趙洪雨，孫連生，張凡敏，陳艷輝
( 山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪271104)
摘要: 萊蕪分公司煉鐵廠3 座1 000 m3高爐生產(chǎn)通過采取加強(qiáng)原燃料管理、調(diào)整送風(fēng)制度和優(yōu)化爐前出鐵組織等措施，逐步提高了頂壓使用水平，從而提高了生鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量，同時噸鐵發(fā)電量有了明顯提高，燃料比有了大幅度降低，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞: 高爐; 頂壓; 送風(fēng)制度
1 引言
國內(nèi)鋼鐵市場階段性低迷，降低生產(chǎn)成本是目前提高鋼鐵企業(yè)市場競爭力的重要手段。一方面高爐要提高產(chǎn)量，降低固定費(fèi)用消耗，另一方面要降低噸鐵的原燃料消耗。提高產(chǎn)量就需要增加風(fēng)量，近幾年隨著原燃料條件變化，高爐操作也發(fā)生了一些改變，風(fēng)口的進(jìn)風(fēng)面積逐步縮小，但風(fēng)速、動能提高，高爐穩(wěn)定性變差。同時，高爐燃耗也沒達(dá)到較好的水平。在綜合研究國內(nèi)同類型高爐操作特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，萊蕪分公司煉鐵廠決定通過提高頂壓來改善高爐操作。
2 現(xiàn)狀調(diào)查分析
2．1 設(shè)備現(xiàn)狀
2．1．1 高爐實(shí)現(xiàn)高壓操作需要具備的設(shè)備條件
一是風(fēng)機(jī)要有足夠的供風(fēng)能力，以保證在高爐高壓狀態(tài)下提供足夠的風(fēng)量，以滿足高爐強(qiáng)化冶煉的需要。二是高爐的整個送風(fēng)系統(tǒng)和爐頂設(shè)備、煤氣系統(tǒng)以及高爐本體要有足夠的強(qiáng)度和可靠的密封性，以保證在高壓狀態(tài)下正常工作。
2．1．2 現(xiàn)狀
能源動力廠銀前區(qū)共有3 臺汽輪鼓風(fēng)機(jī)，其中1#風(fēng)機(jī)為AV56－13 型，2#、3#風(fēng)機(jī)為AV63-14 型，1#風(fēng)機(jī)額定出口風(fēng)壓0．35 MPa，2#、3#風(fēng)機(jī)額定出口風(fēng)壓0．38 MPa。隨著高爐冶煉強(qiáng)度逐步提高，頂壓的提升，要求風(fēng)機(jī)出口壓力達(dá)到400 kPa，已超出3臺風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)壓力。
2．2 工藝操作現(xiàn)狀分析
通過對比調(diào)查分析，結(jié)合萊鋼在1 000 m3 級高爐在頂壓使用中的經(jīng)驗(yàn)和問題，提高頂壓后，會降低風(fēng)口前鼓風(fēng)動能，中心和邊緣煤氣流重新分布。提高頂壓后，爐缸內(nèi)的壓力提高，將會帶來出鐵速度的變化。高頂壓操作對原燃料條件要求更加嚴(yán)格，特別是對料柱的透氣性有更高的要求。通過對操作過程和工藝條件進(jìn)行研究和分析，影響頂壓使用的主要問題如下。
2．2．1 提高頂壓后，鼓風(fēng)動能降低，邊緣氣流發(fā)展
提高爐頂壓力，風(fēng)口前的阻力增大，風(fēng)量和風(fēng)口面積不變的情況下，高爐內(nèi)的煤氣流速降低，特別是邊緣降低幅度較大，從而促進(jìn)邊緣氣流發(fā)展，煤氣流分布失常，冷卻壁渣皮滑落，邊緣形成局部小管道，最終造成高爐爐況順行度下降，指標(biāo)降低，嚴(yán)重時甚至爐況長期失常。
2．2．2 提高頂壓后，對原燃料質(zhì)量要求更加嚴(yán)格
