曹旭博，曾慶良，蔡思維
（中南鋼鐵中南股份煉鐵廠，廣東 韶關(guān) 512123）
摘 要：基于韶鋼 7 號高爐大修后（第二代爐齡）兩年高產(chǎn)條件下的操作數(shù)據(jù)，重點(diǎn)對高爐的風(fēng)量、風(fēng)壓和壓差水平，頂壓使用，透氣性指數(shù)范圍，中心和邊緣指數(shù)范圍，富氧水平，風(fēng)口面積和鼓風(fēng)動(dòng)能等參數(shù)進(jìn)行探討，7 號高爐生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)富氧率≤6.5%，理論燃燒溫度控制在 2330±30℃，爐腹煤氣量控制在 60-62m/min,鼓風(fēng)動(dòng)能維持在 110-115kj/s，中心溫度在 400℃以上，邊緣指數(shù) W 值在 0.6-0.7 時(shí)，有利于維持爐況穩(wěn)定，可以達(dá)到高產(chǎn)低耗的目標(biāo)，每一座高爐都可以在生產(chǎn)實(shí)踐中找到適合本高爐的生產(chǎn)工藝參數(shù)，及時(shí)調(diào)整，同時(shí)控制合適的爐溫和穩(wěn)定爐渣成分，可維持高爐長周期的穩(wěn)定順行。
關(guān)鍵詞：工藝參數(shù)；穩(wěn)定順行；高產(chǎn)低耗
1.概述
韶鋼煉鐵廠 7 號高爐（2200m³）第二代爐齡大修后于 2022 年 3 月 18 日點(diǎn)火開爐，設(shè)有南北兩個(gè)出鐵場，3 個(gè)鐵口，30 個(gè)風(fēng)口，采用 PW 串罐式無鐘爐頂，陶瓷杯加全炭復(fù)合爐底，鑄鐵冷卻壁加銅冷卻壁結(jié)合的冷卻結(jié)構(gòu)，全軟水密閉冷卻系統(tǒng)，頂燃式熱風(fēng)爐，底濾法水渣系統(tǒng)，采用了爐頂煤氣在線回收，重力除塵器氣力輸灰等先進(jìn)的環(huán)保設(shè)備。
為了維持高爐長周期的穩(wěn)定順行，在高產(chǎn)的前提下，高爐日常操作中一些基本工藝操作參數(shù)是否有規(guī)律可循，是本文探討的重點(diǎn)。
2.風(fēng)量、風(fēng)壓、頂壓和壓差的使用情況。
風(fēng)壓是煤氣在高爐內(nèi)料柱阻力和爐頂壓力的綜合表現(xiàn)，因此風(fēng)壓也間接地表示高爐料柱透氣性的變化。在正常情況時(shí)，風(fēng)壓是隨著風(fēng)量的增減而增減的，即風(fēng)壓和風(fēng)量成正比關(guān)系。7 號高爐通過實(shí)踐表明，熱風(fēng)壓力在 420kPa 以下，頂壓使用 240kPa，標(biāo)準(zhǔn)的壓差在 180kPa 以下，風(fēng)量在 4850±50m³/min,爐況都是處于比較理想的狀態(tài)，下料也是比較順暢的。
以下表 1 是不同風(fēng)量和風(fēng)壓的對應(yīng)情況。
從以上表中可以看出風(fēng)壓在 420kPa 以上時(shí)，增加風(fēng)量后風(fēng)壓增長幅度明顯升高，不利于繼續(xù)上風(fēng)量。
3.中心溫度和邊緣氣流指數(shù)
合理的煤氣流分布,就是采用合適的送風(fēng)制度和裝料方法,控制好兩股煤氣流(邊沿和中心)的發(fā)展程度,達(dá)到煤氣利用最好和燃料消耗最低的目的。日常操作中,引人了邊沿氣流指數(shù)取值:即值=邊沿四點(diǎn)的溫度平均值/爐頂煤氣溫度。平均值邊沿氣流發(fā)展,會造成爐體熱負(fù)荷升高,煤氣利用率差,能耗升高,即值與爐身熱負(fù)荷具有很好的相關(guān)性。
7 號高爐通過日常的生產(chǎn)實(shí)踐，對比了不同爐況下的中心溫度情況和邊緣氣流指數(shù)情況，生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)值<0.5,爐身的溫度下降較多,熱負(fù)荷偏低，壓量關(guān)系偏緊，透氣性不好，冷卻壁水溫差下行,總體爐況較差。當(dāng) W 值>0.7,邊沿氣流有所發(fā)展,壓差較低,容易出現(xiàn)渣皮大面積脫落爐溫比較難控制，燃料消耗明顯增多。
