本钢6#高炉炉役后期低强度冶炼低耗生产实践

2019-07-23供稿张胜发ZHANGShengfa

金属世界 2019年4期

供稿|张胜发 / ZHANG Sheng-fa

内容导读

本钢板材有限公司6#高炉炉役后期炉缸冷却壁热流强度上升，在保障炉缸安全的前提下，对6#高炉操作制度进行不断摸索和优化，探寻在低冶炼强度下合理的操作制度，以降低燃料消耗。文章介绍了对6#高炉采取钒钛矿入炉和降低冶炼强度等措施护炉，在低强度冶炼条件下采取降低富氧、缩小风口面积、缩小矿批重等措施，在保证炉况顺行的基础上实现了低强度冶炼低耗生产。

本钢板材有限公司6#高炉有效容积为2850 m³，2004年9月5日开炉，实现一次投产成功、快速达产。高炉冶炼强度不断提高，月平均产量达到7120 t/a，利用系数达到2.50 t/(m³·d)。但从2014年7月炉缸铁口区域冷却壁热流强度开始上升，最高热流强度达到1.8×105kJ/(m2·h)，高炉操作不得不采取钛矿入炉、限产等措施控制热流强度，生铁燃料消耗在低冶炼强度下大幅度升高。因此，在保障炉缸安全的前提下，对6#高炉操作制度进行不断摸索和优化，探寻在低冶炼强度下合理的操作制度，以降低燃料消耗。

炉缸结构及存在的问题

本钢6#高炉炉缸采用“国产陶瓷杯+UCAR小块炭砖水冷炉底”复合结构。具体为：在炉底封板上浇捣高导热系数的炭素捣料后捣平，其上满铺2层国产石墨炭砖及3层国产半石墨炭砖；炉底采用强制水冷；炉缸下部环砌43层美国UCAR热压小块炭砖，上部采用17层国产SiN4-SiC砖和2层刚玉砖；陶瓷杯杯底采用2层刚玉莫来石砖，杯壁由l层刚玉组合砖构成，在杯底炭砖与刚玉莫来石砖间填充RP-4捣打料，环砌炭砖和陶瓷杯上表面采用大块盖面砖。其中，铁口中心线部分炭砖原始厚度：铁口区域炭砖厚度1435 mm、陶瓷杯厚度232 mm；非铁口区域炭砖厚度1085 mm、陶瓷杯厚度232 mm。铁口中心线以上部位：炭砖厚度1000 mm、陶瓷杯厚度232 mm。

自2014年12月中旬开始，3个铁口冷却壁热流强度波动较大：1号铁口的热流强度超过了1.2×105kJ/(m2·h)，2号铁口的热流强度超过了1.0×105kJ/(m2·h)，3号铁口的热流强度超过了1.8×105kJ/(m2·h)。针对炉缸热流强度升高，车间采取降低冶炼强度，减少富氧、钒钛矿入炉、堵风口、缩小风口面积等手段进行护炉，维持高炉安全生产。

低强度低耗冶炼实践

高炉的下部送风制度与上部装料制度决定了炉内煤气流的分布，也影响着炉缸工作状态和炉缸侧壁炭砖的侵蚀方式和程度。上下部制度匹配合理，有利于改善高炉炉缸活跃度，保持充沛的热度，保障炉况长期稳定顺行，使炉缸炉底侵蚀朝长寿型的“锅底”状侵蚀发展。

降低高炉冶炼强度

◆ 提高炉温

高炉配加钒钛矿护炉后，为保持合适的炉缸热度，适当提高炉温，[Si]控制在0.5%±0.05%，生铁中[S]≤0.03%。铁水中[Si]含量是炉缸热度的化学表征，保持充沛的炉缸热度有利于炉渣中TiO2还原成[Ti]。研究表明，生铁中的石墨碳数量随[Si]、[Ti]、[C]的增加而逐渐增多。TiO2还原成[Ti]后，在炉内与C、N生成高熔点游离的TiC、TiN微粒，可以作为石墨晶核，有利于石墨化和石墨析出，降低了铁水的流动性，减缓炉缸侧壁炭砖的侵蚀。

◆ 钛矿护炉

当炉缸砖衬出现异常侵蚀或侵蚀较为严重时，在炉料结构中加钛(TiO2)护炉，其在炉内还原生成高熔点的Ti(C、N)化合物，与铁水及铁水中析出的石墨凝结并黏附在侵蚀后的砖衬上，起到保护炉缸砖衬的作用。铁水成分变化见表1。

表1 本钢6#高炉护炉前后铁水成分(质量分数，%)

◆ 控制冶炼强度

当高炉利用系数提高后，通过炉缸单位截面积的铁水量增加，铁水平均流速提高，炉缸环流加剧，将导致炉缸侵蚀加速。同时，生铁产量的增加，也给炉缸带来了更多的热量，使炉缸炭砖砖衬热面温度升高，加速炉缸侵蚀。

2016年6月30日6#高炉减氧，由240 m3/min减到160 m3/min。产量由6600 t/d降到6000 t/d；7月3日富氧减到100 m3/min；7月5日停氧，并每批配加钒钛矿2 t。停氧后产量降到5400 t/d；7月14日休风，堵17#(3#铁口上方)、29#(1#铁口上方)两个风口，控制该区域送风量，降低该区域铁水流速和温度，减缓炉缸砖衬侵蚀。炉缸热流强度逐渐开始下降。

调整上下部操作制度

在高利用系数的条件下，通过采取抑制边缘、开放中间的装料模式，炉况的稳定性及煤气利用率均达到较高的水平。但是，在低强度冶炼下，由于炉腹煤气量下降，中心气流有减弱的趋势；同时边缘热负荷也容易波动，对炉况的稳定性有较大的影响[1]。

