王?；?， 馮帥

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司邯寶煉鐵廠，河北 邯鄲 056000）

摘 要：為提高邯鋼 3 200 m³ 高爐的噴煤比，將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，增加料面厚度，改善了爐料偏移的現(xiàn)象，使得煤氣流分布均勻，有助于提高煤氣的利用率。噴煤罐出口安裝加速裝置和反吹管，解決了不走煤、停煤的問題，保護(hù)了金屬軟連接設(shè)備，避免漏煤污染環(huán)境。 高爐多次調(diào)整布料矩陣，以大礦批、低料速和平臺(tái)+漏斗的布料模式為核心思想，改進(jìn)效果明顯，爐況整體趨于穩(wěn)定。根據(jù)高爐噴煤量的不同逐漸調(diào)節(jié)噴煤使用壓縮空氣的流量，可以提高噴煤速率的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：噴煤比；布料矩陣；加速裝置；壓縮空氣

鋼鐵企業(yè)的焦化工序產(chǎn)生的環(huán)保問題較多，黨中央倡導(dǎo)綠色、低耗、環(huán)保的發(fā)展理念，鋼鐵企業(yè)要生存發(fā)展，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，必須提高煤比。 我國(guó)先進(jìn)企業(yè)中國(guó)寶武集團(tuán)鋼鐵集團(tuán)有限公司 4 座高爐的煤比平均為 170 kg/t， 萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司高爐的煤比高達(dá) 180 kg/t 以上，爐況順行較好，產(chǎn)量和指標(biāo)名列前茅^[1-5]。 邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限公司 3 200 m³ 高 爐 的 煤 比 在 130 kg/t左右， 邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限公司屬于城市型鋼廠，焦炭資源非常緊張， 提高煤比， 降低焦比是企業(yè)發(fā)展的重要策略。 目前邯鋼的裝料制度為中心加焦布料方式，雖然此料制可以接受比較大的高爐入爐風(fēng)量，中心料制優(yōu)勢(shì)在于強(qiáng)力中心氣流，抑制邊緣氣流，但由于邊緣偏重，高爐煤氣利用率偏低， 外圍變化易造成爐況波動(dòng)，減風(fēng) 、減氧的情況時(shí)有發(fā)生。 高爐噴煤的穩(wěn)定性不佳，有時(shí)倒罐的速率波動(dòng)高達(dá)10 t/h以上，造成高爐透氣性變差，被迫減風(fēng)，影響高爐產(chǎn)量及指標(biāo)^[6-10]。

1 高爐的設(shè)備改造

1.1 改造布料溜槽

邯鋼 1#、2# 高爐爐頂采用圓弧形布料溜槽，特點(diǎn)是爐料的料流均勻、范圍寬、比較分散。生產(chǎn)實(shí)踐中，兩座高爐同時(shí)不順行，采取調(diào)整料制的方法效果均不明顯。 休風(fēng)后檢查料面發(fā)現(xiàn)，實(shí)際料面和設(shè)定料面偏差很大，實(shí)際料面又寬又薄、且不規(guī)則，高爐生產(chǎn)過程中頂壓為 225 kPa 左右，在高壓氣流的吹動(dòng)下，使用圓弧形布料溜槽布料，爐料容易發(fā)生偏移，料面不平整使調(diào)節(jié)爐況難度增加。為此，將高爐布料溜槽由圓弧形改為方形，優(yōu)點(diǎn)是布料的料面較窄，料面厚度也能增加，通過計(jì)算，使用方形布料溜槽的料面厚度比圓弧形布料溜槽厚 30%左右。

在高壓條件下，爐料的偏移情況大大改善，提高了高爐布料的準(zhǔn)確性，即有助于高爐工長(zhǎng)調(diào)節(jié)控制煤氣流分布，還有利于提高高煤氣利用率。

此外，為進(jìn)一步使得布料均勻、平整，爐喉的十字測(cè)溫裝置縮短了 40%， 避免高速料流經(jīng)過十字測(cè)溫的臂面發(fā)生碰撞、反彈的情況，保證了料面的完整性，也有利于煤氣流的均勻穩(wěn)定，間接提高了高爐的煤比。

