提高高爐煤氣利用率的生產實踐

魏曉陽

（天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

在國內鋼鐵產能過剩，環境治理力度不斷加大，環保限產常態化，下游市場疲軟，焦炭燃料受煤粉資源影響價格堅挺等一系列不利因素的影響下，鋼鐵企業利潤被不斷的壓縮。鋼鐵企業為了更好的生存和發展，需要不斷研究和探尋降低企業生產成本的方法和途徑。煉鐵系統的能耗約占鋼鐵企業整體能耗的80%，是降本挖潛的重要環節。而高爐煤氣利用率是體現高爐燃料消耗和工藝操作水平的重要指標，提高煤氣利用率是企業降低高爐燃料消耗和生產成本的主要途徑之一。目前天鋼聯合特鋼2 號1080m3高爐煤氣利用率為42.5%，煤燃料消耗530kg/t，相比國內同類型高爐處于平均水平，有進一步提高的潛力[1]。

本文對天鋼聯合特鋼2 號1080m3高爐煤氣利用率煤氣利用率低的原因進行了分析，制定提高煤氣利用率的相應措施，并對措施實施效果進行了總結。

1 影響煤氣利用率的原因分析

煤氣中CO 是高爐內的氣體還原劑，在還原過程中它奪取固體鐵礦石中氧化物的氧而轉化為CO2。煤氣利用率是衡量在高爐煉鐵過程中，爐內氣固相還原反應中，CO 轉化為CO2程度的指標，也是評價高爐內間接還原進程的重要指標，這一指標可以判斷爐內能量利用的好壞。高爐煤氣利用率可根據煤氣中CO2和CO 含量算出，用ηCO 表示，即：爐頂煤氣中CO2含量/爐頂煤氣中CO2和CO 含量總和。國內先進高爐煤氣利用率可達0.5 左右，而生產情況差的高爐只能達到0.3～0.4。

高爐煤氣從風口向上運動，與從爐頂向下運動的爐料相互接觸、相互運動，煤氣流的三次分布直接決定了高爐爐況的運行狀態，影響高爐爐料的運行和煤氣流的運行，從而影響高爐的生產指標和運行成本。提高煤氣利用率可以顯著降低高爐燃料消耗，是高爐實現降低成本冶煉的主要手段之一，因此在穩定高爐產量的同時，提高高爐煤氣利用率的意義非常重要[2]。

1.1 布料制度對高爐煤氣利用率的影響

布料制度是通過氣密箱來調整焦炭、礦石布料角度及布料圈數，實現高爐爐內合理的料面分布，實現爐內邊緣氣流和中心氣流同時發展，即發展中心氣流的同時要兼顧邊緣氣流，合理的布料制度可以有效改善爐況順行狀況，提高高爐煤氣熱能和化學能的利用效率。目前2 號1080m3高爐焦負荷4.58，燃料比530kg/t，煤氣利用率42.5%。從布料矩陣分析，料面分布呈平臺漏斗型，焦平臺寬，中心焦層薄，邊緣焦層厚，邊緣負荷輕，制約高爐煤氣利用率的提高。

1.2 爐頂壓力對高爐煤氣利用率的影響

提高爐頂壓力可減緩高爐下部煤氣流的上升速度，從而延長煤氣與爐頂下降的爐料的接觸時長，有利于煤氣與礦石在低溫段發生反應，擴大間接還原反應區，節約燃料消耗，同時提高頂壓能夠使高爐入爐風量增加。目前2 號1080m3高爐爐頂壓力210kPa，爐頂設備潛力未充分發揮，有頂壓提升的空間。

1.3 大礦批對高爐煤氣利用率的影響

高爐礦石批重的大小直接決定高爐內爐料層狀結構的分布狀況，能夠影響高爐煤氣流的分布，影響煤氣與爐料的接觸面積。高爐礦石批重增大同時，焦批也變大，能夠使軟熔帶焦窗厚度變大，使高爐煤氣能夠順利的通過焦窗，降低煤氣阻力，對煤氣流的二次分布有很大的促進作用。因此加大礦石批重可以使高爐上部煤氣分布改善，提高煤氣利用，而且能夠降低高爐下料次數，降低爐頂設備的運行次數，有利于高爐爐頂設備的維護，降低高爐卷揚上料負擔。目前2號1080m3礦批為36.5t，有進一步提升空間。

