季書民

（新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠）

歐冶爐自2015年6月開爐以來，始終圍繞著穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行了一系列技術(shù)升級，隨著對歐冶爐的認(rèn)識及操作控制水平的提高，積累了豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。通過技術(shù)的升級，確保了歐冶爐穩(wěn)定順行，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不斷進(jìn)步。尤其進(jìn)入2020年通過優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定原燃料質(zhì)量，穩(wěn)定燃料粒級，優(yōu)化歐冶爐操作制度，穩(wěn)定操作指標(biāo)，提高了作業(yè)率，保證了歐冶爐穩(wěn)定運(yùn)行。文章以歐冶爐2020年5月穩(wěn)定順行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為實(shí)例，探討歐冶爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)踐。

1 降低原燃料成本

在歐冶爐的生產(chǎn)過程中原燃料的成本約占總成本的88.7%。歐冶爐爐況順行是在兼顧經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)維持爐況順行，尤其是豎爐爐況順行尤為重要。根據(jù)八鋼現(xiàn)有的配礦資源條件，使用酸性球團(tuán)礦搭配高堿度燒結(jié)礦，根據(jù)礦石的性價(jià)比及經(jīng)濟(jì)性，得出適合歐冶爐還原爐爐料結(jié)構(gòu)的最佳配礦結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦:球團(tuán)礦:生礦=40%:57%:3%，熟料率為97%。

1.1 不斷優(yōu)化配礦結(jié)構(gòu)

爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦等按一定比例進(jìn)行的合理搭配，合理的爐料結(jié)構(gòu)不僅是精料技術(shù)的重要內(nèi)容，同時(shí)也是降本增效的重要內(nèi)容。

（1）提高球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度，努力改善球團(tuán)礦冶金性能，降低還原膨脹性，使抗壓強(qiáng)度大于2200N。歐冶爐球團(tuán)礦的具體成分見表1。

表1 歐冶球團(tuán)礦指標(biāo)

(2)優(yōu)化燒結(jié)礦質(zhì)量，燒結(jié)礦的還原性能包括還原性和低溫還原粉化。歐冶爐根據(jù)豎爐壓差及圍管壓差對燒結(jié)礦成分有一定的要求，其中燒結(jié)礦的低溫還原粉化率（RDI）是歐冶爐使用燒結(jié)礦重要的冶金性能指標(biāo)之一，該指標(biāo)主要影響豎爐的透氣性和煤氣流分布，從而影響豎爐順行和金屬化率。因此還原豎爐穩(wěn)定順行的關(guān)鍵是穩(wěn)定燒結(jié)礦成分，降低低溫還原粉化，燒結(jié)礦堿度穩(wěn)定在R=2.4、MgO為2.4%、轉(zhuǎn)鼓＞80%。具體指標(biāo)見表2。

表2 歐冶爐用燒結(jié)礦指標(biāo)

1.2 低焦比運(yùn)行結(jié)構(gòu)及加強(qiáng)燃料粒級管理

歐冶爐燃料主要使用焦炭+沫煤(焦沫)+噴吹煙煤，為了提高煤氣發(fā)生量，同時(shí)為了降低成本，使用了部分低品質(zhì)的焦炭后，在保證煤氣發(fā)生量和與焦炭置換比的條件下，要確保使用足夠的沫煤和蘭炭。

歐冶爐的燃料結(jié)構(gòu)需解決的問題：（1）還原爐使用焦炭，造成還原爐圍管壓差和歐冶爐還原爐全爐壓差偏低，料柱空隙度明顯偏大，使還原爐內(nèi)的實(shí)際還原煤氣流速高于合理的還原煤氣流速，降低了還原歐冶爐還原爐煤氣的還原勢，不利于滿足含鐵爐料還原的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。礦石的還原不僅與煤氣的還原勢相關(guān)，而且與礦石在爐內(nèi)接觸還原煤氣的有效時(shí)間有關(guān)，還原煤氣流速高于合理的還原煤氣流速后，還原煤氣與礦石的有效接觸時(shí)間縮短降低了礦石的間接還原度。（2）氣化爐拱頂?shù)哪簭臍饣癄t拱頂加入后熱爆裂產(chǎn)生粉，大顆粒落下形成半焦床。粒度小到終端速度小于煤氣流速的會(huì)隨煤氣排除爐外，成為粉塵，進(jìn)入熱旋風(fēng)，通過煤氣除塵排出煤氣系統(tǒng)，小顆粒沫煤是造成燃料比升高的主要因素。

