崔曉冬，胡金波，司新國，甄常亮，客海濱
( 河鋼集團(tuán)唐鋼公司煉鐵廠，河北唐山063016)
摘要: 分析了高爐入爐原料結(jié)構(gòu)變化對高爐冶煉的影響，并提出了應(yīng)對措施。通過合理匹配入爐資源結(jié)構(gòu)、實(shí)施鐵前物料篩分系統(tǒng)改造、改進(jìn)高爐日常操作等措施，提高了高爐的適應(yīng)能力，為高爐穩(wěn)定順行創(chuàng)造條件，并且實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
關(guān)鍵詞: 高爐; 原料結(jié)構(gòu); 篩分系統(tǒng); 日常操作
0 引言
河鋼唐鋼煉鐵廠高爐系統(tǒng)2#高爐( 2 000 m3 )于2017 年底限產(chǎn)停爐，目前，在線運(yùn)行3 # 高爐( 3 200 m3 ) 、4#高爐( 3 200 m3 ) 2 座［1］。近兩年來，環(huán)保形勢日益嚴(yán)峻，受市場及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的影響，高爐入爐原料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性變差，一定程度上制約了高爐指標(biāo)的優(yōu)化［2］。
1 高爐入爐原料結(jié)構(gòu)變化及影響
2017 年下半年以來，尤其是冬春季采暖期，受限于地域和氣候條件等因素，唐山地區(qū)空氣污染較為嚴(yán)重［3 － 4］。期間為緩解環(huán)境壓力，環(huán)保部門對相關(guān)行業(yè)實(shí)施環(huán)保限行、限產(chǎn)政策。限行、限產(chǎn)期間，高爐面臨的最大變化是入爐原料結(jié)構(gòu)頻繁波動，尤其是燒結(jié)限產(chǎn)，導(dǎo)致高爐階段性配吃部分或全部落地?zé)Y(jié)礦; 同時受車輛限行影響，煉鐵廠汽運(yùn)球團(tuán)資源緊張，球團(tuán)品種和配比調(diào)整較頻繁。入爐燒結(jié)礦和球團(tuán)資源結(jié)構(gòu)變化情況見圖1、表1。
由圖1 可以看出，高爐入爐燒結(jié)礦配比最低為62． 71%，最高為75． 53%，波動范圍高達(dá)12． 82%。
落地?zé)Y(jié)礦包含部分外購燒結(jié)礦和自產(chǎn)燒結(jié)礦，外購燒結(jié)礦因多次倒運(yùn)、長時間放置，強(qiáng)度和粒度指標(biāo)較差，轉(zhuǎn)鼓指數(shù)70% 左右、RDI － 3． 15 40% 左右，且成分波動大; 自產(chǎn)部分的質(zhì)量相對穩(wěn)定，但也在一定程度上存在這方面問題。
煉鐵廠高爐使用的球團(tuán)礦主要依靠汽車運(yùn)輸，由于環(huán)保限行政策的影響，汽車運(yùn)輸受限，雖啟動火車運(yùn)輸，但資源仍難保證，需階段性地采購部分外購球團(tuán)礦。據(jù)統(tǒng)計， 2017 年至2018 年上半年，共配加10 個不同品種球團(tuán)礦，高爐入爐球團(tuán)配比頻繁調(diào)整，且不同品種球團(tuán)礦成分及冶金性能等存在一定差異。
入爐原料條件的穩(wěn)定與否，對高爐順行和指標(biāo)改善至關(guān)重要［5，6］。高爐入爐燒結(jié)礦和球團(tuán)礦配比、配入時間以及調(diào)整幅度，在不同程度上影響高爐順行。高爐大量配吃落地?zé)Y(jié)礦，頻繁調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)、變換礦種，對高爐冶煉的負(fù)面影響主要表現(xiàn)在［7］: 首先，大量配吃落地?zé)Y(jié)礦會惡化高爐料柱透氣性，影響煤氣流分布，容易造成邊緣氣流不穩(wěn)，出現(xiàn)爐墻粘結(jié)、竄氣、塌料等爐況，進(jìn)而影響高爐順行;其次，短時間內(nèi)大幅度地加減落地?zé)Y(jié)礦的用量，容易引起煤氣流短時間急劇變化，導(dǎo)致熱量劇烈變化，高爐燃耗大幅度波動，如果控制不及時，容易引起高爐的爐況波動; 第三，外購的燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的成分與自產(chǎn)礦相比，差別較大，并且穩(wěn)定性也有一定差距，不利于堿度控制，直接影響鐵水質(zhì)量和爐缸活躍程度，最終影響高爐的冶煉過程。
