高爐渣鐵持續排放不凈的原因分析及改善措施

盧保軍

（山東鋼鐵集團日照有限公司 煉鐵部，山東 日照276800）

1 前言

山鋼集團日照公司1#5 100 m3高爐爐缸直徑14.6 m，死鐵層深度3.6 m，安全容鐵量3 064 t。高爐設4個鐵口，采用雙矩形出鐵場，2出鐵場對稱布置。每個出鐵場設有2個鐵口，每個鐵口設有獨立的液壓泥炮、液壓開鐵口機、液壓移蓋機、鐵水擺動溜槽，泥炮和開口機同側布置。1#5 100 m3高爐于2017年12月18日點火開爐，開爐初期生產指標穩定，事故休風率為零。2018年1—3月，平均日產鐵水9 996 t，利用系數平均1.96 t/（m3·d），焦比336 kg/t，煤比 148 kg/t，燃料比 484 kg/t，生鐵平均含硅0.487%。但進入4月份后爐前渣鐵持續排放不凈，高爐的穩定順行趨勢受到影響，風量萎縮，產量下滑，生產計劃難以保證。

2 高爐渣鐵持續排放不凈原因分析

2.1 入爐料的影響

為保證開爐后快速達產達效，入爐料的化學成分和冷熱態強度應滿足大型高爐冶煉的需求，具體指標情況見表1和表2。

表1 2018年1—7月份焦炭指標統計

從表1可以看出，焦炭的冷熱態強度遠遠滿足高爐的需要，這對于高爐的順利開爐，快速達產達效起了關鍵性的作用。高爐實際操作中并不要求過低的焦炭反應性［1］，焦炭的氣化反應是高爐內焦炭消耗的主要形式之一，焦炭的反應性過低，氣化反應進行緩慢，爐缸內死焦堆中的焦炭消耗變慢，死焦堆逐漸變大，滯留在死焦堆中的渣鐵通過的時間變長，渣鐵不能及時排出，這勢必會造成虧渣鐵。

2.2 高爐高度方向溫度場變化的影響

高爐1—3月份屬于開爐初期，操作爐型規整，高爐指標良好。進入4月份，高爐爐型逐步過渡到正常操作爐型，各項操作制度開始向正常操作制度轉變，長期虧渣鐵對高爐的影響開始逐步顯現，并逐漸加劇，致使爐況開始出現波動，高爐正常生產受到影響。

4月12日高爐連續爐溫在0.2%以下，鐵水物理熱溫度連續＜1 420℃，爐內渣鐵低硅高堿，造成爐缸中心死焦堆內爐渣趨于半凝固狀態，嚴重惡化爐缸透液性，爐缸出現嚴重堆積。

表2 2018年1—7月燒結指標統計

伴隨爐缸及高爐死焦堆出現堆積，高爐透氣性指數降低，壓差升高，高爐爐內被迫采取減風應對。由于入爐風量減少，高爐冶煉強度降低，爐內高溫區逐步上移，軟熔帶位置也不斷上升，初渣鐵形成的位置上移，渣鐵從滴落帶至爐缸渣鐵存儲區的路程延長，滴落時間也變長，爐缸渣鐵液面不能盡快得到補充，也造成渣鐵不能及時排出，引起虧渣鐵。

2.3 鐵口噴濺的影響

1#5 100 m3高爐鐵口區域爐殼采用進口超微孔大塊炭磚砌筑，爐缸炭磚在鐵口區域加厚450 mm，平滑過渡，鐵口框內采用剛玉質澆注料澆筑成型。但從開爐投產以來，鐵口就出現長時間噴濺問題。高爐生產時，爐缸內液態渣鐵在爐內高壓和液態渣鐵自身重力共同作用下通過鐵口孔道連續排出爐外。如果鐵口孔道發生串氣現象，在排放渣鐵時，爐缸內的高壓煤氣進入鐵口孔道，打破了原有的動力平衡穩定性，渣鐵排放時就會產生噴濺［2］。鐵口噴濺嚴重降低主溝耐材的壽命，造成鐵量損失，影響高爐經濟指標。由于噴濺造成高爐渣鐵排放不凈，直接影響高爐順行，造成很大的經濟損失。

2.4 爐內壓差控制不當的影響

進入5月份以后，高爐長期處于慢風狀態，入爐風量6 000～6 700 m3/min，壓差±188 kPa（全風時風量7 100 m3/min，壓差±185 kPa）。為了最大限度的提高入爐風量，保證足夠的冶煉強度，爐內壓差長期按上限控制。在高壓差作用下，滴落帶內煤氣流速加快。由氣體阻力公式（F=kv2）可知，當煤氣流速增加1倍時，煤氣流對滴落的渣鐵的阻力增加4倍。由于風量減小，冶煉強度降低，爐內軟熔帶上移，渣鐵滴落帶空間變大，渣鐵滴落距離延長。滴落阻力增大，滴落距離增加，直接導致液態渣鐵的滴落時間大幅增加。

在爐前出鐵過程中，如果在鐵口內側附近爐缸渣鐵液面下降到達鐵口上沿的時間內沒有足夠的渣鐵滴入鐵口區域，不能保證鐵口區域渣鐵液面高于鐵口上沿，鐵口就會噴濺。鐵口噴濺就會導致爐缸因透液性差而積存的渣鐵無法環流至鐵口區域，無法正常排放，造成爐內虧渣鐵。

