湘钢高炉炉况优化操作实践

2018-03-26邵鋆，张波

四川冶金 2018年6期

邵鋆，张波

（1.湖南华菱湘潭钢铁集团有限公司，湖南＿湘潭417009；2.湖南工业大学冶金与材料工程学院，湖南＿株洲412000）

湘钢1号高炉（2580m3）于2015年6月第二代炉役开炉，生产稳定顺行，各项技术指标居行业前列。但从2015年10月底，1号高炉炉况运行状况逐渐变差，风量连续性恶化，高炉出现波动，导致高炉主要技术指标下滑。经过仔细分析及研讨其原因后，采取下部调整风口面积及相应参数、上部优化装料制度、操作上以活跃炉缸为基础、强化炉前操作管理等措施。经过一段时间的恢复，1号高炉顺行状况得以稳定，之后继续采取活跃炉缸的措施，不断提升炉缸活跃性，上下部微调，加强高炉操作的系统性管理，2016年5月炉况明显改善，产量提升，燃料比稳中有降，为下一步逐步降低燃料消耗水平创造条件。

1 炉况失常的主要表现

自开炉以来，1号高炉以非中心加焦模式运行，利用系数达2.5以上，煤气利用率明显改善达47%以上，燃料比控制在510kg／t以内，实现了高炉稳产低耗，各项指标较上一代炉龄取得较大进步，但是由于高炉炉况未按预期方向发展，炉况出现波动，其主要问题表现为：

（1）气流分布不合理。中心气流偏弱，边缘局部偏强，炉墙温度不稳定，系统水温差波动幅度偏大，炉身铜冷却壁温度局部偏低，十字测温边缘温度单点偏高。

（2）日常操作难度大。风量的连续性偏差，容易出现压力突然上升导致减风，压差控制水平偏高，甚至出现管道和悬料。高炉热制度波动大，影响燃料比控制的因素波动大，操作燃料比难以把控，经常出现低硅高硫现象。

（3）炉前渣铁排放异常。风量连续性差，产量水平下降，炉前操作方面出现铁口深度不稳定，出铁时间不稳定，时间偏短的次数较多，堵口重开次数增加，铁口出现卡焦等现象。

2 炉况失常的主要原因

2.1 原燃料质量劣化

焦炭质量波动大，焦炭灰份维持在12.5%以上，最高达13.5%，M40低至82.3%，M10高达8.6%，S含量长期维持在0.9%以上；烧结矿品位不断下降，由57%降至55.6%，有害元素不断升高，尤其是入炉锌负荷升高明显（如图1所示）；烧结矿、球团矿及块矿小于5mm的比例上升，高炉熟料率也呈下降趋势。

图1 入炉烧结矿Zn含量趋势图

2.2 气流调整失衡

1号高炉以非中心加焦模式开炉，上部稳定中心，疏导边缘，下部使用长风口680mm，小风口面积吹透中心，目的是稳定产量，改善煤气利用率，降低燃料消耗。但在调整的过程中，由于经验不足，调整频繁，2015年10月下旬，中心气流受阻，边缘局部不稳定，出现局部气流，炉况顺行变差甚至出现悬料等情况。其主要原因为：1操作炉型发生了变化，炉墙渣皮不稳定，热负荷波动较大；2布料不均匀，低料线、偏尺现象较为严重。2015年6月～12月十字测温气流分布模数趋势，如图2所示。

2.3 日常操作失当

首先，1号高炉在开炉后，炉况稳定，各项指标较好，炉温的控制水平逐步下降，低硅冶炼。高炉铁水含硅量低，不但可降低焦比和生产成本，同时还可满足转炉少渣冶炼的要求［1］。但是低硅冶炼技术是一项系统工程，硅含量过低，物理热不足会导致炉缸工作状况变差，长时间在这种条件下操作就会形成炉缸不活甚至炉缸堆积［2］。1号高炉在炉况波动前，有一个明显特征就是炉温控制整体偏低，物理热出现严重不足，硅含量低于0.3%，如图3所示。物理热低于1510℃的次数偏多，如图4所示。不难看出，由于炉况的变化，炉内操作在热制度控制方面出现了偏差，操作燃料比控制在下限，使得炉温及物理热不佳。

图2 高炉十字测温气流分布模数趋势图

图3 高炉［Si］含量控制趋势图

图4 高炉物理热变化趋势图

其次，2015年10月中旬炉况开始劣化后，风量连续性变差，操作上压差水平控制偏高，出现多次悬料，产量水平也逐步下降，炉前操作方面出现铁口深度不稳定，出铁时间偏短堵口重开次数增加，铁口出现卡焦等现象，渣铁排放不佳，风口小套损坏的个数明显增加，风口更换不及时，风口小套漏水使得炉缸的活跃性进一步变差。

3 炉况优化的主要措施

3.1 改善原燃料质量

对焦炭质量提出明确要求，焦炭灰份需低于12.5%，S含量低于0.85%，改善焦炭冷态和热态性能，关注焦炭实物质量。适当提高烧结矿品位，稳定烧结矿碱度，有针对性地控制有害元素的入炉，尤其是锌负荷。加强槽下精料工作，控制合理筛速，减少粉末入炉；提高熟料率至90%。

3.2 摸索合理的煤气流分布

合理的煤气流分布的目标是在保持炉况长期稳定顺行的前提下，实现边沿和中心气流的合理匹配分布，最大限度地改善煤气利用，降低燃料消耗，以实现高炉生产“优质、低耗、高效、环保、长寿”为目的，但是高炉的煤气流分布没有一个固定的模式，它随着原燃料条件的改变和冶炼技术的发展而不断变化［3］。

