山西建龍5#爐高煤比爐況波動分析及措施

李海斌,高志軍,李健忠,呂國明

(1.山西建龍實業有限公司,山西 運城 043801)

眾所周知,在“碳達峰、碳中和”發展形勢下,減少CO2排放[2],實現資源和能源高效化利用至關重要。高爐煤比,降低焦比,減少CO2排放,降低成本。但需要一定原燃料條件,提煤比對高爐生產有兩方面影響:

(1)入爐焦炭骨架減弱,料柱透氣性變小[3],保持穩定的爐料結構,較好的原燃料質量是高煤比的基礎。

(2)合理的理論燃燒溫度是提高煤粉利用率的關鍵,主要措施提高風溫和富氧。

山西建龍5#爐爐容1080 m3,無料鐘爐頂,雙鐵口。4月份風溫1200 ℃,富氧率4.83 %,煤比179.2 kg·t-1,比3月份高8.6 kg·t-1,焦比低10.30 kg·t-1,成本降低15.30元·t-1。

4月份高煤比生產過程設備影響高爐減風3次,爐前鐵溝澆筑單場出鐵減風2次,操作不當懸料3次及時采取應對措施,穩定爐況,煤比快速恢復到180 kg·t-1水平。本文主要針對5#爐4月份高煤比生產爐況波動原因研究與分析,措施總結,為高爐持續高煤比操作、保持爐況穩定作參考借鑒。

1 高爐生產情況

1.1 煤比變化情況見圖1

圖1 4月份高爐煤比變化

1.2 高爐生產

4月份5#爐煤比179.2 kg·t-1,完成175.0 kg·t-1計劃煤比,但受設備耽誤、爐前修溝、高爐懸料等影響,煤比不穩,最低160.9 kg·t-1,高爐減風次數較多,見表1。

表1 4月份高爐減風情況

氣流變化,爐況狀態出現波動,爐底5.698米中心溫度最低368.0 ℃,見圖2。

圖2 4月份高爐5.698米爐底中心溫度變化

2 高煤比爐況波動原因分析及措施

噴煤爐缸工作狀態改善、還原性氣體增加,煤氣穿透擴散能力提高,間接還原發展,焦比降低。但高爐無計劃減煤或者停煤,煤氣流分布將發生變化,對爐況狀態影響較大。4月份高煤比生產受設備、原料波動、操作影響,造成爐況出現波動,堅持“以高爐為中心,以高爐穩定順行為基礎”的原則,及時采取應對措施,穩定爐況,分析如下:

2.1 設備耽誤,高爐減風

4月份設備耽誤高爐減風3起,特別4月22日爐頂煤氣調壓閥組A閥故障影響大,高爐頂壓從228 kPa減到30 kPa,風壓從425 kPa減到120 kPa,富氧率從5.10 %變成0 %,噴煤量從35 t·h-1減到最低6 t·h-1,煤氣利用率從46.0 %降到42.0 %,減風前后負荷銜接不能到位,熱量損失較大,爐溫從0.45 %下降到0.16 %,料柱透液性降低,為爐況波動埋下隱患。

后續強化設備點巡檢,充分利用高爐檢修機會對不易巡檢部位設備維護、參數校對,隱患消除,為爐況穩定創造條件。

2.2 進廠物料波動

2.2.1 主流焦炭質量下降

4月中旬焦炭市場降價,主流焦萬鑫質量下降,反應后強度4月20日從69.77 %降到67.99 %,24日降到最低62.76 %;M25從91.60 %降到90.80 %;M10從6.20 %上升到6.90 %,均超出規定要求。4月22日、23日高爐相繼懸料,及時調整焦炭結構:20 %高硫寶豐焦停用,搭配15 %合力焦炭,萬鑫達焦從20 %降到15 %,臨時降低煤比,提高料柱骨架,爐況快速恢復。

實踐表明提高焦炭冷態和熱態強度,降低焦炭反應性,間接還原區擴大減少碳素溶損[4],能改善高爐透氣性、提煤比、降焦比。

后續強化對焦炭品種、質量跟蹤和檢驗;加強從料場到高爐全過程質量檢測, 為高爐及早調劑提供信息;落實定置焦,穩定主流焦炭結構和質量,對入廠焦炭小粒度把控,返焦率控制≤6.0 %。

