本钢新1号高炉提高煤比实践

2019-06-27高立波

中国钢铁业 2019年4期

高立波

1.概况

当前，企业的成本压力加大，降本增效成为钢铁企业健康发展的必然趋势。高炉喷煤不仅能降低高炉焦炭使用量，同时也可以减轻高炉冶炼对炼焦煤的依赖，成为企业降低生产成本的重要途径。

本钢板材股份有限公司炼铁厂新1号高炉为本钢特大型高炉，2008年10月开炉，有效容积4350m3，高经比1.988，为矮胖型高炉。该高炉设计送风采用四座霍格文氏改进型内燃型热风炉；高炉设计采用串罐式无料钟布料；采用环形出铁场共4个铁口，送风风口为38个。新1号高炉自开炉以来，先后经历了“漏斗加平台”，即边缘气流和中心气流均匀发展和“中心加焦”两种操作制度，顺行状况一直不稳，高焦比、高燃料比、低煤比始终困扰着新1号高炉（见表1）。

2.提高煤比的措施

2.1 精料

高炉稳定顺行的前提是精料，同时精料也是高炉提高煤比的前提条件。随着高炉喷煤的不断提高，焦炭在炉内作为发热剂和还原剂的作用逐渐被煤粉所取代，炉内的焦炭越来越少，高炉料柱透气性逐渐变差。因而，高炉下部焦炭的骨架作用显得越来越重要，特别是焦炭热强度，对料柱透液性起着非常重要的作用。进入2009年，由于生产设备频繁故障以及原燃料供应质量变差，高炉顺行受到很大的影响。2010年在原燃料条件逐步改善和提高的条件下，新1号高炉顺行逐渐转好。

2.1.1 改善入炉烧结质量

烧结矿在入炉结构中占有很大的比重，实际生产中烧结比例能够达到70%以上。新1号高炉由于是在有限的场地基础上进行改造，占地面积小，主要依靠厂内265m2烧结供应。一旦遇到烧结机故障，必须通过车皮运输来保证供应，期间经过多次摔打，烧结矿质量严重下降。因此在实际生产当中，只有通过改善烧结工艺，采用低温烧结技术，逐步提高烧结矿产量和质量，保证烧结矿品位稳定，同时使烧结矿FeO保持在7%-10%，MgO波动≤ 0.05%。另外要加强信息共享管理，在烧结矿配料发生变化时，及时通知新1号高炉。

2011年4月，为进一步改善烧结入炉质量，又在高炉烧结矿槽方面做出了改进，陆续对高炉烧结槽9个烧结筛进行了改造，将原有的上ø5mm下ø3mm的双层棒条筛更换为上ø7mm下ø5mm双层棒条筛。烧结筛下物从9%增加到13.5%，烧结矿入炉粒度得到提高，高炉灰铁比不断降低，高炉透气性得到改善，高炉顺行逐渐转好（见图1）。

表1 新1号高炉各项经济技术指标及参数

图1 2009-2011年本钢新1号高炉灰铁比对比情况 kg/t

2.1.2 优化炉料结构

由于受成本压力影响，造成烧结矿粉品位不断降低，为进一步优化炉料结构，生矿使用量从5%增加到11%，既保证了综合入炉品位稳定，降低渣铁比，又减小了生铁成本带来的压力。目前，新1号高炉采用的炉料结构为：烧结矿70.5%+自产球团18.5%+外购块矿11%。在造渣制度方面，保证炉渣中MgO稳定在8%-10%之间，保证了渣铁流动性良好和生铁质量稳定，使炉缸工作活跃，热量充沛，为进一步提高煤比打下了良好的基础。