3 采取的主要措施及效果

3.1 對鐵口附近進行高壓灌漿處理

由于高爐砌筑采用干法砌筑，鐵口組合磚內部沒有涂抹粘結劑。在正常生產過程中，由于液壓泥炮堵鐵口時的撞擊和液壓開口機鉆鐵口時的沖擊震打，導致鐵口組合磚之間縫隙變大。爐缸煤氣通過組合磚之間的縫隙竄入鐵口通道，造成鐵口噴濺，無法正常放凈渣鐵。高壓灌漿可以使鐵口組合磚之間的縫隙被灌漿料有效填充，凝固后堵塞煤氣通道，避免爐缸煤氣經過磚縫竄入鐵口通道，制止鐵口的噴濺，有利于排凈渣鐵。在高壓灌漿的基礎上，堵口采用高滲透性抗噴濺無水炮泥?？箛姙R炮泥的作用原理和灌漿相似，但效果不如灌漿顯著。

經過鐵口灌漿處理后，開鐵口初期的鐵口噴濺明顯減輕，對放凈渣鐵起到了較好的輔助作用。圖1、圖2分別為2#鐵口灌漿前后開鐵口5 min時鐵口噴濺情況。

圖1 灌漿前2#鐵口開口5 min時鐵口噴濺情況

圖2 灌漿后2#鐵口開口5 min時鐵口噴濺情況

3.2 縮小鉆頭直徑延長出鐵時間

在滿足出鐵速度及下渣時間的前提下使用較小的鐵口鉆頭。鉆頭直徑由全風時的Φ72.5 mm逐步縮小到Φ55 mm。如果下渣時間過長或出鐵速度＜爐內渣鐵的生成速度，則擴大到Φ60 mm或Φ 62.5 mm，具體尺寸由前一爐的出鐵情況確定。

更換小鉆頭后，有效的延長了爐前出鐵時間，使爐缸內部因爐缸透液性差而積存的渣鐵可以有更多的時間通過環流到達鐵口區域，補充鐵口區域的渣鐵液面，避免鐵口因渣鐵液面下降而造成的噴濺，使爐缸內渣鐵可以更多的排放出去，緩解爐缸堆積狀態。

3.3 嚴格控制爐內壓差

高壓差嚴重制約高爐的入爐風量，降低高爐的強化冶煉程度，危及風口使用壽命，不利于煤氣流的穩定分布。高壓差下極易形成管道氣流，破壞高爐的順行程度。銅冷卻壁渣皮因氣流變化導致頻繁脫落，不利于形成規整的操作爐型。同時高壓差嚴重制約高爐實際風速和鼓風動能的提高，不利于爐缸活躍。顯然，高壓差也是高爐增產、降耗、提高鐵水質量的限制性因素［2］。國內寶鋼、沙鋼等大型高爐壓差平均維持在170～185 kPa。

為了緩解爐缸堆積，加強爐缸內渣鐵排放，高爐嚴格控制爐內壓差。正常操作時±170 kPa，≯175 kPa。由圖3可以看出，伴隨爐內控制壓差的降低，高爐盈鐵量在增加，虧渣鐵現象明顯降低。

圖3 日盈鐵量與日均壓差關系

3.4 增加富氧

高爐內任意區域的壓差都與料柱孔隙率的三次方成反比。高爐長期虧渣鐵導致爐內積存渣鐵過多，渣鐵積存在滴落帶內會堵塞滴落帶內焦炭孔隙，影響滴落帶透氣性，導致爐內壓差升高。渣鐵積存在爐缸內不能及時排出爐外，就會造成高爐憋渣鐵，造成高爐下部空間減小，不能為后續爐料冶煉提供足夠空間，導致風壓升高。爐內壓差升高，高爐只能采取減風應對。在高爐風量無法增加的條件下，應適當增加富氧量，以加快爐缸內焦炭的燃燒消耗，減小死焦堆的體積，從而加快死焦堆的置換速度。增加富氧量也可以在控制入爐風量的前提下，提高風口區焦炭的燃燒速率，使爐料下降速度增加，高溫區向下移動。伴隨高溫區的下移，軟熔帶的位置下移，滴落帶區間降低，生成的渣鐵滴落路程減少，進入爐缸的時間縮短，有利于爐缸渣鐵液面的補充，從而促進更多的爐缸內非鐵口區域的堆積渣鐵排出爐外。

3.5 適當提高爐溫和配加熔劑洗爐

由于爐況波動，氣流不穩，致使爐溫控制難度增加，爐溫波動較大。由于壓差控制偏高，爐溫控制整體處于下限水平。爐缸熱狀態長期不足，爐缸中心點溫度由3月份的373℃降低到8月中旬的259℃，爐缸中心死焦堆內積存的爐渣基本處于凝固或半凝固狀態。

針對爐缸熱狀態不足的狀況，爐內采取提高爐溫，保證渣鐵溫度≮1500℃，并配加螢石洗爐的處理措施。通過提高爐溫洗爐，爐缸內渣鐵流動性得到了根本性的改善。8月下旬，爐缸中心點溫度由259℃上升至263℃。爐缸內堆積狀況得到有效緩解，爐內虧渣鐵現象得到進一步緩解。

3.6 改進效果

通過采取上述的一系列措施，8月份爐內虧渣鐵現象大為改善，日均虧鐵量由7月份的124.0 t降低到8月份的46.6 t，取得了較好的效果。入爐風量由7月下旬的平均5 944 m3/min和8月份上旬的平均5 805 m3/min，逐步上升至8月下旬的平均6 254 m3/min，高爐爐況趨于好轉。

4 結論

4.1 生成的渣鐵及時排出爐外對大型高爐的穩定順行和強化冶煉的影響很大，連續虧渣鐵一周以上，在日常操作中一定要引起足夠重視。

4.2 長期連續虧渣鐵，操作上應下控壓差，減少渣鐵滴落的阻力。

4.3 適當提高焦炭的反應性，加快爐缸死焦堆的置換速度，對于快速恢復爐況的作用很大。

4.4 適當提高爐溫及配加熔劑，可以有效緩解虧渣鐵。