莫朝兴  唐志宏  黄海锋  李  迅

(柳州钢铁股份有限公司)

摘  要  近年来柳钢高炉的运行状况不太理想,炉况不稳定,炉内走料不均、偏尺,甚至出现管道以及悬料、塌料现象。分析认为这是高炉炉型不规则、不稳定所致,通过采取改善操作炉型、加强原燃料管理、优化高炉操作、强化设备管理等措施,操作炉型逐渐合理化,高炉技术经济指标得到突破性的改善。2017年柳钢生铁年产量首次突破1150万T,在产量不断创新高的同时,煤比不断提高,并且燃料比不断下降,12月均值520kg/t。

关键词    高炉  操作炉型  原燃料 高产  燃料比 休风率

柳钢目前拥有1座2650 m3、1座2000 m3、3座1500 m3和1座1250 m3高炉,总有效炉容12400 m',具备年产生铁1150万t的能力。近年来,柳钢高炉运行状况不太理想,经常出现冷却壁软水温差波动大、炉内下料不均、偏尺,甚至出现管道及悬料、塌料现象。针对此现象,通过采取多项措施,高炉实现了提产降耗的目标。

1  提产降耗的措施

1.1  改善操作炉型

近年来,柳钢高炉炉况出现的问题,主要是操作炉型不规则不稳定所致。改善操作炉型的中心工作就是炉型规则化,目标是“煤气流稳定,炉墙光洁"。

(1)炉型圆周均匀化。重点是风口长度和直径的统一,以及均匀喷煤。

①风口长度和直径统一。柳钢7座高炉所使用的风口小套的规格极为混乱,长度和直径都有多种规格,而且同一座高炉在圆周上的位置使用不同规格的小套亦极为随意,没有规则。主要原因是每座高炉的小套备件规格多,且每种规格备件数量不多在同时更换较多数量小套时,在规格的选择上就没有太多调节的余地。由于风口小套规格不同,导致了各风口送风参数极为不均匀,初始煤气流紊乱为此,从2016年5月开始,对风口小套规格进行了统一管理,同座高炉只使用同一规格小套,统一前后尺寸对比见表1。

②均匀喷煤。由于部分高炉是由小炉容高炉改造而成,保留了许多小高炉的辅助系统设备。随着冶炼技术的进步,煤比越来越高,造成喷煤枪经常出现堵塞现象。煤枪的堵塞会使得各风口前的热风压力、鼓风动能、理论燃烧温度等送风参数存在差异,回旋区不规则,破坏圆周上的均勺性。全部送风风口均匀喷煤,可获得最高的氧过剩系数,有利于提高煤粉的燃烧率和置换比,同时使各风口前的理论燃烧温度趋于一致,使炉缸工作均匀,有利于好况顺行"。

为减少堵枪现象,采取了以下措施:一是增加煤粉喷吹罐蒸汽预热系统。将喷吹罐温度保持在65-70℃,大大提高了煤粉喷吹的顺畅程度,在倒罐过程中分配器压力波动幅度由之前的250kPa除低到100kPa,喷吹罐压力差由之前的30-40kPap低到8~15kPa,增加预热系统后底部流化装置未出现过板结,高炉亦未因煤粉过湿而堵枪。二是提高进口煤配比,降低国内混合煤配比。喷吹煤煤种主要有进口贫瘦煤、无烟煤、混合煤,其中进口贫瘦煤可磨性最好,喷吹顺畅程度高,2017年8月将进口贫瘦煤配比提至50% ,取到良好效果,风口喷煤枪堵塞现象明显减少。

(2)合理疏导气流。基本思路是“稳定边沿、打开中心,稳定中心、照顾边沿"。

①稳定边沿、打开中心。我国高炉风口长度与炉缸直径的比例见表2 [2]。一般而言,风口长度取炉缸直径(d)的5%,而高炉强化后,风口明显偏短。而柳钢采用短风口目的是相对发展边沿气流,以改变目前各高炉炉墙不光洁、炉型不规则的现状。

高炉以往经常用的焦炭布料矩阵有C 413  383  352  322  28 1  15 2、C 413  382  352  322  28 1  15 2、C 412  382  352  322  28 1  15 2,此类矩阵对焦窗的变化过程考虑有所欠缺。焦窗在炉内下降过程中除了碳素的消耗,还由于炉身直径越来越大,焦窗会越来越薄,而越靠近炉墙处厚度变化越剧烈,导致了在炉身中下部靠近炉墙处焦炭量极少。边沿气流得不到焦炭的引导,无法保证通畅稳定,是炉墙黏结的一个重要原因。高炉将焦炭布料矩阵调整为C 414  393  362  332 301 26 1  15 2,提高了边沿布焦量,边沿气流日趋稳定,进而促进了中心气流在中心加焦的引导下彻底打开。

