牛西園^１，２，張曉冬^２，李福民^１

（１．華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院河北唐山０６３００９；２．河北鋼鐵集團(tuán)承德鋼鐵公司，河北承德０６７００２）

關(guān)鍵詞：冶煉釩鈦礦高爐；裝料制度；送風(fēng)制度；低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉；煤氣利用

摘　要：裝料制度是當(dāng)前高爐煉鐵的關(guān)鍵技術(shù)難題之一，也是影響高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要因素。承鋼４^＃高爐改變?cè)械闹行募咏剐脱b料制度，率先在全國冶煉釩鈦礦高爐中采用“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度，實(shí)行大α角、大礦角、礦焦同角、大角差、大礦批技術(shù)，并探索相匹配的技術(shù)措施，有效提高了煤氣利用率，降低了燃料消耗。

０  引言

承鋼４^＃高爐的有效容積為２５００ｍ^３，是目前世界上冶煉釩鈦礦的最大高爐。自２００８年９月點(diǎn)火投產(chǎn)以來一直冶煉釩鈦礦。由于原燃料條件的限制，入爐品位不足５６．５％，渣比高達(dá)４４０ｋｇ／ｔ，且存在釩鈦燒結(jié)礦的轉(zhuǎn)鼓指數(shù)低、軟熔性能差、渣鐵粘等問題，高爐開爐以后主要以中心加焦型裝料制度為主，爐況未能保持長期穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國內(nèi)先進(jìn)高爐有較大差距^{［１，２］}，優(yōu)化高爐操作制度成為必然選擇。

１  中心加焦型與“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度的特點(diǎn)

中心加焦型裝料制度是在中心爐料內(nèi)布入１５％～３０％的焦炭，在爐墻附近區(qū)域的爐料布入較小比例的焦炭，用來發(fā)展中心氣流，抑制邊緣氣流。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原燃料的質(zhì)量要求略低，對(duì)原燃料變化適應(yīng)能力較強(qiáng)^［３］。但這種裝料制度會(huì)導(dǎo)致風(fēng)氧量不足，煤氣利用率低于４８％，需要控制較高的［Ｓｉ＋Ｔｉ］才能保證正常的脫硫要求，因而其燃料比較高，一般在５３０ｋｇ／ｔ以上^［４］。

“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度是使?fàn)t料在靠近爐墻區(qū)域內(nèi)形成一定寬度的平臺(tái)，在中心區(qū)域形成一定錐度的漏斗，通過調(diào)整漏斗錐度和平臺(tái)區(qū)域內(nèi)爐料的礦焦比，充分發(fā)展中心氣流，適度抑制邊緣氣流。結(jié)合送風(fēng)制度，這種裝料制度可獲得較高的煤氣利用率，但對(duì)原燃料質(zhì)量的要求較高，對(duì)人員的操作水平要求較為苛刻^［３］。

２  裝料制度對(duì)高爐冶煉的影響

４^＃高爐開爐后采用中心加焦型裝料制度，中心爐料中布入１５％～３０％的焦炭，用來確保強(qiáng)勁的中心氣流，同時(shí)采取較輕的邊緣負(fù)荷來發(fā)展邊緣氣流，形成“Ｗ”形的軟熔帶，由于當(dāng)時(shí)釩鈦燒結(jié)礦的堿度較低，堿度中值為１．９，風(fēng)量一直維持在４６００～４７００ｍ^３·ｍｉｎ^－１，中心氣流時(shí)有時(shí)無，一旦中心氣流消失，則會(huì)出現(xiàn)邊緣管道行程、偏尺塌料、銅冷卻壁結(jié)厚等現(xiàn)象，高爐爐況未能達(dá)到長期順行，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較差，而且，此種裝料制度必須控制較高的爐溫才能保證渣鐵流動(dòng)性，因而燃料比較高。２種裝料制度的料面形狀如圖１所示。

