2011年全國(guó)煉鐵低碳技術(shù)研討會(huì)論文集唐鋼3200m3高爐爐缸活性問(wèn)題初探張玉柱1 田欣1，2 趙軍2 米建軍2 尤新東2 王宜廣2 董國(guó)強(qiáng)2（1. 河北理工大學(xué)，冶金與能源學(xué)院，河北 唐山 063009； 2.河北鋼鐵集團(tuán) 唐山鋼鐵公司 煉鐵廠，河北 唐山 063000）摘要：通過(guò)對(duì)唐鋼2座3200m3高爐因爐缸活性引起爐況波動(dòng)的分析，分析了爐缸活性變化的表現(xiàn)、影響因素和應(yīng)對(duì)措施，對(duì)爐缸的活性問(wèn)題進(jìn)行了初步探討。關(guān)鍵詞：高爐；爐缸；活性；問(wèn)題；初探1前言隨高爐大型化及高爐操作技術(shù)研究的不斷深入，爐缸活性問(wèn)題成為大型高爐操作的重要議題。我廠新建兩座3200m3高爐，投產(chǎn)近兩年來(lái)，爐缸活性也經(jīng)常會(huì)影響高爐順行和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的提高。我廠通過(guò)對(duì)高爐運(yùn)行規(guī)律的摸索和研究，對(duì)大型高爐爐缸活性問(wèn)題有了一點(diǎn)初步的認(rèn)識(shí)。2爐缸活性差的具體表現(xiàn)唐鋼南區(qū)3200m3于2007年9月8日點(diǎn)火投產(chǎn)，開(kāi)爐后的爐缸活躍性一直不好，由于焦炭質(zhì)量差及各種制度匹配不太合理，2008年9月?tīng)t缸工作狀況惡化，全月燒損風(fēng)口11個(gè)，從損壞位置看大多為中下部侵蝕。判斷為爐缸不活躍導(dǎo)致渣鐵向爐缸滲透慢，液態(tài)鐵附著于風(fēng)口上導(dǎo)致風(fēng)口熔損。之后又有幾次短時(shí)間的爐況波動(dòng)，北區(qū)3200m3高爐也出現(xiàn)了幾次現(xiàn)象相近的爐況波動(dòng)，分析認(rèn)為，多數(shù)情況與爐缸活性變差有關(guān)，總結(jié)歷次爐況波動(dòng)的分析結(jié)果，我們認(rèn)為爐缸活性變差有以下的表現(xiàn)：2.1 初期表現(xiàn)：1) 鐵水物理熱下降，與Si的對(duì)應(yīng)關(guān)系出現(xiàn)偏差；出鐵時(shí)間變短，鐵次增加；2) 爐底溫度降低、爐缸溫度升高、爐身下部、爐腰等溫度出現(xiàn)波動(dòng)；3) 風(fēng)壓升高、風(fēng)量萎縮、透氣性指數(shù)下降；4) 綜合焦比略升高、產(chǎn)量略降低。2.2 嚴(yán)重時(shí)的表現(xiàn)：1) 鐵口出現(xiàn)“假噴”現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，各鐵口爐溫、出渣鐵量不均；2) 壓量關(guān)系緊張，風(fēng)壓不穩(wěn)，風(fēng)量萎縮超過(guò)10；3) 爐墻溫度大幅度波動(dòng)，氣流不穩(wěn)，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)邊緣管道；4) 風(fēng)口大量損壞；5) 綜合焦比升高1030kg/tFe，產(chǎn)量大幅度降低。3對(duì)爐缸活性的量化監(jiān)測(cè)3.1 爐缸活性指數(shù)：早在2002年寶鋼就提出了缸活性指數(shù)的概念，其基本原理是爐底電偶溫度權(quán)重值除以爐缸側(cè)壁電偶溫度權(quán)重值1，實(shí)踐中這一指數(shù)能較早地觀測(cè)到爐缸活性的變化；3.2 爐缸工作出鐵指數(shù)：近期，首鋼又提出了爐缸工作出鐵指數(shù)2的概念，以每次出鐵量衡量爐缸出鐵情況的變化，從而判斷爐缸活性的變化。3.3 爐缸活躍性指數(shù)：北科大的吳勝利教授等提出了爐缸活躍性指數(shù)3，以渣鐵流入爐缸的阻力系數(shù)與流出爐缸的阻力系數(shù)之和構(gòu)成的渣鐵流動(dòng)總阻力系數(shù)之表征爐缸的活躍性，這一指數(shù)很精確地計(jì)算了爐缸的活性，但在生產(chǎn)實(shí)際中很難得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。