孫建設(shè) 張紅啟 馬振軍 田遠(yuǎn)峰

1.前言

當(dāng)前全國(guó)的中小型高爐中，熱風(fēng)溫度低于1100℃的比例超過(guò)30%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)105座風(fēng)溫＜1100℃的高爐燃料比平均水平為579.65kg/tFe，平均煤比為138.2 kg/tFe。風(fēng)溫在1050℃以下的45座高爐平均燃料比為591.76 kg/tFe。低風(fēng)溫下高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)遠(yuǎn)低于高風(fēng)溫條件下的高爐指標(biāo)，高燃料消耗帶來(lái)了高成本和高排放。在能耗和環(huán)境問(wèn)題日益突出的今天，高爐提高噴煤比、降低燃料比成為高爐煉鐵技術(shù)進(jìn)步、降本增效的重要方向。

山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠(chǎng)2#高爐熱風(fēng)爐為1993年所建的內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，雖經(jīng)過(guò)2006年高爐大修加高改造，受內(nèi)部結(jié)構(gòu)破損影響，采取了多項(xiàng)提升風(fēng)溫措施，但在內(nèi)部格子磚堵孔錯(cuò)位的影響下，送風(fēng)風(fēng)溫逐年下滑。2011年后，燃料比升高至570kg/t以上，造成了巨大的成本壓力。高爐爐況表現(xiàn)頻繁出現(xiàn)爐缸堆積征兆，渣皮滑落，燃料比異常上升。為抑制風(fēng)溫下行趨勢(shì)，被迫進(jìn)行堵風(fēng)口限冶強(qiáng)操作，不僅造成了高爐操作難度，也增加了崗位勞動(dòng)強(qiáng)度，還造成了燃料比居高不下的局面，給生產(chǎn)成本帶來(lái)巨大壓力。因此，如何在低風(fēng)溫條件下降低入爐焦比、降低燃料比、保持高煤比水平、提升高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，成為生產(chǎn)迫切要求。

2.問(wèn)題分析

在2#高爐風(fēng)溫逐步下降的過(guò)程中，對(duì)爐況運(yùn)行和生產(chǎn)中的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)造成燃料比高的因素主要有以下幾點(diǎn)：

（1）熱風(fēng)爐送風(fēng)風(fēng)溫低。2#高爐熱風(fēng)爐的內(nèi)燃式結(jié)構(gòu)存在著蓄熱室和燃燒室隔墻易串風(fēng)“短路”，燃燒室上部變形，格子磚上部渣化，堵孔錯(cuò)位嚴(yán)重，造成燃燒能力和蓄熱能力不足，送風(fēng)風(fēng)溫不足。

（2）入爐原燃料粉末多，波動(dòng)大。受老區(qū)原燃料供給不平衡性的影響，階段混加落地料燒結(jié)粒度變化大，焦炭水分波動(dòng)大，附著焦粉多，造成高爐透氣性差、階段性氣流分布異常，以及爐溫不穩(wěn)定的狀態(tài)，致使頻繁出現(xiàn)壓量關(guān)系異常波動(dòng)，渣皮滑落的局面。

（3）在風(fēng)溫下行的影響下，操作制度的適應(yīng)性不足。在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)送風(fēng)風(fēng)溫由1070℃下降至990℃左右時(shí)，高爐的操作制度和思路會(huì)發(fā)生很多變化。風(fēng)溫的下降不僅僅造成了燃耗的上升，爐內(nèi)的冶煉進(jìn)程和控制要求也需要適應(yīng)和調(diào)整。

綜合以上情況，對(duì)影響燃料比降低的主要原因分析如下：

2.1 熱風(fēng)爐送風(fēng)風(fēng)溫低

在煉鐵生產(chǎn)中，熱風(fēng)爐是一種蓄熱式換熱器，燃燒高爐煤氣通過(guò)熱風(fēng)爐蓄熱室格子磚蓄熱后，冷風(fēng)經(jīng)過(guò)格子磚將熱量帶入高爐（見(jiàn)圖1）。2#高爐熱風(fēng)爐是萊鋼唯一一座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，此代熱風(fēng)爐經(jīng)過(guò)幾次年修后，送風(fēng)風(fēng)溫明顯下行。進(jìn)入2011年，風(fēng)溫由1070℃逐步下行至990℃左右。根據(jù)熱風(fēng)爐結(jié)構(gòu)及實(shí)際運(yùn)行情況，分析熱風(fēng)爐送風(fēng)風(fēng)溫低的主要原因有：