2 高爐入爐原料變化的應(yīng)對措施
隨著對原料條件變化的深入研究，在高爐操作上，通過摸索、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)對手段不斷完善，高爐適應(yīng)能力逐步提升。煉鐵廠針對入爐礦石的變化制定相應(yīng)的生產(chǎn)組織方案，降低外圍因素影響，為高爐穩(wěn)定創(chuàng)造基礎(chǔ)條件，保證高爐順行，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。
2． 1 原料的綜合評估及質(zhì)量管控
首先，對外購球團(tuán)礦、燒結(jié)礦的主要成分、冶金性能、有害元素含量進(jìn)行入爐前的系統(tǒng)檢測，并對不同物料的每項參數(shù)設(shè)定最低控制標(biāo)準(zhǔn)，建立與供應(yīng)方的反饋機(jī)制，對其質(zhì)量問題提出改進(jìn)意見。
其次，外購礦品種較多，各品種外購礦不但與自產(chǎn)礦石之間存在差異，其質(zhì)量也不盡相同，入爐前要進(jìn)行綜合評估。根據(jù)礦石供貨來源、性能優(yōu)劣、成分穩(wěn)定性將其分檔。與自產(chǎn)礦石相當(dāng)?shù)牡谝粰n可以直接配入; 對于質(zhì)量性能較差的第二檔，設(shè)置專用礦倉，分倉入爐，并根據(jù)礦種供應(yīng)量，控制入爐比例，條件允許的情況下，減小配比，延長配入時間，降低其對高爐的影響。
第三，強(qiáng)化入爐后礦石的跟蹤檢測，對于外購礦石，特別是第二檔礦石，提高檢測頻率，每天檢化驗(yàn)的次數(shù)為常規(guī)檢測的2 倍。對質(zhì)量波動較大，或者質(zhì)量下滑的礦石，及時減量或者停止配吃。原料、高爐區(qū)域的技術(shù)人員現(xiàn)場看料，重點(diǎn)關(guān)注，及時了解外觀變化，包括強(qiáng)度、粒度、水分，并做出反饋。在高爐配料計算中，自產(chǎn)礦石成分取值為最近3 次檢測的平均值，而對第二檔礦石則增加至5 次，以減小其成分波動對高爐配料的影響，穩(wěn)定爐渣堿度及鐵水成分。
2． 2 篩網(wǎng)系統(tǒng)的改造及篩分的管理
落地?zé)Y(jié)礦由于長時間存放，并且數(shù)次倒運(yùn)，粉化嚴(yán)重［7］，粒度比直送燒結(jié)礦差，＜ 10 mm 比例高于直送燒結(jié)礦。一般直送燒結(jié)礦該粒度區(qū)間比例在20% ～ 25%，而落地?zé)Y(jié)礦在40% 左右，經(jīng)過高爐槽下篩分，比例35% 左右，與入爐標(biāo)準(zhǔn)＜ 28% 相差較大。該粒度比例過大，將影響爐內(nèi)塊狀帶礦層透氣性，不利于煤氣流的穩(wěn)定。
為應(yīng)對頻繁配加落地?zé)Y(jié)礦造成的不利影響，對高爐槽下燒結(jié)礦篩網(wǎng)進(jìn)行改造。高爐燒結(jié)礦倉下篩網(wǎng)為單層雙面篩，改造前篩網(wǎng)尺寸為5 mm /3． 5mm，能滿足直送燒結(jié)礦粒度篩分要求，將＜ 5 mm比例控制在5%以內(nèi); 對落地?zé)Y(jié)礦粒度分布，篩分效果不好，雖＜ 5 mm 比例可以控制，但5 ～ 10 mm比例偏大。
為防止高爐全部配吃直送燒結(jié)礦篩分時造成不必要的資源浪費(fèi)，對比分析了落地?zé)Y(jié)礦的篩上物、篩下物篩分?jǐn)?shù)據(jù)，并結(jié)合其配比和調(diào)整頻率，將高爐燒結(jié)礦槽下5 套篩網(wǎng)中的2 套( 即4#、5#倉下的篩網(wǎng)) 尺寸改為8 mm /4． 5 mm。改造后落地礦的篩分效果，＜ 5 mm 比例滿足＜ 5% 要求，5～ 10 mm 比例控制在25% 以內(nèi)，＜ 10 mm 比例在30% 以內(nèi)，基本接近高爐的控制標(biāo)準(zhǔn)。
同時，嚴(yán)格管理落地?zé)Y(jié)礦的配入。將落地礦裝入4#、5#倉( 篩網(wǎng)已改造) ，根據(jù)落地?zé)Y(jié)礦存放時間的長短、料場的粒度狀況、倒運(yùn)次數(shù)的多少，嚴(yán)格控制倉下篩網(wǎng)過料量，在滿足高爐料速、不卡料的前提下，過料量控制到最小，保證篩分充分。
