高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)研究及其應(yīng)用

付 強(qiáng)

（山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠(chǎng)，山東 濟(jì)南 271104）

隨著社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高爐生產(chǎn)質(zhì)量要求明顯提升。高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)規(guī)范冶煉技術(shù)流程、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開(kāi)爐目標(biāo)意義重大。相關(guān)人員應(yīng)基于高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝，全面分析高爐容積、燃料配比、裝料參數(shù)等生產(chǎn)信息，制定更為高效、精確的高爐冶煉開(kāi)爐方案，突出精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝的實(shí)踐價(jià)值。

1 高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝相關(guān)概述

高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝是冶鐵、冶金中的關(guān)鍵性技術(shù)，該工藝的技術(shù)核心是根據(jù)高爐冶煉的理論支撐，分析生產(chǎn)項(xiàng)目中高爐爐體設(shè)備、配料基本條件，隨后在大數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的作用下，將高爐冶煉指標(biāo)、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行量化。同時(shí)在數(shù)據(jù)處理中準(zhǔn)確調(diào)控冶煉參與，優(yōu)化開(kāi)爐流程、操作技術(shù)，增強(qiáng)高爐綜合冶煉效果的工藝技術(shù)。該工藝在具體應(yīng)用中，具有協(xié)調(diào)高爐開(kāi)爐期各操作指標(biāo)、精確選擇開(kāi)爐時(shí)間的作用[1]。相關(guān)人員在詳細(xì)核算高爐冶煉數(shù)據(jù)后，可系統(tǒng)的控制高爐冶煉進(jìn)程，使高爐能夠在冶煉即將結(jié)束過(guò)程中精準(zhǔn)開(kāi)爐，保障高爐開(kāi)爐質(zhì)量，控制開(kāi)爐成本，提升高爐冶煉水平。

2 高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)實(shí)踐流程

高爐冶煉工作通常處于復(fù)雜環(huán)境中，精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)在具體實(shí)踐中，其基本流程主要體現(xiàn)在以下內(nèi)容中：首先，依據(jù)高爐冶煉理論、高爐運(yùn)行參數(shù)，給出各生產(chǎn)階段中冶煉操作方案。隨后結(jié)合精準(zhǔn)開(kāi)爐所需的原燃料、高爐裝備、高爐內(nèi)部容積等條件，確定高爐開(kāi)爐過(guò)程中的裝料、布料、配料方法及數(shù)據(jù)。比如在確定高爐開(kāi)爐的裝料時(shí)，可按照高爐容積、生產(chǎn)時(shí)的溫度、熱量，分析高爐內(nèi)Mgo、Al2o3、爐渣等成分，協(xié)調(diào)各冶煉參數(shù)，使高爐配料入爐后具有協(xié)調(diào)高爐填充容積、空料的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)高爐精準(zhǔn)開(kāi)爐目標(biāo)。

其次，分析高爐冶煉期間的首次開(kāi)爐時(shí)間、頭次出鐵質(zhì)量，調(diào)整高爐開(kāi)爐的基礎(chǔ)矩陣、爐料結(jié)構(gòu)，并在高爐添加風(fēng)料后，精確控制高爐冶煉指標(biāo)、參數(shù)，使開(kāi)爐進(jìn)程得以縮短，生鐵材料制備成本減少。最后，進(jìn)入高爐布料環(huán)節(jié)，使高爐冶煉中內(nèi)部爐料與爐喉截面區(qū)域匹配，在開(kāi)爐物料量、裝料所需量、開(kāi)爐配料數(shù)量確定后，計(jì)算高爐冶煉中的全爐焦比，保證高爐內(nèi)終渣、布料、生鐵、初成渣成分的科學(xué)性[2]。例如正式裝料前，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)高爐轉(zhuǎn)速、布料功能、溜槽尺寸進(jìn)行測(cè)定，驗(yàn)證高爐基礎(chǔ)矩陣中的配料順序、填充物料類(lèi)型。

3 高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 確定高爐基礎(chǔ)布料矩陣

為實(shí)現(xiàn)高爐精準(zhǔn)開(kāi)爐目標(biāo)，應(yīng)提前確定高爐基礎(chǔ)布料矩陣，即在標(biāo)準(zhǔn)高爐冶煉條件下，維持高爐填充容積、爐內(nèi)熱量、填充物料的平衡，分析精確開(kāi)爐所需的爐渣成分、爐內(nèi)熱容量、監(jiān)督，為冶煉進(jìn)程的不斷推進(jìn)做好準(zhǔn)備。在此期間，相關(guān)人員可通過(guò)填充容積、爐內(nèi)正料批數(shù)的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，獲取具體的高爐裝料數(shù)據(jù)，控制開(kāi)爐冶煉參數(shù)。一方面，高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝中，若高爐容積超過(guò)1000 立方米，其了內(nèi)部裝料測(cè)定數(shù)據(jù)應(yīng)大于6m，裝料超過(guò)8m 后，則應(yīng)通過(guò)爐內(nèi)加風(fēng)的方式，確保爐內(nèi)裝料消耗、冶煉的合理性。另一方面，高爐冶煉過(guò)程中，其基礎(chǔ)矩陣還應(yīng)包括風(fēng)量比、風(fēng)溫、熱風(fēng)壓等冶煉參數(shù)，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 某高爐冶煉項(xiàng)目中的冶煉參數(shù)