① 熱風(fēng)爐格子磚渣化、堵孔、錯(cuò)位嚴(yán)重。格子磚在使用過(guò)程中，上層格子磚表面出現(xiàn)渣化、堵孔、錯(cuò)位造成蓄熱室有效利用率降低，部分格子磚通道堵塞后無(wú)法完成蓄熱功能。

② 燃燒室隔墻破損，出現(xiàn)串風(fēng)短路情況。熱風(fēng)爐在燃燒狀態(tài)初期，煤氣空氣進(jìn)入陶瓷燃燒器后，爆燃及溫度變化對(duì)隔墻墻體產(chǎn)生一定影響，出現(xiàn)串風(fēng)短路情況，造成送風(fēng)風(fēng)溫不足。

③ 燒爐煤氣量不足。區(qū)域煤氣壓力低，受限于陶瓷燃燒器的煤氣入口在低壓力狀態(tài)下燒爐煤氣量不足，煙道溫度達(dá)不到工藝要求，造成熱風(fēng)爐爐內(nèi)蓄熱入不敷出的局面。

2.2 入爐原燃料質(zhì)量差

入爐原燃料受老區(qū)原料平衡影響，階段性配加落地料，水熄焦水分粒度波動(dòng)大，造成入爐粉末多，對(duì)氣流分布產(chǎn)生一定影響，致使頻繁出現(xiàn)渣皮滑落、爐溫波動(dòng)大、煤氣利用低、燃料比上升。分析原因如下：

① 槽下振篩篩分能力不足，造成入爐粉末多。

② 原燃料粒度波動(dòng)大，造成稱(chēng)量不穩(wěn)定，實(shí)際負(fù)荷產(chǎn)生異常波動(dòng)。

③ 焦炭水分波動(dòng)大，造成入爐焦炭負(fù)荷波動(dòng)大。

2.3 操作制度和思路在風(fēng)溫下行的影響下適應(yīng)性不足

高爐操作爐型已不適宜低風(fēng)溫下的操作，在爐況運(yùn)行和指標(biāo)表現(xiàn)上出現(xiàn)較大變化。分析原因如下：

① 煤粉燃燒率降低。未燃煤粉堵塞氣流通路，造成氣流失常。

② 爐缸熱制度不合理。頻繁出現(xiàn)堆積征兆，抵抗外界條件波動(dòng)能力下降。

③ 氣流分布不合理。探尺頻繁滑尺，偏尺，平均頂溫升高，渣皮不穩(wěn)，局部水溫差高。

3.關(guān)鍵技術(shù)改進(jìn)

通過(guò)項(xiàng)目攻關(guān)和現(xiàn)場(chǎng)分析，參考科技文獻(xiàn)及對(duì)標(biāo)外地先進(jìn)指標(biāo)高爐，根據(jù)指標(biāo)提升的制約因素，跟蹤在指標(biāo)提升攻關(guān)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，結(jié)合爐況運(yùn)行生產(chǎn)狀態(tài)及專(zhuān)業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，逐步建立、確認(rèn)、完善了技術(shù)改進(jìn)方案。

3.1 總體思路

通過(guò)對(duì)影響高爐燃料比的各個(gè)因素及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際分析，逐步形成項(xiàng)目方案總體思路：一是抑制風(fēng)溫的下行趨勢(shì)，提高風(fēng)溫水平。二是改造槽下振篩和稱(chēng)量系統(tǒng)，促進(jìn)爐況穩(wěn)定和指標(biāo)提升。三是優(yōu)化工藝操作參數(shù)群，在提高爐況穩(wěn)定性基礎(chǔ)上提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3.2 方案確定

經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)分析和技術(shù)攻關(guān)，綜合考慮高爐生產(chǎn)指標(biāo)的各影響因素，最終經(jīng)過(guò)多次論證，確定最終方案。一是對(duì)熱風(fēng)爐隔墻破損部位、堵孔格子磚進(jìn)行處理，增加燒爐煤氣量，適當(dāng)控制冶強(qiáng)。二是提高振篩篩分能力，對(duì)稱(chēng)量值進(jìn)行累計(jì)后和料單計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比監(jiān)控。三是提高風(fēng)口前理論燃燒溫度和鼓風(fēng)動(dòng)能，提高煤粉燃燒率，通過(guò)上部調(diào)劑提高煤氣利用水平。

