張利波

(河北鋼鐵集團宣鋼公司煉鐵廠)

宣鋼4號高爐爐役后期合理爐型控制實踐

張利波

(河北鋼鐵集團宣鋼公司煉鐵廠)

針對爐役后期高爐特點，4#高爐始終把合理爐型控制放在科技攻關(guān)的首要位置，逐步形成了適應原燃料條件變化及爐役發(fā)展的高爐操作控制體系。結(jié)合宣鋼4#高爐生產(chǎn)攻關(guān)操作實踐，解析和探討爐役后期高爐合理爐型穩(wěn)定控制技術(shù)基本規(guī)律，進一步優(yōu)化和改進爐役后期合理操作爐型管控技術(shù)。

爐役后期 爐型 控制

0 前言

宣鋼4#高爐(1 800 m3)于2005年10月24日建成并投產(chǎn)，設計爐齡15年，至2015年10月已經(jīng)實現(xiàn)爐齡10年，單位爐容產(chǎn)量8 723.85 t/m3，高爐已進入爐役后期。4#高爐通過制定針對爐役后期生產(chǎn)特點的裝料制度、送風制度、熱制度和造渣制度等，實現(xiàn)了高爐長期穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟指標不斷提高，綜合焦比降至490 kg/t 以下，達到了優(yōu)質(zhì)、長壽、低耗和高效的目的。通過對處于爐役后期的宣鋼4號高爐生產(chǎn)技術(shù)特點總結(jié)，為其它同類型高爐實際操作提供參考。

1 總體思路

高爐爐役后期遭受不均勻侵蝕后，做好上、下兩股氣流的合理分布，控制高爐縱向上和圓周上的溫度場分布均勻穩(wěn)定，從而保證各層均勻平滑過渡，盡量維持各層的完整性，以下部調(diào)劑為基礎，上部調(diào)劑為核心，上下部調(diào)劑相結(jié)合，維護合理的操作爐型，實現(xiàn)高爐長壽高效生產(chǎn)。

2 技術(shù)措施

通過適當延長回旋區(qū)深度，提高理論燃燒溫度，實現(xiàn)初始煤氣流和溫度場合理分布，使爐缸工作均勻活躍；以“平臺+漏斗”為基礎，通過不斷調(diào)整，選擇適合爐役后期的平臺寬度和中心漏斗深度，保證高爐煤氣流分布均衡，形態(tài)合理；控制[Si+Ti]合理區(qū)間，適當降低爐渣堿度，改善渣鐵流動性等措施，使高爐生產(chǎn)更加符合爐役后期特征，實現(xiàn)高爐長期穩(wěn)定順行與指標改善。

2.1 高爐下部初始氣流控制技術(shù)

依據(jù)經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)回歸，通過適當延長回旋區(qū)深度，提高理論燃燒溫度，實現(xiàn)爐役后期高爐初始煤氣流和溫度場合理分布。

2.1.1 適當延長風口回旋區(qū)深度

高爐風口回旋區(qū)是整個高爐生產(chǎn)的熱量和能量之源，是高爐穩(wěn)定操作不可缺少的重要反應區(qū)，堪稱高爐的“心臟”[1]。爐缸風口回旋區(qū)為高爐氣流的第一次分布，即初始氣流分布，通過軟熔帶和焦窗為高爐氣流的第二次分布，在塊狀帶再進行第三次分布。風口回旋區(qū)是氣流分布的起點，對其后的第二、三次分布起主導作用[2]?；匦齾^(qū)深度適宜，則爐缸縱向和徑向的氣流和溫度分布也就均勻合理，過大或過小將造成中心或邊緣氣流發(fā)展。到目前為止，回旋區(qū)深度還沒有很好的準確測量方法, 但由于回旋區(qū)的形狀與鼓風動能有關(guān)，所以在實際應用中, 通常用鼓風動能作為定量控制參數(shù), 替代回旋區(qū)深度，回旋區(qū)長度L回經(jīng)驗計算公式：

L回=0.88+0.0092E-0.0176M/n

(1)