1.4 富氧、風溫、噴煤對高爐煤氣利用率的影響

目前2 號1080m3高爐富氧、風溫、噴煤使用不到位，富氧率在5.3%，風溫1180℃，噴煤比在135kg/t，在熱風爐燒爐過程中存在手動調節情況，導致熱風爐有調節不及時的弊端，影響了熱風爐燃燒室溫度的穩定性，對煤氣利用造成一定浪費。同時換爐過程中存在風量、風壓換爐波動的問題，每次換爐瞬時風壓可降低12kPa，入爐風量減少2400m3。

1.5 入爐原料質量對高爐煤氣利用率的影響

精料入爐是高爐生產的基礎，是保持高爐爐況順行、提高煤氣利率、增加利用系數、降低燃料消耗的重要因素。焦炭的骨架作用是決定料柱透氣性的關鍵，因此加強入爐焦炭質量控制，對高爐穩定生產起著決定性影響；另外降低入料原料的含粉量，也是改善高爐內部透氣性的關鍵因素。目前2號1080m3高爐入爐原料含粉較多，需要加強入爐原料控制。

2 提高煤氣利用率的措施

2.1 優化布料制度，促進煤氣合理分布

高爐布料操作，主要是發展兩道氣流的理念，在發展中心氣流的同時要兼顧邊緣氣流的發展。優化布料制度需要了解礦石在爐喉鋼磚的碰撞點，了解礦石布料的軌跡，從而推斷出礦石邊緣布料落點，如果礦石邊緣角過大，礦石與爐喉鋼磚碰撞，影響礦石的分布，造成煤氣邊緣氣流紊亂。因此，確定礦石準確的邊緣落點是形成合理料面的基礎，高爐根據爐頂攝像的煤氣流來調整裝料制度，調節料線和布料圈數，實現中心焦比例高于邊緣焦，適當發展中心氣流的布料模式。

合理的布料制度是提高煤氣利用率的基礎，因此需要根據2 號高爐爐型，摸索合適的布料矩陣。2 號1080m3高爐的布料矩陣優化調整方案：將焦炭中心檔位角度改為22°，增加中心焦量，減輕中心負荷，適當開放中心；礦石最外環2 圈料取消，在第3、第4 檔各加1 圈，適當減輕爐墻邊緣負荷。布料制度調整后的料面分布呈平臺漏斗型，礦層、焦層厚度分布較為均勻，礦焦比分布較為平緩。該布料矩陣對應高爐焦負荷達到5.0，燃料比低，煤氣利用率達到44.54%，各項指標較好。

2.2 提高爐頂壓力，降低爐內煤氣流速

提高爐頂壓力可以減緩煤氣流上升的速度，抑制爐頂荒煤氣攜帶的粉塵量，同時能夠增加入爐風量，有利礦石在間接還原區反應的時間延長。考慮爐頂設備設計壓力，在滿足設計規范的前提下將設備潛能發揮到最大，結合2 號1080m3高爐高爐生產實際，將爐頂壓力由210kPa提高至220kPa。

2.3 增大礦石批重，改善高爐下部透氣性

礦石批重增大可以減少礦石和焦炭在高爐內部的層數，有利于增加軟熔帶焦炭焦窗的厚度，保證煤氣流順利穿過軟熔帶，改善高爐下部透氣性，擴大間接還原反應區，實現煤氣的熱量充分的傳遞給爐料，降低燃料比。通過摸索最終確定2 號1080m3高爐的礦石批重由36.5t 增加至控制在38t，相應焦炭批重控制在8t。