2.1.3 稳定入炉焦炭质量

新1高炉焦炭为焦化厂自产干熄焦。实际生产中由于焦四焦炭质量最好，所以采用以焦四焦为主，其余用焦三焦来补充。焦四焦炭和焦三焦炭在冷、热强度、热反应性和粒度方面存在很大差异。为保证高炉顺行稳定，除通过公司协调要求焦化厂生产稳定外，针对焦四和焦三焦炭进行定槽、定量入炉，在焦化厂生产条件稳定的前提下，焦四和焦三焦炭入炉比为3:1，避免因为焦四产量不足而造成的波动；为降低焦炭消耗，选择小于25mm小块焦与矿石一起入炉，布料时，小块焦布在炉喉边缘平台位置，远离中心，这样可以减少小块焦对中心和边缘煤气流分布的影响。由于小块焦粒级与矿石粒级相近，改善矿层的透气性，同时由于矿石和小块焦接触面增大，边缘矿石的间接还原也得到了很大的改善。

2.2 提高高炉技术操作

2.2.1 上下调剂相结合，优化布料制度

（1）送风制度调整。新1号高炉自开炉以来，由于受炉况波动影响，实际风速245m/s，鼓风动能12450kg.m/s，始终处于中心难以吹透、炉缸不活跃的状态，经常出现风压冒尖现象，高炉风量不能长期稳定，高炉热源难以平衡。炉身9段冷却壁温度不稳，尤其当原燃料出现波动，焦炭质量变坏时，高炉经常出现异常。为此，新1号高炉将风口面积由以前的0.4720m2缩到的0.4686m2，通过缩小风口面积提高鼓风动能，同时，通过改进热风炉烧炉制度，使送风温度1200℃逐步提高到1250℃，使鼓风动能达到13500kg.m/s以上，这样中心气流活跃，中心料柱透气性、透液性得到改善；延长风口回旋区长度，促进了煤粉燃烧，边缘气流也得到了改善，炉身9段冷却壁温度趋于稳定，有利于渣皮的稳定形成。

（2）布料制度调整。布料制度是高炉冶炼中的重要技术，长期稳定顺行的高炉离不开好的布料制度。合理的布料制度应该根据不同高炉炉顶设备的特点，根据原燃料的物、化性能，通过调整装料，改变装入顺序和装入方法，调整批重的大小，改变布料溜槽的倾角、布料环数和料线高低等，控制炉料装入炉喉时的落点位置、堆积厚度、径向剖面形状、粒度和品种等的径向分布和圆周分布情况，以实现煤气流的合理分布，充分利用煤气的能量并使炉料顺畅下降[1]。布料制度也要适应外围条件的变化，新1号高炉在开炉初期采用“平台加漏斗”的布料矩阵，中心不采用加焦技术。此种布料矩阵的采用初期，煤气利用率在49.5%左右，焦比和燃料比消耗较低，但对原燃料的条件和操作水平要求极高。由于新1号高炉原燃料条件变差，高炉入炉料质量逐渐减低，高炉顺行受到影响，风量不断减少，中心气流严重不足，料柱透气性变差，压差升高，高炉频繁出现管道现象，经常出现顶压冒尖崩料现象。针对新1号高炉原燃料特点，通过尝试中心加焦，人为创造一条煤气流通路，对高炉的中心气流起到引导作用，中心加焦对原燃料波动的适应性加强；采用中心加焦矩阵后，避免由于边缘气流过度发展而造成炉腹、炉腰等温度过高影响高炉寿命，同时也有利于渣皮的稳定。

实际生产中，中心加焦布料矩阵有利于高炉控制风量，促使炉缸活跃等，但燃料消耗高，燃料比通常在530kg/t以上。为进一步降低高炉消耗，降低生铁成本，新1号高炉在保持炉况顺行稳定时，采取以“中心气流为主，边缘气流为辅，稳定中间环带，扩大矿石批重，提高煤气利用”的调整思路，在中心加焦的基础之上对布料矩阵进行调正：⑴扩大矿角差，矿角差由10°扩展到13°来增加矿平台宽度，保证煤气流稳定；⑵在炉况顺行的基础上减少中心加焦量，布料矩阵由边缘气流温度控制在100℃，中心气流控制在600℃左右，保证边缘和中心气流均匀。经过调整后，煤气利用率得到了很大的提高，稳定在47.0%左右，燃料比也降到515g/t（见图2）。