式(1)中，E—鼓風動能，KJ/s；

M—煤比，Kg/t；

n—風口數(shù)目,個。

根據(jù)以上經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)回歸, 可以得出不同大小高爐達到一定冶煉強度、保持良好透氣性所需要達到的合理鼓風動能和最佳回旋區(qū)深度如圖1所示。

圖1 不同大小高爐合理鼓風動能和最佳回旋區(qū)深度

由以上計算及統(tǒng)計得出4#高爐適宜的回旋區(qū)深度在1.4 m～1.6 m，但對于處于爐役后期的4號高，高爐實際爐容擴大，此值已顯得不相適應。通過反復論證及實踐摸索，逐步縮小風口面積，適當提高4#高爐鼓風動能與回旋區(qū)深度，最終回旋區(qū)深度穩(wěn)定在1.7 m～1.9 m，保證了爐役后期爐缸工作活躍，為高爐改善指標創(chuàng)造了條件。4#高爐調(diào)整前后送風參數(shù)見表1。

表1 宣鋼4號高爐送風參數(shù)對比

2.1.2 適當提高理論燃燒溫度

高爐風口區(qū)理論燃燒溫度主要用于判斷高爐爐缸熱狀態(tài)，指導高爐生產(chǎn)操作，保持高爐順行。國內(nèi)外高爐生產(chǎn)中普遍采用的理論燃燒公式是表達理論燃燒溫度與風溫、富氧率、煤比和鼓風濕度之間關(guān)系的經(jīng)驗公式。宣鋼現(xiàn)用的經(jīng)驗公式如下：

t理=1563+0.794T風+40.3O2-2.5M

(2)

式(2)中，T風表示鼓風溫度，℃；

O2表示富氧率，%；

M表示煤比，kg/t。

適宜的理論燃燒溫度應能滿足高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量，即保證液態(tài)渣鐵充分加熱，爐缸熱交換和還原反應正常進行，噴吹燃料在回旋區(qū)迅速燃燒。理論燃燒溫度與爐容關(guān)系如圖2所示。

圖2 風口前理論燃燒溫度與爐容關(guān)系

適宜的理論燃燒溫度隨高爐冶煉條件變化而變化，針對4#高爐爐役后期的特點：爐體不均勻侵蝕，冷卻強度提高，冷卻壁水管漏水等。使得爐內(nèi)散熱損失增加，時常出現(xiàn)爐溫與鐵溫不對應，即爐溫偏高而鐵溫偏低的現(xiàn)象，通過將風口理論燃燒溫度控制范圍由過去的2 200 ℃±30 ℃逐步提高至目前的2 250 ℃±30 ℃，保證了爐缸熱狀態(tài)的合理，基本解決了4#高爐的爐溫鐵溫不對應問題，給高爐進一步優(yōu)化指標提供了條件。

2.2 高爐上部氣流穩(wěn)定控制技術(shù)

上部煤氣流分布控制，主要是通過高爐上部裝料制度進行調(diào)節(jié)，以獲得合理的煤氣流分布。合理煤氣流分布是爐況穩(wěn)定順行的基礎，高爐通過上下部調(diào)節(jié)達到爐內(nèi)煤氣流的合理分布，以保證高爐的穩(wěn)定順行和能量的最佳利用。

在爐頂布料上采用確保邊緣焦層有一定寬度(平臺)和中心漏斗的深度以及合適的邊緣礦焦比的布料制度，使邊緣、中心、中間帶的氣流比率相對穩(wěn)定，焦炭在邊緣形成一定寬度的平臺，避免料面邊緣產(chǎn)生混合層、軟熔帶根部位置過低，確保中心氣流穩(wěn)定。通過選擇適宜的平臺寬度和中心漏斗深度，使上部煤氣流分布均衡，形態(tài)合理。

開爐初期爐墻磚襯保持得比較完整，實際爐容相對較小，隨著時間的逐步推移，實際爐容將逐步增大，因此，在一代爐役過程中，布料平臺應該逐步向爐墻方向推移。

多環(huán)布料形成的平臺要求有適宜的寬度,平臺過窄,氣流不穩(wěn)定, 煤氣利用差, 平臺過寬, 較難生成混合層，中心容易堵塞。4#高爐2012年4月去除中心焦，使用平臺加漏斗的布料模式后，隨原燃料條件劣化，中心氣流逐步受到抑制，邊緣氣流相對發(fā)展，于是上部調(diào)節(jié)的主要方向是適當?shù)陌l(fā)展中心氣流，穩(wěn)定邊緣氣流。逐步加重邊緣，疏松中心，縮小中心焦角度，增加中心焦圈數(shù)，最終形成了“礦包焦”的料制，即最外環(huán)角度只有礦沒有焦。布料制度調(diào)整如下：

