陳智平 葛繼科
（陜西龍門鋼鐵公司煉鐵廠5號(hào)高爐）
摘要 為適應(yīng)新常態(tài)、應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)，龍鋼公司煉鐵廠5號(hào)高爐從2016年9月份進(jìn)行大礦批使用，取到了良好的冶煉效果
關(guān)鍵詞 高爐 裝料制度 大礦批
1 前言
高爐操作的關(guān)鍵是在強(qiáng)化冶煉過程中，如何保持爐況長期穩(wěn)定順行，以獲得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。適宜的裝料制度是高爐爐況穩(wěn)定順行的重要因素。裝料制度與送風(fēng)制度的有機(jī)結(jié)合是高爐獲得“優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽、高效”的關(guān)鍵因素。大礦批已在許多骨干鋼鐵業(yè)中成功使用，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。5號(hào)高爐在2016年9月進(jìn)行大礦批試驗(yàn)，取得了成功。
2 高爐狀況及原燃料條件
2.1 高爐狀況
5號(hào)高爐高爐于2014年12月31日點(diǎn)火投產(chǎn)，有效容積為1800m³，采用串罐式螺旋布料器以及水冷爐喉鋼磚，下料罐有效容積35 m³，布料器采用西冶PW型。
2.2 原燃料條件
焦炭使用全一級(jí)焦，成分、強(qiáng)度指標(biāo)見表1。
礦石使用80%高堿度燒結(jié)礦+15%球團(tuán)礦+5%生礦，成份見表2、表3
3 裝料制度理論基礎(chǔ)
批重的大小對(duì)高爐煤氣流的穩(wěn)定性和煤氣利用的好壞起著決定住作用，擴(kuò)大礦石批重能促進(jìn)礦石的均勻分布，合理布料，優(yōu)化煤氣流分布，可以穩(wěn)定上部煤氣流，可提高煤氣中CO2含量，提高煤氣利用率，同時(shí)使熱風(fēng)所帶有的熱量能夠充分傳遞給爐料。增加高爐內(nèi)鐵礦石的間接還原度。煤氣中的CO2含量提高I%，煉鐵燃料比下降20kg/t。鐵礦石間接還原是個(gè)放熱反應(yīng)，而直接還原是個(gè)吸熱反應(yīng) 所以，我們要采取大礦批操作，努力提高礦石的的間接還原反應(yīng)，同時(shí)采用合理的道風(fēng)制度，在風(fēng)口前形成較長的循環(huán)區(qū)，使煤氣的初始分布向中心延伸，減少中心死料柱，改善爐缸中心的透氣性和透液性，解決煤氣流和爐料逆向運(yùn)動(dòng)之間的矛盾，煤氣流分布均勻合理。促進(jìn)高爐生產(chǎn)順利，形成“上穩(wěn)、下活”的格局，降低燃料比。
4 批重的選擇
合理的爐料分布結(jié)合適宜的風(fēng)速可以得到合理的煤氣分布，這是高爐穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。爐料分布合理的標(biāo)志是： 焦炭層和礦石層的厚度適當(dāng)；環(huán)向分布均勻；徑向分布：爐子中心礦焦比最低，由中心到邊沿礦焦比逐漸升高，到靠近邊沿處礦焦比艾略有下降。
4.1焦批重的選擇
焦層的厚度由批重決定，大高爐的爐喉焦炭層厚在0.60～0.75m，不宜小于0.5m.，5號(hào)高爐的爐喉直徑為8米，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)焦炭批重(t)約等于0.03dl3，(dl 為爐喉直徑，m)，可知5爐的焦炭批重應(yīng)該接近14.2噸， 而正常生產(chǎn)時(shí)焦炭水分穩(wěn)定在4%～6%，因此確定干焦炭批重為13.5t，爐喉焦炭層厚度為0.634m 。
4.2礦批重的選擇
礦批重決定爐內(nèi)料層的厚度對(duì)爐料在爐喉分布影響很大，批重小時(shí)布料不均勻，小到一定程度，將使邊緣和中心無礦石。批重增大，則礦石分布均勻，相對(duì)加重中心而疏松邊緣，而且軟熔帶氣窗增大。料柱界面效應(yīng)減小，有利改善透氣性。在生產(chǎn)中隨著枇重的逐淅擴(kuò)大，中心會(huì)出現(xiàn)加重而邊緣相對(duì)疏松，致使風(fēng)量減少. 因此礦批重有一個(gè)臨界值，當(dāng)批重大干臨界值時(shí)，隨礦石批重增加而加重中心，過大則爐料分布趨向均勻： 當(dāng)批重小于臨界值時(shí)，礦石布不到中心, 隨批重增加而加重邊緣或沒有明顯影響，它與爐容、原燃料、設(shè)備、操作水平、嘖吹大小、冶煉強(qiáng)度等有著一定的關(guān)系。