從歐冶爐的燃料消耗以及實(shí)踐運(yùn)行表明：歐冶爐從燃料結(jié)構(gòu)、粒度組成、焦炭質(zhì)量上還有很大的優(yōu)化提升空間，另外，與相同規(guī)模的高爐煉鐵工藝相比，歐冶爐的生產(chǎn)成本還有下降的空間。2020年1～5月歐冶爐大焦比指標(biāo)見圖1。

圖1 2020年1-5月歐冶爐大焦比

2020年5月由于歐冶爐穩(wěn)定運(yùn)行，通過提高沫煤和焦沫的粒級，大焦比降至本年度最低水平。通過生產(chǎn)實(shí)踐，歐冶爐還原爐使用5-25mm的部分小焦，通過還原爐頂部的礦布料器與歐冶爐還原爐燒結(jié)礦和球團(tuán)礦混合配入。

還原爐加入粒度合適的不同質(zhì)量不同粒度的小焦進(jìn)行混合配比，增加還原歐冶爐還原爐內(nèi)煤氣與礦石的有效接觸面積，利于進(jìn)入還原歐冶爐還原爐燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的還原，進(jìn)而增加還原歐冶爐還原爐礦石的還原金屬化率，減少氣化爐的焦炭使用量。提高沫煤和焦沫的粒級，小于5mm的小焦不大于25%，配加入氣化爐。使高揮發(fā)分沫煤產(chǎn)生還原煤氣，粉料中粒度達(dá)到臨界流化速度高于煤氣流速的會(huì)沉降下來，成為固定床的組成部分，較大的顆粒則很快通過流化床，沉積下來形成半焦床，替代焦炭完成鐵的還原、滲碳、熔化，碳素的燃燒等物理化學(xué)反應(yīng)。因此氣化爐配加大于5mm的沫煤和焦沫，替代了部分焦炭使用量，達(dá)到降低大焦比的目的。歐冶爐進(jìn)一步優(yōu)化燃料結(jié)構(gòu)，降低冶金焦比，發(fā)揮焦炭在氣化爐內(nèi)的骨架的作用，通過經(jīng)濟(jì)性核算使用M40＞86.0%的焦炭，大焦比可維持在147kg/tHM。

2 優(yōu)化生產(chǎn)工藝操作

2.1 豎爐工況穩(wěn)定順行

豎爐壓差及圍管壓差穩(wěn)定控制，控制參數(shù)豎爐壓差低于55 kPa,圍管壓差低于35kPa。豎爐壓差反應(yīng)豎爐接受煤氣量的能力，爐料與煤氣在相向運(yùn)動(dòng)過程中的匹配關(guān)系，較高的煤氣量與適宜的壓差最直觀反饋豎爐的穩(wěn)定性，豎爐工況穩(wěn)定順行最直接的參數(shù)由豎爐的壓差及圍管壓差反饋，通過操控均處于標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，反映出豎爐順行狀態(tài)良好，2020年5月歐冶爐豎爐壓差與圍管壓差波動(dòng)平穩(wěn)，上限控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，見圖2。

圖2 2020年5月歐冶爐圍管壓差與豎爐壓差

2.2 豎爐布料模式

歐冶爐國產(chǎn)布料器，堅(jiān)持“平臺-漏斗”的布料模式，通過布料制度調(diào)整平臺的寬窄、位置和漏斗的深淺來平衡邊緣和中心氣流的分配。合理的布料平臺寬度控制在約1.5m，中心漏斗深度應(yīng)控制在1.0～1.5m。布料矩陣各檔位之間的角差分布應(yīng)當(dāng)注意連續(xù)穩(wěn)定，不要差異過大，兩個(gè)檔位之間的角差最大不超過2°，調(diào)整煤氣流的分布，合理的煤氣流分布將有助于獲得低的豎爐料柱壓差、高的煤氣單耗和高的煤氣利用率。因而可以獲得高的金屬化率。礦布料檔位調(diào)整的總體趨勢是壓邊、開放中心，從而抑制氣流發(fā)展邊緣，適當(dāng)加強(qiáng)中心氣流，具體布料控制見表3。

