李小成

（河鋼集團(tuán)宣鋼公司，河北 宣化 075100）

1 宣鋼2 號(hào)高爐概述

宣鋼2 號(hào)高爐于2010 年9 月18 日建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)爐容2 500 m3。上料系統(tǒng)采用“PW”并罐無(wú)料鐘爐頂設(shè)備、液壓擺動(dòng)翻板溜槽和水冷氣封式布料溜槽傳動(dòng)齒輪箱。爐身采用全冷卻壁設(shè)備，從爐底到爐喉鋼磚下沿共設(shè)14 段冷卻壁。爐腹、爐腰、爐身下部區(qū)域采用4 段銅冷卻壁，其余均為鑄鐵冷卻壁。爐底、爐缸采用陶瓷杯炭磚水冷結(jié)構(gòu)。冷卻系統(tǒng)采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)高爐的重要設(shè)備（冷卻壁、爐底、風(fēng)口小套、中套、熱風(fēng)閥及倒流休風(fēng)閥）實(shí)現(xiàn)全軟水冷卻。共設(shè)置30 個(gè)風(fēng)口，3 個(gè)鐵口。煤氣系統(tǒng)采用重力除塵、旋風(fēng)除塵、布袋干法除塵工藝。供風(fēng)采用改進(jìn)型高溫內(nèi)燃式熱風(fēng)爐3 座。

2 生產(chǎn)背景

在2020 年，宣鋼2 號(hào)高爐雖然保持了穩(wěn)定順行的態(tài)勢(shì)，但各項(xiàng)技經(jīng)指標(biāo)仍與國(guó)內(nèi)同類型先進(jìn)高爐之間有較大差距。而且在2020 年12 月底，宣鋼在轉(zhuǎn)型升級(jí)、綠色環(huán)保的生產(chǎn)理念下，關(guān)停1 座2 000 m3的高爐和1 座120 t 的轉(zhuǎn)爐，剩余2 座2 500 m3高爐面臨“兩高+兩轉(zhuǎn)”的保供“口對(duì)口”的大局面，高爐休風(fēng)率升高，燒結(jié)礦階段性搭落地料的情況加重，對(duì)2 號(hào)高爐實(shí)現(xiàn)提產(chǎn)增效、強(qiáng)化冶煉產(chǎn)生了較大影響。因此，2 號(hào)高爐堅(jiān)持以“管理前移、重心下移”的科學(xué)理念為指導(dǎo)，開(kāi)展了“保穩(wěn)定、提產(chǎn)量、降焦比、提煤比、降成本”的技術(shù)破冰攻關(guān)行動(dòng)。

3 技術(shù)方案

3.1 優(yōu)化高爐上下部制度，平衡煤氣流分布，穩(wěn)定爐況，提產(chǎn)降耗

3.1.1 上部制度優(yōu)化

布料矩陣由“保中心+控邊緣”調(diào)整為“平鋪+中心焦”兩條煤氣流均勻發(fā)展，降低壓差，上引風(fēng)量。

合理的裝料制度對(duì)降低高爐燃耗發(fā)揮著重要作用，對(duì)裝料制度的優(yōu)化是高爐操作者長(zhǎng)期以來(lái)的主要工作[1]。2020 年11 月—12 月期間，宣鋼高爐在提產(chǎn)破冰行動(dòng)中，出現(xiàn)不同程度的爐墻結(jié)厚情況。爐況恢復(fù)后，上部裝料制度由抑制邊緣開(kāi)中心的裝制逐步優(yōu)化至兩條煤氣流均衡發(fā)展，在保持中心氣流穩(wěn)定的前提下，適當(dāng)發(fā)展邊緣煤氣流的裝制。伴隨著產(chǎn)量的提升，進(jìn)一步優(yōu)化邊緣及環(huán)帶煤氣流分布，并根據(jù)爐況的穩(wěn)定程度逐步減少中心焦比例，提升煤氣利用率，提高產(chǎn)量。裝料制度變化情況如表1 所示。通過(guò)上部裝料制度的調(diào)整優(yōu)化，爐內(nèi)透氣性明顯改善，風(fēng)量水平顯著提高，為高爐提產(chǎn)提供了有力的支撐。2020 年及2021年1—8 月份2 號(hào)高爐風(fēng)量及產(chǎn)量情況如圖1 所示。

表1 2020 年及2021 年1—8 月份裝料制度變化

圖1 2020 年及2021 年1—8 月份風(fēng)量及產(chǎn)量情況

3.1.2 下部制度優(yōu)化

控制初始煤氣流的合理分布，匹配好煤氣流速，保證合理的操作爐型。

風(fēng)口前碳素的燃燒反應(yīng)產(chǎn)生的煤氣量決定了高爐冶煉強(qiáng)度、回旋區(qū)和爐缸工作活躍性，從理論爐缸實(shí)際煤氣流速與焦比、燃料比和利用系數(shù)的關(guān)系中（下頁(yè)圖2—圖4）可以發(fā)現(xiàn)，理論爐缸煤氣實(shí)際流速在3.9～4.0 m/s 之間時(shí)，焦比、燃料比、利用系數(shù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。