龍鋼5號(hào)高爐的爐料粉末比較多，料柱透氣性較差，為防止微變區(qū)批重可能使邊緣和中心都發(fā)生堵塞，選用緩交區(qū)批重，外圍的少許波動(dòng)不至于引起氣流較大的變化，適當(dāng)批重還可以調(diào)節(jié)煤氣流分布，根據(jù)國內(nèi)外同類型高爐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定目標(biāo)為焦比(410kg/t，根據(jù)礦焦比計(jì)算礦石仳重。
擴(kuò)批重：13.5÷410×1000÷57.5﹪≈57t
（礦石綜合入滬品味57.5%)
4.3 α角的選擇
α角是指溜槽與高爐中心線的夾角. 最大礦角（α最大礦） 決定了礦石在正常料線情況下的料面落點(diǎn)與爐墻的距離，對(duì)邊緣氣流的發(fā)展程度起著決定性作用，5號(hào)高爐根據(jù)原燃料條件，利用休風(fēng)機(jī)會(huì)對(duì)爐頂布料器的溜槽角度進(jìn)行了測(cè)定(表5) ，并確定α最大礦48.5º，保持礦石落點(diǎn)與爐墻0.5m 左右的距離。
5 方案實(shí)施
9月24日開始加礦批，根據(jù)爐況的適應(yīng)性逐步由49噸加至56～57噸，并且取得了長期的穩(wěn)定順行，獲得圓滿成功。
5.1 穩(wěn)定焦炭批重，創(chuàng)造穩(wěn)定的焦炭平臺(tái)穩(wěn)定中心氣流
如何采取措施保證中心通暢和邊緣氣流的穩(wěn)定是實(shí)行大礦批冶煉的前提。高爐中心通暢的條件，一是中心負(fù)荷要輕，中心焦炭量應(yīng)占全部焦炭的30%以上：二是礦石落點(diǎn)與爐喉中心的距離占爐喉爐喉半徑的比例要大，以保證中心負(fù)荷輕。
無料鐘高爐通過旋轉(zhuǎn)溜槽進(jìn)行多環(huán)布料，易形成一個(gè)焦炭平臺(tái)。即料面由平臺(tái)和漏斗組成，通過平臺(tái)形式調(diào)整中心焦炭和礦石量。平臺(tái)小，漏斗深，料面不穩(wěn)定；平臺(tái)大，漏斗淺，中心氣流受抑制。由于料流小而面寬，布料時(shí)間長。礦石對(duì)焦炭的推移作用小，焦炭料面被改動(dòng)的程度輕，平臺(tái)范圍內(nèi)的O /C比穩(wěn)定，層狀比較清晰，有利于穩(wěn)定邊緣氣流. 所以尋找合適厚度的焦窗平臺(tái)對(duì)穩(wěn)定煤氣流起著決定性作用。而且焦炭平臺(tái)對(duì)控制爐內(nèi)的O / C比、粒度分布有重要作用，所以在日常操作中不宜多作變動(dòng)。適宜的平臺(tái)寬度由實(shí)踐決定，一旦形成，就保持相對(duì)對(duì)穩(wěn)定，不作為調(diào)整對(duì)象。
根據(jù)國內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，大中型高爐焦窗的層厚要大于0.5m. 先前5號(hào)爐的焦炭批重為12～12.5噸，焦窗層厚度小于0.5米，礦石落入爐內(nèi)時(shí)，對(duì)其下的焦炭層產(chǎn)生推擠作用，使焦炭產(chǎn)生徑向遷移。礦石落點(diǎn)附近的焦炭層厚度減薄，礦石層自身厚度則增厚，在爐喉圓周上出現(xiàn)無焦區(qū)域，氣流不穩(wěn)定，導(dǎo)致風(fēng)壓不穩(wěn)定：爐堠中心區(qū)焦炭層在礦石對(duì)焦炭的推移過程中卻增厚，礦石層厚度隨之減薄，由于爐喉直徑大，推向中心的焦炭阻擋礦石布向中心的現(xiàn)象更為嚴(yán)重，以致中心出現(xiàn)無礦區(qū).
根據(jù)上述特征，5號(hào)高爐在實(shí)踐生產(chǎn)中將焦炭批重由12.5噸提高到現(xiàn)在的13t，焦窗的厚度提高到0.62m，大大提高了焦窗的厚度，減輕礦石對(duì)焦炭推移作用，有效地提高料柱的透氣性. 由于焦炭平臺(tái)是根本性的, 在生氣過程中調(diào)整焦炭負(fù)荷時(shí)，采取穩(wěn)定焦批，調(diào)整礦批重, 以使焦炭層相對(duì)穩(wěn)定，保持焦窗的穩(wěn)定性和透氣作用，這樣即使在原燃料條件相對(duì)較差的情況下對(duì)穩(wěn)定煤氣流仍起到良好效果.