表3 歐冶爐礦布料器的布料檔位控制

2.3 豎爐頂煤氣單耗與金屬化率關(guān)系

預(yù)還原礦金屬化率確定后，還原豎爐的噸鐵還原氣量基本穩(wěn)定，DRI金屬化率的高低反映了豎爐內(nèi)煤氣還原鐵礦石的利用效率，是歐冶爐豎爐的重要指標(biāo)之。一般而言，金屬化率越高，燃料消耗就越低，同樣也會(huì)帶來氣化爐操作更加穩(wěn)定，鐵水硅素越穩(wěn)定。圖3為歐冶爐2020年1～5月金屬化率的推移圖。

圖3 金屬化率與頂煤氣單耗的關(guān)系

在歐冶爐預(yù)還原豎爐內(nèi)，含鐵爐料與煤氣作相向逆流運(yùn)動(dòng)而發(fā)生還原反應(yīng)，生成較高金屬化率的海綿鐵。煤氣的還原勢是影響含鐵爐料還原的主要因素，其主要包括煤氣成分、含量、溫度、流量等。豎爐還原煤氣的主要成分是CO和H2，共占煤氣組成的90%以上，豎爐還原煤氣具有很強(qiáng)的還原勢，即豎爐內(nèi)具有更有利含鐵爐料還原的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。另外，含鐵爐料的還原不僅與煤氣的還原勢相關(guān)，而且與含鐵爐料在爐內(nèi)接觸還原煤氣的有效時(shí)間有關(guān)。歐冶爐豎爐的裝料容積約為1056m3，但是在還原煤氣圍管以下的爐料處于還原呆滯區(qū)，而圍管以上的有效還原區(qū)容積約為714m3。含鐵爐料在豎爐內(nèi)的有效還原時(shí)間大約為4.5 h，通過控制和穩(wěn)定合適的頂煤氣單耗，可使含鐵爐料在豎爐內(nèi)塊狀帶間接還原區(qū)域內(nèi)能夠得到更高的還原度。

由圖3可知，DRI金屬化率在2020年一月最低，主要原因是豎爐煤氣流分布不均勻，邊緣氣流逐漸朝爐墻邊緣發(fā)展，只有少量的煤氣到達(dá)豎爐的中心，煤氣利用變差。通過改善原燃料的質(zhì)量和優(yōu)化豎爐布料模式，煤氣利用率得到提高和穩(wěn)定。同時(shí)若取得高的金屬化率，需要豎爐爐料提高間接還原時(shí)間，消耗合適的頂煤氣單耗。生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在保證豎爐合適的壓差及透氣性，890m3/tHM的頂煤氣單耗所對應(yīng)了57.8%的金屬化率。

2.4 控制合適的熱制度和造渣制度

風(fēng)口鼓入純氧，風(fēng)口理論燃燒溫度達(dá)到約3800℃，鐵水硅含量偏高，鐵水硅含量平均2.66%,歐冶爐風(fēng)口成功配加頂煤氣后，降低了理論燃燒溫度，抑制[Si]的還原。

頂煤氣噴入后，成分中的CO2在高溫區(qū)不能穩(wěn)定存在，與C發(fā)生反應(yīng)：CO2+C=2CO-165686kJ

反應(yīng)為高溫區(qū)的吸熱反應(yīng)，使風(fēng)口前理論燃燒溫度降低，在氣化爐風(fēng)口高溫區(qū)存在此反應(yīng)；

SiO2+2C+Fe=FeSi+2CO-547647kJ

硅化物FeSi在高溫區(qū)能穩(wěn)定存在而溶解在鐵水中，因此降低了還原時(shí)的熱消耗和還原溫度，由于頂煤氣回配后降低了風(fēng)口燃燒溫度，且反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，故抑制了該反應(yīng)的正向進(jìn)行，所以在頂煤氣回配后，[Si]可快速降低到＜1%。

