马钢1#高炉炉况波动的应对

2022-10-14吴示宇赵世丹

四川冶金 2022年4期

吴示宇，尤石，赵世丹

(马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000)

2022年3月上旬，马钢1#高炉中心气流温度持续下降，吨铁氧耗持续升高，随后压差升高，壁体波动加剧，风量和负荷大幅度退守。在监控高炉热负荷和分段压差的基础上，通过调整上部料制、渣系，合理控制炉腹煤气量，在短期内将气流恢复至正常水平，日产量也在短期内得到恢复。

1 炉况波动的原因

1.1 炉况演变的过程

按照炉况变化的特特征，大致可以将此次炉况波动与应对过程分为三个阶段：

第一阶段(3月1日～3月9日)，风量维持在5 040 m3/min左右，全压差163～172 kPa，煤气利用率48.8%～49.6%，炉况稳定性比较好。燃料比持续下降，3月7日达到最低值496 kg/tFe。但是炉内表现出了一些问题：随着产量升高，吨铁氧耗持续下降，3月8日达到最低值244 m3/tFe，严重低于1#高炉的日常统计值；十字测温CCT温度从500 ℃左右下降到260 ℃左右，次环温度从440 ℃左右下降到220 ℃左右，边缘温度降幅小一些，从170 ℃左右下降到130 ℃左右，Z值下降，W值升高。

第二阶段(3月9日～3月12日)，3月9日下午，高炉开始出现高压差，风量退守至4 700 m3/min，随后壁体波动增多，全炉热负荷升高到16 000 MJ/h以上。3月11日夜间，炉况进一步恶化，全炉热负荷再次升高到16 000 MJ/h，并在高位持续3个小时，生铁含[Si]和铁水温度急剧下降。全焦负荷退守至4.23，风量进一步退守至4 500 m3/min。

第三阶段(3月12日～3月15日)，随着中心气流温度逐渐回升，高炉中心气流通道被打开。视情恢复风量至4 950 m3/min,逐步恢复全焦负荷至4.45。

1.2 波动的原因

1.2.1 原料变化应对不充分

3月1日之前，1#高炉一直在使用鄂州球团和乌克兰球团，它们成分相近，属于酸性球团矿。3月1日之后，湛江熔剂性球团矿。为保证原料供应平衡，使用湛江球团期间自产烧结矿的碱度从2.10下调至1.95，无形中提高了烧结矿的品位。

表1 球团矿的主要成分单位：%

与酸性球团矿相比，熔剂性球团矿具有良好的还原性，烧结矿品位的提升也让入炉综合品位升高，渣比下降。这些都是有益于高炉提升煤气利用、冶炼效率和降低能耗的。但是1#高炉在应对产量升高、吨铁氧耗下降的过程中，没有采取有效的疏松料柱和引导中心气流的措施，导致压差升高。

1.2.2 入炉硫负荷升高

3月份以后，因原燃料条件发生变化，入炉硫负荷从3.5 kg/tFe升高至3.9 kg/tFe以上，为保证炼钢生铁质量，多次提高炉渣核料二元碱度至1.26，个别炉次的实际渣碱度甚至达到1.30以上。

图1 1#高炉的硫负荷与炉渣碱度

二元碱度最能够反应炉渣成分的变化和炉渣性能的差异，因此对高炉冶炼效果有直接影响。一般地，CaO/SiO2在0.8～1.2之间时炉渣黏度最低[1]。炉渣的粘度和熔化性温度随着炉渣碱度的提高而提高。炉渣内碱性氧化物增多，会使一定温度下，渣的过热度减小而黏度升高，过多的碱性氧化物以质点悬浮在炉渣中也会使黏度增高。1#高炉提高二元碱度的同时，也提高炉缸热量，虽然满足了炉渣的熔化性温度和脱硫的要求，但是，长期维持高碱度操作还是出现了问题：炉渣的稳定性不好，炉缸热量稍有亏欠，炉渣的黏度就会快速升高，造成压差升高。

1.2.3 气流二次分布过程压差升高

高炉内煤气流经历三次分布，分别为风口回旋区的初始分布，软熔带横向运动的二次分布，以及块状带的三次分布。很多实践[2-4]和研究[5,6]都表明，中心气流变弱与气流二次分布过程压差升高有一定的相关性。

1#高炉自下而上共安装了4层静压力测点，分别位于第8层、第10层、第12层、第14层冷却壁，通过分析炉况稳定时期的数据，获得各段压差的合适区间，如表2所示。

表2 1#高炉各段压差的合适区间

图2 1#高炉各段压差趋势

3月1日以后，8层-10层压差持续升高，至3月8日、9日，多次超过合适区间的上限，软熔带和成渣带的透气透液性变差，煤气流的二次分布过程压差升高，无法接受较高的炉腹煤气量，中心气流相应变弱。

