宣钢4号高炉炉役后期合理炉型控制实践

张利波

(河北钢铁集团宣钢公司炼铁厂)

宣钢4号高炉炉役后期合理炉型控制实践

张利波

(河北钢铁集团宣钢公司炼铁厂)

针对炉役后期高炉特点，4#高炉始终把合理炉型控制放在科技攻关的首要位置，逐步形成了适应原燃料条件变化及炉役发展的高炉操作控制体系。结合宣钢4#高炉生产攻关操作实践，解析和探讨炉役后期高炉合理炉型稳定控制技术基本规律，进一步优化和改进炉役后期合理操作炉型管控技术。

炉役后期 炉型 控制

0 前言

宣钢4#高炉(1 800 m3)于2005年10月24日建成并投产，设计炉龄15年，至2015年10月已经实现炉龄10年，单位炉容产量8 723.85 t/m3，高炉已进入炉役后期。4#高炉通过制定针对炉役后期生产特点的装料制度、送风制度、热制度和造渣制度等，实现了高炉长期稳定顺行，技术经济指标不断提高，综合焦比降至490 kg/t 以下，达到了优质、长寿、低耗和高效的目的。通过对处于炉役后期的宣钢4号高炉生产技术特点总结，为其它同类型高炉实际操作提供参考。

1 总体思路

高炉炉役后期遭受不均匀侵蚀后，做好上、下两股气流的合理分布，控制高炉纵向上和圆周上的温度场分布均匀稳定，从而保证各层均匀平滑过渡，尽量维持各层的完整性，以下部调剂为基础，上部调剂为核心，上下部调剂相结合，维护合理的操作炉型，实现高炉长寿高效生产。

2 技术措施

通过适当延长回旋区深度，提高理论燃烧温度，实现初始煤气流和温度场合理分布，使炉缸工作均匀活跃；以“平台+漏斗”为基础，通过不断调整，选择适合炉役后期的平台宽度和中心漏斗深度，保证高炉煤气流分布均衡，形态合理；控制[Si+Ti]合理区间，适当降低炉渣碱度，改善渣铁流动性等措施，使高炉生产更加符合炉役后期特征，实现高炉长期稳定顺行与指标改善。

2.1 高炉下部初始气流控制技术

依据经验公式和数据回归，通过适当延长回旋区深度，提高理论燃烧温度，实现炉役后期高炉初始煤气流和温度场合理分布。

2.1.1 适当延长风口回旋区深度

高炉风口回旋区是整个高炉生产的热量和能量之源，是高炉稳定操作不可缺少的重要反应区，堪称高炉的“心脏”[1]。炉缸风口回旋区为高炉气流的第一次分布，即初始气流分布，通过软熔带和焦窗为高炉气流的第二次分布，在块状带再进行第三次分布。风口回旋区是气流分布的起点，对其后的第二、三次分布起主导作用[2]。回旋区深度适宜，则炉缸纵向和径向的气流和温度分布也就均匀合理，过大或过小将造成中心或边缘气流发展。到目前为止，回旋区深度还没有很好的准确测量方法, 但由于回旋区的形状与鼓风动能有关，所以在实际应用中, 通常用鼓风动能作为定量控制参数, 替代回旋区深度，回旋区长度L回经验计算公式：

L回=0.88+0.0092E-0.0176M/n

(1)

式(1)中，E—鼓风动能，KJ/s；

M—煤比，Kg/t；

n—风口数目,个。

根据以上经验公式和数据回归, 可以得出不同大小高炉达到一定冶炼强度、保持良好透气性所需要达到的合理鼓风动能和最佳回旋区深度如图1所示。

图1 不同大小高炉合理鼓风动能和最佳回旋区深度

由以上计算及统计得出4#高炉适宜的回旋区深度在1.4 m～1.6 m，但对于处于炉役后期的4号高，高炉实际炉容扩大，此值已显得不相适应。通过反复论证及实践摸索，逐步缩小风口面积，适当提高4#高炉鼓风动能与回旋区深度，最终回旋区深度稳定在1.7 m～1.9 m，保证了炉役后期炉缸工作活跃，为高炉改善指标创造了条件。4#高炉调整前后送风参数见表1。

表1 宣钢4号高炉送风参数对比

2.1.2 适当提高理论燃烧温度

高炉风口区理论燃烧温度主要用于判断高炉炉缸热状态，指导高炉生产操作，保持高炉顺行。国内外高炉生产中普遍采用的理论燃烧公式是表达理论燃烧温度与风温、富氧率、煤比和鼓风湿度之间关系的经验公式。宣钢现用的经验公式如下：

t理=1563+0.794T风+40.3O2-2.5M

(2)

式(2)中，T风表示鼓风温度，℃；

O2表示富氧率，%；

M表示煤比，kg/t。

适宜的理论燃烧温度应能满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量，即保证液态渣铁充分加热，炉缸热交换和还原反应正常进行，喷吹燃料在回旋区迅速燃烧。理论燃烧温度与炉容关系如图2所示。