圖2 爐缸煤氣流速與焦比的關(guān)系

圖3 爐缸煤氣流速與燃料比的關(guān)系

圖4 爐缸煤氣流速與利用系數(shù)的關(guān)系

伴隨著產(chǎn)量與風(fēng)量水平的提升，為保證適宜的風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能，平衡煤氣流速，適當(dāng)擴(kuò)大2 號(hào)高爐下部風(fēng)口面積，由0.328 0 m2逐步擴(kuò)大至0.339 3 m2，進(jìn)一步提高高爐下部進(jìn)風(fēng)能力，通過(guò)風(fēng)量的提升保證爐缸的均勻活躍。同時(shí)風(fēng)口長(zhǎng)度由635 mm縮短為615 mm，在產(chǎn)量、風(fēng)速及鼓風(fēng)動(dòng)能均提升的同時(shí)，保證邊緣煤氣流的適當(dāng)發(fā)展，有效避免了爐墻結(jié)厚的情況出現(xiàn)。

經(jīng)過(guò)以上調(diào)整，2 號(hào)高爐在2021 年4—5 月期間，有效消除了爐墻階段性結(jié)厚的情況，保證了高產(chǎn)穩(wěn)定順行。2020 年及2021 年1—8 月份風(fēng)口面積及鼓風(fēng)動(dòng)能情況如圖5 所示。

圖5 2020 年及2021 年1—8 月份風(fēng)口面積及鼓風(fēng)動(dòng)能情況

3.2 “四提高”強(qiáng)化冶煉，增煤比，提產(chǎn)量，降焦降耗

3.2.1 提高風(fēng)溫

由于熱風(fēng)爐問(wèn)題，2 號(hào)高爐長(zhǎng)期在風(fēng)溫＜1 100 ℃冶煉，經(jīng)過(guò)熱風(fēng)爐系統(tǒng)的大修，2021 年1 月中旬風(fēng)溫水平明顯提高，并逐步提高至1 150 ℃。伴隨著風(fēng)溫的提高，高爐爐缸蓄熱能力增強(qiáng)，燃料比相應(yīng)降低，對(duì)高爐提產(chǎn)降耗做出較大貢獻(xiàn)。2020 年及2021 年1—8月份風(fēng)溫使用情況如圖6 所示。

圖6 2020 年及2021 年1—8 月份風(fēng)溫使用情況

3.2.2 提高富氧率

富氧是高爐強(qiáng)化冶煉的重要措施之一。增大高爐富氧量能提高理論燃燒溫度，降低爐頂溫度。隨著高爐富氧鼓風(fēng)后氧濃度的提高，N2含量降低，單位生鐵的煤氣耗量減少，對(duì)爐料下降的阻力也減小，這也給進(jìn)一步增大風(fēng)量、提高冶煉強(qiáng)度創(chuàng)造了條件[2]。2 號(hào)高爐在2020 年的富氧率為4.7%，2021 年逐步提高至6.5%。富氧增加后，理論燃燒溫度保持在2 300～2 350 ℃，在高爐冶煉過(guò)程理論燃燒溫度的范圍內(nèi)，高爐產(chǎn)量明顯提高。

3.2.3 提高高爐頂壓及全爐壓差

通過(guò)提高頂壓來(lái)進(jìn)一步穩(wěn)定煤氣流。一般認(rèn)為，頂壓每提高10 kPa，燃料比將下降0.3%～0.5%，產(chǎn)量將提升1%～2%，這有利于冶煉低硅生鐵，保障高爐穩(wěn)定順行[3]。提高頂壓的同時(shí)適當(dāng)提高高爐全爐壓差，有利于壓量關(guān)系的穩(wěn)定，是高爐風(fēng)量和產(chǎn)量提升的重要環(huán)節(jié)。2 號(hào)高爐頂壓由去年的220 kPa 提升至240 kPa，壓差由170 kPa 提升至185 kPa，高爐風(fēng)量、產(chǎn)量明顯改善。2020 年及2021 年1—8 月份頂壓、壓差與產(chǎn)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖7 所示。

圖7 2020 年及2021 年1—8 月份頂壓、壓差與產(chǎn)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.3 大礦批技術(shù)的應(yīng)用改善料柱透氣性，提高產(chǎn)量

礦批的大小直接影響高爐煤氣流的分布，而煤氣流的分布又影響煤氣利用率。根據(jù)爐料在高爐邊沿和中心的料層厚度之比，可以繪出一條礦石批重特征曲線，按不同礦石批重對(duì)爐料分布的影響，將批重分別劃分為三個(gè)區(qū)，即激變區(qū)、緩變區(qū)和微變區(qū)[5]。宣鋼2號(hào)高爐依據(jù)礦石批重特性曲線，并在實(shí)踐中結(jié)合原燃料條件探索適宜的礦批，對(duì)這三個(gè)區(qū)域又進(jìn)行了細(xì)致劃分：“激變區(qū)”批重小于63 t，在該區(qū)域內(nèi)煤氣變化劇烈，爐況穩(wěn)定性差，煤氣利用率最低；“微變區(qū)”，即批重大于72 t，隨著批重的加大，煤氣流變化不敏感，但過(guò)大時(shí)會(huì)使煤氣通路堵塞，導(dǎo)致?tīng)t況失常；理論上礦批應(yīng)選擇在接近“微變區(qū)”的“緩變區(qū)”內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)，隨著批重的加大，高爐煤氣流穩(wěn)定性提高，煤氣利用率逐步提高，焦比下降。2020 年及2021 年1—8 月份礦批使用與產(chǎn)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖8 所示。

