盧 勤
( 新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001)
摘要:對新鋼 10 號高爐自 2014 年取消中心加焦技術(shù)以來，首次進行6 m干濕焦轉(zhuǎn)換生產(chǎn)技術(shù)進步進行總結(jié)。通過采取“開中心、兼顧邊緣”的煤氣流分布控制，實行活躍爐缸，進行上、下部調(diào)劑，提高原燃料篩分效率，加強爐前操作管理等一系列措施，高爐爐況實現(xiàn)了穩(wěn)順過渡，取得了良好的經(jīng)濟技術(shù)指標。
關(guān)鍵詞:水熄焦; 焦炭強度; 爐況
0 前言
新鋼第一煉鐵廠有9 號、10 號高爐( 2 500 m3 ) 2 座。10 號高爐于2009 年11 月8 日開爐投產(chǎn)，采用串罐無料鐘爐頂和陶瓷杯爐底爐缸結(jié)構(gòu)，爐體采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻及薄壁爐襯，配備明特法 +備用干渣坑渣處理工藝。2014 年5 月，在入爐品位不斷下降的情況下，通過加強原燃料質(zhì)量管理，不斷優(yōu)化操作制度，逐步取消了中心加焦冶煉，各項經(jīng)濟技術(shù)指標明顯改善，部分關(guān)鍵指標邁入了同行先進水平。2015 年 10 號高爐入爐品位為56.15%，燃料比取得了496 kg/t 的好成績。
新鋼焦化廠 3 號干熄塔用于處理 5 號、6 號 6 m焦爐生產(chǎn)的焦炭，每年必須進行為期約 28 天的檢修，檢修期間由于將干熄焦工藝改為濕熄焦工藝，焦炭質(zhì)量會出現(xiàn)劣化，導(dǎo)致高爐操作和指標受到影響( 見表1) 。2016 年6 月，焦化廠干熄塔進行為期1 個月的計劃檢修，這是自2014 年取消中心加焦技術(shù)以來，首次進行6 m 焦爐干濕焦轉(zhuǎn)換生產(chǎn)，第一煉鐵廠格外重視，召開專題論證會后，在煤氣流分布控制上采取了“開中心、兼顧邊緣”的措施，使爐缸工作活躍，同時積極進行上、下部調(diào)劑，提高原燃料篩分效率，加強爐前操作管理，使高爐爐況在這一個月內(nèi)實現(xiàn)了穩(wěn)順過渡，并取得了良好的經(jīng)濟技術(shù)指標。
1 焦炭質(zhì)量劣化情況
新鋼 2 500 m 3 高爐正常生產(chǎn)情況下，用焦結(jié)構(gòu)為 6 m 焦爐生產(chǎn)的干焦 60% +4. 3 m 焦爐生產(chǎn)的干焦 30% + 外購一級冶金焦 10%。這種用料結(jié)構(gòu)在焦炭品質(zhì)穩(wěn)定的前提下能夠滿足高爐生產(chǎn)需要，但是在焦化廠干熄塔檢修期間，由于 6 m 焦爐干焦生產(chǎn)全部轉(zhuǎn)換為濕熄工藝，導(dǎo)致焦炭質(zhì)量大幅下滑，對高爐爐況的穩(wěn)定順行及降耗產(chǎn)生了不利影響。
1. 1 冷熱強度變差
焦炭冷熱強度指標影響高爐料柱的透氣性和透液性以及煤氣流的分布。濕法熄焦時，噴水后紅焦急劇冷卻，內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，造成焦炭產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋多且易碎成小塊。干法熄焦時，紅焦經(jīng)緩慢冷卻而降低了其內(nèi)部的熱應(yīng)力，網(wǎng)狀裂紋少，氣孔率低; 在干法熄焦過程中，焦炭從上往下流動，增加了焦炭之間的相互磨擦和碰撞次數(shù)，使焦炭的機械穩(wěn)定性改善，塊度的均勻性提高; 在干熄爐預(yù)存段內(nèi)，保溫作用會促使生焦殘留揮發(fā)分析出，促進焦炭成熟度進一步提高。
