張 華 王紅斌 李夯為
(山西太原不銹鋼股份有限公司，太原 030003)
摘 要: 隨著高爐的大型化及特大型化，爐缸直徑的增大，大型高爐尤其是特大型高爐，爐缸不活躍造成的爐缸中心堆積嚴(yán)重影響了爐況順行，已成為亟待解決的問(wèn)題；太鋼5 號(hào)高爐在近5 年的運(yùn)行中，始終把活躍爐缸作為操作中的關(guān)鍵問(wèn)題對(duì)待，逐步探索出一系列活躍爐缸的操作制度與措施并取得了積極的效果，本文分析了近年來(lái)太鋼5號(hào)高爐活躍爐缸死料柱的措施及效果。
關(guān)鍵詞 :大型高爐 死料柱 爐缸中心堆積 爐缸直徑
1 引言
在鋼鐵工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，大型高爐以其低耗、環(huán)境友好、勞動(dòng)生產(chǎn)率高、鐵水質(zhì)量好等優(yōu)勢(shì)，正獲得鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的青睞，逐步取代中小型高爐，成為高爐煉鐵的主流；在這一潮流的影響下，國(guó)內(nèi)近年來(lái)相繼投產(chǎn)了一批特大型高爐，目前國(guó)內(nèi)大于4000m3 的特大型高爐已有14 座；但隨著高爐的大型化尤其是特大型化，也帶來(lái)了對(duì)原燃料質(zhì)量要求高、布料控制難、爐體熱負(fù)荷波動(dòng)大、死料柱不活躍爐缸中心易堆積等技術(shù)上的難題，其中死料柱不活躍爐缸中心堆積造成爐況不順已成為亟待解決的難題。太鋼5 號(hào)高爐有效容積4350m3，于2006 年10 月13 日投產(chǎn)，始終保持爐缸活躍，取得了良好的業(yè)績(jī)，其主要指標(biāo)情況見(jiàn)表1，
本文重點(diǎn)分析太鋼5 號(hào)高爐維持死料柱長(zhǎng)期活躍的措施。
2 對(duì)死料柱的認(rèn)識(shí)
在爐缸中部、風(fēng)口區(qū)和爐身下部，存在一個(gè)焦炭以極其緩慢的速度下降的空間，焦炭在這里堆積的疏松度為0.35，這種焦炭團(tuán)塊稱為死料拄。活躍的死料柱漂浮在鐵水中，可以接觸爐底磚襯，也能充滿整個(gè)爐缸,焦炭堆積疏松，鐵水能直接流向出鐵口，也能從爐缸另一側(cè)流向出鐵口，各風(fēng)口的循環(huán)區(qū)之間填充著不同粒度的焦炭。死料柱中的焦炭通過(guò)在滲碳反應(yīng)與熔渣中FeO 反應(yīng)而得到更新，按經(jīng)驗(yàn)這種更新估計(jì)要花4 周時(shí)間。國(guó)外示蹤測(cè)量(放射性Se20 3)則提供了更詳細(xì)的數(shù)據(jù)，爐缸周邊2～3天，中心17～19 天。不活躍的死料柱(爐缸堆積)將引起爐缸不活躍、鐵水質(zhì)量惡化、爐缸異常侵蝕 (所謂“象足”)等【1】。
3 大型高爐或特大型高爐易產(chǎn)生爐缸中心堆積的原因分析
大型高爐或特大型高爐的特點(diǎn)是爐缸直徑較大，這對(duì)煤氣流的正常分布和死料柱內(nèi)液態(tài)渣鐵的流動(dòng)有很大阻礙，回旋區(qū)向爐內(nèi)穿透的深度只有2m，隨爐缸直徑增大，煤氣將更直接地流向邊緣。爐缸直徑4m 的高爐，其活躍環(huán)覆蓋了回旋區(qū)水平面上的整個(gè)面積，但如果爐缸直徑增大到14m，則活躍區(qū)面積將減小到50％ 以下，在原料質(zhì)量滿足不了要求的時(shí)候極易產(chǎn)生爐缸堆積。由于半徑方向的這種差異，管理和控制煤氣流及其分布的技能對(duì)于大型高爐更加重要。增大爐缸活躍區(qū)對(duì)爐缸渣鐵排放能力也有重要影響，特別是在需要維持爐缸中心足夠的溫度和透氣性時(shí)回旋區(qū)有個(gè)適宜的深度，過(guò)大或過(guò)小將造成中心或邊緣氣流的發(fā)展。爐缸直徑越大，回旋區(qū)應(yīng)該越深，已使煤氣流向中心擴(kuò)展，使中心保持一定的溫度，控制焦炭堆積數(shù)量，維持良好的透氣性和透液性，但回旋區(qū)面積與爐缸的面積之比A1/A，隨爐缸直徑增大而減小。不同爐缸直徑的回旋區(qū)深度與A1/A 見(jiàn)表2。
