鞍鋼高爐優化操作爐型生產實踐

趙東明 李建軍 曾 宇 劉德輝 姜 曦

1.鞍鋼高爐概況

鞍鋼股份煉鐵總廠現有大型高爐8座，年產生鐵可以達到1700萬噸以上，是國內單體產能最大的煉鐵廠。目前主要爐型有兩種，其中3200m3爐型的高爐4座，2580m3爐型的高爐4座。燒結機7臺，360m3燒結機3臺，265m3燒結機2臺，328m3燒結機2臺，其中6臺燒結機的配料使用混勻料場。2017年通過對高爐布料平臺邊緣起始位置、布料平臺寬度、中心加焦比例等參數進行優化匹配，開展爐缸管理與爐身管理，高爐群順行狀態明顯改善，穩定性大幅增強，高爐操作爐型實現了科學管理，達到了高爐長期穩定順行的目標。見圖1、圖2。

圖1 鞍鋼2017年以來利用系數與綜合焦比趨勢圖kg/t,t/m3

圖2 鞍鋼2017年以來利用系數與綜合焦比趨勢圖 kg/t

2.高爐用料結構

鞍鋼本部高爐的用料結構主要為燒結礦+球團礦+塊礦，燒結礦比例在70-75%，外購塊礦比例不超過10%，燃料方面廠內焦炭為全干熄焦，不足部分用外購焦補充，比例不超過20%。近些年隨著集團公司工藝裝備的升級，高爐入爐原燃料水平較之以往有較大幅度的提高。7臺燒結機有6臺配備了綜合料場，廠內焦炭實現了全干熄。但是受配煤、配礦資源影響，燒結礦的SiO2和堿度，焦炭的M40，灰分以及S等關鍵指標還是會經常出現波動。由于歷史原因，燒結產能與高爐產量匹配度不好，燒結機與高爐無法做到單一供料。經常出現使用兩種燒結礦同時入爐的現象。對鞍鋼高爐群爐況的整體順行狀態造成一定的影響。鞍鋼主要使用原燃料指標見表1、表2、表3。

3.操作爐型調整思路

鞍鋼高爐以往由于原料條件不是非常理想，邊緣氣流不受控，煤氣流的控制以中心氣流為主，操作思路是敞開中心，抑制邊緣，通過強勁的中心氣流來保障高爐的順行狀態。當中心氣流受到抑制時，通過增加中心加焦的比例來達到疏通中心氣流的目的，在疏通中心氣流的過程中，高爐中心加焦的數量在一批焦炭重量的比例一度達到了35%。經過一段時間的運行，以強勢中心氣流作為操作煤氣流的劣勢逐步顯現。中心加焦比例升高以后，爐缸中心料堆肥大，爐缸中心區域透氣性、透液性下降，吹不透中心，不僅弱化了中心料柱的疏導作用，而且還加劇了邊緣的環流侵蝕。爐料平臺區由于焦炭量少，煤氣流在高爐內部進行二次分布時，沒有穩定的通道，平臺礦焦比不合理，不僅煤氣利用率低，消耗高，而且高爐的順行狀態也呈現周期性波動，穩定性不好。

表1 鞍鋼燒結礦主要技術指標 %

表2 鞍鋼球團礦主要技術指標 %

表3 鞍鋼自產焦炭主要技術指標 %

爐缸工作狀態是高爐長期穩定運行的基礎，一個活躍的爐缸是靠風量吹出來的，而不是依賴增加中心加焦的數量疏導出來的。基于鞍鋼高爐操作爐型的特點，制定了有針對性的操作爐型的調整方案。通過上下部制度調劑，嚴抓鐵水物理熱，穩定的造渣制度，適宜的中心加焦比例等手段，多措并舉，對爐缸的工作狀態進行綜合治理。下部調劑方面，通過縮小風口面積，提高風速，延長回旋區長度，使煤氣流向中心擴展，使中心保持合適的溫度，控制焦炭堆積數量，改善爐缸區域的透氣性與透液性。爐缸熱制度方面，將高爐鐵水溫度作為紅線來進行管理，規定高爐出鐵后期鐵水溫度嚴格禁止低于1490℃，保證爐缸的熱儲備。造渣制度方面，通過控制合適的終渣堿度來保證渣鐵的流動性，終渣堿度的控制范圍在1.12-1.18區間，嚴格禁止高爐低物理熱，高堿度操作。上部調劑方面，在順行條件允許的情況下，逐步降低中心加焦的比例，改善爐缸中心料堆的工作狀態，通過對高爐運行參數進行系統的優化，實現爐缸工作狀態的本質提升。