圖4 2020年1～5月歐冶爐生鐵含硅控制、生鐵硅含量

使用國產(chǎn)布料器實(shí)行平臺加漏斗的布料模式，煤氣流分布較均勻，邊緣中心兩道氣流合適，煤氣利用率較高，金屬化率對爐溫的影響非常大，較高的金屬化率可使較低的[Si]也能保證生產(chǎn)所需足夠的熱量。受歐冶爐消耗固廢（脫硫劑）硫負(fù)荷升高影響，歐冶爐提高爐渣堿度，控制標(biāo)準(zhǔn)由1.05～1.15提高1.13～1.20。這段時(shí)間的生產(chǎn)證明，在較高堿度1.13～1.20范圍內(nèi)，控制物理熱大于1480℃，[Si]＜1%，爐渣流動(dòng)性不受影響，熱制度與造渣制度是保證良好的渣鐵流動(dòng)性前提條件。

參照圖4可知，通過CPK（指工序在一定時(shí)間里，處于控制狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))下的實(shí)際加工能力）可顯著反應(yīng)歐冶爐氣化爐降低生鐵含硅，穩(wěn)定生鐵含硅的能力。5月Cpk=1.69，當(dāng)Cpk大于1.33時(shí)，該流程生產(chǎn)的產(chǎn)品的理論合格率=99.993%，反映氣化爐穩(wěn)定順行,氣化爐熱制度可控。

2.5 煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行

煤氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行是歐冶爐穩(wěn)定運(yùn)行的核心，包括干法除塵穩(wěn)定運(yùn)行、粉塵線穩(wěn)定運(yùn)行、加壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、煤氣工藝洗滌水穩(wěn)定運(yùn)行。

正常狀態(tài)下，煤氣溫度應(yīng)控制在80～250℃.煤氣溫度過高、過低都會(huì)影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。通過均勻調(diào)整豎爐煤氣流，減少爐頂布料影響，減少低料線，以達(dá)到控制頂煤氣溫度。

粉塵線暢通，不堵塞，保證熱旋風(fēng)底料位，提高熱旋風(fēng)的除塵效率，達(dá)到除塵煤粉在氣化爐拱頂燃燒，充分循環(huán)利用，減輕下游布袋除塵器及冷填洗滌器的除塵負(fù)荷，同時(shí)提高豎爐的煤氣含塵，強(qiáng)化豎爐的透氣性。

減少加壓機(jī)的跳機(jī)次數(shù)，可有效減少豎爐減頂煤氣的次數(shù)，防止豎爐爐況波動(dòng)對順行造成影響，同時(shí)防止了豎爐爐料粘接。

提高板框壓濾機(jī)的作業(yè)率，提高板框壓濾機(jī)的高壓泵壓力，穩(wěn)定在12MPa，穩(wěn)定提高低流泵的流量，保證輔流沉淀池的懸浮物小于70mg/m3。

2.6 優(yōu)化中心煤氣導(dǎo)入裝置的功能

豎爐中心煤氣導(dǎo)入裝置（CDG）可起到調(diào)節(jié)中心氣流的作用，同時(shí)（CDG）的煤氣導(dǎo)出口位于螺旋上部，可起到抑制8個(gè)DRI螺旋煤氣反竄的作用。

2.7 強(qiáng)化出鐵管理

歐冶爐設(shè)置2個(gè)矩形出鐵場，2個(gè)鐵口，要求穩(wěn)定打泥量，控制鐵口深度在3.4～3.6m，出鐵時(shí)間100～120min，間隔90min。

為了及時(shí)排凈渣鐵，減少出鐵對爐況的影響，歐冶爐進(jìn)行改進(jìn)：

（1）堵口后退泥炮時(shí)間不超過20分鐘，防止炮泥高溫烘烤燒結(jié)泥膛；

（2）爐底鐵路待罐情況下，執(zhí)行鐵口預(yù)開口操作，進(jìn)行鐵口孔道烘烤，預(yù)防噴濺；

（3）開鐵口鉆頭使用55mm口徑，需要小孔徑鉆頭，執(zhí)行工藝評審制度；

（4）加強(qiáng)對爐前崗位工的培訓(xùn)，優(yōu)化生產(chǎn)組織，統(tǒng)一四班操作；

（5）針對開口困難，在每個(gè)開口機(jī)上增加霧化裝置，并且改進(jìn)鉆頭質(zhì)量；

（6）安裝打泥壓力表和打泥流量表，量化打泥指標(biāo)。

通過一系列措施，爐前正常生產(chǎn)秩序得以延續(xù)，為歐冶爐長期穩(wěn)定順行創(chuàng)造了條件。

3 保證關(guān)鍵設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行

歐冶爐設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，杜絕頻繁休風(fēng)，是提高作業(yè)率的基礎(chǔ)，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行，提高設(shè)備作業(yè)率采取了以下措施：

