本鋼北營新2#高爐布料矩陣的優化實踐

李 杰

本鋼集團北營煉鐵廠 遼寧 本溪 117000

本鋼北營新2號高爐是由中冶京城設計,有效容積3200m3,采用西冶串罐無鐘爐頂,于2014年7月26日投產。投產后,由于新1爐計劃配吃400m2燒結機沒有預期投產以及焦化設備和技術改造沒如期完成,生產料供給緊張,導致新2爐開爐后配吃燒結礦質量較差,所以,新2爐開爐后,為保證爐況穩定順行,采用中心加焦的布料模式,但煤氣利用率偏低,燃耗較高。到2014年12月末,400m2燒結機各項配套工程完工,并且焦化設備及技術改造已經完成,新2爐配吃原、燃料質量均有所改善。所以,新2爐為降低燃耗,改善生產指標,將布料矩陣由中心加焦布料模式向“平臺+漏斗”布料模式調整,并取得了較好的效果,實現高爐各項技術經濟指標大幅提升。

一、布料矩陣的優化

1.1 布料矩陣調整的意義和必要性 布料矩陣調整的意義在于布料矩陣是大型高爐重要的基本操作制度之一,是控制煤氣流分布的一種調劑手段。它的目的是依據爐頂裝料設備的特點及原燃料的物理性能,采用各種不同的裝料方法,改變爐料在爐喉的分布狀況,達到控制煤氣流合理分布,以實現最大限度的利用煤氣的熱能與化學能；

布料矩陣調整的必要性是因為布料矩陣是高爐上部調劑重中之重,它與下部調劑制度相結合,決定著高爐內煤氣的分布和利用水平。在一定的原料和設備條件下,與熱制度、造渣制度組成高爐穩定、順行、高產、優質、低耗、長壽的必要和充分條件。

1.2 布料矩陣調整的基本原則

(1)礦石角位分布在距爐喉中心1/2半徑以外的環帶內。一般最靠近中心的布礦點與爐喉中心的距離達到爐喉半徑的60—65%。

(2)焦碳角位數多于礦石,各角位上的焦碳環數傾向于平均分配。爐喉中心的焦碳要起“焦壩”作用,阻擋礦石特別是球團礦流向中心。

(3)最大的礦角大于最大焦角一個角位,或二者同角。

(4)根據爐喉直徑和料流寬度,確定布料圈數,形成“邊緣穩、中心活”的煤氣分布格局。

(5)布料設備可靠,檔位、環數與重量準確。

(6)與送風制度相匹配,對形成“下活,上穩”的格局,保證高爐的順行。

1.3 布料矩陣調整的過程 新2爐開爐至今,共經歷了三個階段的矩陣調整,第一階段主要是開爐初期受原燃料條件限制,采用中心加焦布料模式,雖然中心加焦布料模式適應原燃料質量波動能力較強,但燃料比偏高。第二階段是原、燃料條件有所改善后,為提高高爐生產指標,采用新型“平臺+漏斗”布料模式,并實現高爐各項生產指標得到穩定提升。第三階段是布料矩陣優化期。“平臺+漏斗”基礎布料矩陣確定后,在生產實踐中不斷地對高爐主要參數進行總結、分析,最終確定新2爐合理的布料矩陣,高爐各項生產指標得到進一步提升。

1.3.1 開爐初期布料矩陣的確定 新2爐開爐初期因原、燃料供給緊張,燒結礦配吃300m2及360m2的混料,并且受300m2及360m2產量影響,高爐槽存經常低位運行,增加了小粒度燒結礦入爐比例；燃料方面,全部配吃4.3m 的三焦,在反應性及熱強度方面不及6.0m 的一焦。所以,鑒于短期內,新2爐原、燃料條件不能得到有效改善,最終決定采用中心加焦的布料模式,以適應目前現有原燃料條件。具體如下:

以原燃料條件、設備水平為基礎,以開爐布料軌跡測量結果為依據,建立中心加焦模式的基礎布料矩陣:

在開爐初期冶煉鑄造鐵結束后,爐溫降至0.4%～0.6%之間,礦批逐漸加至88t水平。隨著負荷的增加,煤比提高,將矩陣調整為:

此階段煤氣利用率在44.50%左右,燃料比平均為540-545kg/t,至11月份利用系數達到2.3t/d.m3左右。

1.3.2 布料模式的轉型 12月份以后,400m2燒結投入生產,以及焦化等配套項目的改造相繼完成,原、燃料條件明顯改善。為提高高爐生產指標,決定改變中心加焦布料模式,采用“平臺+漏斗”布料模式。具體調整過程如下:

第一步調整:調整邊沿及中心負荷,疏通兩道氣流。

增加邊緣焦炭層厚度,改善料層透氣性,同時邊緣負荷由9.2減輕至7.5,中心負荷由0.8加重至1.8,焦礦同時減少檔位,縮小礦、焦角差0.5°；具體如下:

1月7日調整布料矩陣:

第二步調整:輕邊緣,顧中心,拉伸焦炭平臺,形成中心漏斗。

取消中心加焦角位,保留最小檔位布料圈數,以保證中心氣流,焦角差由10°調整為13°,以搭建一定寬度焦炭平臺,同時焦礦角同縮1°,緩解邊緣不足。具體如下:

1月10日調整布料矩陣:

第三步調整:穩定焦炭平臺,奠定布礦基礎。

減小焦炭最小布料角位圈數,增加焦平臺總體料層厚度,使軟融帶焦窗面積增加,料柱透氣性改善,以及優化爐料與煤氣流接觸條件,實現煤氣熱能和化學能被充分利用。具體如下:

1月12日調整布料矩陣:

在上述布料矩陣的調整過程中,高爐爐況整體順行較好,礦批90t,焦批19t,焦丁2.6t,壓力、壓差、K 值較穩,下料均勻順暢,基本無崩塌料現象,偶有小滑尺。風量5350m3/min-5450m3/min,壓力380～385kpa,富氧9000m3/h,風溫1220℃,十字測溫中心T 450～700℃,邊緣T 70～130℃,波動振幅較均勻,10段、13段爐身靜壓較穩,10段壁體溫度無鋸齒狀波動。煤氣利用率1月中旬即從44.50%上升至47.35%,燃料比從541.2kg/t降至518kg/t,爐溫穩定0.3%～0.5%,PT 1500～1510℃,矩陣改進效果顯著。

1.3.3 布料矩陣的優化 3月初,為了進一步提高產量、優化一氧化碳利用率,降低燃料比,將礦批由90 t/批增加至93t/批,焦批由19 t/批減至18.7t/批,風口面積由0.3947m2擴大至0.4027m2,調整矩陣如下:

矩陣優化后,焦角差10°,焦炭加權平均角34.56°,焦炭平臺寬度1.36m,占爐喉半徑比例30.32%,最大角落點距離爐墻0.45m。礦角差為6°,礦石加權平均角為37.65°礦石平臺寬度0.84m,占爐喉半徑比例18.75%,最大角落點距離爐墻0.34m,最小角落點距離爐喉中心3.32m,占爐喉半徑之比為74%,與要求60%～65%相比略大。礦焦角差為3.08°,漏斗深度為1.88m,邊緣負荷Fb=8.16,中心負荷Fz=1.75。主要參數變化如下:

(1)風量5450m3/min左右,壓力、壓差穩定,K 值3.0～3.4,爐身靜壓波動較小,6～9段銅冷卻壁水溫差(2.5～3.0℃)溫度穩定,10～16段冷卻壁水溫差(2.0～2.5℃)穩定,十字測溫中心溫度600～700℃,邊緣溫度65～115℃。

(2)尺型較好,下料均勻順暢,無停滯或塌落現象。

(3)3月份一氧化碳利用率實現48.17%,FR 平均513kg/t。爐溫0.35～0.50%,PT 1500～1510℃,爐渣R2=1.15～1.18,渣鐵流動性好,生鐵含S≤0.030%,一級品率100%。