3.2 控制高爐冶煉流程

控制高爐冶煉進(jìn)程的主要參數(shù)包括高爐風(fēng)口面積、頂部壓力、風(fēng)量等，以及爐溫升高后，高爐內(nèi)爐料結(jié)構(gòu)、高爐負(fù)荷值、燃料比、裝料可利用系數(shù)等，具體控制方案如下：首先，應(yīng)用高爐鼓風(fēng)動(dòng)能，確定風(fēng)壓、風(fēng)溫、風(fēng)量等核心參數(shù)，比如高爐內(nèi)頂部壓力應(yīng)小于實(shí)際壓差，若爐內(nèi)頂溫低于300℃，則應(yīng)使風(fēng)溫低于100℃，冶煉中硅元素用量小于2.5%時(shí)，可將風(fēng)溫控制在每周期1%～2%左右。

其次，如果高爐內(nèi)噴煤數(shù)量在該時(shí)期尚未滿(mǎn)足精準(zhǔn)開(kāi)爐要求，則需通過(guò)高爐負(fù)荷控制爐內(nèi)燃料比。即高爐內(nèi)燃燒溫度變化幅度應(yīng)控制在3%，前期、中期、后期加風(fēng)值需與高爐容積的比值不得超過(guò)2.7。隨后相關(guān)人員可利用高爐內(nèi)產(chǎn)量值的變化，調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)，其中爐渣堿度可控制在0.98%～2%以?xún)?nèi)[3]。

最后，爐內(nèi)球團(tuán)增加后，表示高爐冶煉中容積倍數(shù)增加，需在基礎(chǔ)矩陣參數(shù)中，根據(jù)爐溫、礦料批次的變化，使高爐焦礦角度小于1%。待高爐焦礦與精確開(kāi)爐技術(shù)指標(biāo)接近后，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行周期性調(diào)劑，使得高爐內(nèi)部冷卻水壓、可循環(huán)水溫差異值調(diào)整為75%～88%，從而使標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量誤差值小于5%，同時(shí)可確保精準(zhǔn)開(kāi)爐中高爐冶煉指標(biāo)、參數(shù)調(diào)整后，整體冶煉效果的穩(wěn)定性。

3.3 測(cè)定開(kāi)爐裝料內(nèi)容

3.3.1 測(cè)定開(kāi)爐裝料

高爐冶煉過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)提前對(duì)開(kāi)爐裝料進(jìn)行測(cè)定，即按照開(kāi)爐各階段冶煉參數(shù)、原燃料、工藝系數(shù)，評(píng)估各參數(shù)內(nèi)在聯(lián)系，隨后根據(jù)數(shù)據(jù)區(qū)間、參數(shù)變化幅度的調(diào)整，使高爐冶煉中開(kāi)爐裝料數(shù)據(jù)、各材料調(diào)劑幅度得到標(biāo)準(zhǔn)化控制，提升高爐冶煉的開(kāi)爐質(zhì)量。某公司在1080 立方米的高爐冶煉中，為達(dá)成精準(zhǔn)開(kāi)爐的目標(biāo)，詳細(xì)測(cè)定開(kāi)爐裝料，最終實(shí)現(xiàn)該生產(chǎn)目標(biāo)，在該項(xiàng)目實(shí)施中，相關(guān)人員根據(jù)布料規(guī)律、精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝所需的裝料參數(shù)，獲取高爐各傾角落點(diǎn)值。隨后應(yīng)用激光掃描設(shè)備、仿真軟件模擬裝料運(yùn)行軌跡，分析高爐各區(qū)域裝料填充量、基本填充順序，測(cè)定開(kāi)爐裝料。測(cè)定過(guò)程中，技術(shù)人員根據(jù)相關(guān)冶煉理論，確定布料矩陣及其對(duì)開(kāi)爐質(zhì)量造成的影響，最終將高爐內(nèi)裝料控制為6.5m，與計(jì)劃裝料量誤差為3%，具體數(shù)據(jù)，如表2 所示。

表2 開(kāi)爐裝料測(cè)定參數(shù)

3.3.2 確定首次出鐵時(shí)間

高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)實(shí)踐中，首次出鐵時(shí)間通常會(huì)在4 小時(shí)內(nèi)，在以上冶煉參數(shù)確定后，冶煉工藝中理論裝料批次為7 次，預(yù)計(jì)冶煉鐵量為51.6t。而在高爐內(nèi)風(fēng)量不變前體下，首次出鐵時(shí)間應(yīng)在冶煉后2 小時(shí)內(nèi)，出鐵量一般為125t。

