陳智平 葛繼科
（陜西龍門鋼鐵公司煉鐵廠5號(hào)高爐）
摘要 為適應(yīng)新常態(tài)、應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)，龍鋼公司煉鐵廠5號(hào)高爐從2016年9月份進(jìn)行大礦批使用，取到了良好的冶煉效果
關(guān)鍵詞 高爐 裝料制度 大礦批
1 前言
高爐操作的關(guān)鍵是在強(qiáng)化冶煉過(guò)程中，如何保持爐況長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。適宜的裝料制度是高爐爐況穩(wěn)定順行的重要因素。裝料制度與送風(fēng)制度的有機(jī)結(jié)合是高爐獲得“優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、高效”的關(guān)鍵因素。大礦批已在許多骨干鋼鐵業(yè)中成功使用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。5號(hào)高爐在2016年9月進(jìn)行大礦批試驗(yàn)，取得了成功。
2 高爐狀況及原燃料條件
2.1 高爐狀況
5號(hào)高爐高爐于2014年12月31日點(diǎn)火投產(chǎn)，有效容積為1800m³，采用串罐式螺旋布料器以及水冷爐喉鋼磚，下料罐有效容積35 m³，布料器采用西冶PW型。
2.2 原燃料條件
焦炭使用全一級(jí)焦，成分、強(qiáng)度指標(biāo)見表1。
礦石使用80%高堿度燒結(jié)礦+15%球團(tuán)礦+5%生礦，成份見表2、表3
3 裝料制度理論基礎(chǔ)
批重的大小對(duì)高爐煤氣流的穩(wěn)定性和煤氣利用的好壞起著決定住作用，擴(kuò)大礦石批重能促進(jìn)礦石的均勻分布，合理布料，優(yōu)化煤氣流分布，可以穩(wěn)定上部煤氣流，可提高煤氣中CO2含量，提高煤氣利用率，同時(shí)使熱風(fēng)所帶有的熱量能夠充分傳遞給爐料。增加高爐內(nèi)鐵礦石的間接還原度。煤氣中的CO2含量提高I%，煉鐵燃料比下降20kg/t。鐵礦石間接還原是個(gè)放熱反應(yīng)，而直接還原是個(gè)吸熱反應(yīng) 所以，我們要采取大礦批操作，努力提高礦石的的間接還原反應(yīng)，同時(shí)采用合理的道風(fēng)制度，在風(fēng)口前形成較長(zhǎng)的循環(huán)區(qū)，使煤氣的初始分布向中心延伸，減少中心死料柱，改善爐缸中心的透氣性和透液性，解決煤氣流和爐料逆向運(yùn)動(dòng)之間的矛盾，煤氣流分布均勻合理。促進(jìn)高爐生產(chǎn)順利，形成“上穩(wěn)、下活”的格局，降低燃料比。
4 批重的選擇
合理的爐料分布結(jié)合適宜的風(fēng)速可以得到合理的煤氣分布，這是高爐穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。爐料分布合理的標(biāo)志是： 焦炭層和礦石層的厚度適當(dāng)；環(huán)向分布均勻；徑向分布：爐子中心礦焦比最低，由中心到邊沿礦焦比逐漸升高，到靠近邊沿處礦焦比艾略有下降。
4.1焦批重的選擇