4 保持長(zhǎng)期活躍爐缸的措施
4.1 高質(zhì)量原料的策略
隨著噴煤比的增加，O/C 比的提高，焦炭爐內(nèi)滯留時(shí)間的延長(zhǎng)以及未燃煤粉的積聚等因素的影響，爐內(nèi)透氣性趨于惡化。因此，原燃料質(zhì)量的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。
4.1.1 保持高質(zhì)量焦炭的原則
為了滿足大型高爐對(duì)焦炭質(zhì)量的要求，太鋼分別于2006 年8 月和2007 年11 月率先在國(guó)內(nèi)建成投產(chǎn)兩座7.63m 的大型焦?fàn)t，通過(guò)增加干熄焦、煤調(diào)濕工藝等及配煤結(jié)構(gòu)的研究，在弱黏煤比例提高10％的前提下，保證了CRI、CSR、M40、M10 等關(guān)鍵指標(biāo)基本不變的原則。由表3、圖1 可見(jiàn)，2007 年至今，焦炭的CSR≥89.5%、CRI≤23%、M40≥89.5％、M10≤5.4％，和國(guó)內(nèi)大型高爐的焦炭質(zhì)量比較處于較高的水平。
4.1.2 保持高質(zhì)量的燒結(jié)礦
太鋼燒結(jié)是以精礦粉為主的燒結(jié)礦，尖山精礦粉−200 目的比例大于97％，屬于超細(xì)粉，不利于提高燒結(jié)礦的強(qiáng)度，因此采取降低機(jī)速，強(qiáng)化制粒，優(yōu)化化學(xué)成分、研究配料等措施，逐步開(kāi)發(fā)成功超細(xì)精礦粉的燒結(jié)技術(shù)，在利用部分鋼鐵伴生料和低價(jià)位原料成本的前提下，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度燒結(jié)礦的目標(biāo)，燒結(jié)礦的TI 始終大于77％，5～10mm 燒結(jié)礦比例小于15％，−5mm 入爐粉率小于4％。
4.1.3 合理的爐料結(jié)構(gòu)
太鋼5 號(hào)高爐的原料結(jié)構(gòu)：75％燒結(jié)礦，20％球團(tuán)礦，5％塊礦；熟料率一直保持大于94％，入爐品位大于59.5％，渣量小于300kg/t。
4.1.4 噴吹優(yōu)質(zhì)煤粉
通過(guò)對(duì)煤粉的燃燒率、流動(dòng)性、黏結(jié)性、爆炸性、結(jié)焦性、著火點(diǎn)等參數(shù)的研究，確定了合理的配煤比例，經(jīng)過(guò)幾年的運(yùn)行實(shí)踐沒(méi)有發(fā)現(xiàn)結(jié)焦、堵槍現(xiàn)象，200kg/t 煤比運(yùn)行時(shí)除塵灰中的碳含量沒(méi)有明顯變化，混合煤的主要化學(xué)成分見(jiàn)表4。
4.1.5 嚴(yán)格控制有害元素
嚴(yán)格控制有害元素的入爐量，（K2O+Na2O)負(fù)荷≤2kg/t，Zn 負(fù)荷≤0.15kg/t，降低了有害元素對(duì)爐內(nèi)焦炭質(zhì)量的影響。
4.2 活躍爐缸的下部調(diào)劑
高爐生產(chǎn)的所有基本過(guò)程(爐料加熱、水合物及碳酸鹽分解、礦石還原和渣鐵熔化)都是通過(guò)下降爐料與上升煤氣之間的熱交換來(lái)實(shí)現(xiàn)的，熱交換在爐缸最激烈，它決定了高爐的操作參數(shù)。盡管回旋區(qū)的總體積占高爐內(nèi)容積的比例很小，但其作用特殊。高爐的指標(biāo)不僅決定于軟熔帶通過(guò)還原氣體的能力，而且還決定于回旋區(qū)的特性和長(zhǎng)度。太鋼5 號(hào)高爐始終保持高風(fēng)量操作，風(fēng)速大于270m/s,維持適宜的鼓風(fēng)動(dòng)能，鼓風(fēng)動(dòng)能長(zhǎng)期維持在15000kg;m/s，回旋區(qū)長(zhǎng)度維持在2.0m 左右，爐缸活躍區(qū)面積占爐缸面積的比例大于48.6％，盡管品位降低渣量升高，仍保證了爐缸的活躍。太鋼5 號(hào)高爐近年來(lái)幾個(gè)主要參數(shù)的情況見(jiàn)表5。