1.2.4 炉缸状态下滑

1#高炉的安装于炉底平铺炭砖与陶瓷杯垫的界面处的炉芯热电偶温度趋势能够非常敏感地反应出炉缸状态是向好还是向坏，2月23日至3月9日，炉芯温度累计降低了79 ℃。

风口前端渣铁下渗和风口区焦炭回旋是一个动态的平衡，炉缸及中心焦柱透气性良好，风口区域渣铁下渗迅速，风口工作环境稳定；如果当渣铁下渗受阻滞，这种平衡就被打破，渣铁和焦炭接触风口的概率增大，风口寿命便会缩短[7]。3月8日～3月10日1#高炉个别铁次出现了断流或假来风的情况。3月11日～3月12日铁口区上方的13#和30#风口小套先后烧损，烧损部位为前端外口下沿。

这些现象都表明炉缸状态下滑。跑料量的升高，更多的渣铁进入炉缸，而这些渣铁顺利地通过风口带，经铁口排出，滞留在炉内的渣铁改变了死料堆的位置，影响到了中心料柱的透气性，最终诱发了炉况的波动。

2 应对措施与效果

2.1 应对措施

2.1.1 调整装料制度

针对3月8日之后的炉况演变特点，装料制度的调整主要遵循引中心、稳平台，加速料制置换的原则。

3月8日～3月15日通过使用双料制，让中心焦量的比例在29%～33%之间灵活调整，当十字中心和次中心温度的峰值都低于350 ℃时，就加大中心焦的用量。中心加焦会让高炉中心形成无矿区，高温煤气不与矿石接触，造成热交换效率降低，煤气利用率变差[8],不利于高炉热量的蓄积；同时，过多的中心焦量，还有可能引起中心环带滑料，造成中心气流的周期性阻塞，压差波动。所以，连续增加中心焦的时间一般不超过12小时，当中心气流温度回升趋稳时，回调中心焦的比例。

3月11日，通过调整矿石在各个档位上的份数(O4432→O3332)，减轻料面平台上的矿焦负荷，改善料柱透气性，减少中心滑料。

3月12日，由于壁体温度升高，全炉热负荷居高不下，临时将最外档40.5°的焦炭调整由2份调整为0份，大幅度压边，降低全炉热负荷，减少热损失，促进高炉恢复炉缸热量和风量。

2.1.2 调整造渣制度

如前文所述，过高的炉渣碱度对炉渣的流动性和稳定性没有好处，所以入炉硫负荷下降后，及时下调炉渣的二元碱度，到3月18日时下调至1.21。下调炉渣碱度的过程当中，有可能造成铁水含[S]的升高，但是通过稳定渣系和气流获得的充沛的炉缸热量可以完全保障炉渣的脱硫能力。

用料结构调整，综合入炉品位升高，渣比下降，无形中会提高渣中Al2O3的含量，当Al2O3的含量超过15%时，炉渣熔点随Al2O3的含量的增加而升高的趋势加快，炉渣成分稳定性变差[9]。为了保证渣系成分的合理，配入海南矿来控制渣中Al2O3的含量。根据炉渣成分的计算结果，海南矿的用量在0.5%～2.0%的区间内进行调整。

图3 1#高炉渣中MgO和Al2O3

2.1.3 控制合适的炉腹煤气量

高炉炉腹煤气量是衡量高炉强化的重要参数。炉腹煤气的数量与焦炭、煤粉燃烧量密切相关。焦炭、煤粉燃烧后，形成炉腹煤气。炉腹煤气的数量与鼓风量、富氧量、湿分、喷吹物的数量、成分有关[10]。1#高炉采用下式进行炉腹煤气量VBG的计算。

式中

VB——风量(不包括富氧量)，Nm3/min

VO2——富氧量，Nm3/min

WB——湿分，g/Nm3

Pc——喷吹煤粉量，kg/h

H——煤粉含氢量，%

这次炉况波动应对，主要通过控制入炉风量和控制喷吹煤量的方法来控制炉腹煤气量。从3月上旬的数据来看，炉腹煤气量维持在6 600 m3/min以上水平时，不能与当前的炉缸状况和料柱透气性相适应。在恢复炉况的过程中，没有急于把风量恢复到炉况波动之前的水平，而是在4 950 m3/min维持，全焦负荷也在4.45水平上维持了较长时间，这样小时喷煤量基本上在38～40 kg/h范围，炉腹煤气量控制在6 550 m3/min左右。

图4 1#高炉的喷煤量与炉腹煤气量

2.1.4 改善炉缸状况

改善炉缸状况主要从两个面着手。一方面是控制合适的铁水成分，保证充沛的炉缸热量。1#高炉日常铁水含[Si]目标值为0.35%～0.45%，在此次炉况波动应对过程中，目标值调整为0.40%～0.50%，主要是为了避免壁体温度突升时，热量快速损失而造成炉缸热量不足，另外也降低了出高[S]废品的风险。另一方面是通过调整炉前的钻头直径和开口间隔，来保障渣铁的顺利排除，加速炉缸内石墨、碎焦等的排出。具体做法为，单炉出铁时长大于110 min，就使用Ø55 mm钻头开口或缩短开口间隔至8 min以下，单炉出铁时长短于110 min，且没有卡焦现象，就使用Ø52.5 mm钻头开口。3月14日以后，炉芯温度以每天2～3 ℃的速度回升。