提高鞍钢3号3200 m3高炉炉缸活跃程度实践

张磊，田景长，张延辉

（鞍钢股份有限公司炼铁总厂，辽宁 鞍山 114021）

鞍钢股份有限公司炼铁总厂（以下简称鞍钢）3号高炉（3200 m3）于2010年5月27日开炉投产，开炉以来保持高水平运行。2016年3号高炉平均利用系数为 2.246 t/（m3·d）， 入炉焦比为 303 kg/t，燃料比为507 kg/t，高炉顺行状态良好。2017年6月，高炉1#铁口下方3层环碳te108cl1温度开始上升，最高达到633℃。为了保证炉缸安全，高炉采取降低生产强度、钒钛矿护炉和加强炉缸冷却强度等一系列措施护炉生产，但同时炉缸状态逐渐变差，进一步影响了高炉的顺行状态。针对此种情况，对鞍钢3号高炉炉缸活跃性下降的原因进行了分析，并通过采取相应措施提升了炉缸活跃程度，明显改善了高炉顺行状态。

1 不同炉缸状态下的炉况

1.1 炉缸正常状态下炉况

（1）炉底满铺碳砖，中心点温度维持在较高水平。炉芯温度高低直接体现炉缸蓄热状态，目前大多数高炉都将其作为日常生产中炉缸状态变化好坏的监视信号。2016年7月1～2017年7月1日炉芯温度变化趋势如图1所示。由图1可以看出，高炉炉芯温度基本维持在600℃以上，除受计划休风影响外，温度相对稳定。

（2）炉内顺行状态较好。① 风量、风压和透气性指数稳定、对称，风压波动＜0.010 MPa。② 料尺下降均匀、顺畅、整齐，无停滞和崩落现象，三尺相差＜0.5 m。③ 炉身冷却系统水温差周向均匀，8个方向水温差相差＜1℃。④铁水的物理热及化学热匹配良好，炉温稳定性较好。2017年3月炉温及铁水含硅量变化趋势如图2所示。由图2可以看出，高炉铁水的物理热及化学热匹配良好，炉温稳定性较好。

图1 2016年7月1日～2017年7月1日高炉炉芯温度变化趋势Fig.1 Variation Tendency of Temperatures in Furnace Core from July 2016 to July 2017

图2 2017年3月炉温及铁水含硅量变化趋势Fig.2 Variation Tendency of Furnace Temperatures and Physical Heat in March 2017

（3）炉前出铁状态良好。炉缸工作状态的好坏会直接体现在炉前出铁状态上。①铁口深度合格且稳定。②两个铁口出铁间隔相同，出铁即出渣。同时，两个铁口出渣、铁量均匀。

1.2 炉缸工作状态差时炉况

（1）炉芯温度明显下降或波动幅度较大，不能维持在较高水平。2017年7月1日～8月17日高炉炉芯温度变化趋势如图3所示。由图3可以看出，高炉炉芯温度下降明显。

（2）炉内顺行状态明显变差。①操作困难，风压偏高且不稳，风量偏少，透气性变差，气流发展不均衡，风压波动＞0.020 MPa。②料尺下降不均匀，三尺相差最多时达1.0 m。③炉型维护困难加大，渣皮易脱落，边缘气流极不稳定，炉身周向气流分布不均匀，严重时出现炉身黏结。④热制度失常，铁水化学成分波动，两个铁口出铁炉温相差较大。2017年7月炉身水温差周向变化趋势如图4所示。由图4可以看出，高炉周向气流分布不均匀，东南侧最低点水温差较东侧最高点水温差相差5℃。

图3 2017年7月1日～8月17日高炉炉芯温度变化趋势Fig.3 Variation Tendency of Temperatures in Furnace Core from July 1th,2017 to August 17th,2017

图4 2017年7月炉身水温差变化趋势Fig.4 Variation Tendency of Difference in Water Temperature of Furnace Stack in July 2017

（3）炉前出铁状态明显变差。①铁口深度不稳定，易喷溅，时有焦炭从铁口喷出情况出现，渣铁出不净。②两个铁口出铁情况不均匀，经常出现一边出铁另一边出渣的情况。

2 导致炉缸活跃性下降原因分析

炉缸活跃性是指液态渣铁进入炉缸，并能由炉缸内自由排出的顺畅程度。影响高炉炉缸活跃性的因素大致可分为以下三方面：焦炭所提供的“透气-透液通道”的数量，渣铁流动性能，风口回旋区的形状和大小。三种因素相辅相成，相互影响。因此，能影响以上三方面的因素均影响炉缸活跃性[1]。

