陳志煥，樊建業(yè)
摘 要：對興澄3200m3大型高爐開爐31個月以來的生產實踐進行了總結，通過2年多的努力探索，操作技能和管理能力穩(wěn)步提高，高爐生產穩(wěn)步發(fā)展，無爐況嚴重失常情況出現(xiàn)，高爐技術經濟指標長期穩(wěn)定在較高水平。
關 鍵 詞：大型高爐；煤氣利用率；燃料比
興澄特鋼在2002年—2009年9月共有3座小高爐生產，分別為2座450m3高爐和1座530m3高爐。2009年9月底，第一座全國產化裝備的3200m3高爐投產，但仍然無自己煉焦生產，原燃料全部外供。通過2年多的努力探索，操作技能和管理能力穩(wěn)步提高，高爐生產穩(wěn)步發(fā)展，無爐況嚴重失常情況出現(xiàn)，高爐技術經濟指標長期穩(wěn)定在較高水平。
1 高爐生產情況
1．1 高爐配套情況
3200m3高爐于2009年9月25日投產，設置4個鐵口，32個風口。單燒高爐煤氣，煤氣及助燃空氣雙預熱，采用具有專利技術的旋切頂燃式熱風爐；爐底—爐缸采用微孔炭磚+陶瓷杯結構，爐缸2段及爐腰、爐身中下部第6～9段采用銅冷卻壁，爐底水冷管、風口大中套與冷卻壁采用軟水密閉循環(huán)，風口小套為工業(yè)水開路循環(huán)；皮帶運料和串罐無料鐘爐頂；爐前液壓開口機和泥炮；重力除塵+布袋干法煤氣除塵凈化系統(tǒng)；TRT余壓發(fā)電系統(tǒng)；汽動鼓風機；底濾法水沖渣系統(tǒng)及燒結分級入爐等新工藝、新技術全部國產化。
1．2 高爐生產發(fā)展狀況
3200m3高爐操作人員年輕，沒有任何大型高爐操作經驗。雖然在同行專家的指導下，快速掌握了大型高爐操作的技術，高爐技術經濟指標持續(xù)提升，但由于操作經驗欠缺，與國內兄弟單位同級別高爐比較，興澄大型高爐不管在操作還是技術經濟指標方面還存在諸多差異。為此，我們一直在努力尋求優(yōu)化高爐操作的方法。以下就高爐投產以來(2009年10月—2012年4月)的生產操作實踐做簡要回顧總結。
(1)生產指標情況。投產以來3200m3高爐利用系數(shù)變化如圖1所示，入爐焦比、煤比、焦丁比以及燃料比變化如圖2所示，爐頂溫度與TRT噸鐵發(fā)電量變化如圖3所示。
3200m3高爐投產31個月以來，無爐況失常情況出現(xiàn)。2009年12月之后，利用系數(shù)穩(wěn)定在2．35~2．50，焦比及煤比指標穩(wěn)步提升，分別維持在300~320kg／t及165~175kg／t，燃料比維持在510～520kg／t。2011年12月后，高爐利用系數(shù)進一步提高，平均達到2．50以上，焦比295~305kg／t，燃料比505~510kg／t。2011年4月，高爐計劃年修3天，當月利用系數(shù)降低較多。TRT噸鐵發(fā)電量平均為44．46kW·h／t，扣除兩次出廠檢修影響，平均發(fā)電量為45．61kW·h／t。2011年10月之后，隨著煤氣利用率大幅度提高，爐頂溫度下降明顯，TRT噸鐵發(fā)電量有所降低，維持在42．0~43．5kW·h／t。
(2)生產條件變化情況。由于沒有自己的礦山以及焦化廠，造成入爐品位及焦炭質量不穩(wěn)定。通過燒結礦混勻料場的擴容改造，換堆時間由4天延長到7天，并配入一定比例預換堆混勻料，降低換堆引起燒結礦質量波動的幅度；焦炭采用船上直供高爐礦槽，減少倒運過程中的破損；同時，嚴格控制T／H值，加強篩面的清理，減少粉末入爐等一系列強化管理措施，將原燃料波動幅度控制在最小范圍內。2009年10月—2012年4月，3200m3高爐入爐品位及焦炭強度、富氧率及風溫變化趨勢如圖4、5所示。
焦炭結構中搗固焦使用比例高，造成整體焦炭指標表觀上升，高爐使用搗固焦比例根據(jù)爐況穩(wěn)定順行狀況逐步提高(如圖6所示)。入爐品位2011年11月前維持在59．0％以上，后因礦石價格因素的影響，對入爐料結構做出比較大的調整，大幅度提高生礦使用比例，造成入爐品位呈現(xiàn)明顯下降趨勢，綜合入爐品位平均下降1．2％。但由于提高操作水平，改善煤氣利用率，并未造成燃料比升高。富氧率逐步提高，維持在3．0％～4．0%。盡可能發(fā)揮熱風爐潛力，保證送風溫度在1200±10℃。