焦層的厚度由批重決定，大高爐的爐喉焦炭層厚在0.60～0.75m，不宜小于0.5m.，5號(hào)高爐的爐喉直徑為8米，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)焦炭批重(t)約等于0.03dl3，(dl 為爐喉直徑，m)，可知5爐的焦炭批重應(yīng)該接近14.2噸， 而正常生產(chǎn)時(shí)焦炭水分穩(wěn)定在4%～6%，因此確定干焦炭批重為13.5t，爐喉焦炭層厚度為0.634m 。
4.2礦批重的選擇
礦批重決定爐內(nèi)料層的厚度對(duì)爐料在爐喉分布影響很大，批重小時(shí)布料不均勻，小到一定程度，將使邊緣和中心無(wú)礦石。批重增大，則礦石分布均勻，相對(duì)加重中心而疏松邊緣，而且軟熔帶氣窗增大。料柱界面效應(yīng)減小，有利改善透氣性。在生產(chǎn)中隨著枇重的逐淅擴(kuò)大，中心會(huì)出現(xiàn)加重而邊緣相對(duì)疏松，致使風(fēng)量減少. 因此礦批重有一個(gè)臨界值，當(dāng)批重大干臨界值時(shí)，隨礦石批重增加而加重中心，過(guò)大則爐料分布趨向均勻： 當(dāng)批重小于臨界值時(shí)，礦石布不到中心, 隨批重增加而加重邊緣或沒有明顯影響，它與爐容、原燃料、設(shè)備、操作水平、嘖吹大小、冶煉強(qiáng)度等有著一定的關(guān)系。
龍鋼5號(hào)高爐的爐料粉末比較多，料柱透氣性較差，為防止微變區(qū)批重可能使邊緣和中心都發(fā)生堵塞，選用緩交區(qū)批重，外圍的少許波動(dòng)不至于引起氣流較大的變化，適當(dāng)批重還可以調(diào)節(jié)煤氣流分布，根據(jù)國(guó)內(nèi)外同類型高爐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定目標(biāo)為焦比(410kg/t，根據(jù)礦焦比計(jì)算礦石仳重。
擴(kuò)批重：13.5÷410×1000÷57.5﹪≈57t
（礦石綜合入滬品味57.5%)
4.3 α角的選擇
α角是指溜槽與高爐中心線的夾角. 最大礦角（α最大礦） 決定了礦石在正常料線情況下的料面落點(diǎn)與爐墻的距離，對(duì)邊緣氣流的發(fā)展程度起著決定性作用，5號(hào)高爐根據(jù)原燃料條件，利用休風(fēng)機(jī)會(huì)對(duì)爐頂布料器的溜槽角度進(jìn)行了測(cè)定(表5) ，并確定α最大礦48.5º，保持礦石落點(diǎn)與爐墻0.5m 左右的距離。
5 方案實(shí)施
9月24日開始加礦批，根據(jù)爐況的適應(yīng)性逐步由49噸加至56～57噸，并且取得了長(zhǎng)期的穩(wěn)定順行，獲得圓滿成功。
5.1 穩(wěn)定焦炭批重，創(chuàng)造穩(wěn)定的焦炭平臺(tái)穩(wěn)定中心氣流
如何采取措施保證中心通暢和邊緣氣流的穩(wěn)定是實(shí)行大礦批冶煉的前提。高爐中心通暢的條件，一是中心負(fù)荷要輕，中心焦炭量應(yīng)占全部焦炭的30%以上：二是礦石落點(diǎn)與爐喉中心的距離占爐喉爐喉半徑的比例要大，以保證中心負(fù)荷輕。
無(wú)料鐘高爐通過(guò)旋轉(zhuǎn)溜槽進(jìn)行多環(huán)布料，易形成一個(gè)焦炭平臺(tái)。即料面由平臺(tái)和漏斗組成，通過(guò)平臺(tái)形式調(diào)整中心焦炭和礦石量。平臺(tái)小，漏斗深，料面不穩(wěn)定；平臺(tái)大，漏斗淺，中心氣流受抑制。由于料流小而面寬，布料時(shí)間長(zhǎng)。礦石對(duì)焦炭的推移作用小，焦炭料面被改動(dòng)的程度輕，平臺(tái)范圍內(nèi)的O /C比穩(wěn)定，層狀比較清晰，有利于穩(wěn)定邊緣氣流. 所以尋找合適厚度的焦窗平臺(tái)對(duì)穩(wěn)定煤氣流起著決定性作用。而且焦炭平臺(tái)對(duì)控制爐內(nèi)的O / C比、粒度分布有重要作用，所以在日常操作中不宜多作變動(dòng)。適宜的平臺(tái)寬度由實(shí)踐決定，一旦形成，就保持相對(duì)對(duì)穩(wěn)定，不作為調(diào)整對(duì)象。