提高頂壓是通過調(diào)整高壓閥組閥門開度來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)爐頂?shù)拿簹饬鞑蛔銜r，要想達(dá)到設(shè)定的頂壓值，調(diào)壓閥組閥門會不斷關(guān)小，以達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)閥門關(guān)的過小時，會影響煤氣的上升，使高爐處于憋風(fēng)狀態(tài)，導(dǎo)致高爐加風(fēng)困難，引起爐況長期不順。因此高頂壓條件下，料柱的透氣性要好，入爐粉末量低，冶金性能好。
2．2．3 提高頂壓后，爐前出鐵受到較大影響
提高爐頂壓力后，高爐內(nèi)整個壓力都會提高，鐵水對鐵口炮泥沖刷速度加快，當(dāng)鐵口對面的渣鐵不能流到鐵口處時，爐缸煤氣會從鐵口處噴出，形成鐵口假噴現(xiàn)象，導(dǎo)致渣鐵不凈，同時增加了鐵口維護(hù)的難度。
3 技術(shù)方案的確定及實(shí)施
經(jīng)技術(shù)人員多次論證，確定最終方案: 針對影響頂壓提高的主要因素風(fēng)機(jī)的耐壓能力進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，達(dá)到頂壓提升后所要求的送風(fēng)壓力。通過提高鼓風(fēng)動能，促進(jìn)兩股煤氣流的合理分布，部分抵消提高頂壓帶來的影響。逐步增加風(fēng)口長度，發(fā)展中心氣流，提高了爐缸活躍度和爐況的穩(wěn)定性。對外購焦品種進(jìn)行篩選并分類存放，降低焦炭質(zhì)量波動對爐況的影響，為高頂壓使用打好基礎(chǔ)。提高炮泥質(zhì)量和鐵口有效作業(yè)率，保證能出凈渣鐵。
3．1 對風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，提高風(fēng)機(jī)送風(fēng)壓力
3．1．1 實(shí)施風(fēng)機(jī)加級提壓改造
加級后可以提升機(jī)組風(fēng)壓8% ～ 10%，3 臺機(jī)組風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子均有預(yù)留級，具備風(fēng)機(jī)加級改造條件。加級后1#風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓能達(dá)到0．39 MPa，2#、3#風(fēng)機(jī)加級后出口風(fēng)壓能達(dá)到0．42 MPa，滿足高爐提高風(fēng)壓后的運(yùn)行要求。三臺機(jī)組改造后能相互備用，正常切換，可保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行可靠性。
3．1．2 實(shí)施風(fēng)機(jī)EPU 技術(shù)改造
實(shí)施前依次對三臺機(jī)組進(jìn)行了改造: 4 月23 日至5 月24 日，6月25 日至7 月24 日，8月8 日至9月10 日完成了3#、1#、2#機(jī)組加級加壓改造及EPU升級改造，并完成性能試驗(yàn)及曲線重新制定。
3．1．3 改造效果
改造后由于供風(fēng)壓力升高，進(jìn)一步提高了高爐的冶煉強(qiáng)度，使風(fēng)機(jī)特性進(jìn)一步優(yōu)化，1#風(fēng)機(jī)改造后的指標(biāo)變化見表1，2#風(fēng)機(jī)改造后的指標(biāo)變化見表2，正常運(yùn)行情況下，電動放風(fēng)閥全關(guān)，消除了風(fēng)機(jī)正常供風(fēng)情況下存在放散的問題。
3．2 對爐頂裝料系統(tǒng)設(shè)備和煤氣系統(tǒng)設(shè)備檢修處理