后續(xù)實踐證明，煤氣流分布合理，爐況穩(wěn)定順行。通過休風觀察，靠近爐墻處平臺寬度在0.8 m左右，中心漏斗深度在1.2 m左右，形成了較為適宜的“平臺+漏斗”料面。

自2012年中修開爐后，4#高爐爐體熱負荷穩(wěn)定在4500×10 MJ/h～7500×10 MJ/h，爐身下部、爐腰和爐腹冷卻壁燒壞頻率大大減少，其2008年至2015年爐體熱負荷變化趨勢如圖3所示。

圖3 4#高熱負荷變化趨勢

2.3 爐役后期熱制度與造渣制度控制技術(shù)

高爐生產(chǎn)過程中，保鐵溫一直日常生產(chǎn)中一項鋼性要求，4#高爐鐵水溫度控制范圍為≥1 490 ℃。以前在熱制度及造渣制度控制上，[Si]控制0.25%～0.40%，R計控制1.18±0.02，實際操作中一直偏向于控制下限爐溫，偏上限爐渣堿度去保鐵溫。短時間內(nèi)確實取得了較好的效果，但隨著時間推移，越來越發(fā)現(xiàn)這一操作的局限性，高爐抗波動能力差，指標提升空間窄。

后經(jīng)過不斷調(diào)整、摸索，適當提高[Si]控制范圍0.3%～0.40%，降低R計控制范圍至1.16±0.02，三班工長在操作中，控制正常爐溫水平，主要是嚴格控制[Si+Ti]在0.35%～0.50%之間，保證鐵水物理溫度穩(wěn)定在1 490 ℃以上，實踐證明并未出現(xiàn)爐內(nèi)壓量關(guān)系緊張，下料減少及指標走差的現(xiàn)象，高爐穩(wěn)定性反而增強，抗波動能力提高。高爐鐵水[Si]及爐渣R2變化如圖4。

圖4 宣鋼4#高爐鐵水[Si]及爐渣R2變化趨勢

3 效果

通過對宣鋼4#高爐爐役后期基本操作制度全面系統(tǒng)優(yōu)化，形成了適應爐役后期的操作控制技術(shù)體系，高爐實現(xiàn)了長期穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟指標不斷優(yōu)化，2015年入爐焦比平均356 kg/t·Fe，燃料比513 kg/t·Fe，較2014年分別降低16 kg/t·Fe和9 kg/t·Fe，取得了良好的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

日常生產(chǎn)過程中，通過制定適應原燃料條件變化和爐役后期的上、下部制度，使得爐缸工作活躍、煤氣流分布合理，爐況長期穩(wěn)定順行，這是4#高爐投產(chǎn)10年多來一直保持良好操作爐型的基礎；同時合理的造渣制度和熱制度對于防止爐缸堆積和爐墻黏結(jié)有著重大意義。

[1] 周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M]．北京：冶金出版社，2002．313-315.

[2] 成蘭伯．高爐煉鐵工藝及計算[M]．北京：冶金出版社，1991．203-204.

PRACTICE ON PROPER FURNACE PROFILE CONTROL OF XUANSTEEL'S No.4BF AT POST CAMPAIGN

Zhang Libo

( Xuansteel Ironworks，Hebei Steel Group)

According to the characteristics of the blast furnace at post campaign, No.4 BF always take the proper furnace profile control as the first place of technology research, and gradually formed the blast furnace operation control system which adapted to the original fuel condition changes and the furnace development. In combination with the production practices of No.4 blast furnace, it discussed the basic principle of proper furnace profile at post campaign, also optimized and improved the control technology of furnace operation.

Post campaign Furnace profile Control

波，工程師，河北．宣化(075100)，河北鋼鐵集團宣鋼公司煉鐵廠；

2016-9-25