3.3 改造實(shí)施

3.3.1 抑制風(fēng)溫下行趨勢(shì)，提高風(fēng)溫水平

根據(jù)最終方案，對(duì)隔墻破損部位進(jìn)行修補(bǔ)；增設(shè)煤氣加壓機(jī)，提高燒爐煙氣量；適當(dāng)控制冶強(qiáng)；控制熱風(fēng)爐蓄熱不足造成的入不敷出局面。根據(jù)熱風(fēng)爐送風(fēng)風(fēng)溫和煙道溫度情況，將入爐風(fēng)量由2200m3/min逐步控制到1900m3/min，減少冷風(fēng)從熱風(fēng)爐爐內(nèi)帶走的蓄熱量，實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)爐燃燒產(chǎn)生的熱量和供給高爐熱量的平衡，防止風(fēng)溫進(jìn)一步下降造成的燃耗和爐況影響。

3.3.2 改造槽下振篩和稱(chēng)量系統(tǒng)，促進(jìn)爐況穩(wěn)定和指標(biāo)提升

（1）提高振篩振幅，增加篩分能力。隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，槽下振篩的振幅會(huì)出現(xiàn)一定程度下降，出現(xiàn)篩網(wǎng)變形卡堵，造成篩分能力降低，入爐粉末增加。經(jīng)與振篩廠(chǎng)家研討，在振篩激振器部位增加厚12mm配重塊，有效的減少了篩網(wǎng)卡堵現(xiàn)象，提升了振篩篩分能力。

（2）增加下料口擋板，提高料層可篩分面積。為延長(zhǎng)振篩篩分時(shí)間，初期采取控制下料口閘門(mén)開(kāi)度的措施，但受大塊料影響，閘門(mén)頻繁出現(xiàn)卡料，造成頻繁虧料。為減少卡料，提高振篩篩分面積，延長(zhǎng)篩分時(shí)間，提高篩分效果，在下料口部位增加擋板，保持一定的下料口閘門(mén)開(kāi)度，有效減緩了礦料在振篩上的滾動(dòng)速度，振篩上料層分布趨于均勻，有效保證了篩分效率。

（3）小焦篩增加擋料門(mén)簾，減少焦末入爐。小焦粒度小，水分大，附著焦粉多。受現(xiàn)場(chǎng)空間影響，小焦篩篩網(wǎng)面積為1400mm×1700mm，過(guò)篩面積少，同時(shí)篩網(wǎng)傾斜角度無(wú)法調(diào)整，下料口加擋板后，擋板受焦炭腐蝕，使用時(shí)間短。經(jīng)多次試驗(yàn)，考慮焦炭的物理特性，在下料口部位采用廢棄皮帶剪裁成1400mm×500mm，每150mm剪開(kāi)高200mm的縫，形成門(mén)簾狀（見(jiàn)圖2），用螺栓固定在上部鋼板，封住下料口，當(dāng)振動(dòng)篩啟動(dòng)時(shí)，小焦從門(mén)簾處擠出，達(dá)到減緩小焦?jié)L動(dòng)、控制料層厚度的目的。

（4）通過(guò)料流判斷焦炭水分，減少水分影響。受焦炭水熄的工藝技術(shù)條件決定，水熄焦水分波動(dòng)大，有2%-10%波動(dòng)，折算負(fù)荷影響焦比15kg/t以上，如果發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，會(huì)造成爐溫上升0.4%以上，甚至造成熱行懸料事故。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)控焦炭水分變化，做好預(yù)知預(yù)控是高爐熱制度穩(wěn)定的關(guān)鍵點(diǎn)。

