浅析高炉低顶温的应对方法

2021-12-26鲁新生余三友马连政

中国金属通报 2021年16期

鲁新生，余三友，马连政

（河钢集团唐钢公司，河北唐山 063000）

就目前国内情况而言，高炉煤气主要采用的除尘系统是干法布袋除尘系统，利用布袋除尘的优势在于节能环保且除尘效率高。然而，如果高炉煤气的温度处在低温水平，布袋的输灰管等就容易发生堵塞的现象，使其无法继续运行。除此外，布袋的使用寿命也和煤气温度有着很大关联，煤气温度过高时会导致布袋烧毁，无法工作；煤气温度过低会导致堵塞、糊袋情况的产生，最终使布袋变形、损毁，无法继续使用[1]。

据相关数据统计，由高温造成的布袋除尘系统故障问题较为少见，普遍存在的故障多为高炉顶温偏低造成的。近年来，为提高生产效率，高炉燃料配比不断优化，但煤气低顶温的情况愈发严重，多地统计的高炉顶温月平均值均不足90℃。为帮助解决这一问题，以下将对高炉低顶温的原因展开分析，并提出应对方法。

1 高炉顶温的影响因素分析

根据对唐钢新区1#高炉的相关数据记录，得到如下所示的“2020年10月～2021年6月顶温月平均变化图”。根据高炉煤气湿度可计算得出露点约为90℃，加上布袋入口处的温降，可得炉顶的理论温度值应为120℃。由图1可知，去年下半年的高炉顶温较低，低于理论安全值120℃，随着佳华焦化厂的全面投产，干焦配比提高，从2021年3月份开始持续走高，恢复常规水平。

图1 2020年10月～2021年6月顶温月平均变化图

1.1 水当量对顶温的影响

炉顶煤气温度的计算公式为：tg=tge-Ws/Wg×(tse-ts)。其中tge为煤气在空区的温度，为常数值，单位为℃；tse为炉料在空区的温度，为常数值，单位为℃。Wg为煤气水当量，单位为J/℃；Ws炉料水当量，单位为J/℃；ts为原燃料的入炉温度，单位为℃。

由该公式可得，影响顶温的因素有 Ws/Wg以及原燃料的入炉温度。提高Ws/Wg或降低原燃料入炉温度均能降低顶温。降低Ws/Wg主要途径有：提高富氧率，提高风温或增加鼓风湿度等。

1.2 煤气流分布对顶温的影响

但从理论计算公式分析并未考虑到热损失这一因素，在实际情况中，高炉内的煤气流分布存在不匀的情况，在炉内边缘的气流流速、大小等与处于炉内中心的煤气流有所差别，故煤气流的分布情况也将影响高炉顶部的温度。据相关调查研究，国内某座大型高炉在冬季出现顶温偏低的情况，相关技术人员通过改变原燃料配比和装料制度将炉内中心煤气流提高了20%，顶温同比提高了20%。

对煤气流分布的影响因素主要是原燃料中焦炭的粒度大小和中心加焦的比例，以及焦丁比的大小。如果想通过调整煤气流的分布来提高顶温，主要有两个途径。首先。如果边缘气流偏强，可以采取发展中心气流的手段来抑制边缘气流，边缘气流强度降低后，高炉的冷却速度也会减缓，顶温将随着热损失减少而得到提升。其次，还可以选择提高直径大于40毫米的焦炭的占比，使焦炭的燃烧反应速率降低，并同步增加焦丁用量，以达到强化中心气流的效果，从而使顶温升高[2]。

2 高炉低顶温原因分析

2.1 对高炉技术指标的改善

为提高高炉的利用产出率，解决其边缘气流不稳定、炉温不易控以及水温差过于悬殊等诸多问题，使高炉炉况更加稳定，需要对高炉的部分技术指标进行调整，例如适当增加高炉的边缘负荷，调整原燃料入炉配比和排料顺序等。经过一系列调整后，边缘气流更加稳定，渣皮活跃度降低，整个高炉的炉况较之前有所好转。但与此同时，高炉的部分指标：风温、铁水物理热及富氧率等，均发生变化，导致炉顶温度随着热流比的升高而降低。另一方面，如果在干焦比已经偏低，原燃料温度本身不高的情况下，炉顶温度将有更加严重的下降。上述涉及的技术指标主要有以下四点[3]。

2.1.1 煤气利用率的提高

若调整原燃料配比而提高煤气利用率，则燃料比将会下降，吨铁煤气量减少，从而导致顶温下降。炉况稳定后，边缘气流与渣皮趋稳，高炉煤气利用率逐渐升高。以具体案例而言，若将矿批从85吨提升至90吨以上，则可提高约3%的煤气利用率。与此同时，高炉顶温也降至低于100℃，详情如图1所示。

纵坐标数值调整为45%～49%。

2.1.2 风温的提高

风口前燃烧碳量减少，煤气和炉料水当量比值下降，顶温降低。炉况稳定后风温接受水平提升，将风温从1150℃逐渐提高到1220℃左右水平。

图2 料制调整前后顶温与煤气利用率变化趋势图

2.1.3 铁水硅含量的降低

燃料比下降，吨铁煤气量减少，顶温降低。大型高炉追求低能耗高产能，适宜低硅冶炼，通过提高煤气利用率保证铁水物理热在1510℃以上，保证低硅时良好的渣铁流动性；适当提高炉渣碱度，R2由1.15提高到1.25左右保证脱硫效果等措施，高炉铁水硅含量从0.4%以上降到0.30%～0.35%,成功实现了低硅冶炼。

