季書民

(寶鋼集團八鋼公司碳中和辦公室)

1 背景介紹

八鋼歐冶爐2015 年6月18日點火開爐，自開爐后通過不斷的技術創(chuàng)新、工藝優(yōu)化，歐冶爐實現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、經濟運行，2020年歐冶爐各項關鍵技術經濟指標達到開爐以來的最優(yōu)。

2021年，為了進一步提高歐冶爐的燃料經濟指標，降低生鐵成本、減少碳排放，2021年1月7日歐冶爐休風進行風口噴煤銜接，實施風口噴煤，由于對風口噴煤的風口小套裝置的進風方式及噴煤風口的工況參數認識不足，歐冶爐風口小套頻繁破損，引發(fā)氣化爐爐缸堆積，氣化爐爐況失常。筆者對此次歐冶爐氣化爐爐缸堆積的原因及特征進行梳理，介紹處理措施，以更好地指導歐冶爐的生產。

2 氣化爐爐缸堆積的原因

2021年1月7日歐冶爐休風進行風口噴煤銜接，時間較長歷時52.97h，開風后又因風口小套損壞、漏水于1月13日休風更換，之后又出現(xiàn)煤氣補償器泄露、原料供給不平衡、處理煤螺旋卡組等問題造成頻繁休風。2021年2月4日8時利用原料供給不平衡休風檢修同時更換噴煤風口，休風69.58h，休風前鐵水含硅最高PT1520℃，硅2.17%，復風后開始快速降硅，同時為適應原料供給不平衡，進行限產、低熔煉率減氧操作，爐缸開始出現(xiàn)堆積，至2月15日累計破損10個風口小套，休風進行集中更換，歷時12.75h，在此次更換風口過程中發(fā)現(xiàn)風口渣鐵堆積嚴重，判斷為爐缸不活躍，出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。風口漏水后，爐內進水多，進而使渣鐵變得粘稠，排放不暢，逐漸形成爐缸堆積。2月16日至2月19日陸續(xù)出現(xiàn)風口小套破損現(xiàn)象，2月19日休風更換,復風后繼續(xù)提爐溫處理爐缸渣鐵，爐前渣量波動大(理論渣量約180～250t)。2月19日至2月21日通過加螢石和錳礦繼續(xù)化爐缸，在處理爐缸堆積期間，風口破損6個，休風更換。圖1為2021年1-2月歐冶爐氣化爐月休風時間。

由圖1可知，因休風較多，時間較長造成歐冶爐氣化爐爐缸的堆積，熔煉率持續(xù)下降，由2021年初的平均150t/h(峰值180 t/h)，2月份下降到130 t/h(谷值80 t/h)，產量損失嚴重。

圖1 2021年1-2月歐冶爐氣化爐休風時間

2021年1-2月的風口破損后造成氣化爐爐況失常，對爐缸的活躍程度判斷不足，分析認為造成爐缸的堆積的主要原因有：(1)歐冶爐自開爐以來，第一次發(fā)生如此嚴重的爐缸堆積，操作者和技術人員對氣化爐爐缸堆積認識不足，對非高爐氣化爐爐缸堆積處理方法不熟悉；(2)風口噴煤工程銜接后，為了盡快降硅，下調燃料比較過快，造成爐缸內部的渣鐵得不到充足的熱量熔融，開風后爐缸已有堆積征兆，技術人員未及時發(fā)現(xiàn)；(3)對風口噴煤的認識不夠,對于風口噴煤的技術論證不充分，同時在此情況下為了完成風口噴煤試驗,在爐缸不活躍以及低焦比的情況下，忽視了焦炭作為氣化爐料柱骨架的透液透氣性的作用，試驗風口噴煤，未能掌握煤粉燃燒反應的規(guī)律，造成煤粉在爐缸堆積；(4)開風口順序過快；(5)頻繁休復風，造成爐缸進一步堆積加劇，同時休風前后未采取洗爐措施；(6)燒結礦比例由40%提高到60%，豎爐原料配比球團礦少，造成入爐粉末增多。

