臧向陽  孫守建  王恩峰  康慶國

（五礦營口中板有限責(zé)任公司）

摘  要：本文闡述了2300m³高爐在使用二級(jí)焦條件下所采用的原料條件、主要操作制度及取得的主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。高爐的大型化及大噴煤量要求焦炭質(zhì)量好穩(wěn)定性高，焦炭的高溫性能指標(biāo)即焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度指標(biāo)直接影響高爐冶煉進(jìn)程與經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：二級(jí)焦；高爐操作；CSR

1  前言

焦炭在高爐冶煉中除了發(fā)熱劑、還原劑功能外,最重要的作用是料柱骨架功能，特別是對(duì)于高煤比的大型高爐,焦炭質(zhì)量不僅影響高爐上部透氣性和爐況的順行穩(wěn)定,對(duì)高爐下部和死料柱的透液性及爐缸工作也有很大影響。因每個(gè)廠的資源狀況和冶煉條件不盡相同，所在選擇焦炭質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，主要應(yīng)考慮煤炭資源條件、高爐容積、噴煤比、堿負(fù)荷等因素。要盡量做到經(jīng)濟(jì)上合理,技術(shù)上可行,既不要因原料質(zhì)量不能滿足工藝要求而影響爐況順行,又不因質(zhì)量功能過剩而增加成本影響利潤。

五礦營鋼現(xiàn)有2300m³高爐兩座，每座高爐配置風(fēng)口30個(gè)，兩個(gè)鐵口，3座卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐，采用PW無料鐘爐頂布料、小塊焦回收、銅冷卻壁、軟水密閉循環(huán)、NBA法水渣處理、爐內(nèi)料面監(jiān)測、煤氣在線監(jiān)測分析等技術(shù)。在設(shè)計(jì)初期，考慮到營口附近原料質(zhì)量實(shí)情，特別是焦炭資源難以達(dá)到準(zhǔn)一級(jí)焦水平，在設(shè)計(jì)高爐時(shí)采取了較矮胖的爐型，Vu/A=24.22，Hu/D=2.03。2016年下半年后通過調(diào)整高爐下部操送風(fēng)制度，上部推行平臺(tái)漏斗布料，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)低耗、降本增效的目標(biāo)。

2  現(xiàn)狀

GB50427-2008《高爐煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)2000m³高爐使用焦炭質(zhì)量要求如下：

營鋼2300m³高爐自2015年至今使用焦炭指標(biāo)：

受營鋼附近煤焦資源制約，并考慮到采購成本，營鋼高爐自2016年后主要使用二級(jí)冶金焦炭，化學(xué)成本份和冷強(qiáng)度平均能達(dá)到國標(biāo)二級(jí)冶金焦要求，但高溫強(qiáng)度CSR自2016年后逐步下降明顯，目前達(dá)到58.29%。通過對(duì)本鋼、鞍鋼、承鋼、新余等兄弟單位了解，目前營鋼高爐使用焦炭CSR平均低5%左右。

3  焦炭指標(biāo)對(duì)高爐冶煉的影響

不同容積的高爐對(duì)焦炭質(zhì)量要求不一樣。大高爐焦炭質(zhì)量應(yīng)當(dāng)好于中小高爐，是因?yàn)榇蟾郀t的料柱高，爐料壓縮比比小高爐要高，對(duì)爐內(nèi)透氣透液性相對(duì)有更高要求。對(duì)于2000m3以上容積的高爐所用焦炭，國內(nèi)廠家一般要求要有焦炭熱性能的要求，如反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）要大于62%，反應(yīng)性指數(shù)（CRI）≤25%。

高爐使用的焦炭的質(zhì)量由化學(xué)成分、常溫物理性能和高溫?zé)釕B(tài)性能三個(gè)方面組成，對(duì)高爐煉鐵指標(biāo)影響也可從該三個(gè)方面分析。

 3.1  焦炭化學(xué)成分對(duì)高爐指標(biāo)的影響

寶鋼經(jīng)驗(yàn)表明，灰分升高1%焦比升高1.0～3.0%，硫份升高0.1%焦比升高1.0～3.0%[1]，若按照目前營鋼原料價(jià)格和高爐指標(biāo)測算，灰分升高1%影響焦炭價(jià)格約20元，硫份升高0.1%影響焦炭價(jià)格約20元。

3.2  焦炭常溫物理性能對(duì)高爐指標(biāo)的影響

焦炭常溫下的機(jī)械強(qiáng)度對(duì)高爐煉鐵指標(biāo)的影響很大，其中抗磨強(qiáng)度的影響更為明顯，在一定程度上焦炭的冷態(tài)強(qiáng)度是熱態(tài)強(qiáng)度的基礎(chǔ)。M40升高0.1%焦比降低0.75%， M10在7.47～9.04%范圍內(nèi)每降低0.1%焦比降低1.33 Kg/t^[1]，若按照目前營鋼原料價(jià)格和高爐指標(biāo)測算，M40升高1%影響焦炭價(jià)格約10元，M10降低0.1%噸焦價(jià)格影響約5元。