在提壓之前，組織設(shè)備檢修，對密封設(shè)備進(jìn)行檢查更換。爐頂裝料設(shè)備采用的是密封墊密封，提壓后改進(jìn)了密封墊質(zhì)量，波紋補(bǔ)償器、爐頂煤氣封罩和煤氣管道的檢修人孔，都是薄弱環(huán)節(jié)。在提壓前都對這些設(shè)施進(jìn)行檢查，對于腐蝕變形的進(jìn)行更換，對于設(shè)計(jì)壓力達(dá)不到提壓要求的也進(jìn)行更換，以滿足提壓需要。
3．3 對操作制度進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化
3．3．1 提高鼓風(fēng)動能活躍爐缸
提高高爐爐頂壓力會引起爐內(nèi)壓力升高，同時爐腹煤氣量因壓力作用會有所縮小，需要對送風(fēng)制度進(jìn)行調(diào)整，保持爐缸活躍程度。從公司要求提升產(chǎn)能后，入爐風(fēng)量顯著提高，5#高爐由2 200 m3 /min提高到2 500 m3 /min，6#高爐由2 200 m3 /min 提高到2 400 m3 /min，5 # 高爐鼓風(fēng)動能提高了500kg·m/s左右，6#高爐提高了1 000 kg·m/s 左右。1#高爐的動能達(dá)到8 000 kg·m/s ，高爐爐缸活躍程度顯著提高。各高爐送風(fēng)參數(shù)調(diào)整見表3。
在提高鼓風(fēng)動能的同時，為了更好的吹透中心，同時采取了增加風(fēng)口長度的措施，由450 mm 調(diào)整到465 mm，再由465 mm 調(diào)整到480 mm，這樣爐缸死焦堆的死區(qū)減少，透液性提高，促進(jìn)中心氣流發(fā)展，抑制邊緣氣流發(fā)展，能部分抵消提高頂壓帶來的影響。
在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)爐料結(jié)構(gòu)冶煉條件下，高爐的原料質(zhì)量大幅降低，原燃料含粉量增加和焦炭強(qiáng)度的降低引起爐況頻繁波動，煤氣流紊亂。通過及時改變風(fēng)口的布局，增加鼓風(fēng)動能，促使?fàn)t缸初始?xì)饬鞣植几雍侠怼?/p>
3．3．2 優(yōu)化裝料制度
高爐的爐頂壓力、風(fēng)量、熱風(fēng)壓力增加后，為適應(yīng)新的操作參數(shù)，逐步對裝料制度進(jìn)行了調(diào)整，按“發(fā)展中心氣流為主、穩(wěn)定邊緣”的操作思路，擴(kuò)展了布料平臺，二區(qū)兩座高爐礦角角差由原來的8°左右增加到9° ～ 9．5°。老區(qū)1#高爐布料平臺擴(kuò)展1環(huán)，礦角角差由原來的8°增加到9．5°，有效提高了煤氣利用率，有利于提高煤比、降低焦比、降低燃料比、低Si 冶煉，有效避免了風(fēng)量增加后可能造成的小管道氣流，保證了高爐長期穩(wěn)定順行。
3．3．3 高富氧、高風(fēng)溫、高頂壓、低硅冶煉相結(jié)合
高風(fēng)溫不僅可以使高溫區(qū)下移，增加爐缸的熱量收入，而且能提高鼓風(fēng)動能，改善爐缸工作狀態(tài)，有利于活躍爐缸。高爐在風(fēng)溫使用上，通過優(yōu)化熱風(fēng)爐燒爐換爐制度，使風(fēng)溫由原來的1 150 ℃提高到1 200 ℃左右; 同時對工長貫徹全風(fēng)溫操作思想，盡量不用風(fēng)溫調(diào)節(jié)爐況，富氧能有效地改善煤粉燃燒的性能，提高風(fēng)口理論燃燒溫度，有利于提高煤比。以穩(wěn)定理論燃燒溫度為主，將富氧量由4 000m3 /h 提高至6 000 m3 /h，富氧率達(dá)3．5%，控制理論燃燒溫度在2 200 ～ 2 300 ℃，十字測溫邊緣60 ～ 80℃，中心500～600 ℃，鐵水溫度1 480 ～ 1 500 ℃，穩(wěn)定噴煤量，逐步提高噴煤比。
3．3．4 加強(qiáng)原燃料管理，改善料柱透氣性
⑴對現(xiàn)有焦炭品種進(jìn)行篩選，保留使用效果好的焦炭。從焦炭的強(qiáng)度、水分、粒度以及高爐使用情況考慮，對現(xiàn)有的焦炭品種進(jìn)行了優(yōu)選，保留使用效果好，供應(yīng)充足的焦炭廠家。