5.2 通過中心適宜的加焦量提高料枝中心的透氣性，活躍爐缸
中心加焦是保證中心通暢的有效手段，中心加焦就是借助從爐頂向高爐中心添加少量焦炭量來減小高爐中心狹小范圍內(nèi)的礦焦比，使中心透氣性改善，引導(dǎo)更多氣流通過。由于中心透氣性好，溫度高，有助于形成倒V 形軟熔帶，以確保順行，可以使高爐長壽、低耗、高產(chǎn)。生產(chǎn)中通過增加中心焦炭布料環(huán)數(shù)、降低中心布料檔位來控制中心焦炭量達(dá)到焦批的20%左右，中心O/C 大大減小，高爐透氣性改善(見圖1)。
5.3保持較高的風(fēng)速和較高的鼓風(fēng)動(dòng)能
創(chuàng)造近似“喇叭花”形煤氣曲線，合理的送風(fēng)制度是基礎(chǔ)。在風(fēng)口前形成較長的循環(huán)區(qū)，使煤氣的初始分布向中心延伸，減少中心死料柱，改善爐缸中心的透氣性和透液性，對(duì)形成“上穩(wěn)下活”的恪局是非常重要的 送風(fēng)制度主要是保持適宜的風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能以及理論燃燒溫度，使初始煤氣流分布合理，爐缸工作均勻活躍，熱量充沛、穩(wěn)定。
5.4加大礦批
龍鋼一直因原燃料質(zhì)量和操作認(rèn)識(shí)水平，礦批一直維持在43～45.5噸，難以突破，2016年為實(shí)施低成本戰(zhàn)略，煉鐵廠尋求新的突破，從9月份開始逐步加大礦批。加大礦批過程見圖2。
5.5優(yōu)化裝料制度，提高料柱透氣性
粉末多的爐料會(huì)有填充作用，使?fàn)t料之間的空隙度縮小，所以對(duì)爐料進(jìn)行篩分后分級(jí)入爐，對(duì)降低壓差，節(jié)焦有好處：因此將小塊焦（焦?。┗烊氲V石之中，有效地提高礦石的透氣性的同時(shí)提高礦石的間接還原度，將煤氣引向中心，使?fàn)t內(nèi)形成利于順行的倒V 型軟熔帶，改善了礦石中心部位的透氣牲和流暢性，從而保證煤氣流的穩(wěn)定性。
5.6實(shí)踐“礦角大于焦角”的布料
增大礦角，創(chuàng)造中心暢通、邊緣穩(wěn)定的煤氣流。邊緣穩(wěn)定的一個(gè)重要標(biāo)志是冷卻璧溫度穩(wěn)定，特別是下部銅冷卻壁段，溫度波動(dòng)小，渣皮穩(wěn)定。
5.7 造渣制度和熱制度的調(diào)整
造渣制度和熱制度不合適時(shí)，會(huì)影響煤氣流分布和爐缸工作狀態(tài)，從而引起爐況不順。大礦批冶煉后，高爐的煤氣利用必然會(huì)發(fā)生變化。也會(huì)影響高爐的熱狀態(tài)，從而會(huì)導(dǎo)致造渣制度的變化。因此5號(hào)高爐總結(jié)以往操作實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，摸索出大礦批冶煉的熱制度和造渣制度。規(guī)定渣堿度R：1.14-1.18，[si]0.35-0.5%，物理溫度：1500～1530℃
6 大礦批冶煉的實(shí)際效果
在采取以上保障措施后，龍鋼5號(hào)爐的批重由以前的43～45.5t 逐步擴(kuò)大到現(xiàn)在的56～57t，高爐穩(wěn)定順行，煤氣利用大大提高，提高了綜合冶煉強(qiáng)度，燃科比、焦比逐漸降低，高爐穩(wěn)定順行狀況明顯改善，風(fēng)壓、壓差合適，透氣性改善，料尺下料均勻，無崩料、塌料現(xiàn)象，零懸料的歷史最好水平，[Si]穩(wěn)定在0.4%左右，物理溫度> 1500C ，生鐵質(zhì)量大大改善，生鐵含[S]下降，一級(jí)品率月平均在95%以上。
由于穩(wěn)定的焦窗和大礦批的相組合。高爐氣流穩(wěn)定，煤氣利用提高(見圖4) ，爐況順行，各項(xiàng)指標(biāo)迅速提高(見圖5) .
結(jié)語
龍鋼5號(hào)高爐將批重由以前的43～45.5t擴(kuò)大到現(xiàn)在的56～57t，實(shí)行大礦批強(qiáng)化冶煉，通過實(shí)行中心加焦技術(shù)，穩(wěn)定焦窗平臺(tái)，實(shí)行”大α角、大礦角”布料，提高了煤氣利用，實(shí)現(xiàn)了邊緣穩(wěn)定、中心暢通的氣流，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(見圖6) 。
① 堅(jiān)持焦炭枇重13.5t 不變，穩(wěn)定焦炭平臺(tái)，穩(wěn)定了氣流：同時(shí)較厚的焦炭層減少了礦石對(duì)焦炭的推移作用：提高了焦碳在塊狀帶、軟融帶焦碳層的厚度，使煤氣流順利通過，降低壓差，有利于高爐操作穩(wěn)定。
②中心加焦技術(shù)的應(yīng)用保障了中心氣流的暢通，減弱了大礦批對(duì)中心氣流的抑制作用，為大礦批的冶煉創(chuàng)造了前提條件.
③焦丁和礦石混裝入爐，改善了中心部位礦石的透氣性和暢通性，穩(wěn)定氣流。