此外，入爐焦炭水分對(duì)高爐燃料消耗理論上不會(huì)產(chǎn)生影響，但入爐焦炭水分高造成高爐爐頂溫度低會(huì)影響煤氣除塵系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這就制約了高爐富氧率的提高，極大的影響了高爐指標(biāo)。按照營鋼目前原料條件下，通過對(duì)濕熄焦和干熄焦水分對(duì)高爐爐頂溫度的影響測算表明，濕熄焦較干熄焦相對(duì)影響高爐1.5-2%的富氧率。

3.3  焦炭高溫冶金性能對(duì)高爐指標(biāo)的影響

高爐內(nèi)焦炭溶損反應(yīng)： 

盡管不同的高爐因原料、操作條件不同，對(duì)焦炭的CRI和CSR要求不會(huì)完全相同，并且CRI和CSR指標(biāo)的測定也沒有準(zhǔn)確地模擬高爐內(nèi)氣氛，但經(jīng)過塊狀帶后,焦炭開始受到碳溶反應(yīng)和高溫作用后,M40、M10的測定環(huán)境已經(jīng)完全改變，相對(duì)而講焦炭熱強(qiáng)度CSR和反應(yīng)性CRI相對(duì)更能夠代表高溫下的焦炭指標(biāo)。目前全國也已普遍接受使用CSR和CRI作為衡量焦炭高溫性能的主要指標(biāo)。不同容積高爐，對(duì)焦炭質(zhì)量要求有著明顯差別，對(duì)于小于1000m³高爐所用焦炭可以不必過分追求焦炭熱性能，但高爐大型化和提高噴煤比是在確保提高原料和燃料質(zhì)量條件下進(jìn)行的。如只注重含鐵原料質(zhì)量改善，而焦炭質(zhì)量沒有跟上，會(huì)造成高爐指標(biāo)大幅度下降。營鋼在近期因大高爐焦炭資源供應(yīng)緊張，使用部分CSR為53%的小高爐焦炭，盡管小高爐焦炭的常溫物理性能尚可，但使用后高爐出現(xiàn)風(fēng)量萎縮、塌劃料等現(xiàn)象，高爐產(chǎn)量下降燃料比上升，通過及時(shí)調(diào)整焦炭配比，停止使用低強(qiáng)度焦炭，高爐逐步轉(zhuǎn)為正常。

焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度提高后,焦炭溶損速度減小,風(fēng)口前焦炭粒度變好，在風(fēng)口前能夠接受更高的風(fēng)速，使軟融帶透氣性、爐缸透液性提高,從而能夠改善爐況提高煤氣利用降低入爐焦比。另外，焦炭骨架作用增強(qiáng)后有利于提高噴煤比,而目前煤焦差價(jià)在600-700元左右，提高煤比降低焦比能夠明顯降低成本。

焦炭CRI降低1%焦比降低3kg，CSR升高1%焦比降低6kg^[2]，在營鋼目前原燃料條件下，CRI降低1%影響焦炭價(jià)格約11元，CSR升高1%影響焦炭價(jià)格約23元。

3.4  煉焦工藝對(duì)高爐指標(biāo)的影響

遼寧地區(qū)相對(duì)山西優(yōu)質(zhì)煉焦煤缺乏，目前營鋼使用焦炭基本是濕熄焦和搗固焦炭，相對(duì)干熄焦和頂裝焦炭質(zhì)量有一定差距。干熄焦工藝是紅焦在的惰性氣體中緩慢降溫冷卻,冷卻過程中焦炭內(nèi)部熱應(yīng)力變化小,網(wǎng)狀裂紋少,氣孔率低。濕法熄焦工藝紅焦靠打水急劇冷卻,會(huì)對(duì)焦炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力,形成網(wǎng)狀密布裂紋,造成氣孔率升高，使焦炭的耐磨性和機(jī)械強(qiáng)度都會(huì)降低。因此，相同的煉焦原料條件下，干熄焦較濕洗焦相對(duì)機(jī)械強(qiáng)度高。
搗鼓焦工藝出發(fā)點(diǎn)是在既能減少成本高的主焦煤配比條件下還能夠保證焦炭強(qiáng)度指標(biāo)。經(jīng)搗固的煤餅，密度可達(dá)950～1150kg/m³，可使焦炭M40提高3%左右，M10降低2%～4%，CSR提高1%～6%。搗鼓焦產(chǎn)生的是盲腸氣孔，密度大，在高爐內(nèi)反應(yīng)性差，使鐵礦石間接還原度降低。寶鋼和歐洲的一些高爐使用搗固焦，出現(xiàn)焦比升高、產(chǎn)量降低現(xiàn)象^[3]。所以，相同指標(biāo)下的搗固焦與頂裝焦對(duì)比頂裝焦使用效果更好。

