1800 m3級高爐爐役后期高冶強(qiáng)穩(wěn)定運(yùn)行冶煉技術(shù)

邱小寧 ,鄧 濤

(1.福建三鋼閩光股份有限公司,福建 三明 353000;2.中冶賽迪,重慶 401120)

該座1800 m3高爐采用鑄鐵+銅冷卻壁、全爐軟水密閉、并罐裝料、3座頂燃式熱風(fēng)爐等裝備組成,自2014年3月點(diǎn)火開爐到2022年8月停爐大修已安全生產(chǎn)運(yùn)行8年,單位容鐵量達(dá)到8582 t/m3。在高爐裝備整體磨損、老化嚴(yán)重、爐體冷卻壁破損多、設(shè)備故障頻繁的情況下,高爐技術(shù)人員通過嚴(yán)控原燃料質(zhì)量、合理匹配各項(xiàng)生產(chǎn)參數(shù)、加強(qiáng)點(diǎn)檢等手段對其進(jìn)行精細(xì)化操作,維持了在爐役后期高冶強(qiáng)穩(wěn)定順行的局面。

1 高爐生產(chǎn)現(xiàn)狀

對2022年1～7月的主要生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,1～7月在入爐品位57.5%的情況下,高爐利用系數(shù)均值2.88,焦比均值343.71 kg/t·Fe、燃料比均值495.22 kg/t·Fe、風(fēng)溫1212 ℃,達(dá)到了國內(nèi)同類型高爐爐役后期表現(xiàn)排名前列的水平,具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 高爐2022年1～7月份主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

為進(jìn)一步分析高爐運(yùn)行情況,對高爐2022年1～7月各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、主要操作調(diào)控手段進(jìn)行分析,闡述爐役后期高冶強(qiáng)穩(wěn)定生產(chǎn)的冶煉技術(shù)。

2 精細(xì)的原燃料質(zhì)量管控

對入爐原燃料質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格管控,根據(jù)公司原燃料供應(yīng)情況,通過合理入爐品位測算、合理化學(xué)成分?jǐn)?shù)值范圍控制,使得入爐料結(jié)構(gòu)、成分長期穩(wěn)定,有害元素低,冶煉成本合理。

2.1 合理入爐品位的測算

合理入爐品位對爐況穩(wěn)定順行、冶煉成本控制至關(guān)重要,經(jīng)過建立品位、礦耗、價(jià)格、爐況之間關(guān)系確定合理的入爐品位[1],如公式(1):

(1)

式中:Y—為礦耗,t/t;X—為品位,%;β—為生鐵中鐵含量,95.5%;ε—為金屬收得率,99.1%。

入爐品位與理論礦耗如表2所示。根據(jù)該高爐的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、爐料結(jié)構(gòu)、原燃料價(jià)格計(jì)算發(fā)現(xiàn),入爐品位在大于59%時(shí),由于礦石價(jià)格隨著品位的升高增幅較大,盡管燃料成本下降,但總成本升高,且增加幅度較大;入爐品位在57%以下時(shí),隨著品位下降,焦比、渣比升高,同時(shí)煤比會適當(dāng)下降,燃料成本升高,雖然生鐵成本有所下降,但降幅較小,同時(shí)高爐順行的風(fēng)險(xiǎn)增加;當(dāng)高爐入爐品位控制在57%～59%范圍內(nèi)時(shí),爐況的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)且爐況能夠長期順行。

表2 品位與理論礦耗

2.2 適宜的原燃料質(zhì)量控制

確定合理入爐品位的同時(shí),需要對原燃料質(zhì)量進(jìn)行控制,使化學(xué)成分在合理區(qū)間、數(shù)值穩(wěn)定。

(1)原料質(zhì)量控制

穩(wěn)定爐料結(jié)構(gòu),入爐料結(jié)構(gòu)由燒結(jié)礦(74.8%)+球團(tuán)礦(16.7%)+生礦(8.5%)組成,確保熟料率不低于85%,日常生產(chǎn)中對爐料結(jié)構(gòu)進(jìn)行微調(diào)以保證爐渣堿度的穩(wěn)定,嚴(yán)格控制燒結(jié)礦粒度:<5 mm 占比不大于7.4%;5～10 mm占比不大于18.5%。