图2 本钢新1号高炉煤气流分布

（3）稳定焦窗厚度，扩大矿石批重，提高煤气利用率

在一定的冶炼条件下每个高炉都有对应的一个稳定冶炼强度，适宜的冶炼强度也是稳定送风制度的基本前提，强度高低与产量、焦比、质量等关系密切。本钢新1号高炉为了改善煤气利用，降低燃料消耗，矿石批重由115吨→119吨→121.5吨，最大增加到126t/ch。大批重的应用不仅稳定了冶炼强度，降低热源损耗，同时减少了炉料界面效应，更有利于高炉煤气流的稳定。随着煤比的不断提高，中心焦炭的透气性和透液性更显重要，同时焦炭平台对控制炉内O/C比、粒度分布起着重要作用。在日常操作中，新1号高炉随着矿批的扩大，也保证了炉喉焦窗厚度在500mm以上。

2.2.2 提升热风温度，为提高煤比提供有力支持

伴随煤比的不断提高，喷吹煤粉加热、分解和裂化，使风口前理论燃烧温度大幅度降低。根据实际生产经验，每增加煤比10kg/t，约降低理论燃烧温度20℃-30℃。为保证适宜的理论燃烧温度，保证高炉喷吹煤粉的挥发物挥发和燃烧，就必须采用一切手段给予补偿。新1号高炉通过提高富氧率和提高风温，实现了这一难题。

风温的提高不仅补偿了喷吹煤粉所消耗的热源，而且有助于提高鼓风动能。经过新1号高炉实际计算，风温每提高50℃，鼓风动能提高900kg·m/s，这样既保证了喷吹煤粉的充分燃烧，同时也保证了炉缸热量充沛和活跃。

本钢新1号高炉配备了四座改进型霍戈文内燃式热风炉，高炉单位炉容的蓄热面积为88.7m2。针对煤气用量不足、烧炉时间短、风温供给能力不足的状况，新1号高炉引进自动化烧炉系统，自动根据风温调整参数，使空气、煤气配比更加合理。在实际烧炉过程中掺加一定量的焦炉煤气，保证燃烧时间达到100分钟-110分钟，使热风炉能够充分燃烧，拱顶温度均能达到1280℃，拱顶温度提高，送风时间增加至100分钟。控制合理的废气温度在330℃-360℃，能够满足高炉高风温需求（见表2）。

2.2.3 富氧喷煤，提高煤粉燃烧率

生产实践证明，富氧率提高1%，理论燃烧温度提高35℃-45℃，喷煤量可增加13kg/t-23kg/t。由于富氧和喷煤对冶炼过程的影响大部分是相反的，两者有机结合，才能相辅相成，也才能产生最大的经济效益[1]。同时富氧也为提高煤比打下了良好的基础，适宜的理论燃烧温度是保证炉缸热量充沛活跃的基本条件。如果富氧率过高，而喷煤量上不去，将导致理论燃烧温度上升，炉况不顺，产生崩料、悬料；如果富氧率过低，则喷煤量过高，将导致煤粉燃烧不完全，会导致炉凉和高炉透气性变差，高炉操作长期处于超高压差状态，会影响高炉顺行。只有保持合适的理论燃烧温度，才能使风口前煤粉完全燃烧，高炉上下部热量才能分布合理[1]。实践证明，本钢新1号高炉煤比达到160kg/t以上时，富氧率控制在3.5%左右，理论燃烧温度达2200℃-2300℃，保证了风口区煤粉的充分燃烧。