強化對入爐粉末控制:(1)塊礦烘干水分按<2.0 %控制;(2)調整篩板規格、擋料板高度、激振器振幅,焦炭、燒結礦和球團礦料流分別小于15 kg·s-1、20 kg·s-1和30 kg·s-1,入爐粉末(<5 mm)小于3.0 %,改善料柱上部透氣性。

2.2.2 物料庫存不足,爐料結構調整頻繁

(1)高硅球到貨不及時影響

4月1日～5日高硅鑫友球倒貨不及時,配硅石100～150 kg·批-1,燒結配比78 %～79 %,5日高品伊朗球停用,入爐品位下降,渣鐵比增加,對高煤比爐況穩定性造成影響。

(2)燒結進口精粉到貨不及時影響

4月20日燒結進口精粉到貨不及時,燒結變料頻繁,爐渣中Al2O3從14.60 %上升到15.30 %增加0.70 %,鎂鋁比從0.64下降到0.57,渣相變化,爐渣黏度相對增加,流動性降低。實踐表明,高煤比焦炭負荷加重,爐缸透液性降低,需改善渣鐵流動性,確保爐缸活躍性。

(3)入爐堿金屬負荷增加

堿金屬在高爐內循環富集,爐內K、Na蒸汽促進焦炭溶損反應破壞,K蒸氣影響超過Na蒸氣;K蒸氣能擴散到焦炭氣孔內部甚至焦炭石墨結構中,生成KC6、KC8層間化合物,焦炭體積膨脹導致整體粉化。爐料結構頻繁調整,入爐堿金屬相應增加見圖3:

圖3 2023年2月～4月高爐堿金屬和鋅負荷變化

主要為:信通球用完,俄羅斯球替代,俄羅斯球K2O含量0.127 %比信通球高0.029 %,比其他球團高0.077 %;南非塊K2O含量0.081 %比羅伊山塊高0.030 %;

4月24日鑒于爐況波動對爐料結構調整:俄羅斯球配比從8 %調到5 %,南非塊從6 %調整到3 %,堿金屬負荷下降到2.50 kg·t-1。

按標準控制入爐堿金屬負荷:(K2O+Na2O)< 3 kg·t-1,其中K2O<1.2 kg·t-1;ZnO< 250 g·t-1;持續保持爐渣鎂鋁比0.60～0.64,爐渣堿度1.20～1.24,增強排堿脫硫能力;加強檢測和日常高爐堿金屬平衡計算,跟蹤排堿率,根據爐況順行情況,高爐計劃性提爐溫[Si]:0.50 %～0.60 %,降堿度,[S]:0.035 %-0.040 %,爐況微調,強化爐缸排堿效果。

2.3 氣溫變化對爐腹煤氣指數影響

高爐爐腹煤氣主要成分為CO、H2和N2,一定條件下料柱阻力大小是受通過煤氣量大小影響,爐腹煤氣量越大,料柱受到阻力越大[5]。

4月20日持續下中雨,氣溫從30 ℃降到4～5 ℃,下降25 ℃,大氣密度和濕度增加,爐腹煤氣指數增加,對爐況影響不可忽視,結合爐況狀態適度控制冶強,緩解料柱阻力,鐵水物理熱保持在1500 ℃以上提高爐況抗風險能力。

2.4 爐前出鐵和鐵溝澆筑影響

(1)5#爐受爐齡制約,鐵口侵蝕嚴重,高煤比冶強提升,鐵次增加到20次,對爐況穩定造成影響。后續強化爐前打泥量、鐵口深度和開口大小控制,三班統一,規范操作;同時加強炮泥質量管理,落實單采炮泥,廠家優勝劣汰,持續改善炮泥質量。

(2)4月10日、13日雙場相繼鐵溝澆筑,間隔2天,單場出鐵期間富氧從13000 m3·h-1減到8000 m3·h-1,風壓從425 kPa減到395 kPa,氣流變化,爐底5.698米中心溫度從377.50 ℃降到368.0 ℃,下降9.50 ℃。后續加強鐵溝日常管理、落實日常檢查,充分利用高爐每次檢修機會對鐵溝維護;強化對鐵溝澆筑質量監管,提高澆筑質量,合理安排雙場修溝,確保雙場修溝間隔時間在10天以上。