2.4 增加富氧量，降低直接還原反應區

富氧是在冷風管道上加入氧氣，使冷風中氧氣含量高于空氣中氧氣含量。增加風中氧含量，可提高風口前理論燃燒溫度，使高爐下部高溫段下移，從而降低直接還原反應區，提高煤氣利用率。2 號高爐通過操作優化，使高爐富氧率達到6.8%。

2.5 增加入爐風溫，降低直接還原反應區

提高熱風溫度有利降低高爐燃料比，使爐內高溫段下移，降低直接還原反應區。天鋼聯合特鋼自主研發的壓縮空氣充壓換爐技術以及自行設計的熱風爐自動燒爐技術，有效解決了熱風爐換爐過程中風壓和風量波動問題，以及爐內煤氣壓力波動問題。通過設置獨立氣源充壓，熱風爐實現了零擾動換爐；同時熱風爐燒爐增設自動燒爐控制系統，該系統通過檢測燃燒室溫度的變化，并根據煤氣溫度和發熱值進行優化燃燒計算，自動調節空燃比，使2號1080m3高爐高爐熱風爐空燃比在0.55～0.7 之間自動調節，最終實現高爐熱風溫度穩定控制在1200℃。

2.6 提高噴煤量，平衡風口前理論燃燒溫度

高爐爐況順行也是提高煤氣利用率的重要因素之一。2 號1080m3高爐高爐通過高富氧、高風溫，風口前的理論燃燒溫度升高，需要提高噴煤量來降低風口前理論燃燒溫度。高富氧和高風溫有利于煤粉在風口前充分燃燒，目前富氧率控制在6.8%，風溫在1200℃，因此需要煤比控制在155.5 kg/t以上，平衡風口前理論燃燒溫度的升高，實現高爐爐況穩定順行。在冶煉強度、爐溫變化時，不用風溫做調劑，而以噴煤量做調劑。目前，經過實踐將理論燃燒溫度控制在2200℃～2500℃之間。

2.7 加強焦炭篩分管理，提高入爐焦炭質量

精料是高爐冶煉強度的基礎，焦炭質量是高爐穩定的靈魂，因此焦炭的質量控制非常關鍵。我們主要從以下幾方面加強焦炭質量控制：一是加強焦炭篩分管理，要求上料人員及時清理振篩，檢查振動篩運行情況，通過調節振動篩的振幅和及時清理雜物；二是要求加強看料次數，做好焦炭實物對比，若發現焦炭質量下降，及時降低焦炭負荷；三是建立信息溝通渠道，焦炭進廠檢驗數據及時反饋到高爐，使工長及時了解焦炭質量，從而對高爐進行早調整，避免爐況波動。

針對入爐原燃料含粉大的情況，通過調整振篩振幅，控制下料料流等手段，優化焦炭給料分布和給料量，減少篩板料層厚度，提高振篩篩分效果。針對焦炭篩分過程中卡篩板，含粉大堵塞篩網現象，對篩板進行改造，將棒條篩改造成網狀篩，并在下料口加裝擋料裝置，起到焦炭分流作用，使焦炭能夠均勻的分布在篩板上，增加焦炭在振篩停留時間，減少篩板空載時間，降低了篩板糊篩現象，減少焦粉入爐。

3 結語

為降低高爐燃料消耗、提高煤氣利用率、降低煉鐵生產成本，本文結合天鋼聯合特鋼2 號1080m3的生產實際情況，分析了影響高爐煤氣利用率的各種因素，有針對性制定提高煤氣利用率的相應措施。

2 號1080m3高爐通過調整布料制度、加大礦批、提高頂壓、增加風溫、高噴煤比、高富氧率、精料入爐等一系列技術措施，高爐煤氣利用率由42.5%提高至46.5%以上，在同類高爐中處于先進水平。高爐燃料比由530kg/t 降低至515kg/t 以下，富氧率控制在6.8%，風溫在1200℃，煤比穩定在155.5kg/t。在高爐長周期穩定順行的前提下，鐵水成本顯著降低。