3 歐冶爐氣化爐爐缸堆積的特征

3.1 低物理溫度PT,高化學熱生鐵含[Si]

2021年2月4日原料供給不平衡休風檢修，休風69.58h，開風后生鐵[Si]=4%，與其對應的PT只能達到1345℃(見圖2)，充分說明爐缸堆積后造成嚴重虧熱。同時由于渣鐵物理熱不足，造成渣鐵流動性變差，渣鐵溝積渣積鐵嚴重，增加了爐前工作量。

圖2 生鐵2021年2月氣化爐[Si]和PT對比

3.2 產生高硅高硫鐵

2月11日后,氣化爐爐缸嚴重惡化,產生高硅高硫鐵。出鐵過程中鐵水溫度逐漸降低，鐵水中的硅含量和硫含量的波動大起大落，超過正常的水平，鐵水和爐渣均變的粘稠，爐渣中帶鐵較多。具體見圖3。

圖3 2021年2月歐冶爐氣化爐鐵水[Si]和[S]對比

3.3 氣化爐料位波動無序

氣化爐有5組核源料位計LIR-04621、LIR-04622、LIR-04623、LIR-04624、LIR-04625，其中要求氣化爐料位控制每班LIR-04625料位有顯示，出鐵后LIR-04624料位有波動。LIR-04625料位60%為滿值，該料位顯示時間不超過2h。氣化爐料柱受爐缸堆積及爐缸空間的影響，向下運動的速度不均勻，得在同一時間內加入的爐料不會同時到達爐缸，另外沿料柱高度上某斷面處的爐料有超越其它爐料而先下降到下層料柱斷面的現(xiàn)象，造成氣化爐料位波動不均勻。

3.4 氣化爐爐底溫度

由2月1-17日爐底的第四層碳磚溫度趨勢可知(參考圖12),在爐缸底部第四層碳磚沿圓周均布，2月7日前溫度明顯下降，呈現(xiàn)出爐缸不活躍，堆積征兆明顯。

3.5 氣化爐總氧量波動

氣化爐的氧量波動頻繁，打開鐵口時，由于爐缸堆積，爐缸空間減小，鐵口壓力較大，受鐵口壓力大的影響，要及時減少風口氧量以配合工廠壓力的降低，當鐵口堵上時，氧量逐漸復原。

3.6 工廠壓力

工廠壓力趨勢可以看出，出鐵前后，受鐵口壓力的影響，加減工廠壓力頻繁，2月20日鐵次7404工廠壓力由310kPa減至220kPa，2月22日鐵次7413的受最大鐵流影響工廠壓力由300kPa減至220kPa，見圖4。

圖4 2021年2月氣化爐工廠壓力

3.7 爐前出渣鐵

從爐前出渣量的大幅波動可以看出，爐缸內有大量冷態(tài)渣凝固，在爐溫上行時，爐缸內堆積的渣鐵融化，渣量和鐵水增多，出渣量和最大鐵流均超過正常值。如圖5、6所示2月2日鐵次7404出鐵54t，出渣量800t，2月22日鐵次7413的最大鐵流達到22t/min。

圖5 2021年2月氣化爐最大鐵流

圖6 2021年2月氣化爐出渣量

此次爐缸堆積的主要特征還存在爐前南北鐵口在出鐵過程排出的渣鐵比例不同(圖7),南鐵口2月22日—28日處理爐缸堆積期間共計出鐵10800t，出渣5779t(折干)，北鐵口共計出鐵7123t，出渣4397t(折干)。其中南鐵口在2月22日—23日初期排出大量渣鐵，其中出鐵3861t，出渣1765t(折干)，由此判斷南鐵口較北鐵口堆積嚴重，并排出大量冷態(tài)渣鐵。同時由于爐缸中大量冷渣鐵的排出，鐵水溫度低于其液相線后導致大量的石墨碳析出，由此可以看出歐冶爐長期冶煉高硅鐵，爐渣堿度控制過高，形成石墨碳堆積。堿金屬的富集使得渣鐵流動性變壞，造成爐缸堆積的另一原因，爐渣排堿效果明顯。