②稳定中心、照顾边沿。在采取“炉型圆周均匀化”和“稳定边沿、打开中心”的措施后,边沿气逐渐通畅稳定,炉墙光洁。为防止边沿气流过分发展,采取“稳定中心、照顾边沿"的措施,提高焦炭和矿石的最大布料角度,2017年,最大布料角度由原来的41°逐渐提高到43°,8月部分高炉甚至提高至44°,10月提高至45°,两道气流得到充分利用,煤气利用率得到显著提高(如图1所示),炉况保持长期高效、稳定。

1.2 加强原燃料管理

对高炉精料的要求,习惯用熟、净、匀、小、稳、少、好七个字来表达[3],柳钢高炉以往对原燃料的与质量监控基本以焦化厂和烧结厂的产品质量指标结果为主。现在改变了理念,质量监控前移,加强了焦化厂和烧结厂生产过程的参数及配料的监控,根据炉况需要,及时给予针对性建议。

(1)净。净是要求炉料中粉料含量少。而减少炉料中粉料的一个有效手段是加强筛分工作,高炉不仅监控好高炉料仓筛网的筛分效果,还加强了对焦化厂及烧结厂的成品筛监控,提高成品筛的筛分效果,减少进入高炉料仓中的粉料量。这样不仅减轻了料仓筛网的工作负荷、提高筛分效果,同时也减轻了运料皮带的负重,有利于皮带寿命的提高。2017年8月将焦丁筛的筛分等级从原来的8mm提高至12 mm,大大减少了粉料入炉,不仅提高了高炉料的空隙率和透气性,同时提高了燃料利用率,高炉焦比(含焦丁)下降明显,除尘灰固定碳含量亦明显下降。

(2)稳。稳是要求炉料的化学成分和性能的稳定,波动范围小,炉料质量稳定。由于焦化厂干熄；炉配备不足,经常由于设备故障或常规检修改出水熄焦,高炉每年都要消化大量水熄焦,最高时需配用50%。水熄焦与干熄焦在强度和水分上均有很大的差距,高炉在干熄焦、水熄焦转换时,煤气流及炉温受到极大影响,特此要求在改出水熄焦时提高优质煤的配比,以缩小与干熄焦在强度上的差距。2017年引进了武钢2kg试验焦炉,可更高效、省力地完成单种煤和配比方案,全年完成大量的煤焦试验及分析,指导采购部门完成了近20个新煤种的采购,并确定了最终的配用方案,使得生产配比更加稳定，2017年配煤累计更改次数比2016年减少了1次,实现焦炭质量改善的同时减少波动,焦炭M40较2016年上升了1.00%，M10下降了0.18%,2017年烧结矿加强配矿结构和来料质量的稳定性,同时减少国内矿粉的配用量,料层透气性提高,在此基础上实行厚料层烧结(最高时达到700 mm),高温保持时间延长,表层玻璃相比例减少,烧结矿质量持续稳定,2017年高炉全年返矿率为12.97% ,创造了历史最好水平,比2016年返矿率13.60%下降比例为4.6%。

(3)少。少是要求入炉料中的非铁元素、燃料中的非可燃成分以及原燃料中的有害杂质含量尽可能的少。人炉料中有害杂质主要有硫、铅、锌、钾、钠等,其中最为典型的是有害金属钾、钠、锌。碱金属钾、钠的危害非常大,它会导致烧结矿软熔温度降低、中温还原粉化率显著提高;球团矿膨胀性提高,甚至出现开裂、强度变差,产生二次粉末;吸附在焦炭上,侵蚀到石墨晶体内部,破坏原有层状结构,产生体积膨胀,使焦炭机械强度明显降低;在高炉内富集造成高炉中上部结瘤以及下部风口上翘、变形。而锌在炉身上部以气体形式渗入焦炭和矿石的孔隙中,沉积后会堵塞表面空隙,影响料柱透气性;锌氧化后体积膨胀会增加铁矿石和焦炭的热应力,提高熟料的低温还原粉化指数,降低焦炭的反应后强度。