1.2 噴煤罐出口安裝加速裝置、反吹管

高爐噴煤的穩(wěn)定性對(duì)高爐操作有著重要的意義。 噴煤速率由罐壓控制，正常噴吹時(shí)速率較為穩(wěn)定，當(dāng)噴煤進(jìn)行倒罐作業(yè)時(shí)，速率波動(dòng)較大，瞬時(shí)實(shí)際噴煤量和設(shè)定噴煤量至少相差 10 t/h，甚至出現(xiàn)不走煤的情況。 研究發(fā)現(xiàn)，從噴煤罐到混合器的距離約 10 m，管道屬于濃相輸送，煤粉沉積容易出現(xiàn)不走煤、停煤?jiǎn)栴}。 為解決此問題，在噴煤罐的出煤手閥和出煤閥之間安裝 1 個(gè)加速裝置， 該加速裝置放置于金屬軟連接內(nèi)部，如圖 1 所示。 該加速裝置長(zhǎng) 500 mm，兩端直徑為 100 mm，中間直徑為 50 mm，在噴煤過程中，先打開出煤閥再打開出煤手閥，能起到加速煤粉流動(dòng)的作用，解決了不走煤的問題。 因加速裝置是耐磨合金材質(zhì)，也保護(hù)了金屬軟連接設(shè)備，避免磨漏造成漏煤，影響生產(chǎn)、污染環(huán)境。

在倒罐過程中，出煤閥和給煤閥之間容易沉積煤粉， 再次噴吹時(shí)， 經(jīng)常出現(xiàn)速率波動(dòng)的情況，為此，在出煤閥與給煤閥之間，靠近出煤閥處安裝 1 個(gè)氮?dú)夥创倒埽雒洪y方向，主要有兩個(gè)作用：①在倒灌過程中，先打開給煤閥，反吹氮?dú)?，將管道?nèi)積煤吹掃進(jìn)噴煤主管道，再打開出煤閥，解決了出煤閥和給煤閥之間不走煤的問題； ②充壓過程中，打開出煤閥，關(guān)閉給煤閥，反吹氮?dú)膺M(jìn)入噴吹罐內(nèi)，進(jìn)行充壓作業(yè)，由于反吹氮?dú)馀c噴煤罐的底部流化氮?dú)?、錐部流化氮?dú)舛疾粚?duì)稱，可以使罐內(nèi)的煤粉流化均勻，有利于提高噴煤過程的穩(wěn)定性，提高煤粉的燃燒率，進(jìn)而提高高爐的煤比。

1.3 建造第 4 座熱風(fēng)爐

邯鋼 3 200 m³ 高爐配備 3 座熱風(fēng)爐，采用“兩燒一送”的方式進(jìn)行送風(fēng)，現(xiàn)場(chǎng)留有第 4 座熱風(fēng)爐位置。2016 年發(fā)現(xiàn)，兩高爐的 2# 熱風(fēng)爐最先出現(xiàn)問題，一方面是送風(fēng)后期不吃風(fēng)量，頂溫低，最高也不到 1 050 ℃；另一方面是換爐過程中風(fēng)溫波動(dòng)大，格子磚嚴(yán)重堵塞。 因此，開始建立第 4 座熱風(fēng)爐，2018 年投入運(yùn)行， 風(fēng)溫由 1 050 ℃提升至 1 200 ℃，后續(xù)仍可提高。 在“換爐”過程中的風(fēng)溫波動(dòng)明顯減小，高爐的燃料比也大幅度降低，煤比升高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年和 2020 年，兩高爐的煤比由 135 kg/t 上升至 150 kg/t 左右，焦比335 kg/t 下降至 305 kg/t， 燃料比由 530 kg/t 改善至 510 kg/t 左右。

1.4 高爐噴煤罐安裝穩(wěn)壓裝置

為提高高爐噴煤的穩(wěn)定性，對(duì)高爐噴煤罐進(jìn)行改造，改造前如圖 2（a）所示。 罐體、安裝于罐體頂部的進(jìn)煤管道、大放散管道和小放散管道，進(jìn)煤管道中安裝進(jìn)煤閥， 大放散管道中安裝大放散閥、小放散管道中安裝小放散閥；罐體下部?jī)蓚?cè)分別設(shè)有錐部流化閥和出煤閥，底部設(shè)有底部流化閥。

改造后如圖 2（b）所示。 改進(jìn)之處為：罐體頂部安裝有新小放散管道，新小放散管道下端與罐體頂部連接，上端與大放散管道連接，新小放散管道內(nèi)部安裝有新小放散閥； 罐體上安裝有進(jìn)氣管道，進(jìn)氣管道上安裝穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥與 PID 控制器連接。 安裝新小放散管道和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)噴煤罐罐壓的自動(dòng)穩(wěn)定調(diào)節(jié)，大幅提升了噴煤罐罐壓的穩(wěn)定性，保證了噴煤速率的穩(wěn)定，為高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行創(chuàng)造了條件。 在噴煤過程中，新小放散閥和穩(wěn)壓切斷閥不必頻繁開關(guān)， 減少閥門球面的磨損，有效地提高了閥門的使用壽命，高壓氮?dú)獾南牧恳裁黠@減少。 此外，耐磨金屬板可防止發(fā)生因大放散管道磨漏而造成的漏煤情況。