2.2.4 稳定加湿，减少影响

鼓风湿分提高，由于水分分解吸热，从而使理论燃烧温度降低，影响煤粉燃烧率[1]。根据新1号高炉实际经验计算，1g/m3加湿影响理论燃烧温度9℃左右。因此在实际生产中，每次休风恢复全焦冶炼期间，加湿可以作为操作调整手段。高炉顺行期间，加湿控制在10g/m3-15g/m3。

表2 2012年新1号高炉风温及理论燃烧温度 ℃

表2 2012年新1号高炉煤比情况 kg/t

2.2.5 改进配煤工艺，提高煤粉燃烧率

（1）提高喷吹煤粉粒度

煤粉粒度越小，燃烧率越高。但是粒度过小，磨煤机产量降低，电耗升高。灰分熔点低，黏度较大的煤粒度过细，渣化早，容易堵塞喷枪[1]。通过实践摸索，控制煤粉粒度-200网目比例大于60%，-100目比例达到90%，避免了煤粉在风口结焦堵枪现象，同时满足了高炉工艺生产需求。

（2）增大烟煤和无烟煤混喷比例

实践证明，烟煤挥发分高，可磨性和燃烧性好，但发热量低；无烟煤挥发分低，可磨性和燃烧性差，但发热量高。通过实践摸索，新1号高炉将两种煤按一定比例结合起来，实现混合喷吹，将烟煤的比例控制43%，使煤粉的发热值达到25000KJ/KG-29000KJ/KG，既实现煤粉安全经济喷吹，又增加了高炉稳定顺行。

（3）实现广喷、均喷、连续喷吹

利用热风炉烟气干燥煤粉，使煤粉水分小于1%；喷煤枪的角度由以前的7°变为5°，使输煤系统畅通。通过全风口喷煤、高压倒罐等措施实现广喷、均喷、连续喷吹；制定规章制度，督促管工及值班室人员加强对煤枪检查力度，发现煤枪破损和位置不正，及时调整和更换，避免磨坏风口而增加的高炉操作不稳定因素。

2.2.6 加强高炉操作，合理控制高炉炉温，实行低硅冶炼

冶炼过程充沛、稳定的炉温是保证高炉稳定顺行的基本前提，但是伴随高炉焦炭负荷不断增加和煤比的提高，过高的炉温反而不利于高炉的稳定顺行和降低生铁成本。

针对本钢新1号高炉实际生产情况，在炉况稳定期间要求全风温操作，杜绝工长随意调整风温；实际操作中注重各班料批的稳定，避免因为各班料批不一而产生的热源波动；日常操作中要求全风作业，并保持风量的统一和稳定；实行炉温趋势化管理，每个班对本班炉温进行班前预测，班中调整。新1号高炉恢复炉况期间[Si]的控制范围为0.5%-0.7%，物理热在1505℃以上，确保炉缸的热储备，使炉缸的活跃程度得到改善，加快了高炉的恢复进度。通过及时调整热制度，新1号高炉[Si]的控制范围为0.4%-0.55%，物理热在1500℃以上，有利于进一步强化高炉和炉况长期稳定顺行。随着原燃料条件的改善、负荷的增加，今后新1号高炉的煤比将进一步提高，炉缸活跃程度将需要进一步加强，这可能具备低[Si]冶炼的条件，炉温将降到0.3%-0.4%的水平。

2.2.7 加强炉前出铁操作

随着焦比降低、煤比提高，高炉对出渣、出铁要求也会逐渐提高。为此，本钢新1号高炉严抓炉前操作，杜绝铁口冒泥、稳定打泥量在215L以上，保证铁口深度在3.5m-3.8m，每天出铁次数控制在9-10次，减少铁口难开及打不开次数，并制定严格的炉前考核制度；对炉前出铁设备进行改进，加强渣铁沟检查，减少渣、铁沟耽误次数；实行“零间隔”出铁，减少炉内存渣铁次数；积极协调运输调度，进行连续续罐出铁，做到铁罐不满不走，大幅度提高铁罐的利用率，同时减轻铁水运输劳动强度。