嚴(yán)控原燃料質(zhì)量,原燃料質(zhì)量控制要求化學(xué)成分在合理范圍內(nèi),同時(shí)要求數(shù)值穩(wěn)定、波動小,其中燒結(jié)礦成分控制如表3所示。

表3 燒結(jié)礦成分控制標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)績

控制入爐焦炭種類(≤3種)及配比的穩(wěn)定,全干熄焦入爐,焦丁隨原料入爐,添加量≤2.0 t/批,焦炭主要化學(xué)成分控制如表4所示。

表4 焦炭成分控制標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)績 單位:%

(2)有害元素控制

入爐原燃料有害元素會對爐襯起破壞作用,在冶煉中循環(huán)富集,造成原燃料質(zhì)量惡化,影響煤氣流的分布,在爐役后期嚴(yán)格控制有害元素入爐總量,有害元素控制如表5所示。

表5 有害元素控制標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)績 單位:kg/t

在確定合理入爐品位后,穩(wěn)定爐料結(jié)構(gòu)、嚴(yán)格控制原燃料化學(xué)成分合格及穩(wěn)定、追蹤入爐有害元素的總量在控制線以下等手段為爐況穩(wěn)定順行提供基礎(chǔ)保障。

3 操作制度的優(yōu)化

在控制原燃料合格及穩(wěn)定的情況下,操作制度以“適當(dāng)發(fā)展中心氣流+活躍爐缸”中心進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,使高爐安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

3.1 布料制度的優(yōu)化

布料制度直接影響上部煤氣流的分布,在爐役后期上部煤氣流調(diào)控以“適當(dāng)抑制邊緣氣流+開放中心氣流”的原則,典型布料矩陣如表6所示。

表6 布料矩陣

正常生產(chǎn)中執(zhí)行第一類“抑制邊緣+開放中心”操作制度,當(dāng)邊緣氣流過弱或爐況有波動時(shí),執(zhí)行第二類“適當(dāng)放邊+開放中心”操作制度。

由布料模型對上述兩類布料制度的落點(diǎn)、礦焦比、厚度等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算[2],具體布料數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 布料數(shù)據(jù)

由布料模型計(jì)算上述兩類布料參數(shù)表明,二類在開放邊緣的同時(shí)增大了邊緣礦焦比,避免邊緣氣流過度發(fā)展;平臺礦焦比適當(dāng)降低,增大中心焦量,避免中心氣流過度發(fā)展及煤氣流的大幅度波動,煤氣利用率穩(wěn)定在46.7%～48.1%之間,全爐軟水水溫差穩(wěn)定在2.3～3.0 ℃。

3.2 送風(fēng)制度的優(yōu)化

下部送風(fēng)制度影響煤氣流量的初始分布和爐缸的活躍性,在爐役后期需要抑制下部邊緣氣流的發(fā)展及充足的爐缸活躍性,才能維持爐缸側(cè)壁溫度穩(wěn)定合理。下部送風(fēng)制度主要調(diào)整風(fēng)量、富氧量、送風(fēng)面積、噴煤量等參數(shù),用理論燃燒溫度、風(fēng)速、鼓風(fēng)動能、回旋區(qū)面積、爐缸熱負(fù)荷等參數(shù)衡量調(diào)節(jié)是否合適[3]。

日常以回旋區(qū)面積占比來進(jìn)行參數(shù)調(diào)劑,計(jì)算公式如式(2-4):

DR=0.88+0.000092Ek+0.0031PCI/n

(2)

WR=DT×2.631(DR/DT)0.331

(3)

(4)

式中:DR—回旋區(qū)長度,m ;Ek—鼓風(fēng)動能,kj/s;PCI—噴煤量,t/h;n—工作風(fēng)口的數(shù),個(gè);WR—回旋區(qū)寬度,m ;DT—工作風(fēng)口的平均長度,m;d— 裝入焦炭的平均粒度,m;α—回旋區(qū)面積占比,%。