2.1 护炉措施对炉缸活跃性造成不利影响

为保证炉缸安全而采取的护炉措施均对炉缸活跃性造成不利影响。

（1）限强度生产，风压控制较低，致使鼓风动能较低，不利于吹活炉缸。由于鼓风动能是决定回旋区形状和大小的主要因素，所以合理的鼓风动能不仅是炉缸活跃性状态良好的前提条件，更是高炉操作者可控的重要的调节手段[2]。2017年7月高炉鼓风动能变化趋势如图5所示。由图5可以看出，高炉鼓风动能下降明显，不利于吹活炉缸。

图5 2017年7月高炉鼓风动能趋势Fig.5 Variation Tendency of Blast Kinetic Energy in July 2017

（2）长期进行钒钛磁铁矿护炉冶炼。由于钛化物的析出，渣铁流动性能变差。

（3）由于限强度生产，高炉停止富氧，不利于气流稳定及煤粉燃烧，中心死料柱有不完全燃烧煤粉颗粒，不利于渣铁渗透。

2.2 焦炭质量变差

大型高炉冶炼要保证炉缸工作状态的稳定，焦炭质量是重中之重，要求焦炭的性能指标和粒级分布稳定、良好，特别是焦炭的冷态强度和热态性能指标要求稳定。焦炭的高温性能低会严重影响其在高炉软熔带和滴落带中的骨架作用，降低高炉的整体透气性[3]。

2017年8月24日～9月22日鞍钢西区炼焦检修，高炉干焦比例由80%直接下降至0，高炉实行全湿焦生产。由于焦炭质量明显下降，对炉缸活跃度及料柱透液性造成极不利影响，炉芯温度明显下降。2017年8月20日～10月2日高炉炉芯温度变化趋势如图6所示。由图6可以看出，高炉炉芯温度下降明显，且波动较大。

2.3 高煤比操作

近年来3号高炉一直追求低成本冶炼效果，操作上降低入炉焦比，提高煤比，由此带来的一系列冶炼效果的变化对炉缸活跃性均有一定影响。目前研究普遍认为，在较高煤比条件下冶炼，风口循环区未燃煤粉量增加和入炉焦粉化加剧，会使高炉透气性下降，炉内压差升高，死料柱的透气透液性相对变差，炉芯活跃性相对下降。2017年8月30日～10月1日高炉煤比与炉芯温度变化趋势如图7所示。由图7可以看出，当煤比较高时，炉芯温度呈下行趋势；随着煤比的下降，炉芯温度有所升高。

图6 2017年8月20日～10月2日高炉炉芯温度变化趋势Fig.6 Variation Tendency of Temperatures in Furnace Core from August 30th,2017 to October 2th,2017

图7 2017年8月30日～10月1日高炉煤比与炉芯温度变化趋势Fig.7 Variation Tendency of Coal Ratio in BF and Core Temperature from August 30th,2017 to October 1th,2017

3 提高炉缸活跃度实践

在高炉生产操作中，为保证高炉炉缸安全，必须有炉缸安全的红线意识，在炉缸环碳温度及对应热流强度上升到警戒线时，及时采取措施控制炉缸温度；而在炉缸长寿状态可控的情况下，要适当提升冶炼强度，创造一切条件活跃炉缸，保证高炉顺行状态[4]。针对影响3号高炉炉缸活跃性原因，同时考虑到炉缸环碳温度异常升高的实际，制定以下几项措施改善炉缸活跃性。

3.1 提高鼓风动能，吹活炉缸

适当的鼓风动能可以保持一定的回旋区深度，使炉缸初始煤气最大限度向炉缸中心渗透，能有效提高整个死焦堆的透气、透液能力。尤其当原燃料条件变差，同时由于长寿原因高炉处于中等冶炼强度时，更应该提高鼓风动能[5]：