（1）第一阶段（2015年10月上旬—11月中旬），此阶段的操作调整主要以高炉退焦炭负荷、退矿批、布料矩阵调整等手段恢复炉况。焦炭负荷由4.42逐渐退至3.5，矿批由63t逐渐退至55t，布料矩阵调整上采取了两头疏导，边缘减轻矿焦比，小焦角内移的方式，调整幅度不大，高炉运行状态未见明显好转。

（2）第二阶段（2015年11月16日—2016年3月5日），此阶段高炉受风状况逐渐变差，高炉全风水平进一步降低，压量关系稳定性下降，操作压差持续紧张，高炉受热、受憋能力下降，高炉出现多次悬料现象，系统水温差下降明显至1.5℃，热负荷大幅下降，铜冷却壁温度整体偏低，炉身上部铸铁冷却壁温度低且呆滞，表现为炉墙粘结的征兆。

根据入炉原燃料状况及高炉运行状况，高炉坚持以下部调整为主、上下部调整相结合的方针，采用中心加焦模式恢复炉况，11月20日休风堵4个风口恢复炉况，同时进一步退矿批、退焦炭负荷，1月18日开始全焦冶炼（焦炭负荷3.0），上述措施解决了中心气流不稳定的问题，逐渐改善了边缘气流不均匀的状况。至2月中下旬，高炉炉况各项运行参数、指标逐渐好转，不顺行状况得以纠正，但高炉燃料比水平偏高。

（3）第三阶段（2016年3月6日至2016年7月底），此阶段高炉布料矩阵未作大的调整，适当调整中心焦炭量，气流分布以稳定中心气流为主，提高富氧率，提升产量水平为原则，随着炉况的好转，逐步加重矿焦比，焦炭负荷至3.95，矿批扩至60吨，高炉稳定性、压量关系有改善但仍偏紧，技术经济指标逐步恢复。

因此，在调整过程中正确认识了煤气流分布的特性，以确保炉况顺行为前提，不断优化煤气流分布，煤气利用率逐步从38.5%提升至44.5%的水平，随着原燃料的变化以稳定中心气流为主，确保高炉全风水平，炉况稳定性得以长期保持。

3.3 活跃炉缸

随着高炉的大型化和高炉操作技术研究的不断深入，高炉炉缸的活跃性问题已成为大型高炉操作的重要议题［4］。炉缸中心温度对炉缸的活跃性反应较为敏感，日常工作中密切监视该温度点的变化情况，炉缸工作正常时，该点温度应维持在一个合理的水平［5］，1号高炉结合上代炉龄的实际状况，合理区间在600－900℃。5月中旬，随着1号高炉产量水平提升至6000吨／天的水平，高炉全风率达95%以上，操作上严格控制压差，杜绝悬料现象，燃料比控制确保稳定，保证充沛的渣铁热量（如图5所示），不断活跃炉缸，1号高炉的铁水温度保证在1510℃以上，日平均铁水含硅量在0.45%以上，杜绝硅量低于0.3%以下，使得风口小套损坏个数明显减少，整个炉缸工作状况逐步改善，炉缸中心温度逐步上升（如图6所示），炉缸活跃性增强。

图5 高炉铁水温度和［Si］含量的变化趋势图

3.4 强化炉前操作管理

炉前作业好坏，与炉况及炉缸侧壁是相互影响的，也是炉况与炉缸发生变化的体现［6］，在此阶段，炉前的日常工作得到充分重视，主要采取的措施有：

图6 炉缸中心温度变化趋势图

（1）维持稳定且均匀的铁口深度，减少铁口间出铁时间偏差，保证炉缸圆周方向的均匀性，1号高炉铁口深度维持在3.2－3.4m有利于炉前作业；

（2）选取合适的炮泥，既要考虑炮泥的抗渣性和防铁口孔道喷溅，也要考虑炮泥是否有利于泥包生成和泥包稳定，避免泥包因素影响出铁状况及铁口区域侧壁温度；

（3）实现一次开口法，既减少炉前劳动强度和降低耗材消耗，又有利于铁口孔道的保护，降低钻漏机会，减少漏铁口出铁；

（4）钻头型号选择合理，配合大小钻头，控制好出铁时间，减少卡焦等现象，确保出铁合格率。

3.5 重视炉型管理

高炉冷却系统的管理关键在于控制合适的高炉炉体热负荷，热负荷反映了高炉炉体各部分的冷却状况，引起热负荷的变化的主要因素是冷却水量和水温差，正常生产水量是保持不变的，热负荷的变化往往是冷却水温差变化引起的，实质是炉体内部通过冷却设备向外导出的热量变化，从而导致炉墙渣皮的粘结与脱落造成热负荷大幅波动［7～8］。本次波动的初期高炉系统温差逐步下降，热负荷变化较大，未能引起足够的重视。因此，在后续的调整过程中加强了对炉墙温度的监控，尤其是对炉缸中心温度下降的重视，各段、各层、各区的温度及水温差变化体现在操作层面，岗位人员记录相关数据，密切关注其变化趋势，汇报至炉长，请示专业技术人员及时调整，主要采取控制进水温度，调整中部和炉底水量等措施，系统地管理好高炉炉型。

经过6个多月的调整和优化，高炉产量和燃料比消耗指标取得了较大的进步，各项经济技术指标逐步提升（见表1），高炉操作参数逐步恢复正常（见表2）。但煤气利用改善还不够，虽然中心的稳定性较好，仍存在着较大的提升空间。目前，煤气利用维持在44.5%左右的水平，焦炭负荷未达预期目标，后续继续对煤气利用进行攻关，降低燃料消耗。