(3)生產操作控制變化情況。煤氣利用率直接表征高爐冶煉噸鐵燃料消耗水平，在3200m3高爐生產過程中，一直將提高煤氣利用率作為主要課題進行研究，一直追求低硅冶煉，[Si]控制在0．35％～0．40％，嚴格控制硅偏差在0．12以內。在原燃料質量逐步下降的不利因素下，通過操作制度的優(yōu)化，煤氣利用率由44．5％提高到49．5％～50．5％，保證燃料比不升高。煤氣利用率變化情況如圖7所示，鐵水中[Si]及硅偏差變化情況如圖8所示。
冶煉強度整體控制在0．70～0．75，綜合冶煉強度控制在1．10～1．20，高爐生產過程中不以單純的增加冶煉強度來優(yōu)化操作指標，過高過低的冶煉強度都不利于燃料消耗指標的優(yōu)化。3200m3高爐冶煉強度與燃料比關系控制在尚好的范圍區(qū)間內，但出現(xiàn)個別月份有較大偏離的情況。
2 高爐操作基本原則及技術路線
2．1 高爐操作基本原則
(1)以高爐穩(wěn)定順行為最基本原則。
(2)以燃料消耗為中心，任何強化冶煉的措施都不能以犧牲燃料比為代價。
(3)降低噸鐵爐腹煤氣量，提高煤氣利用率，充分利用高爐煤氣的熱能和化學能，降低燃料比。
(4)調整高爐用料結構，降低原料成本。確保焦炭質量前提下多配搗固焦，降低焦炭成本。
2．2 高爐操作基本技術措施
(1)全風量、高風溫操作。
(2)疏通中心控制邊緣，尋求合適的兩股氣流。
(3)堅持低[Si]冶煉。
(4)大礦批厚料層布料，減少礦焦界面層，降低壓差。
(5)通過合理配礦杜絕各類熔劑入爐。
2．3 高爐生產操作管理
(1)高爐生產過程中，設備管理執(zhí)行點檢員制度，堅持全員參與，“操檢合一”。
(2)高爐生產執(zhí)行標準化作業(yè)，堅持計劃作業(yè)值制度，推行崗位作業(yè)觀察制度。
(3)設備管理及生產操作執(zhí)行“三精”方針。
2．4 高爐操作實況
(1)送風制度的調整及改進。①風口面積和長度的選擇及調整。3200m3高爐開爐時選用風口為Φ120mm×550mm×32，送風面積為0．3619m2；后逐步調整風口配置為以Φ130mm×600mm為主，Φ120mm×600mm作為調整風口面積的手段，送風面積長期保持在0．417m2左右。②風溫、濕度、氧量及噴吹量。3200m3高爐生產過程中堅持使用高風溫；通過脫濕或加濕系統(tǒng)的運行，穩(wěn)定鼓風濕度在10～12g／m3；操作過程中不追求過高的富氧量，穩(wěn)定噸鐵爐腹煤氣量為出發(fā)點；追求適當高的煤比，但在煤比達到180kg／t以上時，節(jié)焦效果明顯下降，煤比160～165kg／t時，焦比及燃料比同時下降。③風口前理論燃燒溫度Tf。適應的理論燃燒溫度可以限制硅元素在風口前的還原，是影響低硅冶煉的一個重要因素。Tf控制在2200～2300℃，方法主要以加濕或脫濕、富氧及噴煤相結合。
(2)裝料制度的調整及改進。①礦焦批重調整。大礦批布料，增加了焦層厚度，改善了氣流分布，提高了煤氣利用率。開爐至今一直執(zhí)行燒結礦分級入爐，在裝料時采用同重量礦批。以2011年調整情況為例，調整前，焦炭批重≤16．2t，負荷≤5．33；調整后，焦炭批重≥17．3t，負荷≥5．57。調整步驟：第一，在維持焦炭負荷不變的情況下，將礦石批重逐步由85t加大到95t，焦炭批重逐步擴大到17．0t；第二，在維持焦炭批重不變條件下，逐步增大礦批到95～105t，加重負荷到5．57(調整前后相關參數(shù)對比情況見表1)。隨著礦石、焦炭批重的擴大，料層的加厚，料柱界面數(shù)由44層減少到34層，高爐壓差降低，焦層厚度加大，使氣流通路順暢，煤氣利用率提高，為增加負荷創(chuàng)造了有利的條件。②擋位角度及矩陣變化。3200m3大型高爐布料矩陣設置方向是邊緣和中心保持較輕負荷，維持“兩條通路、保持中心”。開爐后將2m料線區(qū)間的角度適當調整，布料角度增大后，料流質心半徑范圍南原來不足第9擋位到接近第10擋位，達到了調整的目的。布料矩陣變化如下：
為找到最經濟的裝料制度，先后采取增加邊緣焦炭、減少礦石放邊緣的裝料制度，增加中心焦炭、減少礦石疏松中心的裝料制度，及邊緣中心同時收縮發(fā)展兩道氣流的裝料制度，但都帶來高爐爐況的波動。采取以第5擋位內中心區(qū)域加焦代替中心加焦技術，通過焦炭在爐喉區(qū)域分配環(huán)數(shù)及分配量的調整，中心焦炭加入量由21．2％減少到14．75％，有效地控制了3200m3高爐中心氣流的強度，中心點溫度由650℃下降到550℃。同時，爐頂溫度南140℃降低到90~110℃，煤氣中CO，含量由20．5％提高到21．5％以上，煤氣利用率達到48．5％以上。