爐缸溫度對(duì)渣鐵自身流動(dòng)性的影響是顯而易見(jiàn)的。當(dāng)爐渣熔化溫度一定，提高爐缸溫度，則渣鐵的黏度下降，從而增大渣鐵自身的流動(dòng)性，因此高富氧、高風(fēng)溫、適宜理論燃燒溫度的操作很重要，Tf 保持在2150℃±50℃，鐵水溫度≥1510℃。
4.3 活躍爐缸的上部調(diào)劑
高爐生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的綜合體系，為了在長(zhǎng)期高煤比生產(chǎn)條件下吹透爐缸中心確保死料柱的活性，除了主要采取下部調(diào)劑手段之外，還要結(jié)合上部調(diào)劑才能收到較好的效果。
（1）在反應(yīng)性相同的情況下，提高入爐焦炭的粒度，有利于改善死料柱的透液性，太鋼4350m3 高爐入爐焦粒度始終保持在36mm 以上，CSR 大于69％。
（2）日本新日鐵進(jìn)行的模型試驗(yàn)認(rèn)為，邊緣氣流難以控制是由于高爐爐身剖面產(chǎn)生不規(guī)則凸凹不平形狀所致，太鋼5 號(hào)高爐爐體結(jié)構(gòu)為密集式的冷卻板結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)兩年后，熱負(fù)荷波動(dòng)較大，頂壓冒尖，圓周氣流分布不均，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的摸索，上部布料制度適當(dāng)擬制邊緣氣流，但不過(guò)分?jǐn)M制，中心溫度由600～700℃，調(diào)整為550℃以下，邊緣由70～90℃，調(diào)整為100～150℃，煤氣利用率提高，氣流分布均勻，基本消除了風(fēng)壓冒尖的現(xiàn)象。
4.4 活躍死料柱的其他措施
從生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)看，降低渣量，實(shí)現(xiàn)均噴、勻噴，合理的煤槍結(jié)構(gòu)與優(yōu)質(zhì)的風(fēng)口襯套等措施都是有利于活躍爐缸。
4.5 太鋼爐缸活躍的特征
相關(guān)資料表明 [3]，死料柱的不活躍性可從爐底溫度降低、爐缸側(cè)壁溫度增高；爐渣氧位升高；（渣中FeO、MnO 含量上升，鐵水中硫含量上升）鐵水中碳含量減??；循環(huán)區(qū)縮短；循環(huán)區(qū)內(nèi)壁面較硬(測(cè)棒測(cè)試)；出鐵口變短等幾個(gè)方面判斷；從太鋼5 號(hào)高爐運(yùn)行的幾年分析看，爐缸始終比較活躍，上述現(xiàn)象并不明顯。
太鋼5 號(hào)高爐爐芯溫度與爐缸側(cè)壁溫度之間沒(méi)有呈現(xiàn)反向的關(guān)系（圖2）。尤其2010 年10 月之后爐芯溫度與側(cè)壁溫度同時(shí)降低，爐況仍然正常，說(shuō)明渣鐵通道面積正常，爐缸活躍，因此出現(xiàn)了爐芯溫度與爐缸側(cè)壁溫度同時(shí)降低的現(xiàn)象。
5 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，要維持特大型高爐爐缸長(zhǎng)期的活躍狀態(tài)，必須保持高質(zhì)量的原燃料條件，采取較高的風(fēng)速，提高爐缸回旋區(qū)深度，同時(shí)要研究適宜的上部裝料制度及其它的措施，才能保證死料柱處于長(zhǎng)期的活躍狀態(tài)，保證爐況的順行。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] [3] Kalevi Raipala. 高爐中的死料柱及爐缸現(xiàn)象[J]. 世界鋼鐵，2001 年第4 期.
[2] 周傳典. 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè). 北京：冶金工業(yè)出版社：314.