图2 风口前理论燃烧温度与炉容关系

适宜的理论燃烧温度随高炉冶炼条件变化而变化，针对4#高炉炉役后期的特点：炉体不均匀侵蚀，冷却强度提高，冷却壁水管漏水等。使得炉内散热损失增加，时常出现炉温与铁温不对应，即炉温偏高而铁温偏低的现象，通过将风口理论燃烧温度控制范围由过去的2 200 ℃±30 ℃逐步提高至目前的2 250 ℃±30 ℃，保证了炉缸热状态的合理，基本解决了4#高炉的炉温铁温不对应问题，给高炉进一步优化指标提供了条件。

2.2 高炉上部气流稳定控制技术

上部煤气流分布控制，主要是通过高炉上部装料制度进行调节，以获得合理的煤气流分布。合理煤气流分布是炉况稳定顺行的基础，高炉通过上下部调节达到炉内煤气流的合理分布，以保证高炉的稳定顺行和能量的最佳利用。

在炉顶布料上采用确保边缘焦层有一定宽度(平台)和中心漏斗的深度以及合适的边缘矿焦比的布料制度，使边缘、中心、中间带的气流比率相对稳定，焦炭在边缘形成一定宽度的平台，避免料面边缘产生混合层、软熔带根部位置过低，确保中心气流稳定。通过选择适宜的平台宽度和中心漏斗深度，使上部煤气流分布均衡，形态合理。

开炉初期炉墙砖衬保持得比较完整，实际炉容相对较小，随着时间的逐步推移，实际炉容将逐步增大，因此，在一代炉役过程中，布料平台应该逐步向炉墙方向推移。

多环布料形成的平台要求有适宜的宽度,平台过窄,气流不稳定, 煤气利用差, 平台过宽, 较难生成混合层，中心容易堵塞。4#高炉2012年4月去除中心焦，使用平台加漏斗的布料模式后，随原燃料条件劣化，中心气流逐步受到抑制，边缘气流相对发展，于是上部调节的主要方向是适当的发展中心气流，稳定边缘气流。逐步加重边缘，疏松中心，缩小中心焦角度，增加中心焦圈数，最终形成了“矿包焦”的料制，即最外环角度只有矿没有焦。布料制度调整如下：

后续实践证明，煤气流分布合理，炉况稳定顺行。通过休风观察，靠近炉墙处平台宽度在0.8 m左右，中心漏斗深度在1.2 m左右，形成了较为适宜的“平台+漏斗”料面。

自2012年中修开炉后，4#高炉炉体热负荷稳定在4500×10 MJ/h～7500×10 MJ/h，炉身下部、炉腰和炉腹冷却壁烧坏频率大大减少，其2008年至2015年炉体热负荷变化趋势如图3所示。

图3 4#高热负荷变化趋势

2.3 炉役后期热制度与造渣制度控制技术

高炉生产过程中，保铁温一直日常生产中一项钢性要求，4#高炉铁水温度控制范围为≥1 490 ℃。以前在热制度及造渣制度控制上，[Si]控制0.25%～0.40%，R计控制1.18±0.02，实际操作中一直偏向于控制下限炉温，偏上限炉渣碱度去保铁温。短时间内确实取得了较好的效果，但随着时间推移，越来越发现这一操作的局限性，高炉抗波动能力差，指标提升空间窄。

后经过不断调整、摸索，适当提高[Si]控制范围0.3%～0.40%，降低R计控制范围至1.16±0.02，三班工长在操作中，控制正常炉温水平，主要是严格控制[Si+Ti]在0.35%～0.50%之间，保证铁水物理温度稳定在1 490 ℃以上，实践证明并未出现炉内压量关系紧张，下料减少及指标走差的现象，高炉稳定性反而增强，抗波动能力提高。高炉铁水[Si]及炉渣R2变化如图4。

图4 宣钢4#高炉铁水[Si]及炉渣R2变化趋势

3 效果

通过对宣钢4#高炉炉役后期基本操作制度全面系统优化，形成了适应炉役后期的操作控制技术体系，高炉实现了长期稳定顺行，技术经济指标不断优化，2015年入炉焦比平均356 kg/t·Fe，燃料比513 kg/t·Fe，较2014年分别降低16 kg/t·Fe和9 kg/t·Fe，取得了良好的经济效益。

4 结语

日常生产过程中，通过制定适应原燃料条件变化和炉役后期的上、下部制度，使得炉缸工作活跃、煤气流分布合理，炉况长期稳定顺行，这是4#高炉投产10年多来一直保持良好操作炉型的基础；同时合理的造渣制度和热制度对于防止炉缸堆积和炉墙黏结有着重大意义。

[1] 周传典．高炉炼铁生产技术手册[M]．北京：冶金出版社，2002．313-315.

[2] 成兰伯．高炉炼铁工艺及计算[M]．北京：冶金出版社，1991．203-204.

PRACTICE ON PROPER FURNACE PROFILE CONTROL OF XUANSTEEL'S No.4BF AT POST CAMPAIGN

Zhang Libo

( Xuansteel Ironworks，Hebei Steel Group)

According to the characteristics of the blast furnace at post campaign, No.4 BF always take the proper furnace profile control as the first place of technology research, and gradually formed the blast furnace operation control system which adapted to the original fuel condition changes and the furnace development. In combination with the production practices of No.4 blast furnace, it discussed the basic principle of proper furnace profile at post campaign, also optimized and improved the control technology of furnace operation.

Post campaign Furnace profile Control

波，工程师，河北．宣化(075100)，河北钢铁集团宣钢公司炼铁厂；

2016-9-25