4  使用二級(jí)焦后高爐應(yīng)對(duì)措施

4.1  提高含鐵原料質(zhì)量

在現(xiàn)有原燃料條件下，通過合理配礦、厚料層燒結(jié)和熱風(fēng)燒結(jié)等技術(shù)手段提高燒結(jié)礦質(zhì)量，特別是提高強(qiáng)度和降低含粉。

對(duì)含粉較大塊礦在料場進(jìn)行提前篩分，并在槽下加強(qiáng)對(duì)篩子的監(jiān)管，完善焦篩、礦篩檢查制度，縮短焦篩、礦篩的檢查周期，每班周期性空振振動(dòng)篩，確保高爐用焦篩、礦篩完好，從而保證原燃料篩分效果。

另外，根據(jù)燒結(jié)質(zhì)量變化和高爐爐況反應(yīng)，靈活控制燒結(jié)噴灑CaCl2,控制好燒結(jié)低溫還原粉化率指標(biāo)，為改善高爐上部料柱透氣性創(chuàng)造條件。

通過改善含鐵原料質(zhì)量，能夠在一定程度上能彌補(bǔ)因焦炭強(qiáng)度變差帶來的透氣、透液性變差問題，實(shí)際生產(chǎn)證明這是行之有效的。

4.2  上部制度調(diào)整

4.2.1  選擇合適的礦石批重

在焦炭負(fù)荷不變的情況下，礦石批重增加后，將增加焦窗厚度，可減少界面效應(yīng)，軟熔帶焦炭層氣窗將增大，可以改善高爐的透氣性、透液性，有利于改善高爐順行提高煤氣利用。營鋼在2016年之前礦批一直在74噸左右，隨著冶強(qiáng)和煤比提高，礦批重逐漸增加到84t。隨著礦批的增大，爐況也出現(xiàn)了更加穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)，燃料比和焦比都有較明顯下降。

4.2.2  上部布料制度調(diào)整

考慮到二級(jí)焦炭質(zhì)量下降影響，高爐在上部操作制度上采取以中心加焦強(qiáng)烈發(fā)展中心氣流、抑制邊緣氣流為主導(dǎo)方向的裝料制度，長時(shí)間內(nèi)采用“大平臺(tái)+中心加焦”的布料方式：C=35.5(2)32.5(2)29.5(2)26.5(2)23.5(2)18(3.5),O=44(3)41.5(3)38.5(2)35.5(2)32.5(2)29.5(2)26.5(2)23.5(2)21.5(1.5)29.5(0.5)，礦焦差在4°左右，中心加焦比例在25%左右。較大比例的中心加焦是為了保證中心氣流占主導(dǎo)達(dá)到保證爐況穩(wěn)定順行的目的，而礦角差為14.5°的大平臺(tái)目的是盡可能的提高煤氣利用。使用該布料制度運(yùn)行期間高爐順行尚可，利用系數(shù)可以達(dá)到 2.50 t/（m³·d），但綜合消耗相對(duì)偏高，在 530 kg/t左右。 

2016年10月后，為進(jìn)一步降低燃耗，裝料制度轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;以平臺(tái)漏斗布料為主提高煤氣利用輔以少量中心加焦保順行“的操作思路。2016年11月份1#2300m³高爐中修完畢后首先進(jìn)行料制試驗(yàn)。裝料制度由之前中心加焦模式調(diào)整為：C42（3）39.5（3)37（3)34.5（2)31.5（2）28.5（3），O41.5（4）40（5)38.5（5）36.5（4）34（3），中心焦8（1.9t)，中心焦比例：10.5%，礦焦角差 2°左右，焦料線1.2m,礦料線1.6m ，批重84噸。通過調(diào)整布料制度，高爐內(nèi)兩道煤氣流得以合理的分布，壁體明顯趨穩(wěn)，邊緣指數(shù)控制在0.6左右，中心指數(shù)4.3左右，中心煤氣流溫度控制在500～600 ℃之間，水溫差長時(shí)間穩(wěn)定在 2.0 ℃以下，高爐燃料比由之前的540kg/t左右降低到510kg/t左右，取得了良好的效果。

