頭直徑 53~57 mm，保證出鐵流速 5.7~6.0 t/min。當(dāng)高爐渣鐵排放不及時可以選擇零間隔或者負(fù)間隔出鐵，以保證出凈渣鐵。
（4） 建立炮泥跟蹤和評價機(jī)制。 記錄高爐每次鐵炮泥打泥量、鐵口深度、處理鐵口時間、出鐵流速以及每次拔炮時是否使用氧氣燒鐵口以及是否折鐵口等，利用全月數(shù)據(jù)評價炮泥是否滿足高爐生產(chǎn)。
3 實踐效果
通過加強(qiáng)原燃料管理、抓好爐型管理、保證長期穩(wěn)定的操作爐型、 建立高爐診斷模型和注重爐缸狀態(tài)管理，同時結(jié)合上下部調(diào)劑，實現(xiàn)了高爐生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定順行， 高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)取得顯著提升。 10 號高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表 4。
由表 4 可以看出，高爐開展降低焦比生產(chǎn)實踐后，入爐焦比降低 16 kg/t，綜合焦比降低 18 kg/t，產(chǎn)量提升 360 t/d，高爐降低消耗效果明顯。
4 結(jié)語
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10號 高 爐（3200 m3 ）為了解決消耗指標(biāo)較高的問題，加強(qiáng)對原燃料質(zhì)量的管理，提高燒結(jié)礦和焦炭質(zhì)量，提高煤比；同時優(yōu)化布料制度，注重爐型管理和加強(qiáng)爐缸狀態(tài)管理，采取高風(fēng)壓、高頂壓、大風(fēng)量和適宜的富氧配合高煤比，高爐入爐焦比降低 16 kg/t，綜合焦比降低 18 kg/t，產(chǎn)量提升 360 t/d，達(dá)到了高產(chǎn)低耗的生產(chǎn)目標(biāo)，高爐長期穩(wěn)定順行，值得推廣和借鑒。
參考文獻(xiàn)
［1］ 姜曦， 周東東. 近年來我國大高爐生產(chǎn)指標(biāo)淺析 ［J］. 煉鐵，2016，35（3）：10-14.
［2］ 周傳典. 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊 ［M］. 北京： 冶金工業(yè)出版社，2002.
［3］ 王筱留. 鋼鐵冶金學(xué)（煉鐵部分）［M］. 北京：冶金工業(yè)出版社，2019.
［4］ 王維興． 降低高爐煉鐵燃料比的技術(shù)措施 ［J］． 中國鋼鐵業(yè)，2008（4）：18-20．
［5］ 余水生，王保林，游堅，等. 柳鋼焦炭熱性能對高爐冶煉影響的統(tǒng)計模型及分析［J］. 柳鋼科技，2004（3）：4-9.
［6］ 邢英亮，陳萬福，欒吉益，等. 濟(jì)鋼 3 號高爐提高噴煤比時間［J］. 煉鐵，2012，31（3）：33-35.
［7］ 王筱留． 高爐生產(chǎn)知識問答 ［M］. 北京： 冶金工業(yè)出版社，2013：297-298．
［8］ 那樹人． 煉鐵計算［M］． 北京：冶金工業(yè)出版社，2005：115-117.
［9］ 車玉滿，孫鵬，李連成，等. 鞍鋼銅冷卻壁高爐操作爐型管理模型開發(fā)與應(yīng)用［J］. 煉鐵，2007，26（5）：18-21.
[10] 朱錦明，王臣. 寶鋼送風(fēng)制度與爐缸維護(hù)的探討［J］. 煉鐵，2015，34（1）：1-4.