圖7 2021年2月南北鐵口出渣鐵量

4 爐缸堆積的處理措施

在確認歐冶爐爐缸堆積后，歐冶爐調整操作方針，按照爐缸堆積原理進行處理。爐缸堆積是一個處理周期相對較長的過程,按照降硅進程及爐缸活躍度、爐前出渣出鐵等關鍵操作分七個階段進行處理。

4.1 根據氣化爐爐況情況調整豎爐爐料結構

為了減少入爐粉末及調整爐渣堿度，爐渣以酸性渣為主，豎爐的爐料結構由爐缸堆積前的燒結礦比例60%+40%的球團礦的爐料結構，處理第一階段調整為100%的球團礦+錳礦的爐料結構，提高焦丁比例，增加焦丁比例以提高豎爐的透氣性，降低豎爐壓差，保證處理氣化爐爐況失常時豎爐爐況的穩(wěn)定。第一階段加入12批100%的球團礦+錳礦,之后依次按照燒結礦比例10%、15%、30%、35%、40%、40%的比例與氣化爐洗爐缸進程及降硅梯度的燃料結構相對應，分7個階段分布實施。具體實施的階段豎爐的爐料結構見表1。

表1 豎爐爐料結構

4.2 優(yōu)化氣化爐燃料結構

此次處理氣化爐爐缸堆積，氣化爐燃料第一階段采用氣化爐料柱全焦冶煉+拱頂噴煤的燃料結構，焦比由160 kg/t鐵調整至550kg/t鐵，拱頂噴煤由150 kg/t鐵下調至100 kg/t鐵，停止配加焦沫和沫煤，同時配加69kg/t鐵的硅石用以降低爐渣堿度；配加30kg/t鐵的螢石用以改善爐渣黏性及流動性；配加全Fe為83%的300kg/t鐵的粒鋼，粒鋼的作用為在氣化爐吸收很少的熱量，產生更多鐵水，進入爐缸后融化堆積渣鐵的作用；拱頂噴煤造氣確保豎爐還原煤氣量(頂煤氣單耗)足夠，使金屬化率達到50%以上，為下部爐缸提供充足的熱量熔融冷態(tài)渣鐵。為了提高渣鐵的透液性，減少粉末進入爐缸，氣化爐停止沫煤和焦沫的配比，以大焦替代沫煤和焦沫。焦炭是氣化爐料柱的“骨架”，使用全焦冶煉，置換氣化爐爐缸內的部分碎焦沫及沫煤塊，形成新的爐缸爐芯焦，提高氣化爐焦炭層的透液性，使熱的渣鐵順利到達爐缸。氣化爐的爐料結構見表2。

表2 氣化爐的爐料結構 kg.t-1

4.3 提高爐溫，保證渣鐵物理溫度充沛

爐缸堆積后須提高爐溫進行熱洗爐，在熱洗爐過程中要適當調低堿度，改善爐渣流動性。操作上以燒為主，以洗為輔。氣化爐采用全焦冶煉，減輕焦炭負荷等手段為冶煉進程提供足夠的熱量，提高爐缸溫度。為防止堆積的加劇，氣化爐焦炭退守必須到位，補熱足夠。

鐵水溫度控制 1510～1560℃，保證氣化爐爐缸物理熱充足。爐內加強爐況綜合判斷，做好氧量及氣化爐煤線燃料調劑，[Si]控制3%～4%，穩(wěn)定熱制度。第一階段根據爐溫上行情況、PT大于1560℃以上及爐缸活躍情況，爐前渣鐵排放情況，經過綜合判斷后調整大焦比。