根據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，大中型高爐焦窗的層厚要大于0.5m. 先前5號(hào)爐的焦炭批重為12～12.5噸，焦窗層厚度小于0.5米，礦石落入爐內(nèi)時(shí)，對(duì)其下的焦炭層產(chǎn)生推擠作用，使焦炭產(chǎn)生徑向遷移。礦石落點(diǎn)附近的焦炭層厚度減薄，礦石層自身厚度則增厚，在爐喉圓周上出現(xiàn)無(wú)焦區(qū)域，氣流不穩(wěn)定，導(dǎo)致風(fēng)壓不穩(wěn)定：爐堠中心區(qū)焦炭層在礦石對(duì)焦炭的推移過(guò)程中卻增厚，礦石層厚度隨之減薄，由于爐喉直徑大，推向中心的焦炭阻擋礦石布向中心的現(xiàn)象更為嚴(yán)重，以致中心出現(xiàn)無(wú)礦區(qū).
根據(jù)上述特征，5號(hào)高爐在實(shí)踐生產(chǎn)中將焦炭批重由12.5噸提高到現(xiàn)在的13t，焦窗的厚度提高到0.62m，大大提高了焦窗的厚度，減輕礦石對(duì)焦炭推移作用，有效地提高料柱的透氣性. 由于焦炭平臺(tái)是根本性的, 在生氣過(guò)程中調(diào)整焦炭負(fù)荷時(shí)，采取穩(wěn)定焦批，調(diào)整礦批重, 以使焦炭層相對(duì)穩(wěn)定，保持焦窗的穩(wěn)定性和透氣作用，這樣即使在原燃料條件相對(duì)較差的情況下對(duì)穩(wěn)定煤氣流仍起到良好效果.
5.2 通過(guò)中心適宜的加焦量提高料枝中心的透氣性，活躍爐缸
中心加焦是保證中心通暢的有效手段，中心加焦就是借助從爐頂向高爐中心添加少量焦炭量來(lái)減小高爐中心狹小范圍內(nèi)的礦焦比，使中心透氣性改善，引導(dǎo)更多氣流通過(guò)。由于中心透氣性好，溫度高，有助于形成倒V 形軟熔帶，以確保順行，可以使高爐長(zhǎng)壽、低耗、高產(chǎn)。生產(chǎn)中通過(guò)增加中心焦炭布料環(huán)數(shù)、降低中心布料檔位來(lái)控制中心焦炭量達(dá)到焦批的20%左右，中心O/C 大大減小，高爐透氣性改善(見圖1)。
5.3保持較高的風(fēng)速和較高的鼓風(fēng)動(dòng)能
創(chuàng)造近似“喇叭花”形煤氣曲線，合理的送風(fēng)制度是基礎(chǔ)。在風(fēng)口前形成較長(zhǎng)的循環(huán)區(qū)，使煤氣的初始分布向中心延伸，減少中心死料柱，改善爐缸中心的透氣性和透液性，對(duì)形成“上穩(wěn)下活”的恪局是非常重要的 送風(fēng)制度主要是保持適宜的風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能以及理論燃燒溫度，使初始煤氣流分布合理，爐缸工作均勻活躍，熱量充沛、穩(wěn)定。
5.4加大礦批
龍鋼一直因原燃料質(zhì)量和操作認(rèn)識(shí)水平，礦批一直維持在43～45.5噸，難以突破，2016年為實(shí)施低成本戰(zhàn)略，煉鐵廠尋求新的突破，從9月份開始逐步加大礦批。加大礦批過(guò)程見圖2。