3.3.3 控制冶煉進(jìn)程

在冶煉進(jìn)程優(yōu)化后，相關(guān)人員以精準(zhǔn)開(kāi)爐為目標(biāo)，重新制定高爐冶煉方案，使首次出鐵量為135t，出鐵時(shí)間節(jié)約20 分鐘。連續(xù)送風(fēng)17 小時(shí)后，高爐內(nèi)鐵水溫度明顯低于1600℃，出鐵量增加至139t，且高爐冶煉過(guò)程中自動(dòng)裝料流程順暢，各渣鐵成分符合標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)要求。但是為確保高爐冶煉水平，在頭次出鐵后，相關(guān)人員應(yīng)在首次出鐵完畢后啟動(dòng)噴煤，實(shí)際噴煤量為31kg/t，連續(xù)噴煤20 小時(shí)后，將高爐冶煉模式調(diào)整為“全風(fēng)口”罪業(yè)，使高爐內(nèi)硅平均值穩(wěn)定在0.5%以?xún)?nèi)。另外，高爐冶煉期間，上述參數(shù)在實(shí)施中，技術(shù)人員還需按照準(zhǔn)確開(kāi)爐要求，計(jì)算與開(kāi)爐結(jié)果相關(guān)的工藝參數(shù)，分析各環(huán)節(jié)對(duì)精準(zhǔn)開(kāi)爐目標(biāo)的影響程度。同時(shí)通過(guò)噴煤方案、爐料結(jié)構(gòu)、爐溫進(jìn)程的調(diào)整，使高爐內(nèi)負(fù)荷、裝料批次維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而在精準(zhǔn)開(kāi)爐基礎(chǔ)上，獲取既定渣鐵成分。

3.3.4 精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝應(yīng)用效果分析

在按照高爐冶煉中各工藝參數(shù)理論值、精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝參數(shù)值，重新設(shè)定冶煉進(jìn)程內(nèi)各技術(shù)數(shù)據(jù)后。相關(guān)人員可按照開(kāi)爐6天后原燃料條件下的鐵渣成分、利用系數(shù)、爐料結(jié)構(gòu)，分析強(qiáng)化冶煉參數(shù)，評(píng)估精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝實(shí)踐效果。實(shí)驗(yàn)表明，高爐冶煉中各參數(shù)利用系數(shù)較高，各指標(biāo)平均利用系數(shù)均大于3，而燃料比、鐵水、脫硫系數(shù)的控制，能夠使高爐冶煉處于穩(wěn)定狀態(tài)，為準(zhǔn)確開(kāi)爐、強(qiáng)化冶煉目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。比如在各利用系數(shù)中，若高爐超過(guò)1080 立方米，其燃料比應(yīng)小于560kg/t，脫硫系數(shù)則應(yīng)大于20，鐵水內(nèi)硅含量應(yīng)小于0.5%。

因此，為進(jìn)一步規(guī)范高爐冶煉流程，加強(qiáng)冶煉進(jìn)程控制力度，在應(yīng)用精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)時(shí)，相關(guān)人員還應(yīng)在量化頭次出鐵、裝料配料等工藝參數(shù)后，統(tǒng)一管理開(kāi)爐作業(yè)中的工藝流程。同時(shí)運(yùn)用各類(lèi)系統(tǒng)化核算模型，精準(zhǔn)測(cè)定各環(huán)節(jié)中復(fù)雜參數(shù)、技術(shù)數(shù)據(jù)，使各工藝參數(shù)調(diào)控實(shí)踐、變化幅度、數(shù)據(jù)精確性符合精準(zhǔn)開(kāi)爐要求。但是由于高爐冶煉工藝本身的復(fù)雜性，技術(shù)人員在計(jì)算開(kāi)爐作業(yè)中的復(fù)雜數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)全面分析外部環(huán)境對(duì)開(kāi)爐質(zhì)量造成的影響，剔出不利于開(kāi)爐周期控制的相關(guān)因素。嚴(yán)格按照精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)，給予高爐冶煉作業(yè)針對(duì)性的指導(dǎo)，提升高爐冶煉整體水平。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝技術(shù)的應(yīng)用，直接影響著工業(yè)生產(chǎn)材料的冶煉質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開(kāi)爐的基本冶煉目標(biāo)，相關(guān)人員應(yīng)嚴(yán)格按照高爐冶煉精準(zhǔn)開(kāi)爐工藝，從爐內(nèi)裝配料、燃料比控制、鐵爐成分分析等環(huán)節(jié)中，科學(xué)控制高爐冶煉開(kāi)爐區(qū)間，減少開(kāi)爐成本。借此優(yōu)化高爐冶煉中的生產(chǎn)指標(biāo)，為高效低耗、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供助力，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)文明的進(jìn)步與發(fā)展。