3.4 物理熱指數(shù)Ktp：通過(guò)實(shí)踐研究，我廠提出了物理熱指數(shù)Ktp：以鐵水物理熱（為使數(shù)據(jù)具有參考性，取出鐵中期的測(cè)量結(jié)果）與化學(xué)熱Si的對(duì)應(yīng)關(guān)系衡量鐵水物理熱是否處于合理范圍，結(jié)合爐缸活性指數(shù)，監(jiān)測(cè)爐缸活性的變化。物理熱指數(shù)的計(jì)算方法：Ktp(tp-1400)/100)2/Si式中：tp鐵水物理熱（）Si爐溫（化學(xué)熱）（%）舉例：物理熱為1510，Si0.45%，計(jì)算結(jié)果Ktp2.7。這一指數(shù)的變化趨勢(shì)，能夠及時(shí)反映物理熱的下降，Ktp的合理范圍各高爐可能有所不同，生產(chǎn)實(shí)際中，我廠以日平均的tp和Si計(jì)算物理熱指數(shù)，一般Ktp低于2.5則進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，如果Ktp長(zhǎng)時(shí)間高于5.0，則有降低Si以降低焦比的潛力。4影響爐缸活性的因素根據(jù)我廠幾次爐缸活性變化的分析，造成爐缸活性下降的原因有以下幾個(gè)方面：1) 焦炭質(zhì)量惡化：焦炭的許多質(zhì)量指標(biāo)都可能影響爐缸活性，A、S的升高、冷熱強(qiáng)度的降低，粒度變小、水分升高等；多數(shù)情況的爐缸活性變化與焦炭質(zhì)量有關(guān)。2) 持續(xù)爐溫偏低、物理熱不足：實(shí)踐中體會(huì)，如果物理熱低于1510，持續(xù)時(shí)間超過(guò)3天，既有可能影響爐缸活性；3) 爐渣流動(dòng)性的影響：造成爐渣流動(dòng)性變差的因素持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，將影響爐缸的活性，如（Al2O3）的超過(guò)15，或?qū)?yīng)的（MgO）偏低等；4) 鼓風(fēng)動(dòng)能偏低：風(fēng)量不足、風(fēng)溫降低、風(fēng)口面積偏大等影響鼓風(fēng)動(dòng)能的變化都有可能導(dǎo)致?tīng)t缸活性的降低。5改善爐缸活性的措施5.1 改善原燃料質(zhì)量精料是高爐煉鐵的基礎(chǔ)，是高爐生產(chǎn)順行、指標(biāo)先進(jìn)、節(jié)約能耗的基礎(chǔ)和客觀要求。5.1.1 強(qiáng)化各種入爐料的槽下管理對(duì)篩體進(jìn)行技術(shù)改造，澳礦棒條篩材質(zhì)由彈簧鋼改為聚胺脂，為防止冬季澳礦粉末受凍易粘結(jié)堵塞篩網(wǎng)，把高爐冷風(fēng)引到篩體下進(jìn)行反吹。因?yàn)楦郀t冷風(fēng)溫度200，一方面對(duì)篩體進(jìn)行保溫，避免澳礦粉末受凍粘結(jié)，另一方面冷風(fēng)壓力高，通過(guò)對(duì)篩體反吹起到清篩網(wǎng)的作用。制定嚴(yán)格的清篩網(wǎng)檢查考核制度，使得入爐小礦、球團(tuán)、澳礦的粉末大大減少。提前了解各入爐料的實(shí)際質(zhì)量，對(duì)質(zhì)量太差的燒結(jié)礦、焦炭采取分倉(cāng)裝料、少量搭配入爐的措施，大大減少了原燃料質(zhì)量異常波動(dòng)對(duì)爐況的影響。5.1.2 改善焦炭質(zhì)量隨著高爐的大型化，對(duì)焦炭的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，唐鋼也深深認(rèn)識(shí)到這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因此努力攻關(guān)以改善焦炭質(zhì)量，減少焦炭品種。焦炭質(zhì)量的變化見(jiàn)表1表1 唐鋼南區(qū)3200m3高爐焦炭質(zhì)量(%)時(shí)間08.909.109.209.309.409.509.609.7A14.7513.7513.4113.4913.3613.1012.9012.92S0.950.860.830.830.860.850.880.82CRI24.7722.4622.3522.1521.9820.6220.3320.99CSR61.1664.4665.9667.2468.0568.7368.9369.135.1.3 改進(jìn)燒結(jié)礦質(zhì)量和成份：通過(guò)改進(jìn)燒結(jié)操作，確保燒結(jié)礦的平均粒度大于20mm，RDI+3.1565%。