2016年5-7月,柳钢高炉受有害金属危害,当时碱负荷峰值高达5.01 kg/t,锌负荷峰值0.79 kg/t,硫负荷峰值亦高达5. 4 kg/t。降低炉渣碱度是排碱的有效方法,但硫负荷处于高位,为了保证铁水质量,炉渣碱度未做太大的调节,高炉深受碱金属危害,炉况出现大面积失常,燃料比高达580kg/t,损失惨重。经过此次炉况大面积失常后,充分认识到有害元素的危害,将碱负荷严格控制<3.5kg/t,锌负荷<0.5kg/t,硫负荷<4.5kg/t

(4)好。好是要求入炉矿石的强度高,还原性、低温还原粉化性能、荷重软化性能,以及热爆裂性能等冶金性能好;要求焦炭强度高,高温性能好;喷吹煤的制粉、输送和燃烧性能好。2017年9月,配合烧结厂进行降低Fe0试验,烧结矿Fe0由原来8.8%左右下调到8.5%左右,其还原度得到明显上升,且强度基本没有变化,烧结矿转鼓指数及低温还原粉化率均很好的满足了高炉的需求。2017年10月,开展降低烧结矿MgO含量工业试验, MgO人2.05%下降到1.95%,入炉品位从之前的54.9%左右提高到了55.2%左右。2017年8月,将进口贫瘦煤配比提至50% ,喷吹煤灰分保持在11%以内, 大大提高了煤粉置换比和高炉接受能力,在煤比不断提高的同时,燃料比也在下降。2017年8月开始，所有高炉将进口贫瘦煤配比提至50%,取到良好效果,喷吹过程输送顺畅,风口喷煤枪堵塞现象减少;喷吹煤灰分保持在11%以内,大大提高了煤粉置换比和高炉接受能力,在煤比不断提高的同时,燃料比也在下降。

1.3  优化高炉操作

(1)混料入炉。混料入炉指对烧结矿、球团矿、块矿以及焦丁在槽下进行充分混匀后装入炉内。混料入炉的主要效果有: ①可以有效减小界面效应,提高高炉透气性。②提高软熔带均勺性。由于烧结矿、球团矿、块矿的较熔温度及碱度都存在很大的差异,如果各种矿石顺序人炉会造成软熔带形状不规则、煤气流二次分布紊乱,不利于高炉顺行,混料后可以消除此方面的弊端。③矿石与焦丁间的混料,焦丁粒度组成与矿石相近、混匀后入炉,料层“焦窗”增大,同时由于焦丁粒度比大块焦炭粒度小,在高温区域容易气化、优先参与溶损反应,减少大块焦参与溶损反应的比例,增大死料柱焦炭平均粒度,改善料柱透气性。④焦丁与矿石直接接触,焦丁发生溶损产生的C0快速与矿石发生还原反应,提高间接还原速度,减少焦炭粉末进入炉缸的比例,提高炉缸活跃程度。

为了使得烧结矿、球团矿、块矿以及焦丁能充分混匀、通过计算调节各称量斗的下料斗闸门开度,使各种矿石和焦丁的放料时间相等,实现在皮带上分层均匀铺叠,最大程度地做到了均匀混料。

(2)中心加焦结合平台漏斗。中心加焦与非中心加焦的争论持续很久,采取何种布料模式要根据不同原燃料条件而定。当原燃料条件较好时,可采用合适的平台加较深漏斗布料,强度好而且颗粒大的焦炭滚到中心,实现稳定中心气流,既保证倒V形软熔带,又能提高煤气利用率;当原燃料条件较差时,应采取中心加焦的布料模式,中心加焦实质是向高炉中心添加适量焦炭,确保高炉内形成倒V形软熔带,以改善其透气透液性,活跃炉缸,确保高炉稳定顺行。

柳钢鉴于原燃料来源不稳定,质量指标相对较差,尤其是焦炭M10 。高达7.0%左右,在全行业内属于倒数水平。因此,柳钢高炉大部分时间采取中心加焦炭的布料模式，常规的中心加焦模式中心焦炭量一般在20% -30%,中心无矿区较宽,形成上下贯通的无矿焦柱,使煤气流通过这个焦柱未遇矿石而没有充分发挥煤气还原和热交换的作用,造成煤气的化学能和热能没有充分利用,燃料比偏高。高炉操作者集平台漏斗和中心加焦之所长,采用中心加焦量较少的布料模式,常用的焦炭布料矩阵为C 434  413  382  352  321  28 1161或者C 434 413  382  352  32 1  281  162中心加焦量只有8% -15% ,形成“宽平台+浅漏斗”的料面模式。中心区煤气流通路得到限制,“焦柱”纵向压差增大,从而由边沿区到中心区的横向压差减小。因此,经焦窗向上流动的煤气流经中间区域增大,与煤气结合的中间区矿物增多,使得煤气利用率上升,燃料比下降。