5.5優(yōu)化裝料制度，提高料柱透氣性
粉末多的爐料會(huì)有填充作用，使?fàn)t料之間的空隙度縮小，所以對(duì)爐料進(jìn)行篩分后分級(jí)入爐，對(duì)降低壓差，節(jié)焦有好處：因此將小塊焦（焦?。┗烊氲V石之中，有效地提高礦石的透氣性的同時(shí)提高礦石的間接還原度，將煤氣引向中心，使?fàn)t內(nèi)形成利于順行的倒V 型軟熔帶，改善了礦石中心部位的透氣牲和流暢性，從而保證煤氣流的穩(wěn)定性。
5.6實(shí)踐“礦角大于焦角”的布料
增大礦角，創(chuàng)造中心暢通、邊緣穩(wěn)定的煤氣流。邊緣穩(wěn)定的一個(gè)重要標(biāo)志是冷卻璧溫度穩(wěn)定，特別是下部銅冷卻壁段，溫度波動(dòng)小，渣皮穩(wěn)定。
5.7 造渣制度和熱制度的調(diào)整
造渣制度和熱制度不合適時(shí)，會(huì)影響煤氣流分布和爐缸工作狀態(tài)，從而引起爐況不順。大礦批冶煉后，高爐的煤氣利用必然會(huì)發(fā)生變化。也會(huì)影響高爐的熱狀態(tài)，從而會(huì)導(dǎo)致造渣制度的變化。因此5號(hào)高爐總結(jié)以往操作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，摸索出大礦批冶煉的熱制度和造渣制度。規(guī)定渣堿度R：1.14-1.18，[si]0.35-0.5%，物理溫度：1500～1530℃
6 大礦批冶煉的實(shí)際效果
在采取以上保障措施后，龍鋼5號(hào)爐的批重由以前的43～45.5t 逐步擴(kuò)大到現(xiàn)在的56～57t，高爐穩(wěn)定順行，煤氣利用大大提高，提高了綜合冶煉強(qiáng)度，燃科比、焦比逐漸降低，高爐穩(wěn)定順行狀況明顯改善，風(fēng)壓、壓差合適，透氣性改善，料尺下料均勻，無(wú)崩料、塌料現(xiàn)象，零懸料的歷史最好水平，[Si]穩(wěn)定在0.4%左右，物理溫度> 1500C ，生鐵質(zhì)量大大改善，生鐵含[S]下降，一級(jí)品率月平均在95%以上。
由于穩(wěn)定的焦窗和大礦批的相組合。高爐氣流穩(wěn)定，煤氣利用提高(見圖4) ，爐況順行，各項(xiàng)指標(biāo)迅速提高(見圖5) .
結(jié)語(yǔ)
龍鋼5號(hào)高爐將批重由以前的43～45.5t擴(kuò)大到現(xiàn)在的56～57t，實(shí)行大礦批強(qiáng)化冶煉，通過(guò)實(shí)行中心加焦技術(shù)，穩(wěn)定焦窗平臺(tái)，實(shí)行”大α角、大礦角”布料，提高了煤氣利用，實(shí)現(xiàn)了邊緣穩(wěn)定、中心暢通的氣流，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(見圖6) 。
① 堅(jiān)持焦炭枇重13.5t 不變，穩(wěn)定焦炭平臺(tái)，穩(wěn)定了氣流：同時(shí)較厚的焦炭層減少了礦石對(duì)焦炭的推移作用：提高了焦碳在塊狀帶、軟融帶焦碳層的厚度，使煤氣流順利通過(guò)，降低壓差，有利于高爐操作穩(wěn)定。
②中心加焦技術(shù)的應(yīng)用保障了中心氣流的暢通，減弱了大礦批對(duì)中心氣流的抑制作用，為大礦批的冶煉創(chuàng)造了前提條件.
③焦丁和礦石混裝入爐，改善了中心部位礦石的透氣性和暢通性，穩(wěn)定氣流。