邯钢3 200 m3高炉设备改造及工艺改进

2022-10-17李丽冯帅李洋

河南冶金 2022年2期

李丽冯帅李洋

（河钢集团邯钢公司）

0 前言

提高煤比、降低焦比和燃料比是高炉追求的核心目标之一。近几年，钢铁企业的焦化工序产生的环保问题较多，国家倡导绿色、低耗、环保的政策观念，钢铁厂想要生存发展，提高企业的经济效益，必须提高煤比。邯钢3 200 m3高炉的装料制度为中心加焦布料制度，此料制能够强烈发展中心气流，抑制边缘气流。但边缘偏重，高炉煤气利用率偏低，炉况稳定性较差，稍有变化就容易造成炉内减风减氧。高炉喷煤的稳定性不佳，有时倒罐的速率波动高达10 t/h以上，从而造成高炉透气性变差，被迫减风，影响高炉产量及指标。邯钢高炉的富氧率仅为3%左右，无法进一步提高煤比，降低焦比[1-4]。

1 邯钢3 200 m3高炉设备改造

1.1 改造布料溜槽

邯钢1#、2#高炉（3 200 m3）于2008年、2009年相继投产，高炉炉顶采用圆弧形布料溜槽，炉料的料流均匀、范围宽、比较分散。生产实践中，两座高炉同时不顺时，采取调整料制的方法，效果均不明显，为此休风后检查料面发现，实际料面和设定料面偏差很大，实际料面又宽又薄、且不规则，高炉生产过程中的顶压为225 kPa左右，在高压气流的吹动下，使用圆弧形布料溜槽布料，炉料容易发生偏移，料面不平整，从而造成调节炉况难度增加。为此，将高炉布料溜槽由圆弧形改为方形，优点是布料的料面较窄，料面厚度也能增加，经计算，使用方形布料溜槽的料面厚度比圆弧形布料溜槽的厚30%左右。在高压条件下，炉料的偏移情况大大改善，提高了高炉布料的准确性，即有助于高炉工长调节控制煤气流分布，提高高煤气利用率。

此外，为进一步使得布料均匀、平整，将炉喉的十字测温装置缩短了40%，避免高速料流经过十字测温的臂面时发生碰撞、反弹的情况，保证了料面的完整性，有利于煤气流的均匀稳定，间接提高了高炉的煤比。

1.2 建造第四座热风炉

邯钢3 200 m3高炉配备3座热风炉，采用“两烧一送”的方式进行送风，现场留有第四座热风炉位置。2016年，发现2#高炉的2#热风炉最先出现问题，一方面是送风后期不吃风量，顶温低，最高也不到1 050 ℃；另一方面是换炉过程中风温波动大，明显反应出格子砖严重堵塞。因此，开始建立第四座热风炉，2018年投入运行，风温由1 050 ℃提升至1 200 ℃，。在换炉过程中的风温波动明显减小，高炉的燃料比也大幅度降低，煤比升高，经济效益显著。据统计2019年和2020年，2#高炉的煤比由135 kg/t上升至160 kg/t左右，焦比由335 kg/t下降至305 kg/t，燃料比由之前的530 kg/t改善至目前的510 kg/t左右。

1.3 喷煤罐出口安装加速装置、反吹管

高炉喷煤的稳定性对高炉操作有着重要的意义。喷煤速率由罐压控制，正常喷吹时速率较为稳定，当喷煤进行倒罐作业时，速率波动较大，瞬时实际喷煤量和设定喷煤量相差10 t/h以上，甚至出现不走煤的情况发生。研究发现，从喷煤罐到混合器的距离约10 m，这段管道属于浓相输送，煤粉沉积容易出现不走煤、停煤现象。为解决这个问题，在喷煤罐的出煤手阀和出煤阀之间安装1个加速装置，该加速装置放置于金属软连接内部，如图1所示。该加速装置长500 mm，两端直径为100 mm，中间直径为50 mm，在喷煤过程中，先打开出煤阀，再打开出煤手阀，能起到加速煤粉流动的作用，解决不走煤的问题。因加速装置是耐磨合金材质，也保护了金属软连接设备，避免磨漏造成漏煤，影响生产、污染环境。

图1 加速装置、反吹管

在倒罐过程中，出煤阀和给煤阀之间容易沉积煤粉，再次喷吹时，经常出现速率波动的情况。为此，在出煤阀与给煤阀之间，靠近出煤阀处安装1个氮气反吹管，朝出煤阀方向，主要有两个作用：一是在倒灌过程中，先打开给煤阀，反吹氮气将管道内的积煤吹扫进喷煤主管道，再打开出煤阀，解决了出煤阀和给煤阀之间不走煤的现象。二是在充压过程中，打开出煤阀、关闭给煤阀，反吹氮气进入喷吹罐内进行充压作业，由于反吹氮气与喷煤罐的底部流化氮气、锥部流化氮气都不对称，可以使罐内的煤粉流化均匀，有利于提高喷煤过程的稳定性，提高煤粉的燃烧率，进而提高高炉的煤比。

1.4 高炉喷煤罐安装稳压装置

改造前的高炉喷煤罐安装稳压装置包括罐体、安装于罐体顶部的进煤管道、大放散管道和小放散管道，进煤管道中安装进煤阀，大放散管道中安装大放散阀、小放散管道中安装小放散阀；罐体下部两侧分别设有锥部流化阀和出煤阀，底部设有底部流化阀，如图2（a）所示。