2 工藝改進(jìn)及優(yōu)化

2.1 布料工序的改進(jìn)

邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限公司兩座 3 200 m³ 高爐原布料矩陣為 C^2345610 ₃₃₂₂₂₄ O ²³⁴⁵⁶ ₄₄₃₂₂ 。 此料制的優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)中心氣流，抑制邊緣氣流；缺點(diǎn)是高爐的邊緣效應(yīng)偏重，對(duì)外圍變化比較敏感，高爐煤氣利用率不高，經(jīng)常維 持在 45%~46%之間，高爐燃料比高達(dá) 530~535 kg/t。 為了優(yōu)化布料工藝， 邯鄲鋼鐵集團(tuán)有限公司2# 高爐嘗試采用去除中心焦，采用大礦批、低料速和平臺(tái)+漏斗的布料模式。首先，將礦石的布料圈數(shù)和焦炭的布料圈數(shù)均從中心向外部偏移，目的是將漏斗深度加深， 以此來開放整個(gè)爐料的中心通道。然后，根據(jù)礦石與焦炭安息角的不同，測(cè)算出平臺(tái)的寬度， 爐喉的半徑為 4.5 m， 平臺(tái)度為 1.5 m 左右，漏斗深度 2 m 左右，因此高爐的布料矩陣逐步調(diào)整為：C^2345610₃₃₂₂₂₄ O ²³⁴⁵⁶ ₄₄₃₂₂→C^2345610 ₃₃₃₂₂₁ O ²³⁴⁵⁶ ₃₃₃₂₂→C²³⁴⁵⁶⁷ ₃₃₃₂₂₂O ²³⁴⁵⁶ ₃₃₃₂2。 經(jīng)過4—8 個(gè)冶煉周期后，觀察發(fā)現(xiàn)爐身靜壓逐漸平穩(wěn)，邊緣氣流穩(wěn)定發(fā)展，爐況整體朝著穩(wěn)定、向好的方向發(fā)展。 此外，爐體水溫差緩慢下降，最終穩(wěn)定到3~4 ℃之間， 高爐煤氣利用率大幅度提升至 49%~50%之間，煤比從 120 kg/t 提高至 140 kg/t 以上。

2.2 送風(fēng)程序的改進(jìn)

送風(fēng)對(duì)煤氣流的分布有著重要的影響， 首先，必須選擇與高爐匹配的入爐風(fēng)量。其次，要確定適宜的實(shí)際風(fēng)速、標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速以及鼓風(fēng)動(dòng)能。 邯鋼 3 200 m³高爐共 32 個(gè)風(fēng)口，風(fēng)口直徑為 120 mm，風(fēng)口面積為 0.361 9 m²，風(fēng)口面積偏小，爐內(nèi)邊緣氣流不宜發(fā)展，穩(wěn)定性差。因爐況波動(dòng)，煤氣利用率經(jīng)常降至48%以下。 為了提高進(jìn)風(fēng)量，保證壓差穩(wěn)定和高爐順行，采取增加風(fēng)口面積的措施：將風(fēng)口直徑增加為 130 mm，風(fēng)口面積增加至 0.424 7 m2。 通過增加風(fēng)口面積， 高爐壓差下降明顯， 再逐漸增加風(fēng)量、氧量和噴煤量，可以提高高爐產(chǎn)量，降低燃料比。風(fēng)量由 5 800 m³ /min 提高至 6 000 m³ /min， 富氧率由 3%提高至 4.5%左右， 煤比由 130 kg/t 提高至 150 kg/t。

此外，通過增加風(fēng)口長(zhǎng)度達(dá)到活躍中心氣流的目的，風(fēng)口長(zhǎng)度增加后，回旋區(qū)向爐缸中心推移，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速為 240~245 m/s， 實(shí)際風(fēng)速為 260~270 m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能達(dá)到 160 kJ/s 左右。 通過配置部分長(zhǎng)風(fēng)口，不僅使?fàn)t缸狀態(tài)得到改善，而且邊緣氣流也得到合理控制，爐體水溫差由 3.5~4 ℃穩(wěn)定到 3 ℃左右，高爐煤比進(jìn)一步提高。