4.爐型管理的關鍵技術

4.1 中心加焦技術

中心加焦技術在鞍鋼煉鐵廠有著非常悠久的應用歷史，同時，鞍鋼也是國內第一家使用中心加焦技術的鋼鐵企業。中心加焦技術在鞍鋼的第一次應用的時間是1991年9月，應用的高爐為11號高爐，其有效容積為2580m3，在當時取得了非常好的效果，之后中心加焦技術在國內逐漸得到普及與推廣。近些年，一些曾經使用中心加焦技術企業為了獲得更好的燃料比，嘗試取消中心加焦，取消后燃料比較之前有10kg/t-20kg/t的降幅。但是，取消中心加焦的同時，對入爐原燃料結構以及質量也都提出了更高的要求。在原燃料結構不合理或條件變差時，高爐的順行將無法得到保證，很容易造成高爐難行，甚至長時間無法做到達產達效。從鞍鋼2580m3高爐1/5物理模型試驗結論看，在同樣布料制度條件下，100%燒結礦和100%球團礦的料面形狀截然不同，球團礦更容易向中心滾落。中心加焦的作用主要有兩方面，一方面是疏導中心氣流，另一方面則是阻止球團過多地滾入中心。爐料結構設定為燒結礦比例70%，球團比例為30%時，料面形狀也與100%球團礦接近。中心加焦量受爐料結構影響,存在極限值。其數量的多少取決于爐料結構中球團礦的配比，當球團礦配比低于15%時，中心加焦的比例可以按照15%以下比例進行控制；當球團礦配比為 15%-35%時，中心加焦比例按照15%-25%控制較為適宜。當球團礦配比大于>35%時，中心加焦比例要相應提高。

4.2 布料平臺寬度

鞍鋼本部高爐的布料特點為中心加焦，礦、焦同角，布礦的檔位為5-6個環位，布焦的檔位在布礦檔位的基礎上，增加一個中心加焦檔位。中心加焦布料角度選擇的原則就是布中心焦時，料流軌跡與溜槽的擋板不會發生碰撞。鞍鋼高爐平臺區域布料角度的選擇是通過11等分面積法計算得到的。通過對爐喉面積進行11等分，從而確定料流軌跡在各檔位的落料點。再通過函數關系，計算出11個布料檔位的角度。近些年，國內一些企業對布料制度的使用較為靈活，且取得了不錯的經濟效果。對這些典型高爐的布料數據進行分析，從圖3和圖4可以看出，適當縮小礦平臺寬度有助于高爐提高風速，增加風量，吹活爐缸。我們認為平臺寬度在不超過爐喉半徑1/3的前提條件下，可伴隨順行狀態、用料結構進行調整，風量大，順行好，球團比例低，平臺可適當拉寬。反之，則向反方向調整，有利于高爐長期的高效穩定順行。

4.3 布料平臺邊緣起始位置

圖3 風量與礦平臺角位差關系圖 m3/min

圖4 風量與礦平臺角位差關系圖 m/s

日本新日鐵經驗認為，邊緣氣流難于控制是由于高爐爐身剖面產生不規則凸凹不平形狀所致。鞍鋼在線運行的8座高爐中，有7座采用銅冷卻壁與鑲磚鑄鐵冷卻壁相結合的冷卻形式，1座采用銅冷卻板與鑄鐵冷卻壁相結合的冷卻形式。在近些年的生產實踐中，都不同程度受到水溫差波動，壁體穩定性不好的困擾。通過近幾年的研究認為，邊緣氣流難于控制的主要原因不是在于邊緣的礦焦比，而是在于邊緣布料起始角度的選擇。邊緣料流的落點位置距爐墻距離決定了邊緣氣流控制的難易程度，料流軌跡與爐墻相切是最理想的。角度大，布料軌跡打爐墻形成反彈，爐料的堆尖位置將遠離爐墻。角度過小，布料軌跡將遠離爐墻。根據鞍鋼 2580m3高爐 1/5 物理模型試驗結果，焦炭、燒結礦、球團礦三種主要爐料在高爐內的穩定堆角分別為 35°，33°和26°，在此角度時，料面穩定，不容易滾落。換言之，三種主要爐料中，球團是最容易發生滾落的。邊緣未布料區域很容易形成以球團為主的滾落區混料，其縱向分布的礦焦比隨機性大，是邊緣溫度場不受控的主要原因。

4.4 熱負荷管理

高爐爐身熱負荷是高爐邊緣煤氣流的數字反映，其運行區間的高低、穩定性如何則是邊緣煤氣流工作狀態的直接表現。爐身熱負荷長期穩定且在高位運行，這說明邊緣氣流略強，可適當壓制。反之，則要采用適當疏松料柱的方法增加邊緣氣流。爐身熱負荷若是穩定性不好，波動大，則說明邊緣氣流不順暢，煤氣流在邊緣沒有穩定的通路，要通過上部調劑減少邊緣的混料區，增加邊緣焦炭數量，改善邊緣煤氣通道。熱負荷穩定性不好時，操作要按照下限壓差操作，防止因為壓差過高而導致管道形成，破壞了高爐的順行狀態。

5.結論

（1）活躍的爐缸是高爐長期穩定順行的基礎。上部布料制度是否合理，只有在爐缸活躍的前提下才具備判定的條件。

（2）邊緣起始角度選擇的合適，通過爐身熱負荷管理可以使高爐操作者更容易地控制邊緣氣流，從而使高爐具有更好的可操作性，且可以獲得更好的技術經濟指標。

（3）根據原燃料條件、原料結構、順行狀態動態調整布礦平臺寬度、中心加焦比例，可以實現高爐的長期穩定順行。