發(fā)現(xiàn)中心溫度在 400℃以上，邊緣氣流指數(shù)在 0.6-0.7 區(qū)間，氣流是處于比較合理的狀態(tài)，日常操作中，結(jié)合爐身溫度變化和邊緣起來指數(shù)綜合判斷，可以定性的分析邊緣的發(fā)展情況，為氣流的調(diào)整和爐況的分析提供分析依據(jù)。下圖表 2是取爐況順行狀態(tài)下一段時(shí)間的中心和邊緣氣流指數(shù)趨勢圖。
4.富氧率和理論燃燒溫度
富氧對高爐強(qiáng)化冶煉來講是極為重要的一種介質(zhì)，同時(shí)也是提高煤比降低生產(chǎn)成本必不可少的一個(gè)重要手段。大幅度使用富氧，首先需要清除富氧鼓風(fēng)對高爐冶煉的影響，清楚了解富氧對高爐的影響，然后調(diào)整富氧量的使用范圍，7 號高爐是將工業(yè)高壓富氧減壓后加入冷風(fēng)管道，經(jīng)熱風(fēng)爐預(yù)熱后再送入高爐，富氧鼓風(fēng)的好處就是在不增加風(fēng)量、不增加鼓風(fēng)機(jī)動(dòng)力消耗的情況下, 達(dá)到大幅度提產(chǎn)的目的。
日常操作中,富氧率/的計(jì)算公式可簡化如下: f=(a-0.21)xW，c--工業(yè)氧中氧含量,%;W--1m³ 鼓風(fēng)中的氧氣含量%。
投產(chǎn)兩年來通過不斷地嘗試，進(jìn)行了富氧大噴煤的攻關(guān)，7 號高爐的富氧率逐步的由原來的5%增加至目前的 6.5%左右，煤比從 160kg/t 提高到了175kg/t，產(chǎn)量由7200t/d提高并穩(wěn)定在7500t/d，實(shí)現(xiàn)了階段性的提高，提煤降焦及增加冶煉強(qiáng)度的效果明顯，以下表 3 是富氧量和產(chǎn)量情況。
在提高富氧率的情況下，仍然可以達(dá)到高產(chǎn)的模式，主要原因是爐況的穩(wěn)定性保持較好,全年未發(fā)生大的爐況波動(dòng)。在富氧的使用上,要綜合考慮爐況的穩(wěn)定性,冶煉強(qiáng)度和爐前渣鐵的排放節(jié)奏要匹配。遵循攻、守、退的原則，以高爐爐況為首要條件，以風(fēng)為綱，氧隨風(fēng)而動(dòng),有風(fēng)而后追求合適的富氧率。當(dāng)出現(xiàn)爐前渣鐵未及時(shí)排放、憋爐等情況時(shí),要及時(shí)控氧,避免后期風(fēng)量大幅波動(dòng)。
理論燃燒溫度是指風(fēng)口前焦炭和噴吹物燃燒所能達(dá)到的最高的絕熱溫度，即假定風(fēng)口前燃料燃燒放出的熱量(化學(xué)熱)以及熱風(fēng)和燃料帶入的物理熱全部傳給燃燒產(chǎn)物時(shí)達(dá)到的最高溫度，也就是爐缸煤氣尚未與物料進(jìn)行熱量傳遞前的原始溫度。
影響理論燃燒溫度的因素主要有鼓風(fēng)溫度、鼓風(fēng)富氧量、噴吹燃料和鼓風(fēng)濕度等。日常操作中,主要依靠這些因素相互結(jié)合使用,控制合適的理論燃燒溫度,發(fā)揮綜合冶煉效率。理論燃燒溫度過低,會使煤粉的置換比下降,爐料加熱和還原不足,進(jìn)而導(dǎo)致爐況惡化。理論燃燒溫度過高,爐內(nèi)煤氣壓差升高，使?fàn)t內(nèi)尤其是爐腹部位爐料下降的條件變差，爐子下部溫度過高，會使 SiO2大量還原并揮發(fā)，煤氣將它帶往上部，并且在爐腹凝聚，在焦塊間隙分解成固態(tài)，料柱的透氣性變差，高爐下部壓差升高,對爐況順行不利。
理論燃燒溫度T的計(jì)算公式 :
T=1559+0.839xBT-0.6033xBH+4972xV0/VB-3150x1000xWC/WB
式中 BT--熱風(fēng)溫度℃;BH--鼓風(fēng)濕度 g/m³;V0--富氧量 m³/h;VB--風(fēng)量(含氧量)m³/h;WC--噴煤量,/h。
7 號高爐在日常的生產(chǎn)操作中發(fā)現(xiàn)，理論燃燒溫度在 2330℃±30℃時(shí)，爐況較穩(wěn)定，爐缸活躍，各項(xiàng)指標(biāo)良好，對于理論燃燒溫度高于 2380℃ 以上,爐溫向熱時(shí),透氣性會變差，可臨時(shí)開加濕增加鼓風(fēng)濕度,退風(fēng)溫以降低理論燃燒溫度,使風(fēng)壓、壓差下降,爐況平穩(wěn)過渡。