⑵對成分和性能接近的焦炭品種進(jìn)行歸類劃分。由于高爐只有2 個焦炭倉，并且料場場地受限，無法做到每種外購焦單獨(dú)打堆，為規(guī)范、穩(wěn)定入爐焦炭質(zhì)量，選擇成分相近、質(zhì)量接近的焦炭品種混合打堆，避免了因焦炭質(zhì)量波動影響爐況。
⑶結(jié)合原燃料性能，分析高爐的工況條件，有針對性地調(diào)整操作參數(shù)?？偨Y(jié)各種因素對煉鐵燃料比的影響，根據(jù)焦炭性能變化情況，定量調(diào)整操作參數(shù)。
⑷根據(jù)焦炭的冶金性能，制定燃料比結(jié)構(gòu)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)。焦炭在高爐冶煉中主要起料柱骨架的作用，焦炭強(qiáng)度的細(xì)微變化都會帶來焦炭負(fù)荷和燃料結(jié)構(gòu)的改變。日常生產(chǎn)中如果蜂窩狀、有裂紋的焦炭數(shù)量增加，那么焦炭的強(qiáng)度很可能變差，再結(jié)合檢測結(jié)果進(jìn)行焦炭負(fù)荷調(diào)整。制定燃料比結(jié)構(gòu)調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)如表4。
當(dāng)焦炭和其它原燃料條件變差時，通過及時調(diào)劑參數(shù)，定量控制，達(dá)到了原料條件變化只影響指標(biāo)提升，而不影響高爐順行的目標(biāo)。
⑸控制合理的篩分速度。在保證上料速度的情況下，嚴(yán)格確定篩分時間，保證燒結(jié)篩分時間大于20 s /t，焦炭大于1 min / t，如果時間過短應(yīng)該通過調(diào)整振篩電機(jī)振幅或者在下料口插擋棍處理，燒結(jié)礦篩加插棍和受料面增加擋料器，生礦和球團(tuán)篩增加擋板，實(shí)現(xiàn)礦料篩面均勻薄層平鋪，遇到原料偏碎時可以延長篩分時間或臨時換較大篩孔的篩子，在不影響正常上料的情況下，定時對各個振篩進(jìn)行空振。以減少粉末入爐，改善料柱透氣性。
⑹強(qiáng)化工長原燃料管理。實(shí)行工長和上料工聯(lián)合督查原料制度，保證入爐原料滿足高爐冶煉要求。上料皮帶和關(guān)鍵振篩增加監(jiān)控視頻，及時了解各原料質(zhì)量和粒度狀況。高爐工長對槽下振篩情況進(jìn)行巡查，高爐槽下清理完振篩后，高爐工長進(jìn)行確認(rèn)。對槽下篩分、爐料質(zhì)量變化及時監(jiān)督作好記錄并反饋信息到相關(guān)單位。
⑺嚴(yán)格原燃料的倉位管理，正常倉位大于5 m，低于5 m 為低倉位，在減少二次摔碎的同時，防止因原料粒度偏析造成粉末集中入爐。
3．3．5 強(qiáng)化爐前出渣鐵生產(chǎn)組織，為高頂壓使用創(chuàng)造條件
為適應(yīng)高頂壓操作，對爐前出渣鐵操作管控措施進(jìn)一步細(xì)化，對設(shè)備維護(hù)、鐵口維護(hù)、炮泥質(zhì)量、出鐵頻率都提出了新的要求，確保出渣鐵安全、及時、均衡、有序。有意識縮短出鐵間隔時間，增加出鐵次數(shù)，每天從14 次增加到16 次，加快出鐵節(jié)奏; 嚴(yán)格控制見渣間隔時間在30 min 以內(nèi)，放渣時間加長，盡量提高炮泥的耐渣性能; 爐前維護(hù)好鐵口，保證鐵口深度在2．2 m 以上，杜絕斷、漏鐵現(xiàn)象的發(fā)生，確保渣鐵排凈。
4 實(shí)施效果
萊蕪分公司煉鐵廠1 000 m3級高爐自實(shí)施高頂壓操作以來，統(tǒng)計(jì)2016 年1 000 m3高爐每月頂壓使用情況( 圖1) ，平均頂壓達(dá)到了195 kPa，最高頂壓達(dá)到了199 kPa，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。
4．1 對高爐順行的影響