從以上結果分析,矩陣優化后,礦石布料角度整體外移,同時考慮內環檔位面積小,并保證爐料呈層狀下降,穩定軟融帶氣流分布,從第二檔位開始將各檔位圈數依次遞減。另外,為形成較深的中心漏斗,及穩定的焦炭床結構,焦炭檔位減少至5檔,同時各檔位相應增加布料圈數,以保證焦窗面積及氣流良好分布,再有就是焦炭最小檔位布料圈數增加至4圈,以防止礦石向中心滑落,在保證煤氣利用率的同時,保證高爐中心氣流的通暢。

1.3.4 指標參數匯總 新2爐自開爐以來,經過各方面的改進,煤氣利用率顯著提升,燃料消耗大幅度下降,具體參數見表1:

表1 新2爐部分月份指標Table 1 new part of the month of the 2 indicators

二、加強原燃料質量管理

2.1 穩定原燃料配吃比例 全部配吃干熄焦,其中25%～30%的焦炭為6m 焦爐生產的焦炭,70%～75%的焦炭為4.3m 焦爐生產的焦炭,其焦炭成分見表2。燒結礦由300m2及360m2燒結機供給,10%～15%為300m2燒結機的燒結礦,85%～90%為360m2燒結機的燒結礦,其成分見表3。

表2 焦炭成分Table 2 composition of coke

表3 燒結礦成分Table 3 composition of sinter

為穩定原料質量,建立質量跟蹤體系,從原料的生產到入爐,建立詳細的的數據庫,在運轉、篩分、布料方面嚴格控制,并不定期進行質量抽檢,及時反饋,發現出現波動,及時調整。

2.2 優化爐料結構 正常爐料結構為14%～17%球團+8%澳礦+75%～78%燒結礦。根據各種原料的物理性能,合理安排爐料的排料順序:30%～35%燒結礦+14%～17%球團+8%澳礦+43%～45%燒結礦,避免球團向漏斗內滑落。

焦炭采取分級入爐,15mm～25mm 的小焦與礦石一起入爐,焦丁排在燒結礦的前部,經過中間斗混和后,占整個料段的三分之二,改善了礦層的透氣性,并且有利于形成一定的邊沿氣流。穩定焦丁比在50kg/t,并根據小焦的倉存量,增減10mm～15mm 的外進焦丁用量,避免小焦外排現象,減少外排焦丁運輸費用。

2.3 加強原燃料篩分管理

2.3.1 篩網管理 調整部分篩網規格:焦丁由單層5mm 篩網調整為單層10mm 篩網；塊礦由雙層5mm 篩網調整為單層4.5mm 篩網；球團由單層5mm 篩網調整為上層5mm、下3mm 雙層篩網。并且每周檢查篩網情況,做到定期更換,在保證篩分的情況下,減少了返礦量。

2.3.2 提高篩分效率,減少粉末入爐 在保證正常上料的前提下,將篩分速度控制在最小,提高篩分效率,其調整后各種原料的篩分速度見表4:

表4 原料篩分速度Table 4 screening speed of raw materials

2.4 加強布料管理 開爐裝料過程中測定FCG 曲線,生產中堅持定時校核曲線,根據礦焦批大小、礦焦粒度組成、料流調節閥使用時間等設定合理的料流調節閥開度,保證各檔位布料量精確且無縫隙銜接,實現了礦石外環實際布料量誤差0.2%以內,中心環布料量誤差在3%以內,焦炭外環實際布料量誤差在1%以內,中心加焦布料量誤差在5%以內。此外利用休風機會校核探尺零位和溜槽傾角,及時修正布料誤差。

三、結語

結合北營公司原燃料質量變化情況,合理調整高爐爐料結構及裝料制度等,使高爐實現長期穩定、順行,并且燃耗得到降低,高爐生產指標實現很大改善。