新鋼濕熄焦與干熄焦的主要經(jīng)濟技術(shù)指標見表 2。
1. 2 水分波動大
焦炭水分過高會造成爐頂溫度下降，水分大幅波動會造成實際入爐焦炭負荷變化，從而引起高爐熱制度波動，繼而影響爐況穩(wěn)定，使高爐焦比升高。2016 年6 月，由于干熄焦系統(tǒng)檢修，焦炭含水量平均值由0.90%上升到7.28%，加大了高爐爐溫調(diào)劑的難度; 同時，入爐焦炭粉末較多，不利于篩除，會影響高爐料柱透氣性。
2 濕熄焦對高爐生產(chǎn)的影響
2. 1 對熱制度的影響
濕法熄焦時，打水時間一般為 105 ～110 s，焦炭負荷由正常時的 4. 72 t/t 下降到 4. 06 t/t。由于焦炭水分大幅度波動，因此很難找到基準焦炭負荷，導(dǎo)致高爐爐溫波動較大，鐵水中硅的質(zhì)量分數(shù)標準偏差由 0. 053 上 升 至 0. 064，平均硅質(zhì)量分數(shù)由0. 39%上升至 0. 44%，且高爐溫現(xiàn)象較多。使用濕焦期間24 h內(nèi)高爐焦炭負荷及爐溫變化見圖 1。
2. 2 對爐況的影響
1) 濕焦水分較高，含粉率較高，入爐粉末增加后，高爐爐內(nèi)上部透氣性會惡化。
2) 濕熄焦熱強度下降 3% ～4%，下部料柱骨架作用減弱，導(dǎo)致風(fēng)壓上升 5 ～10 kPa 且波動較大，風(fēng)量萎縮100 m3 /min，中心氣流減弱，邊緣局部氣流不穩(wěn)，伴隨管道行程。
3) 爐頂溫度下降 50 ～60 ℃，煤氣處理系統(tǒng) TＲT入口溫度不超過70 ℃，迫使 TＲT 停止余壓發(fā)電而轉(zhuǎn)高壓閥組。為避免動力能源長期浪費，采取頻繁調(diào)節(jié)富氧量、控制冶強和減緩料速的措施來提高爐頂溫度，但是這樣擾亂了生產(chǎn)節(jié)奏，更不利于氣流穩(wěn)定。2016 年 5—6 月使用濕熄焦前后高爐部分參數(shù)變化趨勢見圖 2。
2. 3 對爐前工作的影響
10 號高爐在使用 6 m 焦爐生產(chǎn)的濕焦初期，爐缸粉焦增加，中心氣流明顯減弱，爐溫偏高，壓差明顯上升，鐵水黏稠且流動性變差，爐前出鐵卡焦頻繁，鐵口來風(fēng)早，出鐵不暢，爐內(nèi)下料受阻，導(dǎo)致爐溫升高且形成惡性循環(huán)。
3 措施
3. 1 上料系統(tǒng)的管理
3. 1. 1 優(yōu)化供料順序
焦炭在從焦化廠向第一煉鐵廠輸送的過程中，首先由焦1 ～焦4 皮帶輸送，然后落入溜篩，再經(jīng)過“∧”形梯滑入篩焦樓 6 個倉。這種輸送方式造成大顆粒的好焦炭易分布在篩焦樓兩邊的 1 號倉和 6 號倉，而小顆粒焦炭或焦粉易落入篩焦樓“∧”形梯下方的 3號倉和4 號倉。為此，在輸送焦炭時，將篩焦樓的 1號倉或6 號倉的大顆粒焦炭送往高爐槽下的 2 號倉，使之位于皮帶的尾部并布于高爐中心，達到以粒度來彌補焦炭劣化的目的。同時，做好焦炭的供、用平衡，實現(xiàn)“半倉化”管理，減少焦炭二次摔打。
3. 1. 2 優(yōu)化槽下篩焦程序