2.5 操作方面

2.5.1 對鐵水物理熱把控不到位

4月10日高爐持續提煤比,鐵水[Si]0.25 %～0.30 %比例增多,高爐物理熱1480 ℃下降,爐底5.698米中心溫度從384.8 ℃降到368.5 ℃,下降16.3 ℃,爐況穩定性降低。4月22日、23日相繼懸料,24日[Si]按照0.35 %～0.50 %之間控制,確保鐵水物理熱≥1500 ℃,爐底5.698米中心溫度從372.8 ℃逐步上升到400.0 ℃,提高27.2 ℃,爐況穩定性增強。生產實踐表明,高煤比操作,料柱透氣性降低,爐缸物理熱充足是基礎,堅持降硅不降熱原則。

2.5.2 高爐操作應變能力不到位

(1)4月1日～5日高硅鑫友球庫存不足,爐料結構調整,入爐品位下降,渣鐵比增加10-15 kg·t-1,與煤比180 kg·t-1不相適應,入爐風量減少50～100 m3·min-1,高爐參數調整不到位,4月7日爐況波動;

(2)4月22日4:41高爐煤氣調壓閥組影響,頂壓維持30 kPa左右,低壓時間長,料柱疏松性降低,停煤,氣流發生較大變化,后續加風恢復提煤比過快,與料柱透氣性不相適應,以及對原燃料質量下降未充分引起重視,對高爐參數未合理調整,4月22日、23日爐況波動。

2.5.3 高爐操作不到位

(1)4月7日原料變化,2:00出現連續崩料,減風不及時,焦炭負荷未相應調整到位,3:50懸料;

(2)4月22日4:41高爐煤氣調壓閥組影響,高爐停氧減風,氣流分布變化。10:48風壓加到399 kPa,11:00上行到413 kPa,減風不及時,11:05懸料。

(3)4月22日11:05高爐懸料減風恢復,輕負荷,爐溫偏高,中班鐵水[Si]在0.60 %～0.70 %左右,23日夜班工長對爐溫下降幅度預判不到位,操作燃料比下調偏大見表2。

表2 降爐溫操作燃料比變化

[Si]從0.70 %降到0.45 %持續下行,最低0.16 %,7:55出行下部懸料。

后續措施:(1)提高工長爐況預判、調劑水平,強化爐況攻、退、守應變能力;(2)高爐停煤首先減風量15 %～20 %,防止爐溫快速下降;(3)恢復噴煤時,防止噴煤爐內氣流變化過大,操作采取分階段、前快后慢的原則,做好各階段負荷銜接。

2.5.4 改善煤粉質量,提高煤粉利用率

煤粉風口前燃燒率70 %左右,未燃燒煤粉一方面參加直接還原和滲碳,可以抑制焦炭降解,改善高溫區和風口前焦炭粒度,有利于高爐順行;另一方面進入到爐渣,影響爐渣黏度和流動性,填充料柱縫隙,影響料柱透氣性,提高煤粉利用率非常有必要。

4月份剔除爐況波動和設備影響外,高爐風溫在1205～1215 ℃,比3月份高40 ℃;富氧率在5.00 %～5.30 %,比3月份提升0.13 %,與高煤比形成互補,詳見圖4:

圖4 4月份高爐風溫與富氧率變比

其次進廠煤粉質量不斷優化,調整煙煤配比,高位發熱值從7500 Kcal·Kg-1逐步提升,4月25日達到7630 Kcal·Kg-1以上,制粉粒度-200目保持在75 %以上,煤粉利用率提高,4月25日后高爐煤比持續保持在180 kg·t-1以上,詳見圖5:

圖5 4月份高爐煤比與煤粉高位發熱值變化

對料制微調,穩定平臺+漏斗布料模式,確保“四外有光環,中間有噴泉”兩道氣流,煤氣利用率46.0 %,提高1.0 %,操作燃料比在490 kg·t-1左右,降低10～15 kg·t-1,爐底5.698米中心溫度達到400.3 ℃,提高22 ℃,爐況穩定性提高。

3 后續技改

(1)熱風爐實施無擾換爐,消除換爐過程對爐況影響。

(2)圓出口溜槽改為方溜槽,收縮料流寬度,提高布料精準,穩定煤氣流。

(3)自動噴吹,達到均噴、穩噴,減少倒罐對爐況影響。

4 結語

(1)高煤比操作持續堅持“以高爐為中心,以高爐穩定順行為基礎”的原則。

(2)改善原燃料質量,穩定合理爐料結構,提升設備保障力,是高煤比爐況穩定的基礎。

(3)高富氧、高風溫、高煤比形成互補,提高操作應變能力以及對爐腹煤氣量合理把控對高煤比爐況穩定非常有必要。