圖２為２種裝料制度的爐內(nèi)圖像。自２０１２年以來，隨著焦炭質(zhì)量逐步穩(wěn)定，燒結(jié)礦堿度逐漸提高至２．１０，原燃料質(zhì)量得到保證，已具備改變裝料制度的條件。因此，通過試驗(yàn)逐步采用“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度，通過調(diào)整漏斗錐度和平臺(tái)區(qū)域內(nèi)的礦焦比，充分發(fā)展中心氣流，適度抑制邊緣氣流，形成倒“Ｖ”形的軟熔帶，優(yōu)化了煤氣流的分布^{［３，５－７］}。２種裝料制度的軟熔帶形狀如圖３所示。

３  布料角度的確定

自２０１２年以后，優(yōu)化了“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度，優(yōu)化過程如表１所示。通過實(shí)行大α角、大礦角、礦焦同角、大角差、大礦批技術(shù)，增加了礦石環(huán)帶的寬度，在爐喉部位形成布料平臺(tái)，同時(shí)加重邊緣負(fù)荷，抑制邊緣煤氣流，穩(wěn)定了高爐內(nèi)煤氣流的分布。

自２０１３年以來，根據(jù)布料方程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)角結(jié)果，在固定料線情況下，計(jì)算出不同角度時(shí)礦石落點(diǎn)與爐中心、爐墻的距離，如表２所示。

根據(jù)布料方程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)角結(jié)果，在固定料線情況下，計(jì)算出不同角度時(shí)焦炭落點(diǎn)與爐中心、爐墻的距離，如表３所示。

由計(jì)算結(jié)果可知，自２０１３年以來，礦石的平臺(tái)寬度為１．１～１．３ｍ，距離爐喉爐墻為０．２～０．４ｍ，距離爐喉中心為３．８～４．０ｍ，考慮礦石的滾動(dòng)，實(shí)際礦石環(huán)帶寬度為２．５ｍ左右。焦炭的平臺(tái)寬度為１．６～１．８ｍ，距離爐喉爐墻為０．３～０．５ｍ，距離爐喉中心為２．１～２．３ｍ，平臺(tái)寬度及漏斗大小符合要求，可以形成穩(wěn)定的焦炭平臺(tái)，并可滿足冶煉釩鈦礦的爐況要求。

“平臺(tái)＋漏斗”型布料制度的料面初始形狀如圖４所示。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐，得出了“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度的控制要點(diǎn)：

（１）平臺(tái)寬度應(yīng)具有合適的范圍，平臺(tái)過窄或過寬均會(huì)造成氣流不穩(wěn)定。焦炭平臺(tái)寬度是合理料面形狀的根本，焦炭檔位數(shù)多于礦石，各檔位上的焦炭環(huán)數(shù)傾向于平均分配，形成１．５～２．０ｍ 的焦炭平臺(tái)，焦炭層厚度應(yīng)確保不小于５００ｍｍ，既能保證爐料及軟熔帶的透氣性，又能夠形成深度為２ｍ 左右的布料漏斗，穩(wěn)定中心氣流。

（２）最大礦角時(shí)礦石落點(diǎn)不能碰撞爐墻，根據(jù)原燃料質(zhì)量狀況維持在３００～４００ｍｍ的距離，最小礦角時(shí)礦石落點(diǎn)與爐喉中心的距離應(yīng)達(dá)到爐喉半徑的６５％，以保持一定的邊緣氣流通路。

由表４可知，經(jīng)過裝料制度的優(yōu)化，煤氣利用率顯著提高，熱負(fù)荷逐漸降低。雖然自２０１３年以后入爐品位逐步下降，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)卻取得了較大突破。２０１５年的平均燃料比為４８９ｋｇ·ｔ^－１，平均煤比為１３３．９ｋｇ·ｔ^－１，達(dá)到全行業(yè)的先進(jìn)水平。

４  裝料制度的配合措施

４．１　送風(fēng)制度調(diào)整

針對(duì)高爐上部裝料制度的特點(diǎn)，對(duì)送風(fēng)制度進(jìn)行調(diào)整，如表５所示。維持風(fēng)速在２７０～２８０ｍ·ｓ^－１，送風(fēng)比提高至１．８３，以保證初始煤氣流能充分深入中心，保證爐缸活躍。生產(chǎn)實(shí)踐表明，在滿足風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能的情況下，適當(dāng)降低高爐入爐風(fēng)量，增加富氧量，既能控制合適的爐腹煤氣指數(shù)，滿足透氣性Ｋ 值要求，又能保證爐況順行，提高煤比^{［４，８］}。