例如：2月22日鐵次7413，生鐵[Si]=5.64%，[Mn]=1.5%，PT=1564℃調整大焦比10kg；2月22日鐵次7426，生鐵[Si]=3.09%，[Mn]=1.09%，PT=1600℃，調整大焦比210kg。爐缸堆積基本緩解，加沫煤和焦沫，抽大焦，風口陸續(xù)噴煤氣，調整氣化爐燃料結構，開始加快降硅節(jié)奏，同時調整錳礦配比，降硅進度見圖8。

圖8 2021年2月22～28日降硅趨勢

4.4 調整造渣制度

歐冶爐爐渣性能不僅影響生鐵成分，而且影響爐缸熱制度，通過降低爐渣二元堿度(圖9)，改善渣的流動性，保證爐內渣鐵的正常排放。由于氣化爐全焦冶煉，全氧風口冶煉，風口理論燃燒溫度較高，[S]還原加劇，鐵水[Si]高，為保證良好渣鐵流動性，第一階段爐渣二元堿度R降至0.85位，因爐渣R=CaO/SiO2在0.8～1.2時的粘度最低，鐵水含S質量分數控制在0.030%～0.050%，提高爐渣和鐵水的流動沖刷能力。例2月23日鐵次7416，生鐵R=0.89、[S]=0.036%。

圖9 2021年2月爐渣堿度控制趨勢

同時配加螢石，CaF2能顯著降低渣的熔化溫度和粘度，促進CaO的熔化，同時還能與CaO形成低熔點(1386℃)的共熔體，消除渣中難熔的組成。因此含氟的爐渣熔化性溫度低，流動性好，在爐渣堿度很高時(R=1.5～3.0)，仍能保持良好的流動性。

錳礦洗爐，渣中(MnO)對堿性渣粘度影較大，對難熔爐渣MnO具有較強的稀釋作用，去除堆積在爐缸內的難熔爐渣，渣中錳含量為2%～3%。

降低爐渣堿度，改善渣鐵流動性，增加了鐵水含錳量及渣中MnO含量，提高渣中CaF2含量，達到清洗爐缸的目的。從渣樣斷面來看，基本上都為全玻璃渣，具體爐渣堿度控制，根據爐缸恢復情況確定，表3為爐缸堆積處理進程。

表3 爐缸堆積處理進程

4.5 裝料制度控制

豎爐布料調整:處理爐缸堆積時，全球團12h，取消燒結礦比例，檔位調整為1.2m檔，相對厚度由0.1提至0.6，2.8m檔由0.4降至0.1，布料時間由260s調整至240s，見表4。

表4 礦布料器的布料檔位控制

堅持“平臺-漏斗”的布料模式，通過布料制度調整平臺的寬窄、位置和漏斗的深淺來平衡邊緣和中心氣流的分配，礦布料檔位調整的總體趨勢是邊緣發(fā)展、照顧中心，根據爐缸好轉情況，逐漸提燒結礦比例，每提高10%，中心檔位減0.2，邊緣加0.1，以提高豎爐金屬化率，從而提高降硅速率。

4.6 送風制度控制

必須保證一定的氧量水平，提高鼓風動能活躍爐缸，利于活躍爐缸。風口風速控制在185～195m/s，同時保證氣化爐風口投入數不小于18個。開風口順序為不漏水的先開，再開風口時，要根據渣鐵排放情況、風口附近冷卻壁溫度、已開風口的活躍程度及靠近鐵口的風口優(yōu)先開啟的原則，由已開風口向未開風口逐步擴開。

4.7 冷卻制度控制

6段7段銅冷卻壁溫度穩(wěn)定在43±3℃，穩(wěn)定冷卻水量。爐底溫度適當提高20℃，降低爐缸的冷卻強度，控制稍高的爐缸水溫差，由原來的2℃逐漸調至3℃，減少爐缸熱量損失，促進消除爐缸堆積。