2.1.4 富氧率的提高

在总入炉风量不变的情况下，富氧率越高，料速越快，炉料水当量增加，顶温降低。随着投产后对产能的要求渐高，高炉不断强化冶炼，在保持入炉风量不变的基础上，富氧量从最初的5000m3/h 提高到20000m3/h以上。

2.2 原燃料的影响

原燃料对于高炉顶温的影响主要基于以下三方面因素：

第一点，高炉原先的焦炭整体水分较大。受限于前期自产干焦产能不足，高炉焦炭结构中，湿焦占比40%,且平均水分在8.6%，大量入炉后的湿焦水分挥发，吸收了炉顶煤气热量，导致顶温下降，且湿焦整体温度偏低进—步降低了顶温。

第二点，含铁物料温度低。1#高炉含铁物料结构是65%烧结矿+10%生矿+35%自产球团，主要的烧结矿温度较低，生矿与球团矿处于室温水平，偏低的含铁物料温度也是顶温偏低的重要原因。

第三点，生矿配比高。为了达到降低成本的目的，提高高炉生矿配比到10%以上，大量生矿取代熟料后，料温下降、炉料水分增加，顶温下降。

3 提高顶温的对策研究

3.1 增加料温、降低焦炭水分

对于提高顶温，增加料温与降低焦炭水分是最快捷的措施，且对炉况影响小。高炉釆取这些措施后，顶温下降势头很快就得到了扭转，平均顶温从90℃以下升高到95℃以上，布袋正常放灰得到了保障。

3.1.1 提高烧结矿料炉温

通过对供应高炉的烧结环冷机出口温度的调控实验发现，由于烧结矿粒度不均匀，有较多粒径大于60mm的烧结矿，料温波动很大，当平均温度提高到100℃时，部分大块烧结矿温度超过180℃，甚至有部分未冷却的高温红矿，会严重烫伤输送皮带。通过反复试验，最终将烧结环冷机出口烧结矿平均温度的标准提升到80℃～100℃。标准提高后，高炉入炉烧结矿温度从未采取措施3月份的18℃提高到5月份的35℃，6月份达到40℃以上，提高了22℃以上。

3.1.2 降低焦炭水分

高炉湿焦水分偏大，通过与焦化厂联合攻关，通过改进熄焦打水系统，优化熄焦水量曲线，控制晾焦台打水量等措施，湿焦水分从8.6%下降到6.5%左右。同时，随着佳华产能的全面投入，高炉配吃干焦比例从60%提高到85%以上，焦炭的加权平均水分从3.8%下降到2.05%。

3.1.3 其他原燃料的改进措施

提高自产焦炭的温度，自产湿焦温度提高到超过室温 10℃，自产干焦从30℃提高到60℃左右。同时在生矿料仓下方增加生矿烘干系统，引高炉 200℃左右的冷风到料仓给料口处，吹入料仓内烘干加热料仓内的生矿，降低生矿水分的同时提高生矿温度。

3.2 提高煤比

高炉焦炭配比频繁变动，焦炭质量不稳定，导致高炉炉况顺行较差，煤比只有100kg左右。高炉干焦比例增加到65%以上，焦炭质量有所改善，高炉趁焦炭好转与炉况顺行较好的机会，开始逐渐提高煤比110kg以上，21年3月份后煤比稳定在130kg左右。

3.3 降低风温、控氧加风

通过以上措施，顶温有所提升，下限顶温提高到95℃以上，平均顶温100℃左右。但是仍然没有达到下限顶温大于100℃的生产要求，尤其是进入冬天后由于炉温下降，煤气到布袋系统的温降增加，迫切需要进一步提高顶温。高炉加大了提顶温力度，通过降低风温、控氧增加风量与临时减生矿配比等措施，达到了下限顶温大于100℃的目标，基本上满足了高炉生产需要。

高炉热风炉以烧高炉煤气为主。首先，降低风温，可以节省煤气消耗、平衡公司内部煤气消耗，还可以提高顶温。当高炉试验将风温从1220℃降低到1170℃,结果是燃料升高成本超过高炉煤气成本的降幅，之后逐渐提高了风温，通过多次试验最终将风温降到1205℃左右，可以保证成本最优的基础上促进顶温提升。

其次，适当降低富氧量，提高风量。高炉在下部较大风口面积的基础上，风量逐步从6022m3/min提高到6220m3/min，适当减少富氧量，降低富氧率，富氧上限由23000m3/h降低到18000 m3/h。同时在顶温将低于100℃时，增加临时加减氧的措施，以确保顶温不低于100℃。

最后，控制生矿配比。髙炉生矿配比在15%左右，为提高顶温，釆用的控氧措施如果超过8小时，在顶温仍然持续偏低，高炉将进一步采取下调生矿配比，但最低不低于10%的提顶温措施。