另外，唐鋼以使用外礦為主，渣中（Al2O3）的超過(guò)15，為保證渣的流動(dòng)性，控制（MgO）不低于8.5，同時(shí)控制R2在1.15以下。5.2 裝料制度調(diào)整唐鋼兩座3200m3高爐自投產(chǎn)以來(lái)的裝料制度探索過(guò)程主要?jiǎng)澐謨蓚€(gè)階段。第一階段，結(jié)合唐鋼以往經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為十字測(cè)溫邊緣溫度不能過(guò)低，否則易出現(xiàn)爐墻結(jié)厚現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)十字測(cè)溫邊緣溫度過(guò)低，最外一點(diǎn)在80左右，這與多年來(lái)唐鋼十字測(cè)溫邊緣溫度大于120反差很大，于是采取了疏松邊緣的措施。由開(kāi)爐裝料制度表2逐漸調(diào)整為表3。表2 唐鋼南區(qū)3200m3高爐開(kāi)爐裝料制度角度4138.5363329.516礦圈22222焦圈332221表3 唐鋼南區(qū)3200m3高爐第一階段裝料制度角度4037.5353228.52516礦圈12222焦圈2322222經(jīng)過(guò)第一階段調(diào)整十字測(cè)溫邊緣溫度逐步由80上升至90100左右，但伴隨十字測(cè)溫邊緣溫度逐步上升，冷卻壁溫度出現(xiàn)大幅波動(dòng)，冷卻壁全溫差高達(dá)7左右，爐況出現(xiàn)了與預(yù)期相反的效果。邊緣頻繁出現(xiàn)竄氣現(xiàn)象，爐況穩(wěn)定性變差。實(shí)踐證明：大高爐邊緣煤氣流必須得控制，抑制邊緣，保證暢通的中心煤氣流，加強(qiáng)中心焦柱的煙囪效應(yīng)，利于下部吹透中心。于是開(kāi)始了第二階段調(diào)整，最終裝料制度演變?yōu)楸?。表4 唐鋼南區(qū)3200m3高爐第二階段裝料制度角度4137.734.130.326.215礦圈43322焦圈332223在新的裝料制度摸索過(guò)程中，逐漸形成了“大礦批、大角度、大角差”的理念?！按蟮V批”是指選擇比較大的礦石批重，優(yōu)點(diǎn)是：隨著礦石批重的的增大減少了爐內(nèi)礦石與焦炭的料批數(shù)減弱礦焦層的界面效應(yīng)，提高料柱的透氣性?！按蠼嵌取笔侵干喜康V焦布料平臺(tái)適當(dāng)向爐喉邊緣平移，對(duì)邊緣氣流進(jìn)行合理抑制，達(dá)到了提高煤氣利用率、穩(wěn)定爐型的目的。角度并不能一味追求過(guò)大，應(yīng)該距碰撞點(diǎn)有一定距離，若超過(guò)碰撞點(diǎn)，爐料先撞擊爐墻，然后反彈落下，礦石對(duì)焦炭沖擊作用增大，強(qiáng)度差的爐料撞碎，使布料層紊亂，氣流分布失去控制。經(jīng)反復(fù)實(shí)踐與論證確定了最大角的合適值，應(yīng)該是落料點(diǎn)在距離爐墻400mm左右位置所對(duì)應(yīng)角度?！按蠼遣睢笔侵冈诰S持大角度不變且保證足夠的中心氣流通路的前提下，增大布礦寬度，以達(dá)到改善煤氣利用率實(shí)現(xiàn)“上悶下活”的目的。經(jīng)過(guò)如上所述的上部裝料制度調(diào)整，煤氣利用率得以改善、綜合焦比大幅降低、實(shí)現(xiàn)了爐況穩(wěn)定順行。渣皮脫落次數(shù)減少，冷卻壁溫度基本穩(wěn)定，減少了渣皮脫落對(duì)爐缸熱狀態(tài)的影響，為爐缸的均勻活躍創(chuàng)造了必要條件。5.3 送風(fēng)制度調(diào)整5.3.1 風(fēng)口調(diào)整送風(fēng)制度的調(diào)整是通過(guò)實(shí)踐重新認(rèn)識(shí)的過(guò)程。開(kāi)爐后最初風(fēng)口由10個(gè)140mm和22個(gè)130mm組成，送風(fēng)面積為0.4456m2。由于受焦炭質(zhì)量差影響，爐缸工作狀況不好，爐缸中心未真正吹透、吹活，死焦堆占爐缸截面積大，爐缸物理熱明顯與大高爐應(yīng)具有的物理熱相距甚遠(yuǎn)，爐前出鐵極易憋渣憋鐵造成減風(fēng)。