10 號高爐槽下共有 6 個焦炭倉，稱量斗放空后立即啟動振動篩，這會造成短時間內(nèi)有 3 個倉先后啟動振動篩。由于焦丁篩單位時間內(nèi)處理量大，焦層厚，因此篩分效果很差。為此，將篩焦程序改為只允許 2 個倉先后延時啟動振動篩，這樣就降低了焦丁篩的處理量，提高了過篩效果。
根據(jù)焦丁平均用量來調(diào)整焦丁稱料斗扇形閘門開度及開啟時間，使焦丁均勻地灑在塊礦和球團礦里并分布在中間環(huán)帶，以改善高爐軟融帶的透氣性并減少高爐下部參加間接還原的焦炭量，從而改善料柱透氣性。
3. 1. 3 提高焦炭篩分效率
在保證上料能力的前提下，通過調(diào)整礦倉、焦倉閘門開度及給料機偏心塊位置來減小槽下燒結(jié)礦和焦炭的給料量，使燒結(jié)礦篩分量由 150 ～ 180 t/h 調(diào)整為 107 t/h，焦炭篩分量由 120 ～150 t/h 調(diào)整為81t/h; 同時，將 22 號倉焦炭棒條篩的間隙由 20 mm 更換為 25 mm，以提高中心焦粒級。采取以上措施后，入爐粉末明顯減少，有利于疏導(dǎo)中心氣流。
3. 1. 4 加強清篩工作管理
要求每班清篩不少于 4 次，確保焦炭、焦丁篩干凈無堵。
3. 2 操作參數(shù)選擇
3. 2. 1 送風(fēng)制度的選擇
干濕焦生產(chǎn)轉(zhuǎn)換初期，未對富氧量( 13 000 m3 /h) 和鼓風(fēng)量( 4 850 m3 /min) 作調(diào)整，焦炭質(zhì)量變差后爐缸粉焦增加，冶煉強度與原燃料品質(zhì)不匹配，而相對過大的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能易形成順時針的渦流，導(dǎo)致高爐下部壓差上升，中心氣流反而下降，煤氣利用率由49. 9%下降到 47. 5%。后來，逐步將富氧量減至11 000 m3 /h，風(fēng)量調(diào)整為 4 800 m3 /min，維持鼓風(fēng)動能13 500 ～140 00 kg·m/s。送風(fēng)制度調(diào)整后爐頂溫度維持了相對穩(wěn)定，煤氣利用率回升到49. 5%。
3. 2. 2 爐頂壓力的選擇
實際生產(chǎn)中，為保證爐缸一定的活性，防止死料柱過于肥大，必須要保證一定的風(fēng)口回旋區(qū)長度。一定爐缸直徑的高爐，決定了其所需的一定范圍的回旋區(qū)深度，也就是說一定回旋區(qū)長度，是促進氣流均勻分布和傳質(zhì)傳熱的需要，是確保高爐爐況穩(wěn)定順行的需要。提高頂壓，有利于促進煤氣流合理分布，減少爐況波動;降低頂壓，有利于延長回旋區(qū)長度，發(fā)展中心主導(dǎo)氣流。
干熄焦檢修期間，10 號高爐頂壓由235 kPa降低至230 kPa，邊緣氣流仍然不穩(wěn)定，渣皮脫落頻繁，后來將頂壓逐步降至218 kPa，中心氣流明顯改善，火炬如柱且呈“杯狀”，煤氣利用率逐步升高。
3. 2. 3 裝料制度的選擇
焦炭質(zhì)量劣化后，高溫區(qū)焦炭粒度小且含粉多，中心死焦堆滲透性變差，料柱透氣性變差。在裝料制度上，10 號高爐始終堅持“開中心、兼顧邊緣”的煤氣流分布控制理念，保持“煤氣流兩條通路”的操作思路。在使用濕熄焦期間，保持 10 號高爐的布料矩陣
不變，通過調(diào)整爐頂下料閘開啟速度、適當延長布焦時間、增加中心及邊緣焦炭量來調(diào)整各檔位，達到了均衡兩股煤氣流目的。