4.8 爐前出鐵管理

在洗爐的同時，加強爐前出鐵的管理。(1)縮小出鐵間隔，保證鐵口間隔在10分鐘之內；(2)保證了出鐵的連續(xù)性和均衡性；(3)同時用Φ55mm的鉆頭，提高日平均出鐵次數；熱洗期間，日平均出鐵次數在12次左右，加強了爐缸鐵水的循環(huán)。制定了嚴格的出鐵重疊標準，從鐵口入手，做好鐵口的維護。

5 處理效果分析

第一次面對氣化爐爐缸堆積的問題，使用錳礦來處理，無經驗可循，通過理論分析，摸索實踐，逐步恢復爐缸狀況，效果顯著。各項經濟技術指標趨于穩(wěn)定，見表5。

表5 氣化爐爐缸堆積處理前后經濟技術指標對比

(1)由表5的經濟技術指標可以看出在2月21日之前維持較低熔煉率生產，其中2月22日為了洗爐，控制熔煉率在100t/h(見圖10)，之后隨著爐缸的不斷活躍，持續(xù)提高產能。在2月21日前采用正常燃料結構，燃料比較高，21日之后使用氣化爐全焦冶煉的處理爐況過程中，在氣化爐爐缸逐漸活躍，爐況順行的基礎上，隨著大焦比的降低，燃料比逐漸升高，后又隨著降硅進程逐漸降低(見圖11)?？傮w經濟指標按照計劃控制，2月26日燃料比已趨于正常。在此次使用全焦冶煉的進程中，風口小套未燒損，又一次驗證焦炭對于氣化爐料柱透液性的重要性，同時給我們冶煉操作者及技術人員提出了警示：氣化爐爐缸堆積征兆表現(xiàn)后，及時制定洗爐方案，預判后及時處理，防止在頻繁燒損小套后，造成爐缸嚴重堆積，增加了處理難度。

圖10 2021年2—3月氣化爐熔煉率對比

圖11 2021年2—3月焦比燃料比對比

(2)爐缸恢復正常后總氧量趨于平穩(wěn)，鐵口壓力穩(wěn)定，出鐵均勻，減氧減壓情況顯著減少。

(3)從2月27日熱洗結束，爐況逐步好轉。從爐缸碳磚溫度來看，爐底第四層碳磚的中心溫度從2月中旬的110℃上升到140℃，所以從整體的爐底碳磚溫度來看，爐缸溫度呈上行趨勢，見圖12。

圖12 2021年2月氣化爐爐缸碳磚溫度

6 結束語

(1)此次處理歐冶爐氣化爐爐缸堆積，通過理論分析和現(xiàn)場實踐相結合解決問題，積累了經驗。通過采用全焦冶煉處理歐冶爐氣化爐爐缸堆積，效果明顯，說明焦炭質量對于爐缸的活躍及爐況順行的重要性，發(fā)現(xiàn)爐缸堆積征兆及時調整氣化爐大焦比例，防止事故進一步擴大；爐前組織到位，勤開鐵口，不斷排放冷凝渣鐵，同時要保證恒風堵口率，保證爐前操作無誤；在處理爐況時，要防止爐前設備發(fā)生故障而影響處理進程。

(2)進一步規(guī)范了操作要求，如歐冶爐生產常用螢石作洗爐劑，但要避免經常使用大量螢石洗爐，以減少對爐襯的侵蝕；24h以上的休風按照1000kg/t—980kg/t—950kg/t—900kg/t—850kg/t的順序,根據鐵水溫度分階段降低燃料比。

(3)在歐冶爐日常的技術管理中，需要總結爐況發(fā)生異常前的征兆、培養(yǎng)及時發(fā)現(xiàn)的能力，針對異常征兆，提前調劑操作制度，避免爐況惡化，有效、快速處理爐況變化。

(4)氣化爐爐況順行、爐缸活躍是歐冶爐風口噴煤的基礎，針對風口噴煤的關鍵技術難點需要持續(xù)攻關。