4.3  送風(fēng)制度調(diào)整

下部煤氣流決定著高爐煤氣的初始分布，也影響著煤氣的二、三次分布。營鋼二級(jí)焦較差的CSR決定了爐缸死料柱較大，爐缸中心透氣透液性較差，這使得合理的鼓風(fēng)速度和鼓風(fēng)動(dòng)能對(duì)高爐順行的穩(wěn)定和煤氣利用的作用顯得更為重要。鼓風(fēng)動(dòng)能過小，爐缸中心不易打通，回旋區(qū)深度不夠，隨著爐腹煤氣量增加，透氣性和壓差會(huì)升高，會(huì)導(dǎo)致煤氣流難以控制使煤氣利用率下降。為了提高鼓風(fēng)動(dòng)能活躍爐缸，首先采用了增加風(fēng)口長度的辦法，風(fēng)口由長度660mm的風(fēng)口調(diào)整到700mm的長風(fēng)口，其次，送風(fēng)的風(fēng)口面積從 0.311m²逐步調(diào)整至目前的 0.285 m²，鼓風(fēng)動(dòng)能提高到150KJ。通過調(diào)整，相對(duì)之前吹透、吹活了爐缸，確保了爐缸初始煤氣流分布合理，在中心焦大幅度降低比例的情況下爐況穩(wěn)定、順行狀態(tài)良好。目前高爐爐腹煤氣量指數(shù)穩(wěn)定在62m³/(min·m²)左右，在爐況長期穩(wěn)定順行前提下實(shí)現(xiàn)了較高的冶煉強(qiáng)度。

4.4  造渣制度和熱制度調(diào)整

高爐使用二級(jí)焦強(qiáng)度變差后爐缸透液性相對(duì)變差，必須改善渣鐵流動(dòng)性才能使?fàn)t缸保持活躍穩(wěn)定。高爐爐渣堿度控制在1.20左右，MgO/Al₂O₃控制在0.67左右，鐵水物理熱1470℃以上，確保良好渣鐵流動(dòng)性前提下，逐步降低生鐵平均[Si]到0.27%。 

高爐實(shí)施高富氧低燃料比操作后造成高爐爐頂溫度偏低，不利于排鋅，同時(shí)，低硅冶煉后爐渣堿度提高，使?fàn)t渣排堿性能降低。如要改善高爐排堿排鋅條件并保證脫硫效果，必須提高爐溫降低堿度，勢(shì)必造成燃料比上升，這對(duì)煉鐵和煉鋼的成本控制非常不利，不符合經(jīng)濟(jì)煉鐵的要求。為此，除通過控制入爐減堿負(fù)荷和鋅負(fù)荷措施外，另根據(jù)高爐堿金屬富集情況階段性進(jìn)行排堿，避免了高爐因堿鋅害長期富集造成的爐況失常。

4.5  加強(qiáng)高爐出鐵管理

①抓出鐵正點(diǎn)率，要求高爐堵口時(shí)間控制在正點(diǎn)5分鐘之內(nèi)，并將正點(diǎn)率指標(biāo)掛靠高爐工長、爐前班長的績效考核，使高爐能夠有效配合，為及時(shí)配罐提供條件。
②建立調(diào)度配罐時(shí)間評(píng)比制度，對(duì)生產(chǎn)組織好，配罐時(shí)間短的班組進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，縮短配罐時(shí)間。
③對(duì)打泥量、鐵口深度和開口大小嚴(yán)格控制，規(guī)范操作，狠抓交接班鐵口工作情況，對(duì)不合格鐵口進(jìn)行分析和交流，四班操作更加統(tǒng)一。
④加強(qiáng)炮泥質(zhì)量的控制，設(shè)立大班長專人負(fù)責(zé)制，對(duì)因?yàn)榕谀嘣蛟斐傻蔫F口問題嚴(yán)肅考核，情節(jié)嚴(yán)重的直接退貨并翻倍考核，使炮泥質(zhì)量提高。

5  效果

針對(duì)焦炭質(zhì)量下降的情況，鐵前系統(tǒng)通過不斷地解放思想尋求突破，高爐生產(chǎn)以全面強(qiáng)化管理為手段，以低硅冶煉為切入點(diǎn)，以提升高爐操作技能為保障，營鋼2300m3高爐指標(biāo)不但沒有下降，相反高爐利用系數(shù)和燃料比等關(guān)鍵指標(biāo)不斷取得進(jìn)步。進(jìn)入2017年后成功實(shí)現(xiàn)了低硅高強(qiáng)度冶煉，利用系數(shù)達(dá)到2.52，生鐵含硅0.27%，燃料比在512kg/t左右，達(dá)到了優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)的目標(biāo)。

6  結(jié)論

（1）二級(jí)冶金焦能夠在2300m³高爐上使用并取得良好指標(biāo)。

（2）實(shí)現(xiàn)平臺(tái)漏斗布料替代中心加焦的布料模式更加有利于降低高爐燃料比。
（3）在原料條件劣化的情況下，通過各種操作制度優(yōu)化和管理加強(qiáng)，在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)指標(biāo)提升，實(shí)現(xiàn)供產(chǎn)效益最大化。

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