對該高爐2017到2022年回旋區(qū)面積占比與利用系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果圖1所示。

圖1 回旋區(qū)面積占比與利用系數(shù)相關(guān)性分析

由圖1可以看出,回旋區(qū)面積占比在大于0.61時(shí),高爐利用系數(shù)呈下降趨勢,高爐回旋區(qū)面積占比以60%為基準(zhǔn)值進(jìn)行下部送風(fēng)參數(shù)的調(diào)整,下部相關(guān)控制參數(shù)如表8所示。

表8 控制參數(shù)

下部調(diào)劑以維持適宜的回旋區(qū)面積占比為基本原則[4],增大鼓風(fēng)動能,吹透中心,抑制邊緣氣流的發(fā)展。在適宜富氧量,理論燃燒溫度適當(dāng)降低的情況下,增大入爐風(fēng)量以避免大噴煤量下邊緣氣流的發(fā)展,同時(shí)逐步調(diào)整風(fēng)口面積,維持強(qiáng)勁的入爐風(fēng)速。

3.3 造渣制度的優(yōu)化

爐役后期爐缸耐材侵蝕嚴(yán)重,冷卻壁溫度極易升高,合理造渣的制度對壁體溫度的穩(wěn)定至關(guān)重要。為降低渣鐵環(huán)流對壁體侵蝕,同時(shí)在入爐堿金屬、有害元素較低的情況下,操作上以提高爐渣二元堿度、穩(wěn)定四元堿度、嚴(yán)格控制Mg/Al比波動的方法進(jìn)行造渣制度的優(yōu)化[5]。具體參數(shù)如表9所示。

表9 爐渣成分

通過上述渣系的調(diào)整方法,可以有效避免渣鐵環(huán)流對爐缸的侵蝕,維持出鐵作業(yè)的穩(wěn)定。

3.4 熱制度的優(yōu)化

在控制較高爐渣堿度下,避免渣鐵過于黏稠影響出鐵,爐溫控制以物理熱為主,穩(wěn)定鐵水[Si]含量為輔操作模式。具體控制參數(shù)如表10所示:

表10 鐵水成分

生產(chǎn)中維持較高的鐵水物理熱,使?fàn)t缸熱量充沛,避免爐溫大幅度波動,嚴(yán)控鐵水[Si]穩(wěn)定率[6],對煤氣流分布和軟熔帶位置穩(wěn)定起著積極的作用。

3.5 冷卻制度的優(yōu)化

爐役后期冷卻壁破損嚴(yán)重,為保證安全生產(chǎn),在冷卻制度上采取了一系列的管控措施。為避免破損冷卻壁漏水進(jìn)入爐內(nèi),借助休風(fēng)機(jī)會對漏水冷卻壁進(jìn)行封堵處理;對高爐冷卻壁水溫差與熱流強(qiáng)度實(shí)時(shí)監(jiān)測,建立預(yù)警機(jī)制并及時(shí)處理,嚴(yán)控進(jìn)水水溫和流量;每月定期檢查水管是否結(jié)垢并適時(shí)進(jìn)行酸洗[7]。基于以上手段避免因冷卻壁漏水造成爐墻結(jié)厚、爐溫大幅波動的現(xiàn)象,為高爐安全生產(chǎn)和強(qiáng)化冶煉提供了堅(jiān)實(shí)的后盾。

4 操業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化

4.1 槽下管理

原燃料槽位管理按照料倉容積的60%執(zhí)行,當(dāng)料倉低于該槽位時(shí)停用該倉并通知槽前補(bǔ)料。控制下料量和篩分時(shí)間,燒結(jié)礦4個(gè)倉巡倉使用、焦炭倉3～4個(gè)倉巡倉,礦石1用1備,球團(tuán)1用1備。同時(shí)每班不少于3次檢查給料速度(t/h)并做好記錄,控制燒結(jié)礦返礦率≤12%。