萊鋼1 000 m3高爐在2016 年1 月進(jìn)行了提頂壓實(shí)踐，提壓初期采取緩慢提升的辦法，每次提2kPa，觀察高爐的變化。邊提頂壓邊對送風(fēng)制度、裝料制度進(jìn)行調(diào)整，頂壓逐步由185 kPa 提升到190kPa。高爐各項(xiàng)制度匹配良好，提壓后爐內(nèi)壓力升高，壓差在提壓初期高出提壓前，通過各項(xiàng)制度的調(diào)整，高爐中心逐步放開，邊緣氣流也適當(dāng)發(fā)展，料柱透氣性逐步好轉(zhuǎn)，壓差慢慢接近提壓前，運(yùn)行1 個月后壓差略低于提壓前，高爐順行得到改善，抗波動能力增強(qiáng)。
4．2 提高頂壓對生鐵質(zhì)量的影響
1 000 m3高爐在提壓的同時增大高爐風(fēng)量，縮小進(jìn)風(fēng)面積，風(fēng)速、動能提高，爐缸活躍度增強(qiáng)，蓄熱能力增強(qiáng)，同時提高富氧量，理論燃燒溫度提高，渣鐵物理熱明顯提高，脫硫能力增強(qiáng)。在4 月份提壓以后，1000 m3高爐逐步嘗試降低生鐵Si 元素含量，生鐵Si 元素約降低0．1%，但是渣鐵熱量充足，生鐵質(zhì)量較好。
4．3 提頂壓后產(chǎn)量的變化
在提高頂壓以后加大了入爐風(fēng)量，入爐風(fēng)量增大10%左右，同時由于爐況順行度變好，可以適當(dāng)提高煤比和富氧量，生鐵Si 降低，料速變快，生鐵產(chǎn)量大幅提高，自4 月份至6 月份生鐵逐月提高，提高幅度約20%。
4．4 提高頂壓對高爐燃耗的影響
提高項(xiàng)壓后煤氣在爐內(nèi)的時間延長，參與反應(yīng)的時間延長，煤氣利用提高，在提高頂壓后煤氣利用按統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)約提高1%，可降低焦比5 ～ 6 kg。提高頂壓后，生鐵Si 元素降低約0．1%，可降低焦比4 ～ 5kg。綜合統(tǒng)計(jì)，單位生鐵燃耗約降低15 kg /t。
4．5 提壓后發(fā)電量的變化
TRT 發(fā)電量跟煤氣發(fā)生量、煤氣溫度、爐頂壓力有關(guān)，萊鋼高爐在提高爐頂壓力的同時，加大入爐風(fēng)量，雖然頂壓升高對煤氣流速有一定的抑制，但是從檢測數(shù)據(jù)來看產(chǎn)生的煤氣量是增加的，煤氣溫度也有所提高，所以TRT 發(fā)電量有明顯提高，噸鐵發(fā)電量提高1～2 度。
5 結(jié)語
⑴對高爐送風(fēng)風(fēng)機(jī)的耐壓能力進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，達(dá)到頂壓提升后所要求的送風(fēng)壓力，是提高頂壓的基礎(chǔ)條件。
⑵ 通過提升風(fēng)量、縮小風(fēng)口面積提高鼓風(fēng)動能，促進(jìn)兩股煤氣流的合理分布，部分抵消提高頂壓帶來的影響。
⑶ 逐步增加風(fēng)口長度，發(fā)展中心氣流，抑制邊緣氣流，提高了爐缸活躍度和爐況的穩(wěn)定性，有利于高頂壓的使用。
⑷對外購焦品種進(jìn)行篩選并按照冶金性能分類存放，降低焦炭質(zhì)量波動對爐況的影響，為高頂壓使用打好基礎(chǔ)。
⑸提高炮泥質(zhì)量和鐵口的有效作業(yè)率，降低因壓力提高對出鐵組織的影響，才能順利出凈渣鐵。
參考文獻(xiàn):
［1］ 周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社， 2002．8．
［2］ 王豐巧．高頂壓技術(shù)在萊鋼1000 m3 高爐的應(yīng)用［J］．甘肅冶金， 2015( 01) : 35-38．
［3］ 張曉冬，吳東海，李海東． 承鋼4#高爐高壓操作實(shí)踐［J］．河北冶金， 2015( 01) : 27-29．
［4］ 黃日清，李宏玉，蔡毅龍．柳鋼高爐“四高一大”集成技術(shù)降成本實(shí)踐［J］．煉鐵， 2015( 02) : 43-46．