3. 3 加強日常操作管理
3. 3. 1 煤比的選擇
長期生產(chǎn)實踐表明，新鋼 10 號高爐在使用 6 m焦爐生產(chǎn)的干焦時，煤比控制在 145 ～ 150 kg/t，理論燃燒溫度為2 250 ～2 280 ℃，爐內(nèi)透氣性良好，壓差在 135 ～ 140 kPa，渣鐵物理熱充沛，流動行良好。如果煤比超過 150 kg/t，透氣性指數(shù)會變差，壓差將上升，兩股氣流就會失衡。為此，在 10 號高爐使用6 m焦爐生產(chǎn)的濕焦初期，果斷采取了降低煤比的措施，將煤比控制在 130 ～ 140 kg/t，不僅有效改善了爐內(nèi)透氣性，減少了未燃煤粉，維持了爐況的穩(wěn)定，還調(diào)寬了煤比的調(diào)劑范圍。
3. 3. 2 爐溫、堿度的控制
爐缸活躍是高爐操作的重要控制內(nèi)容，是高爐生產(chǎn)穩(wěn)定、高效、低耗、長壽的基礎(chǔ)。使用濕熄焦后，爐缸死焦柱的空隙變小、透氣性變差，而渣鐵物理熱低、渣鐵黏稠將使爐芯溫度降低，這樣極易形成爐缸中心堆積。為此，10 號高爐在大量使用6 m焦爐生產(chǎn)的濕焦期間，將鐵水物理熱比正常生產(chǎn)時提高 10 ～ 20 ℃，控制鐵水溫度在1 500 ～ 1 520 ℃，鐵水中硅的質(zhì)量分數(shù)控制在0. 40% ～0. 50%，爐渣堿度控制在 1. 18 ～1. 22，從而確保了爐渣的物理熱，使爐渣保持了良好的流動性，維持了足夠的爐缸中心溫度，活化了爐缸工作。
3. 3. 3 爐內(nèi)、爐外操作要求
1) 爐內(nèi)操作。穩(wěn)定爐溫是重中之重，正常爐況下用煤量來調(diào)劑爐溫，調(diào)節(jié)幅度為 1 ～3 t/h，以盡量避免爐溫波動給爐況帶來影響。
2) 爐前操作。爐前加強開口、堵口操作，即幾乎要做到不間斷甚至重疊出鐵，本爐次堵口后立即開另一鐵口，或開口超過30 min未來渣立即組織開另一鐵口; 統(tǒng)一四班打泥量，保證適宜的鐵口深度，根據(jù)爐溫狀況、爐前出鐵卡焦現(xiàn)象，調(diào)整合適的鉆頭，維持合理的鐵口深度，保證出鐵速度大于生成速度，出鐵時間控制在 100 ～120 min較為宜。
4 效果
10 號高爐于2014 年成功實現(xiàn)取消中心加焦后，煤氣利用率提高，消耗明顯降低，但對原燃料條件提出了更高的要求，而10 號高爐使用濕焦生產(chǎn)后，焦炭質(zhì)量明顯劣化，通過精細化管理槽下篩分系統(tǒng)，減少了入爐粉末，爐內(nèi)結(jié)合上下部調(diào)劑，均衡兩股氣流，維持了爐缸工作活躍，取得了良好的效果。10 號高爐取消中心加焦前后使用濕焦時的高爐主要指標見表5。
5 結(jié)語
1) 在原燃料品質(zhì)變差時，應(yīng)立足崗位，眼睛向內(nèi)，功夫下在自身上，做足細節(jié)管理，提高原燃料的過篩效果，改善料柱的透氣性。
2) 上下部調(diào)劑的原則: 下部吹透中心，確保初始煤氣流分布合理; 上部適當疏松邊緣氣流，確保下料順暢，維持合理壓差，“壓”和“疏”都有度，達到適宜參數(shù)值為佳，做到“開中心、兼顧邊緣”的煤氣分布控制。
3) 穩(wěn)定熱制度，控制適宜爐渣堿度，提高鐵水物理熱操作，改善渣鐵流動性，以活躍爐缸為根本是應(yīng)對焦炭質(zhì)量劣化的重要操作切入點。