圖8 2020 年及2021 年1-8 月份礦批使用與產(chǎn)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3.4 優(yōu)化爐前出鐵

爐前出鐵是保證高爐穩(wěn)定順行的另一個(gè)重要因素，只有及時(shí)打開(kāi)鐵口，放出爐內(nèi)渣鐵，爐內(nèi)才不會(huì)發(fā)生因渣鐵排放不暢而造成的憋風(fēng)現(xiàn)象[5]。2 號(hào)高爐設(shè)計(jì)有3 個(gè)出鐵口，采用雙場(chǎng)交替出鐵。隨著產(chǎn)量的提升，高爐對(duì)爐前出鐵要求更為嚴(yán)格。由于開(kāi)眼機(jī)能力不足導(dǎo)致的鐵口難開(kāi)的情況對(duì)爐內(nèi)攻關(guān)形成較大制約，爐內(nèi)憋風(fēng)減風(fēng)情況較多，嚴(yán)重影響高爐強(qiáng)化。

針對(duì)此情況，2 號(hào)高爐對(duì)炮泥作出相應(yīng)的改變，同時(shí)加強(qiáng)了爐前操作管理：保證做到堵口后間隔10～15 min 再打開(kāi)另一側(cè)鐵口，單爐鐵量在600 t 左右，出鐵時(shí)間為100～120 min，下渣時(shí)間為80～100 min，出鐵流速為5.5～6.5 t/min。通過(guò)改善爐前出鐵組織，爐內(nèi)壓量關(guān)系運(yùn)行平穩(wěn)，平均風(fēng)量水平達(dá)到5 600～5 700 m3/min，壓差情況穩(wěn)定，爐內(nèi)憋風(fēng)減風(fēng)現(xiàn)象基本消除，為高爐強(qiáng)化“鋪了一條好路”。

3.5 加強(qiáng)原燃料檢查，保證入爐原燃料質(zhì)量

原燃料管理是高爐日常管理的基礎(chǔ)，也是高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，沒(méi)有一個(gè)穩(wěn)定的原燃料條件，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)高爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，所以加強(qiáng)原燃料系統(tǒng)檢查，勢(shì)在必行。

宣鋼2 號(hào)高爐每天對(duì)原燃料進(jìn)行至少6 次的質(zhì)量檢查，對(duì)燒結(jié)礦、塊礦、焦炭篩網(wǎng)至少檢查2 次；檢查供料車間清理篩網(wǎng)上積料，保證篩網(wǎng)運(yùn)行正常；詳細(xì)檢查礦篩、焦篩、小礦篩和小焦篩，并做好記錄。通過(guò)對(duì)入爐原燃料粒級(jí)進(jìn)行分析對(duì)比，及時(shí)掌握入爐原燃料質(zhì)量和粒級(jí)的變化趨勢(shì)，為爐內(nèi)參數(shù)調(diào)整提供有力的科學(xué)數(shù)據(jù)。同時(shí)，將各倉(cāng)篩分補(bǔ)料速度由人工計(jì)算改為自動(dòng)化運(yùn)算，這樣可以快捷、方便地了解每個(gè)倉(cāng)的補(bǔ)料和篩分情況。根據(jù)爐料變化趨勢(shì)、配量大小、補(bǔ)料速度，合理調(diào)整每個(gè)倉(cāng)的給料速度，從而使?fàn)t料充分過(guò)篩，最大幅度減少粉末入爐。

4 實(shí)施效果

此次攻關(guān)技術(shù)在宣鋼全面推廣，實(shí)踐證明效果顯著，2 號(hào)高爐爐況保持了長(zhǎng)周期的高產(chǎn)穩(wěn)定順行，高爐主要技經(jīng)指標(biāo)顯著提高，尤其從7 月份開(kāi)始產(chǎn)量持續(xù)突破7 000 t/d 大關(guān)，具體指標(biāo)如表2 所示。

表2 宣鋼2 號(hào)高爐2020 年及2021 年1—8 月主要指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

在轉(zhuǎn)型升級(jí)、綠色環(huán)保的大局勢(shì)下，通過(guò)對(duì)宣鋼2 號(hào)高爐積極探索研究，制定出適合的生產(chǎn)模式和操作制度，并通過(guò)實(shí)踐證明，高爐通過(guò)上下部制度的合理調(diào)整及延伸管理，可以抵消外圍因素帶來(lái)的不利影響，同時(shí)實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的目的。