柳钢多座高炉进入炉役中后期,2017年先后有3座高炉启用钒钛矿护炉方案,这时中心加焦就显得尤为重要。实践表明,只有上下部调剂放中心、抑边沿与加钒钛矿相结合才能达到最佳护炉效果.其中调气流是决定性前提,加钒钛球实质上是发挥修复炉缸的功效"中心加焦,一来可以保持中心死料柱的透液性减少铁水环流对炉缸的冲刷;二来可以保证中心流的畅通,能有效地带走部分有害金属,减少在炉内循环富集进而加剧对砖衬的破坏。

4号高炉从2017年4月开始进入护炉状态,当时炉缸侧壁温度为470℃（插入炭砖深度150mm）采取合理的护炉手段后从8月起,炉缸侧壁温度控制在300℃左右,并保持着510~520kg/t的燃料比

(3)角差合理、矿焦相宜。角差合理就是布料挡位的相邻角度相差2°-3°,由炉墙往内布料时,相邻角差逐步递增,最大不超过3°（中心加焦除外）矿焦相宜就是矿石布料制度和焦炭布料制度相近包括矿焦料流开度、布料角度、布料圈数相宜,达到±1的要求,中心空焦挡位1-2个。角差合理、矿焦相宜保证料面平台更加平整,减少炉料到达料面的滚动,减少界面效应。此外,还可保证炉料的厚度到达炉身下部与炉腰交界处基本相等,保持“焦窗”的规则性。

(4)提高料罐料流阀精准度。炉顶布料设备精准布料的执行者,布料的精准度决定于料流阀设备。柳钢各高炉的料罐料流阀开度可调节精度为1°,根据计算及实践操作总结出矿批每变动2t对应调节料流阀1°,焦炭为500kg对应1°,而日常操个矿批最小变动量一般为1t,焦炭为50kg,这时料流阀的精确度就显得“无能为力”。后经过电气人员的不断努力,调节精度从1°优化到了0.5°实现0. 1°的精度,大大提高布料精准度,对改善高炉技术经济指标起到很大作用。

(5)提高富氧率。随着高炉冶炼强化程度越来越高,对提高富氧率的需求就显得越来越迫切体现在三个方面:①随着精料水平的不断提高，高炉可以接受更高的利用系数,这时提高富氧率是一个很有效的手段;②随着高炉操作者对炉腹煤气量认识逐步加深,不再追求一味追求提高风量来提产，而是寻求一个合理的炉腹煤气指数来降低消③强化冶炼后高炉的最佳理论燃烧温度也越来高。

柳钢高炉将富氧率从2017年初的2%左右逐步提高到年底的3%左右,增产效果明显,而且有助于煤比的提高。此外由于富氧率的提高,炉顶N2含量减少,煤气发热值提高,富氧提高1% ,煤气发热值可提高约3.4%  ,可以有效提高热风炉烧炉效果,而热风温度的提高又进而有助于煤比的提高。

1.4  强化设备管理

2017年四季度铁厂组织开展“设备零故障攻关"活动,取得良好效果,设备故障休风率及慢风率明显下降,全年综合休风率0.86%、综合慢风率0.41%,下降幅度分别为11.3%、68.7%。

2  生产效果

通过采取不断改善高炉操作炉型、精料、优化操作等措施后,炉型日趋均匀合理,炉墙光洁,煤气分布合理,高炉顺行状况好,悬料、塌料次数目少,各项技术经济指标也逐渐向好。尤其是2017年三季度以后,生铁产量不断刷新记录，2017年10-12月连续三个月月产量突破100万t。

2017年在6号高炉停炉将近3个月和3座高炉钒钛矿护炉的情况下,柳钢生铁年产量首次突破1150万t,在产量不断创新高的同时,煤比亦不断提高,并且燃料比不断下降,12月均值520kg/(见表3)、实现了真正意义上的提产降耗。

3  结语

(1)炉型均匀、炉墙光洁是高炉优化的前提,在送风制度的调节上要充分重视圆周上的均勺性,可忽视细小的影响因素。

(2)大角度、大批重是提高煤气利用率的有效手段,但要为其创造基础条件--炉型规则、炉墙光洁。

(3)深刻领会“七分原料三分操作”的精髓,聪明的管理者应该花更多的精力放在精料上;深刻理解“稳定边沿、打开中心,稳定中心、照顾边沿”调节气流的十六字方针,循序渐进才能稳定气流,提高煤气利用率;要提高钒钛矿护炉效果,保证足够的中心气流是一个有效手段。

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