（1）在炉缸环碳温度可控的条件下，吹足风压；

（2）逐步缩小风口面积，由32个直径130 mm的风口，缩为32个直径120 mm的风口，在增加鼓风动能的同时，降低生产了强度，对炉缸长寿工作也有一定作用。

3.2 优化钒钛矿使用模式

为避免炉缸加钛矿使炉底凝铁层增厚，3号高炉灵活停用钛矿，只在炉缸温度超标时使用，同时灵活调整使用量，且一旦炉底温度下降到警戒值以下时立即停用。这种方法抑制了炉底温度的下降，既有利于渣铁排放，也实现了对钛矿的合理利用，大大节约了钛矿和燃料消耗[6]。

3.3 少量富氧，控制煤比在合理范围内

在炉缸长寿状态可控的前提下，适当富氧喷吹，好处如下：① 富氧配合大喷吹，既有利于顺行，减少处理崩、滑料等异常炉况对炉缸热储备的损失，又提高了煤粉燃烧率，减少料柱中残存煤粉颗粒，改善死料柱透液性。②富氧增加理论燃烧温度，加强冶炼强度，同时铁水排放量的增加也有利于提高炉芯温度。③一旦需要控制炉缸环碳温度，就立即降低煤比，提高入炉焦比，同时增加中心加焦量，以此来提高中心料柱的透液性[7]。

3.4 加强原燃料质量管理

3号高炉炉料结构为68%～70%烧结矿+22%球团矿+3%～5%澳块矿。在选择上，尽可能多使用熟料，保证熟料率在90%以上。少用或不用落地矿，提高入炉矿石强度。市场严峻形势导致鞍钢原燃料条件波动，块矿、球团矿均不稳定，粉末多，为改善料柱透气性，采取烧结矿的分级入炉方式，同时适当使用回收焦丁和矿石一起布到炉内。在正常生产中，制定严格的原燃料检查制度，并实时掌控块矿、球团矿的粉末量，尤其是焦炭的水分等参数。当发现异常时，及时采取调剂措施，包括焦炭负荷及布料制度的调整，最大限度减少炉况的波动。同时与烧结及焦化工序加强联系，及时了解原燃料的理化性能指标，如有变动及时进行调整。

3.5 维持铁水充沛的物理热和合适的炉渣碱度

在保证炉渣脱硫和流动性满足高炉正常生产情况下，逐步将炉渣中的MgO质量分数由原来的7%～8%降低至4%～5%，炉渣二元碱高度由1.15±0.05提高至1.20±0.05。同时提高炉缸热量，控制出铁温度在1 500℃以上，避免因二元碱度的提高导致炉渣熔点升高，稳定性变差，从而造成操作困难。通过优化高炉造渣制度，不仅直接降低了高炉软熔带软熔体的数量，改善了高炉软熔带的透气性，还直接降低了烧结配矿成本[8]。

3.6 加强炉前出铁组织

维护好铁口，及时出净渣铁，是防止侧壁温度波动和提升炉缸活跃度的基本要求，主要采取措施如下：① 高炉坚持一次开铁口作业；② 调整炮泥成分，使之耐渣铁冲刷和易于与砖衬结合成牢固的保护层；③加强泥套和开堵口作业管理，减少冒泥几率；④及时调整打泥量，使铁口深度稳定在3.0～3.2 m，出净炉缸渣铁。重点强调各个铁口均匀出铁、轮流出铁和出净渣铁。

4 实践效果

2017年8月开始对鞍钢3号高炉采取提高炉缸活跃度的各项措施。2017年7～10月高炉主要技术指标如表1所示，可以看出，采取措施后，高炉各项关键指标均明显提升，说明炉缸状态回升后，高炉状态有了明显改善，产能基本恢复正常状态。

表1 2017年7～10月高炉主要技术指标Table 1 Key Technical Indexes of BF from July to October 2017

5 结语

大型高炉炉缸活跃程度对炉况顺行稳定程度有着重要的影响，炉缸中心点温度下降到一定程度后，高炉顺行将变得十分困难。为保证炉缸安全而采取的一系列护炉措施、焦炭质量变差和高煤比操作等对炉缸活跃性均有一定影响。炉缸环碳温度高的高炉，要注意协调好提高炉缸活跃性和保证炉缸安全的关系。鞍钢3号高炉通过提高鼓风动能，优化钒钛矿使用模式，控制合适煤比操作，加强原燃料质量管理，维持铁水充沛的物理热和合适的炉渣碱度，以及加强日常的铁口维护，有效改善了炉缸的活跃性。