为提高高炉喷煤的稳定性，对高炉喷煤罐进行改造，在罐体顶部安装了新小放散管道，新小放散管道下端与罐体顶部连接，上端与大放散管道连接，新小放散管道内部安装有新小放散阀；罐体上安装有进气管道，进气管道上安装稳压调节阀，稳压调节阀与PID控制器连接。安装新小放散管道和稳压调节阀，实现喷煤罐罐压的自动稳定调节，大幅提升了喷煤罐罐压的稳定性，喷煤稳定率达到99.8%以上，为高炉长期稳定顺行创造了条件。改造前的高炉喷煤罐安装稳压装置如图2（b）所示。

图2 改造前后的喷煤罐稳压装置

2 邯钢3 200 m3高炉工艺改进

2.1 布料制度改进

邯钢两座3 200 m3高炉原布料矩阵为。此料制的优点是发展中心气流，O抑制边缘气流；缺点是高炉的边缘效应偏重，对外围变化比较敏感，高炉煤气利用率不高，经常维持在45%～46%左右，高炉燃料比高达530～535 kg/t。

为了优化布料工艺，大胆尝试去除中心焦，采用大矿批、低料速和平台+漏斗的布料模式。首先，将矿石的布料圈数和焦炭的布料圈数均从中心向外部偏移，目的是将漏斗深度加深，以此来开放整个炉料的中心通道。然后，根据矿石与焦炭安息角的不同，测算出平台的宽度，炉喉的半径为4.5 m，平台度为1.5 m左右，漏斗深度为2 m左右，因此将高炉的布料矩阵逐步调整为：经过4到8个冶炼周期后，观察发现炉身静压逐渐平稳，边缘气流稳定发展，炉况整体趋于稳定、向好的方向发展。此外，炉体水温差缓慢下降，最终稳定到了3～4 ℃之间，高炉煤气利用率大幅度提升至49%～50%之间。

2.2 送风制度改进

送风对煤气流的分布有着重要的影响。首先必须选择与高炉匹配的入炉风量，其次要确定适宜的实际风速、标准风速以及鼓风动能。邯钢3 200 m3高炉共32个风口，风口直径为120 mm，风口面积为0.361 9 m2，风口面积偏小，炉内边缘气流不宜发展，稳定性差。因炉况波动，煤气利用率经常性降至48%以下。为了提高进风量，保证压差稳定、高炉顺行，采取增加风口面积的措施。将风口直径增加到130 mm，风口面积增加至0.424 7 m2，通过增加风口面积，高炉压差下降明显，再逐渐增加风量、氧量和喷煤量，可以提高高炉产量，降低燃料比。风量由5 800 m3/min提高至6 000 m3/min，富氧率由3%提高至4.5%左右，达到了20 000 m3/h，煤比由130 kg/t提高至160 kg/t。

此外，通过增加风口长度达到活跃中心气流的目的，风口长度增加后，回旋区向炉缸中心推移，标准风速为240～245 m/s，实际风速为260～270 m/s，鼓风动能达到160 kJ/s左右。通过配置部分长风口，不仅使炉缸状态得到改善，而且边缘气流得到合理控制，炉体水温差由3.5～4 ℃稳定到3 ℃左右。

2.3 优化喷煤工艺流程

高炉喷吹煤粉属于气固两项输送，喷煤罐到混合器之间为浓相输送，煤粉的“载体”为氮气；混合器到高炉煤枪为稀相输送，煤粉的“载体”为氮气和压缩空气，压缩空气的使用量占90%以上，可见压缩空气的调节对喷煤速率的稳定有着重要的意义。根据高炉喷煤量的不同，逐渐调节压缩空气的流量，整体趋势为随着喷煤量的增加，压缩空气呈减少趋势。

（1）高炉刚送风时，单系列10 t起喷，压缩空气流量按1 200 m3/h设定；（5）高炉要煤量20 t时，改双系列喷煤，每个系列压缩空气流量按1 200 m3/h设定；（3）单系列喷煤量为15 t时，压缩空气流量按1 000～1 100 m3/h设定；（4）单系列喷煤量为20 t时，压缩空气流量按950～1 000 m3/h设定；（5）单系列喷煤量为25 t时，压缩空气流量按900～950 m3/h设定；（6）以上情况是在没有停枪情况下的操作，高炉停1杆枪按减少20 m3/h压缩空气流量设定。

此外，高炉遇有特殊情况，不得不大幅度减风、减氧、减煤甚至停煤，喷煤必须采取“手动”操作，首先将罐压设置为“手动”调节，避免喷煤速率大幅度波动；然后打开小放散阀、关闭锥部流化阀、减小底部流化阀的开度，逐步降低罐压，同时提高压缩空气流量。若高炉停煤，压缩空气加至1 500 m3/h。

2.4 喷煤工艺增加连锁程序

喷煤罐的给煤阀、出煤阀、大放散阀、中放散阀、小放散阀、底部流化调节阀、锥部流化调节阀、稳压调节阀均为气动球阀，可以远程控制。设定以下三道连锁程序：一是根据高炉要煤量的不同，依次设定底部流化调节阀、锥部流化调节阀和稳压调节阀的开度，喷煤量越大，开度逐渐增大。二是实现喷煤罐的实际压力跟踪设定压力按程序进行调节，当罐压的实际值高于设定值6 kPa时，打开小放散阀，进行卸压操作，实际值等于设定值后关闭小放散阀；当罐压的设定值高于实际值6 kPa时，打开稳压调节阀进行补压，稳压调节阀的开度随着压力的增长而减小，实际值等于设定值后稳压调节阀开度降低为零。三是增加报警程序，当给煤阀、出煤阀没有正常打开会造成高炉停煤，放散阀打不开会造成罐压升高，影响喷煤速率稳定性，均增加报警程序，5 s打不开报警，岗位工手动干预可以保证高炉正常喷煤。正常生产时，高炉热风的压力控制为390 kPa左右，给煤阀设定连锁程序，罐压低于400 kPa时，阀门不能打开，即可防止热风倒流烧坏煤枪，避免安全事故的发生。