4.2 爐前作業(yè)

爐役后期強(qiáng)化冶煉鐵口維護(hù)至關(guān)重要,需要嚴(yán)格控制鐵口深度、出鐵次數(shù),出鐵次數(shù)遵循公式(5):

(5)

式中:n—每晝夜出鐵次數(shù);P—高爐一天的產(chǎn)量,t;α鐵—每次出鐵量波動系數(shù),一般取1.2;P安—爐缸安全容鐵量,t。

按照高爐設(shè)計(jì)參數(shù)及產(chǎn)量計(jì)算晝夜出鐵次數(shù)為10次[8]。實(shí)際日平均爐次9±1爐,鐵口深度維持在2900～3100 mm之間,鐵口合格率不低于99%,全風(fēng)堵口率100%,出鐵間隔時(shí)間為10～15 min。打泥量依據(jù)出鐵時(shí)間進(jìn)行動態(tài)調(diào)整,對欠鐵量達(dá)60噸以上或鐵口30 min未見渣現(xiàn)象執(zhí)行重疊出鐵,避免因渣鐵不能及時(shí)出凈,導(dǎo)致下部煤氣流的紊亂。

4.3 設(shè)備維護(hù)

爐役后期設(shè)備老化嚴(yán)重,同時(shí)高冶強(qiáng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),故障概率提高,為避免設(shè)備故障影響高爐生產(chǎn),制定嚴(yán)格的設(shè)備維檢制度。嚴(yán)格執(zhí)行三級點(diǎn)檢制度,按照設(shè)備重要程度進(jìn)行分級,制定點(diǎn)檢時(shí)間、點(diǎn)檢項(xiàng)目、點(diǎn)檢路線,并填寫標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備維護(hù)臺賬。成立設(shè)備保駕組,聚焦比較突出的設(shè)備問題,改進(jìn)或優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu),適應(yīng)高爐自身的生產(chǎn)特點(diǎn),減小因設(shè)備故障對爐況的影響。

5 結(jié)論

從原燃料、操作、管理等維度系統(tǒng)性的對高爐進(jìn)行調(diào)控,維持了爐況在爐役后期高冶強(qiáng)穩(wěn)定順行,促進(jìn)了高爐長壽、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提高,完善了爐役后期高冶強(qiáng)的冶煉技術(shù)。

(1)控制原燃料質(zhì)量合格及穩(wěn)定,確定合理入爐品位在57%,保證熟料率不低于85%及爐料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定;控制焦炭、燒結(jié)礦化學(xué)成分在合格范圍內(nèi),降低焦炭M40、M10、CSR、CRI及燒結(jié)礦TFe、R2數(shù)值的波動值;控制入爐有害元素,維持(K+Na)、Zn、Pb均值分別在2.2 kg/t、0.21 kg/t、0.16 kg/t以下。

(2)以控制合理煤氣流分布為中心進(jìn)行操作調(diào)劑,上部以“抑制邊緣+開放中心”的原則調(diào)劑布料矩陣和爐料批重,優(yōu)化煤氣流的二次分布;下部以回旋區(qū)面積占比60%的原則調(diào)劑送風(fēng)、風(fēng)口面積等參數(shù),同時(shí)通過提高爐渣二元堿度、穩(wěn)定四元堿度,以物理熱控制為主、鐵水[Si]含量控制為輔的熱制度,優(yōu)化煤氣流的一次分布;控制冷卻水流量、水溫維持熱負(fù)荷穩(wěn)定,保持渣皮穩(wěn)固,確保合理操作爐型。

(3)操業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化,槽下以安全槽位控制為核心,確保物料輸送無異常;爐前出鐵控制日均出鐵次數(shù),對鐵口深度、出鐵間隔、全風(fēng)堵口率等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整;加強(qiáng)設(shè)備點(diǎn)檢維護(hù)、對重點(diǎn)突出設(shè)備進(jìn)行改造和更換,確保外部設(shè)備故障率降低。