在生產(chǎn)中，根據(jù)焦炭水分增大后堆比重增加、單位體積減少，布料時(shí)會(huì)造成布料圈數(shù)減少，需要減小料流開(kāi)度。因此，料流開(kāi)度在正常生產(chǎn)狀態(tài)焦比相對(duì)固定的情況下與焦炭水分存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以通過(guò)穩(wěn)定料流開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)減弱焦炭水分波動(dòng)對(duì)高爐熱制度的影響。以當(dāng)前5.6t的焦比來(lái)看，布料11圈，料流正常在62%-65%范圍，如果超出，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)察焦炭水分情況對(duì)焦炭量進(jìn)行調(diào)整，保證實(shí)際入爐焦炭負(fù)荷穩(wěn)定。

（5）工藝秤稱(chēng)量值自動(dòng)累計(jì)，比對(duì)料單值進(jìn)行稱(chēng)量糾錯(cuò)。槽下稱(chēng)斗在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定偏差，雖有定期校驗(yàn)機(jī)制管理，但稱(chēng)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性關(guān)系重大，容易引發(fā)爐況失常、爐涼甚至爐缸凍結(jié)等惡性事故。為此，技術(shù)組多次討論后，將各工藝秤稱(chēng)量值制作歷史趨勢(shì)，并利用程序自動(dòng)生成日累計(jì)和月累計(jì)數(shù)值，隨時(shí)可與料單值進(jìn)行比對(duì)，排查稱(chēng)量問(wèn)題，保證稱(chēng)量的準(zhǔn)確性。見(jiàn)表1。

表1 工藝稱(chēng)稱(chēng)量值與料單值比對(duì)表

3.3.3 優(yōu)化工藝操作參數(shù)群，在爐況穩(wěn)定基礎(chǔ)上提升技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

（1）提高鼓風(fēng)動(dòng)能，提高爐缸活躍程度。隨著風(fēng)溫的下降，被迫進(jìn)行冶強(qiáng)控制，減少對(duì)熱風(fēng)爐蓄熱的影響。受風(fēng)量和風(fēng)溫的影響，鼓風(fēng)動(dòng)能偏低，造成了高爐爐缸頻繁出現(xiàn)堆積征兆，影響了高爐正常操作和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提升。

通過(guò)更換小風(fēng)口、堵風(fēng)口及風(fēng)口加襯套的方式縮小風(fēng)口面積，風(fēng)口面積由0.192m2調(diào)整至0.155m2，鼓風(fēng)動(dòng)能由6000kg.m/s -6400kg.m/s提升至7500kg.m/s -8000kg.m/s，爐缸工作狀態(tài)趨于活躍，高爐穩(wěn)定性增強(qiáng)，為焦比降低創(chuàng)造了有利條件。

（2）提高煤粉燃燒率。風(fēng)溫的下降，造成了風(fēng)口前理論燃燒溫度的降低。高煤比狀態(tài)下，爐況表現(xiàn)出渣鐵熱量不足，局部邊緣氣流發(fā)展，透氣性差，在低煤比狀態(tài)下，爐況運(yùn)行轉(zhuǎn)好。

經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，結(jié)合爐況及風(fēng)口表現(xiàn)，確定為低風(fēng)溫下風(fēng)口前燃燒溫度得不到保證，煤粉燃燒受到影響，未燃煤粉量增大，在料柱中滯留，造成的氣流分布紊亂。為保證風(fēng)口前理論燃燒溫度，采取提高富氧率，保證風(fēng)口前理論燃燒溫度不低于2150℃的控制措施，同時(shí)要求煤槍廣噴、勻噴，提高了煤粉燃燒率，實(shí)現(xiàn)了低風(fēng)溫高煤比條件下降低燃料比。

（3）優(yōu)化布料制度，關(guān)注渣皮厚度，實(shí)現(xiàn)兩股煤氣流合理分布。隨著鼓風(fēng)動(dòng)能的提升，渣皮滑落減少，卻出現(xiàn)了渣皮砸歪風(fēng)口的情況。經(jīng)分析認(rèn)為，鼓風(fēng)動(dòng)能的提升使得邊緣氣流分布比例減少，爐腹冷卻壁溫度逐步降低，爐腹渣皮厚度增加，受熱制度或造渣制度波動(dòng)影響下脫落，由于邊緣煤氣量不足，不能很好的熔化，大塊渣皮沿爐缸壁下滑，將深入爐內(nèi)的風(fēng)口中小套砸歪，出現(xiàn)跑風(fēng)的情況。