2.3 優(yōu)化噴煤工藝流程

高爐噴吹煤粉屬于氣固兩項(xiàng)輸送，噴煤罐到混合器之間為濃相輸送，煤粉的“載體”為氮?dú)?；混合器到高爐煤槍為稀相輸送，煤粉的“載體”為氮?dú)夂蛪嚎s空氣，壓縮空氣的使用量占 90%以上，可見壓縮空氣的調(diào)節(jié)對(duì)噴煤速率的穩(wěn)定有著重要的意義。

根據(jù)高爐噴煤量的不同， 逐漸調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，整體趨勢(shì)為隨著噴煤量的增加，壓縮空氣呈減少趨勢(shì)。 具體為：①高爐剛送風(fēng)時(shí)，單系列 10 t 起噴，壓縮空氣流量按 1 200 m³ /h 設(shè)定；②高爐要煤量20 t 時(shí)，改雙系列噴煤，每個(gè)系列壓縮空氣流量按 1 200 m³ /h 設(shè)定；③單系列噴煤量為 15 t 時(shí)，壓縮空氣流量按 1 000~1 100 m³ /h 設(shè)定；④單系列噴煤量為 20 t 時(shí)，壓縮空氣流量按 950~1 000 m³ /h設(shè)定；⑤單系列噴煤量為 25 t 時(shí)，壓縮空氣流量按900~950 m³ /h 設(shè)定。 以上情況是在沒有停煤槍情況下的操作， 高爐停 1 桿煤槍按壓縮空氣流量減少20 m³ /h 設(shè)定。

此外，高爐遇有特殊情況，不得不大幅度減風(fēng)、減氧、減煤，甚至停煤，噴煤必須采取“手動(dòng)”操作。首先，將罐壓設(shè)置為“手動(dòng)”調(diào)節(jié)，避免噴煤速率大幅度波動(dòng)。然后，打開小放散閥、關(guān)閉錐部流化閥、減小底部流化閥的開度，逐步降低罐壓，同時(shí)提高壓縮空氣流量。 若高爐停煤，壓縮空氣加至 1 500 m³ /h。

2.4 噴煤工藝增加連鎖程序

噴煤罐的給煤閥、出煤閥、大放散閥、中放散閥、小放散閥、底部流化調(diào)節(jié)閥、錐部流化調(diào)節(jié)閥、穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥均為氣動(dòng)球閥，可以遠(yuǎn)程控制。 設(shè)定以下 3 道連鎖程序：①根據(jù)高爐要煤量的不同，依次設(shè)定底部流化調(diào)節(jié)閥、錐部流化調(diào)節(jié)閥和穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥的開度，噴煤量越大，開度逐漸增大。②根據(jù)噴煤罐的實(shí)際壓力跟蹤設(shè)定壓力按程序進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)罐壓的實(shí)際值高于設(shè)定值 6 kPa 時(shí)， 打開小放散閥，進(jìn)行卸壓操作；實(shí)際值等于設(shè)定值后，關(guān)閉小放散閥；當(dāng)罐壓的設(shè)定值高于實(shí)際值 6 kPa 時(shí)，打開穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行補(bǔ)壓，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥的開度隨著壓力的增長(zhǎng)而減小，實(shí)際值等于設(shè)定值后，穩(wěn)壓調(diào)節(jié)閥開度降低為零。③增加報(bào)警程序，給煤閥、出煤閥沒有正常打開會(huì)造成高爐停煤，放散閥打不開會(huì)造成罐壓升高，影響噴煤速率穩(wěn)定性，因此，以上閥門均增加報(bào)警程序，5 s 打不開報(bào)警，通過手動(dòng)干預(yù)可以保證高爐正常噴煤。 正常生產(chǎn)時(shí)，高爐熱風(fēng)的壓力控制為 390 kPa 左右，給煤閥設(shè)定連鎖程序，罐壓低于 400 kPa 時(shí)，閥門不能打開，即可防止熱風(fēng)倒流燒壞煤槍，避免事故發(fā)生。

3 結(jié) 論

通過對(duì)邯鋼 3 200 m³ 高爐進(jìn)行設(shè)備改造和優(yōu)化工藝操作， 高爐布料精度有了較大提高，送風(fēng)量可以維持在 6 000 m³ /min 左右， 富氧量保持在 15 000~18 000 m³ /h 之間，頂壓提高至 230 kPa，高爐噴煤的穩(wěn)定率達(dá)到 99.5%以上，高爐煤比達(dá)到了 150 kg/t 左右，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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