依據(jù)唐鋼過(guò)去對(duì)原燃料不好時(shí)的應(yīng)對(duì)措施，下部適當(dāng)擴(kuò)大風(fēng)口面積，有利于加風(fēng)吹活爐缸，因此擴(kuò)三個(gè)風(fēng)口，由130mm到140mm，送風(fēng)面積擴(kuò)為0.4523m2。但擴(kuò)風(fēng)口后爐況未向預(yù)定的方向發(fā)展，相反爐缸更加不活，渣鐵物理熱更差，加風(fēng)更加困難。經(jīng)分析總結(jié)出：大高爐由于爐缸直徑大，在相同風(fēng)量情況下，必須要靠縮小風(fēng)口面積提高風(fēng)速，增加鼓風(fēng)動(dòng)能來(lái)強(qiáng)制吹透中心，減少爐缸中心死焦堆數(shù)量，解決中心死焦堆渣鐵滯留率高的問(wèn)題，相應(yīng)利于提高爐缸中心熱量，從而改善整個(gè)爐缸的熱交換條件，提高爐缸的蓄熱能力，根本上解決爐缸渣鐵物理熱不足問(wèn)題，從而證爐前出凈渣、鐵。于是逐步縮小風(fēng)口面積，最終調(diào)整為4個(gè)140mm和28個(gè)130mm，風(fēng)口面積調(diào)整為0.4332m2?？s完風(fēng)口后爐況反應(yīng)良好，爐缸活躍程度顯著提高。5.3.2 噴煤富氧相結(jié)合為了保證爐缸圓周工作的均勻性，噴煤方面采取廣噴、勻噴措施。首先保持32個(gè)風(fēng)口全部噴煤，其次通過(guò)在每個(gè)噴吹支管安裝煤粉濃度計(jì)關(guān)注各風(fēng)口噴煤瞬時(shí)濃度的均勻性，對(duì)個(gè)別濃度差別大的單支管濃度及時(shí)調(diào)整。隨著高爐噴煤量的提高，風(fēng)口前理論燃燒溫度逐步降低，若沒(méi)有提高風(fēng)口前理論燃燒溫度的措施必然會(huì)導(dǎo)致未燃煤粉量增多。未燃煤粉進(jìn)入爐渣中會(huì)提高爐渣粘度，使?fàn)t渣流動(dòng)性下降必然影響爐缸工作狀況。除使用全風(fēng)溫外，提高富氧率是提高風(fēng)口前理論燃燒溫度的有效措施。因此隨著唐鋼南區(qū)3200m3高爐逐步提高煤比逐漸增加富氧率，富氧率最高提至4%，理論燃燒溫度保持在2250-2300之間。為提高爐渣的流動(dòng)性，改善爐缸工作狀況創(chuàng)造了條件。5.4 加強(qiáng)出鐵組織正常出鐵采用對(duì)角線2個(gè)鐵口出鐵，爐缸工作狀況差前提下，爐缸焦炭透液性差，加上爐缸截面積大，渣、鐵易出不凈。尤其備用鐵口由于長(zhǎng)時(shí)間不出鐵，每次倒場(chǎng)出鐵時(shí)噴濺嚴(yán)重，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，爐內(nèi)憋壓嚴(yán)重。針對(duì)此現(xiàn)狀，出鐵倒場(chǎng)時(shí)采用3個(gè)鐵口循環(huán)出鐵，用2老鐵口帶1新鐵口出鐵，保證爐況順行。待新投入鐵口噴濺不嚴(yán)重、鐵口區(qū)域爐缸工作狀況活躍后，停同場(chǎng)老鐵口。在兩鐵口正常作業(yè)時(shí)，縮短鐵間間隔，由原來(lái)20min縮短到10min以內(nèi)，同時(shí)靈活采取重疊出鐵或壓炮等措施保證及時(shí)出凈渣、鐵，活躍爐缸為高爐順行創(chuàng)造條件。6實(shí)際效果通過(guò)以上多種手段的綜合運(yùn)用唐鋼南區(qū)3200m3高爐實(shí)現(xiàn)了爐缸均勻活躍，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，見(jiàn)表5表5 唐鋼南區(qū)3200m3高爐調(diào)整前后指標(biāo)對(duì)比時(shí)間風(fēng)量m3/min風(fēng)溫煤比kg/tFe綜合焦比kg/tFe利用系數(shù)t/(m3d)實(shí)際風(fēng)速m/s20089593011801525142.01323020097654011931564722.5802537結(jié)論1) 維護(hù)大型高爐爐缸活躍是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要通過(guò)各種操作制度合理配合才能實(shí)現(xiàn)；2) “大礦批、大角度、大角差”的理念保證了上部裝料制度的合理性，穩(wěn)定爐況且為高爐的爐缸活躍