４．２　低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉

“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度對(duì)爐腹煤氣量及體積非常敏感，難以接受高［Ｓｉ＋Ｔｉ］和物理熱。實(shí)施低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉，物理熱控制在１４７０℃以上，降低軟熔帶位置，減小滴落帶高度，降低硅鈦的還原，［Ｓｉ＋Ｔｉ］維持在０．３０％～０．４０％，有效緩解了爐渣粘稠的問題^{［５，９］}。２０１５年高爐的物理熱平均為１４７６℃，［Ｓｉ＋Ｔｉ］平均為０．３５５％，達(dá)到全國先進(jìn)水平。

５  結(jié)論

（１）采用“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度，使?fàn)t料在邊緣區(qū)域形成一定寬度的平臺(tái)，在中心區(qū)域形成一定錐度的漏斗，形成倒“Ｖ”形的軟熔帶，提高了煤氣利用率，降低燃料比，滿足冶煉釩鈦礦的爐況要求。

（２）采用高風(fēng)速、高動(dòng)能的送風(fēng)制度，送風(fēng)比提高至１．８３，透氣性明顯改善，匹配上部裝料制度的優(yōu)化。

（３）“平臺(tái)＋漏斗”型裝料制度為低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶煉打下了良好基礎(chǔ)，高爐物理熱控制在１４７０℃以上，［Ｓｉ＋Ｔｉ］控制在０．３０％～０．４０％，可有效緩解爐渣粘稠的問題，使?fàn)t缸狀態(tài)明顯改善。

（４）通過裝料制度的優(yōu)化，２０１５年在入爐品位５６．３５％的條件下，４^＃高爐全年平均燃料比４８９ｋｇ·ｔ^－１，平均煤比１３３．８ｋｇ·ｔ^－１，達(dá)到全行業(yè)先進(jìn)水平。

參 考 文 獻(xiàn)：

［１］　畢婕，高斌，陳黨杰．承鋼４^＃高爐調(diào)整煤氣流分布的實(shí)踐［Ｊ］．河北冶金，２０１４，（４）：２５－２９．

［２］　李海軍．承鋼２５００ｍ^３高爐釩鈦磁鐵礦冶煉新技術(shù)［Ｊ］．河北冶金，２０１４，（８）：４２－４５．

［３］　韓健，柳祎．邯寶煉鐵廠３２００ｍ^３ 高爐操作制度的優(yōu)化［Ａ］．２０１１年全國冶金節(jié)能減排與低碳技術(shù)發(fā)展研討會(huì)文集［Ｃ］，２０１１：３６０－３６５．

［４］　岳富偉，武靖喆，高斌．２５００ｍ^３高爐裝料制度移形實(shí)踐［Ｊ］．河北冶金，２０１３，（２）：２６－２９．

［５］　趙東銘，田中明，王光偉，等．鞍凌２６００ｍ^３ 高爐取消中心加焦裝料制度實(shí)踐［Ｊ］．煉鐵，２０１４，３３（６）：４７－５０．

［６］　盛亞，陳德權(quán)，章銘明．武鋼５號(hào)高爐取消中心加焦工業(yè)試驗(yàn)［Ｊ］．鋼鐵研究，２０１５，４３（２）：１０－１３．

［７］　韓旺學(xué)，武連海．酒鋼２５００ｍ^３高爐操作制度探討［Ｊ］．河北冶金，２０１２，（８）：３２－３３．

［８］　胡金波，王偉國，魏廣斌，等．唐鋼３２００ｍ^３高爐煤氣流分布的調(diào)整與控制［Ｊ］．河北冶金，２０１１，（７）：２８－２９．

［９］　陳黨杰，楊博，李海東，等．降低２５００ｍ^３高爐鐵元素消耗的生產(chǎn)實(shí)踐［Ｊ］．河北冶金，２０１５，（９）：３１－３４．