對(duì)此采取了疏松邊緣的布料矩陣調(diào)整，布料最大角度由42.5°調(diào)整為39°。針對(duì)老區(qū)原料波動(dòng)大特點(diǎn)角差減少2°，引導(dǎo)兩股煤氣流合理分布。在料序上將粉末多、難還原的塊礦調(diào)整至平臺(tái)中部。塊礦原為第一車(chē)，布料位置在最外檔第3圈，調(diào)整為第2車(chē)，布料位置在第2檔第4圈。通過(guò)調(diào)整，提高了高爐接受風(fēng)量的能力，頂溫高的情況得到控制，由平均200℃下降至170℃左右，煤氣利用率提高約2%，實(shí)現(xiàn)了“上涼下熱”的降本操作模型。

（4）造渣制度采用偏上限堿度，保證爐渣熱焓和脫硫效果。在低風(fēng)溫狀態(tài)下，入爐燃料比受熱風(fēng)帶入爐內(nèi)熱量少影響，需燃料燃燒補(bǔ)充熱量。因此，燃料比要高于高風(fēng)溫高爐，而燃料焦炭中S在1.1%-1.2%，煤粉中S在0.5%-0.6%，同等配料情況下硫負(fù)荷高。在低風(fēng)溫情況下，渣鐵熱量受熱風(fēng)顯熱少影響要低于高風(fēng)溫高爐30℃以上。在造渣制度上對(duì)低風(fēng)溫下的操作提出以渣鐵物理熱為中心的熱制度調(diào)整原則，克服硫負(fù)荷和渣鐵物理熱偏低的影響，生產(chǎn)中采取了偏上限的堿度控制措施，提高一類(lèi)品率，保證爐渣熱焓，促進(jìn)軟熔帶下移，增加間接還原率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了燃料比的降低。

4.實(shí)施效果

改進(jìn)后，山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠(chǎng)2#高爐爐況保持了長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。2011年11月-2012年10月，12個(gè)月平均風(fēng)溫991.2℃，低于項(xiàng)目實(shí)施前（1056.4℃）65℃，實(shí)現(xiàn)平均煤比181.8kg/tFe，平均燃料比562.9 Kg/tFe，入爐焦比降低14.6kg/t，燃料比降低9.4kg/t，取得可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在同等風(fēng)溫條件下的高爐中達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。見(jiàn)表2。

表2 項(xiàng)目實(shí)施后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)表

5.結(jié)論

系列技術(shù)改進(jìn)后，基本解決了低風(fēng)溫條件下高爐生產(chǎn)中出現(xiàn)的頻繁爐缸堆積、渣皮滑落、局部氣流異常發(fā)展、頂溫高等現(xiàn)象，提高了爐況穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)溫下降、煤比指標(biāo)不退步，焦比、燃料比降低的目標(biāo)，保證了生產(chǎn)穩(wěn)定高效運(yùn)行，對(duì)企業(yè)節(jié)能降耗的實(shí)施與開(kāi)展起到了積極的推進(jìn)作用，也為同行業(yè)高爐低風(fēng)溫條件下保證爐況順行和指標(biāo)改善提供了一個(gè)良好的借鑒案例。

（1）通過(guò)對(duì)槽下振篩改造，提高振幅，增加可控活動(dòng)擋板和擋料門(mén)簾，提高入爐篩分效果，減少＜5mm的粉末入爐，保證爐內(nèi)氣流分布合理、穩(wěn)定。

（2）根據(jù)焦炭布料料流開(kāi)度監(jiān)控焦炭水分波動(dòng)情況，及時(shí)調(diào)整減少爐內(nèi)熱負(fù)荷波動(dòng)，保證高指標(biāo)運(yùn)行下的熱制度穩(wěn)定，提高了爐況穩(wěn)定性。

（3）提高鼓風(fēng)動(dòng)能，保證必要的風(fēng)口前燃燒溫度，提高風(fēng)口前煤粉燃燒率，保證爐缸活躍狀態(tài)，貫穿爐況順行是指標(biāo)提升的基礎(chǔ)理念。

（4）低風(fēng)溫高爐入爐燃料比高，硫負(fù)荷高，采用偏上限的造渣制度和以渣鐵物理熱為中心的熱制度調(diào)整原則，克服了低風(fēng)溫帶來(lái)的渣鐵低熱量對(duì)爐況和指標(biāo)的影響。