（1）粉塵線輸粉管長壽技術(shù)優(yōu)化。粉塵線水平段粉塵流速高，是磨損最嚴(yán)重的部位。開發(fā)TP室設(shè)備進(jìn)廠制造精度檢測裝置和在線調(diào)整TP室精度。根據(jù)易磨段的特性溫度越低材料強(qiáng)度越高，耐磨性越好，在易磨損段增加了水冷套管，提高了耐磨性能。使粉塵線輸粉管使用由15天增加到150天。

（2）減少礦煤垂直皮帶重大塌陷事故。

（3）氣化爐圓周均勻開風(fēng)口，確保爐缸工作均勻，減少風(fēng)口破損后對爐缸熱制度的影響。

（4）輔流沉淀池工藝操作情況：池水清澈懸浮物小于70mg/m3，刮泥機(jī)扭矩合適，板框壓濾機(jī)高壓泵壓力達(dá)到作業(yè)值12MPa，每班壓泥10板，輔流沉淀池工藝設(shè)備參數(shù)控制在合適范圍內(nèi)。

（5）加壓機(jī)跳機(jī)次數(shù)由每月10次降低到1次。

2020年1～5月歐冶爐設(shè)備作業(yè)率見圖5。通過不斷優(yōu)化設(shè)備管理，5月作業(yè)率達(dá)到98.1%的高水平。

圖6 2020年1-5月歐冶爐設(shè)備作業(yè)率

4 結(jié)語

（1）歐冶爐長期穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必須從精料做起，在原料條件發(fā)生變化時(shí)要轉(zhuǎn)變操作理念，優(yōu)化調(diào)整豎爐及氣化爐的裝料制度及熱制度，要具備主動(dòng)適應(yīng)原燃料變化的能力。

（2）建立健全的數(shù)據(jù)化管理和制定合理的操作制度，建立日常爐況評價(jià)指數(shù)，以爐況長期穩(wěn)定順行為中心，在操作過程中逐步量化歐冶爐綜合指標(biāo)，建立爐況評價(jià)指數(shù)及爐缸活躍指數(shù)體系。通過歐冶爐的運(yùn)行參數(shù)趨勢化、數(shù)據(jù)化管理，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，穩(wěn)定歐冶爐爐況順行。

（3）加強(qiáng)原燃料管理，降低入爐礦石粉率，降低塊煤的水分，提高塊煤的粒度，為歐冶爐降低燃料消耗創(chuàng)造條件。

（4）優(yōu)化爐料結(jié)構(gòu)，改善豎爐壓差，為豎爐接受更多的煤氣創(chuàng)造條件;關(guān)注焦炭的質(zhì)量，改善氣化爐的爐缸活躍性，有效地降低歐冶爐燃料消耗。

（5）根據(jù)不同的原料條件及冶煉參數(shù)，摸索合適的布料模式，提高豎爐的煤氣利用率，保持高金屬化率，探索氣化爐的布料形式，改善氣化爐的熱交換程度，降低歐冶爐燃料消耗。

（6）預(yù)還原礦金屬化率確定后，還原豎爐的噸鐵還原氣量基本穩(wěn)定。因此，噸鐵燃料消耗決定發(fā)生煤氣量及過剩煤氣量。

（7）歐冶爐生產(chǎn)組織要執(zhí)行安全、順行、穩(wěn)定、均衡的八字方針。尤其是要貫徹“均衡”的理念，穩(wěn)定產(chǎn)量和指標(biāo)，平衡外圍生產(chǎn)條件，提高作業(yè)率，才能最終保證歐冶爐的穩(wěn)定順行。