5.爐腹煤氣流指數(shù)和透氣性指數(shù)
高爐內(nèi)煤氣的通過能力是限制高爐強(qiáng)化冶煉的重要因素，從煤氣流分布及爐缸傳質(zhì)傳熱角度考慮,煤氣的通過能力存在一定的限度值,而爐腹煤氣量指數(shù)就是反映爐缸區(qū)域通過煤氣狀況的指數(shù)。從氣體力學(xué)的方面來看，高提高爐腹煤氣量指數(shù)，就必須改善料柱的通過能力，改善透氣性、提高原燃料的質(zhì)量，改善高爐煤氣分布；爐腹煤氣指數(shù)的簡易計(jì)算公式為：
ψ=BOSH/F；
式中 ψ--爐腹煤氣量指數(shù) m³/min；BOSH--爐腹煤氣量 m³/min;F--爐缸截面積㎡
由以上公式可知,爐腹煤氣量指數(shù)由爐腹煤氣量決定,而爐腹煤氣量主要受風(fēng)量、氧量的影響較大。7 號高爐投產(chǎn)兩年期間月平均爐腹煤氣流量如下圖表 4。
從上圖可以看出 7 號高爐的爐腹煤氣流指數(shù)在 60-62m/min，通過日常的實(shí)踐得出，當(dāng)原燃料條件變好時(shí)，爐腹的煤氣流指數(shù)可以達(dá)到62m/min 以上，目前在降低鐵水成本為目標(biāo)，以經(jīng)濟(jì)爐料為主，從長周期的順行角度來看，合適的爐腹煤氣流是保證爐況順行的一個(gè)重要前提。
高爐透氣性是高爐監(jiān)控的重要參數(shù)之一。在現(xiàn)代高爐生產(chǎn)中，高爐透氣性指數(shù)可以迅速判斷爐況的指標(biāo)。保持較高的高爐透氣性指數(shù)對穩(wěn)定爐況、安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗非常重要。料柱具有良好的透氣性，使上升煤氣流均勻與穩(wěn)定而且順利的通過，是保證下料順行和充分發(fā)揮上升煤氣流的還原和傳熱作用的基本前提。
韶鋼高爐使用的透氣性指數(shù)的簡化公式為：
K=Q/ΔP，注：K——高爐透氣性指數(shù)，Q—風(fēng)量（m³/min）ΔP 為爐內(nèi)全壓差。7 號高爐把透氣性的指數(shù)作為判斷爐況非常重要的參數(shù)，透氣性太高或者太低都說明爐況會出現(xiàn)一定的問題，日常的控制范圍一般在 75-90，低于或者高于范圍都必須查找原因采取應(yīng)對措施，杜絕爐況出現(xiàn)波動(dòng)。
下圖表 5 為 2024 年 2-3 月的風(fēng)壓和透氣性指數(shù)趨勢
從以上趨勢圖可以看出，透氣性指數(shù)和熱風(fēng)壓力波動(dòng)比較大，K 值明顯偏低，說明爐內(nèi)的透氣性較差，主要原因是 2-3 月份韶鋼煉鐵廠燒礦線和焦炭線進(jìn)入檢修期，大量的使用落地?zé)V和成品倉燒礦，焦炭集中大量的使用水熄焦，原燃料的質(zhì)量出現(xiàn)了大幅度的下滑，導(dǎo)致了高爐的透氣性下降。為此，7 號高爐利用休風(fēng)機(jī)會，調(diào)整了風(fēng)口面積，適當(dāng)?shù)目刂埔睆?qiáng)，同時(shí)也不斷的優(yōu)化和調(diào)整裝料制度，增加中心加焦量（比例由20-22%）維持，同時(shí)適當(dāng)?shù)目s小了 0.5°的整體布料角度，槽下加強(qiáng)篩分工作，及時(shí)的清理篩網(wǎng)，盡量減少粉末入爐，保證了爐況的穩(wěn)定順行。
6.爐溫和爐渣成分
爐溫的穩(wěn)定合適是高爐爐況順行的重要條件，近年來 7#高爐爐溫控制標(biāo)準(zhǔn)逐步以鐵水物理熱為主，同時(shí)兼顧生鐵中硅含量,要求鐵水溫度在1505～1525℃，鐵水含 Si 在 0.3~0.55%，始終堅(jiān)持長期保持中上限物理熱的方針，堅(jiān)決減少過低鐵水溫度的現(xiàn)象出現(xiàn)，目標(biāo)就是要保證爐缸工作長期處于均勻﹑適度活躍的狀態(tài)；堅(jiān)持定量和過量調(diào)劑相結(jié)合的方針，堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化操作，加強(qiáng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，用數(shù)據(jù)說話，使?fàn)t溫處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。