◆ 送风制度的调整

随着产能的降低，风氧使用量也随之减少，因此配备合理的送风制度非常关键。风氧量减少导致炉缸的活跃性下降，鼓风动能也会有所下降。因此在送风制度的调整上，6#高炉以坚持鼓风动能、保障炉缸活跃为原则。

6#高炉在坚持全风冶炼、确保中心气流稳定和强度的前提下，首先使用加长风口，减弱炉缸热流强度高区域边缘气流强度；同时利用休风机会，逐步将风口面积由0.3508 m2调整为0.3354 m2，控制边缘煤气流的强度，降低炉缸侧壁砖衬热负荷，从而起到保护该区域砖衬的作用，达到护炉的目的并保证炉缸圆周气流分布的合理和稳定。另外在逐步缩小风口面积及减少富氧量的过程中，将高炉的入炉风量由4900 m3/min逐步提高到5050 m3/min。通过对高炉送风风口面积及入炉风量的调整，鼓风动能由11500 kg·m/s提高到14500 kg·m/s(见图1)，高炉炉缸活跃性逐渐增强。

◆ 装料制度的调整

图1 调整前后鼓风动能变化图

一般应根据冶炼强度和喷吹燃料量来决定合理的矿石批重，然后再调节装料顺序来控制边缘及中心煤气流的强度[2]。因此上部调节应密切注意煤气流变化并采取相应措施维持煤气流分布。随着冶炼强度的降低，风量减少，中心气流减弱，要适当缩小批重发展中心气流。在选定合适的批重时，要考虑原燃料条件、冶炼强度和喷吹燃料及两次上料间炉顶温度上升速率与波幅等因素[3]。焦炭的批重由根据焦层的厚度决定，大高炉的炉喉焦炭层厚在0.60～0.75 m，不宜小于0.5 m。

2016年6月因炉缸热流强度高，高炉采取减氧、停氧措施控制冶炼强度。随着冶炼强度的大幅度下降，炉顶温度上升速率变缓，波动幅度增大，煤气利用率逐渐下降，压量关系的稳定性变差。

因此，根据富氧量的逐渐降低、冶炼强度的下降以及炉顶温度的变化情况，6月30日将矿石批重由82 t变为77 t，焦炭批重由16.0 t变为15.0 t；7月3日将矿石批重由77 t变为72 t，焦炭批重由15.0 t变为14.0 t(表2)。

通过调整焦炭和矿石的批重，同时保证焦炭在炉喉及炉腰处的适宜厚度(见表2)，高炉的压量关系大幅度缓解(如图2)。

表2 调整前后焦炭在炉喉及炉腰处厚度

图2 调整前后压差的变化趋势图

◆ 降低燃料比

扩大矿石批重能促进矿石的均匀分布，合理布料，优化煤气流分布，可以稳定上部煤气流，可提高煤气中CO2含量，提高煤气利用率，同时使热风所带有的热量能够充分传递给炉料，增加高炉内铁矿石的间接还原度。

随着压量关系的改善，在稳定焦炭平台的情况下，逐步将矿石批重由72.0 t增加到79.0 t，提高煤气利用率；同时通过调整布料制度，将调整为，拓宽矿石平台，高炉燃料比进一步降低。

◆ 调整中心和边缘负荷

6#高炉在布料制度调整上坚持以“以畅通的中心气流为主、同时兼顾边缘气流的稳定发展”为操作指导思想进行上下部制度的调整。在正常生产过程中，通过十字测温和炉顶成像密切关注中心气流强度和宽度。

中心加焦是保证中心通畅的有效手段。在日常生产中将中心空焦比例控制在20%以上保证中心气流的畅通，同时通过调整中心和边缘的焦炭负荷，将十字测温中心点温度控制到650～850℃，边缘温度控制到70～110℃。

边缘气流的稳定存在及强弱在很大程度上决定炉况的稳定性及煤气利用率的高低。正常情况下，炉体软水温差控制在2～3℃，热负荷控制在(6×104～9×104) kJ/h，一旦超出该温度范围，及时调整布料制度，保证边缘和中心气流的合适分配比例。

热制度和造渣制度

铁水的物理热充足是炉缸活跃和炉况稳定的必要条件，因此6#高炉非常重视铁水物理温度的管理。

(1) 控制生铁[Si]含量为0.40%～0.50%，保证铁水温度为1490～1520℃，并严格要求各班组统一操作，严禁长期低炉温操作，连续2次炉温低于下限时要采取提高炉温的操作措施。

(2) 在日常操作过程中，要求以铁水物理温度的高低来判断和调剂炉况，当连续两次铁水物理温度低于1490℃时，需提高燃料比15～25 kg/t以提高铁水温度，保证炉缸热量充沛。

(3) 控制炉渣二元碱度为1.17±0.02、生铁[S]含量≤0.03%。偏离此范围时，及时调整碱度。为了保证炉渣的流动性，控制渣中MgO含量为7%～8%。

出铁制度和铁口维护

维护好铁口对炉缸的寿命至关重要，越是到了炉役后期铁口深度越是要加大，这是保护炉缸长寿的基本要求。炉缸侧壁环流加剧，砖衬热面温度过高，液态铁水和碱金属渗透侵蚀形成变质层，在渣铁的冲刷下会加速侵蚀，因此降低出铁速度有利于减少环流。但铁流时间超长，加剧铁口泥包和铁口孔道的侵蚀，不利于铁口维护且容易造成生产安全事故。针对这一情况6#高炉制定了相应措施，铁口深度大于3.2 m，每次出铁时间2～2.5 h，以保持炉缸内渣铁面相对稳定，减少铁水环流对炉缸砖衬的侵蚀。