(3)造渣制度的調整。造渣制度的調整主要基于以下原則：①當渣量大、堿金屬含量高時，爐渣堿度R2適當降低，控制在1．05～1．10，在保證生鐵質量的同時兼顧排堿；當渣量小、堿金屬含量不高時，爐渣堿度R2適當提高，控制在1．10～1．15。②爐渣中(MgO)含量控制在8．0％～9．0％，(Al2O3)含量控制在15．5％以內，(MgO)／(Al2O3)比值控制在0．55～0．65之間，(Al2O3)／(SiO2)比值控制在0．35～0．45的范圍，[Si]一般0．35％~0．4％，鐵水溫度一直維持1490℃左右。
(4)提高搗固焦比例。2011年8月，取消特級焦炭使用后，二煉鐵分廠對焦炭進行“精細化”管理。每天下達焦炭使用配比單，提前采取預防措施并對焦炭使用情況進行跟蹤，保證高爐用焦結構穩(wěn)定。由于管理措施到位及公司的支持，在取消特級焦及增加搗固焦比例不利的條件下，二煉鐵大型高爐操作人員克服了搗固焦在大型高爐上存在的一系列難題，取得4．3m搗固焦在3200m3高爐長期使用的成功，在最短時間內快速摸索出一套適合本廠大型高爐使用高比例搗固焦的操作方法及技巧，實現(xiàn)高爐穩(wěn)產高產，生產指標持續(xù)提升。
進入2012年，3200m3大型高爐生產繼續(xù)保持穩(wěn)定順行勢頭，各項指標再上新的臺階：鐵水平均日產8200t／d以上，利用系數(shù)2．56以上，焦比304kg／t，煤比163kg／t，燃料比500～510kg／t，[Si]保持0．35％～0．40％，硅偏差0．066，爐頂煤氣中CO2含量達到23．0％以上，平均煤氣利用率達到50．5％。
3 高爐投產以來存在的問題
(1)非計劃休風率高。以2011年為例，由于各種原因高爐休風次數(shù)高達34次，年平均休風率達到3．316％，高于同內同行將近2．0％～2．5％，造成實際日產量高，但月平均日產量偏低的現(xiàn)象。休風率高，嚴重制約了高爐生產指標的提升。
(2)原燃料批次間質量波動大。沒有自己的焦化企業(yè)及礦山，生產所需原燃料全部外購，基本上是“吃百家飯”。各種原燃料質量參差不齊，且波動非常大，使用量無法實現(xiàn)穩(wěn)定供應。燒結礦混勻造堆堆量能力仍顯不足，燒結礦生產換堆頻率高，造成燒結礦質量周期性波動；球團礦用精礦粉成分波動大、粒度粗、黏結劑使用量大，品位一直處于低水平。
(3)爐體溫度不穩(wěn)定。高爐自投產以來，爐體溫度尤其是第10～12段冷卻壁溫度始終無法穩(wěn)定，波動幅度非常大，目前依然沒有找到解決的辦法。
(4)搗固焦質量評價無標準。少量使用時可以借用頂裝焦標準，但高比例使用后再借用頂裝焦標準則無法指導生產操作，表現(xiàn)為焦炭指標情況與生產實際指標的背離。如搗固焦粒度小，平均粒徑比頂裝焦炭粒徑小8～10mm，高爐壓差高于用頂裝焦的高爐，做M40強度檢驗連試樣都難以取出，只能用M25來評價，與M40無法對照。
(5)大型高爐品位基底不確定。由于市場變化因素影響，中小型高爐都大幅度降低入爐品位，3200m3高爐入爐品位也降低到了58．0％左右，目前尚未破壞高爐順行及燃料消耗，但基底線需要進一步探索。
4 結語
(1)興澄3200m3大型高爐投產后生產穩(wěn)定，技術經濟指標持續(xù)改善提高。
(2)大型高爐設備全國產化是可行的，設備運行是穩(wěn)定可靠的。
(3)小焦爐搗固焦在大型高爐上成功使用是可行的。3200m3大型高爐在短時間內成功摸索出一套適合本廠大型高爐使用高比例搗固焦的操作方法及技巧，實現(xiàn)高爐穩(wěn)定生產，取得了良好的經濟效益。
(4)在原燃料質量下降的情況下，通過優(yōu)化操作及合理配礦，可以實現(xiàn)高爐既強化冶煉，又不升高燃料比。
(5)通過追求爐內煤氣流的合理分布，進一步提高煤氣利用率，降低高爐煉鐵燃料消耗是完全可以實現(xiàn)的。
(6)大礦批布料，增加了焦層厚度，改善了氣流分布，提高煤氣利用率是降耗節(jié)能的根本措施。