采取穩(wěn)定爐溫的主要措施有：制定合理的操作方針,加強(qiáng)四班統(tǒng)一操作，嚴(yán)禁操作自由化，處理好局部和整體的關(guān)系；通過對日常操作過程的監(jiān)控，來保持操作指標(biāo)的合理，通過每日爐長制定工藝操作卡來統(tǒng)一操作人員的操作方針，通過監(jiān)控料速、熱負(fù)荷、煤氣利用率的變化來進(jìn)行趨勢判斷，做到勤調(diào)、微調(diào)、提前調(diào)整。由于這一系列管理機(jī)制的約束，使高爐操作者能統(tǒng)一在既定方針下，即保證了爐況的順行，又保證了爐溫穩(wěn)定。下圖表 6 是進(jìn)一年來鐵水含硅與物理熱的月平均趨勢圖
合理的造渣制度是保證高爐順行,改善生鐵質(zhì)量,降低燃料消耗,提高冶煉強(qiáng)度的基本條件，生鐵質(zhì)量的主要指標(biāo)是含硫符合標(biāo)準(zhǔn),而爐渣的脫硫效果不僅取決于爐渣堿度,而且還取決于爐渣的流動(dòng)性以及爐缸溫度等因素。
7 號高爐首先是提高鐵水和穩(wěn)定的物理熱水平，充足的爐渣溫度是改善渣流首要條件，其次調(diào)整爐渣堿度范圍，在原燃料成分出現(xiàn)波動(dòng)或爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)，及時(shí)取渣樣進(jìn)行化學(xué)分析，對比結(jié)果對堿度及時(shí)進(jìn)行校正，R2 范圍從原來 1.18～1.23 提高到1.23～1.28 范圍，鐵水含[S]大部分時(shí)間保持在0.018%～0.025%的水平，雖然鐵水含 S 有所下降，但鐵水的物理熱較足，爐渣流動(dòng)性仍比較好，通過細(xì)節(jié)的調(diào)整，使造渣制度趨于合理，對爐況的長期穩(wěn)定順行起到了重要作用；同時(shí)鐵水含 S 偏低的情況下，對爐缸的沖刷程度進(jìn)一步減輕，對保護(hù)爐缸也起到重要的作用。
下圖表 7 為 7 號高爐 2023 年以來的爐渣二元堿度趨勢圖。
7. 結(jié)束語
1.7 號高爐的生產(chǎn)實(shí)踐表明，同類型的高爐由于設(shè)計(jì)爐型、原燃料條件、設(shè)備條件等因素的不同，生產(chǎn)操作參數(shù)也不盡相同，每座高爐都可以找到符合自身?xiàng)l件的操作參數(shù)和調(diào)控規(guī)律，及時(shí)的調(diào)整工藝操作參數(shù)，可以達(dá)到長周期穩(wěn)定順行和高產(chǎn)低耗的目標(biāo)。
2.高爐生產(chǎn)應(yīng)以風(fēng)量為基礎(chǔ)，以風(fēng)為綱，在穩(wěn)定入爐風(fēng)量的前提下來提高富氧量強(qiáng)化冶煉和優(yōu)化經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。
3.生產(chǎn)中理論燃燒溫度的控制非常重要，要匹配好富氧、噴煤和濕度等參數(shù)，配合發(fā)揮好綜合冶煉效能。
4.爐腹煤氣指數(shù)爐缸煤氣狀況的體現(xiàn)，生產(chǎn)中應(yīng)盡量接近最大爐腹煤氣量指數(shù)；透氣性是高爐反應(yīng)高爐順行狀態(tài)最直接的參數(shù)，超出控制范圍，應(yīng)及時(shí)采取措施保證爐況穩(wěn)定。
5.穩(wěn)定的爐溫和爐渣成是高爐爐況順行的基礎(chǔ)，努力減少爐溫波動(dòng)，保證爐渣的脫硫能力和良好的流到性是爐況順行的重要條件。
參考文獻(xiàn)
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