2． 3 高爐爐內(nèi)操作應(yīng)對
配吃落地?zé)Y(jié)礦以及頻繁改變爐料結(jié)構(gòu)期間，不同礦石冶金性能不同，高爐料柱透氣性不穩(wěn)定; 不同礦石軟化區(qū)間有區(qū)別，軟熔帶高度起伏大，最終都會影響高爐的煤氣流穩(wěn)定［7］。爐況波動具體表現(xiàn)為: 爐身靜壓不穩(wěn)定，渣皮脫落頻繁并且容易粘結(jié)，壁體磚襯溫度波動大，爐況極其脆弱，可能造成極端爐況。
首先，高爐操作要從根本上將大幅度、長時間配吃落地礦，爐料頻繁變換品種與短時間的原料質(zhì)量波動的區(qū)別開來。雖然采取了一系列措施，但是最終入爐的爐料質(zhì)量呈現(xiàn)下滑趨勢，而以往高爐爐料質(zhì)量波動是短暫的，且范圍小。以往高爐針對燃料變化采取的措施是被動應(yīng)對，在原料整體較好的情況下，部分或者暫時變化，高爐的反應(yīng)是短暫的壓量關(guān)系緊或者燃料比上升，甚至變化不明顯，高爐的應(yīng)對基本上以負(fù)荷為主，針對出現(xiàn)的爐況具體變化小幅度調(diào)劑。大范圍的爐料質(zhì)量變化，對高爐的影響幅度大、時間長，一旦順行遭到破壞出現(xiàn)極端爐況，諸如管道、懸料、崩料等，處理起來難度大，成本高，特別是大高爐更是如此。因此，與順行出現(xiàn)問題后處理爐況相比，提前退守保證高爐穩(wěn)定更為經(jīng)濟(jì)。
綜合考量，權(quán)衡利弊，制定應(yīng)對方針: 提前足量，穩(wěn)定為主，靈活調(diào)整。響應(yīng)應(yīng)急預(yù)案時，根據(jù)原料變化幅度和變化的具體情況，結(jié)合前期對落地礦或新料種的綜合評估情況，主動提前退負(fù)荷，保持疏松壓量關(guān)系，采取抑制邊緣、疏導(dǎo)中心的裝料制度，穩(wěn)定邊緣，防止出現(xiàn)局部氣流。熱量控制上限，［Si］較正常操作提高0． 05 ～ 0． 1，物理熱保證充足，控制在1 510℃以上，防止燃料比大幅度上升后爐缸熱量不足。后續(xù)根據(jù)爐料入爐后高爐的反應(yīng)進(jìn)一步調(diào)節(jié)應(yīng)對，如前期的應(yīng)對過量，爐況反應(yīng)良好，關(guān)系穩(wěn)定疏松，適當(dāng)進(jìn)攻，順序?yàn)橄韧ㄟ^裝料制度調(diào)整邊緣中心的氣流改善煤氣利用，有條件進(jìn)一步負(fù)荷調(diào)劑，優(yōu)化指標(biāo); 如果高爐表現(xiàn)為應(yīng)對力度不足，爐況出現(xiàn)小幅度波動，采用料制調(diào)整方式，堅決控制邊緣，疏導(dǎo)中心氣流，防局部邊緣氣流過分波動導(dǎo)致高爐竄氣崩塌料等，必要時進(jìn)一步退負(fù)荷，維持高爐穩(wěn)定順行。
其次，爐前是高爐各崗位中的重點(diǎn)，渣鐵排放質(zhì)量的好壞，直接影響高爐的穩(wěn)定順行。高爐渣鐵順利排出是高爐爐內(nèi)騰出空間的主要途徑之一，也是保證高爐冶煉能夠穩(wěn)定持續(xù)進(jìn)行的必要條件，一旦渣鐵排放速度和高爐的冶煉速度不匹配，爐缸內(nèi)積存的渣鐵過多，爐缸內(nèi)部分焦炭被渣鐵托起，煤氣通道被改變，造成爐內(nèi)的憋壓。出鐵不暢造成的憋壓從某種程度上改變煤氣的初始分布，這對煤氣流穩(wěn)定極其不利，加劇了穩(wěn)定邊緣氣流的難度，在原料大幅變差期間，更容易造成局部氣流，誘發(fā)竄氣、塌料等現(xiàn)象。如果爐缸內(nèi)渣鐵長時間的排放不暢，進(jìn)一步積壓，會導(dǎo)致風(fēng)口進(jìn)渣甚至風(fēng)口小套的燒損，造成惡性事故。所以在原料變差的期間，高爐氣流穩(wěn)定性較差，爐前的出鐵組織至關(guān)重要，渣鐵的及時排出，能提高高爐對原料的適應(yīng)性，有效地減少爐況的波動。目前高爐煉鐵廠在線生產(chǎn)的2 座3 200 m3高爐，均設(shè)有4 個鐵口，一般為相對的2 個鐵口輪流進(jìn)行出鐵作業(yè)，另外2 個鐵口修補(bǔ)待用。高爐日常出鐵組織嚴(yán)格遵守兩次鐵間隔不大于20 min，一般要求在10 min 左右，本次鐵根據(jù)上次鐵出鐵狀況( 即出鐵時間長短、鐵量多少、出鐵的下渣情況等) ，靈活調(diào)節(jié)出鐵方針。如上次出鐵不虧鐵，本次出鐵正常組織; 如果虧鐵，視虧鐵程度，當(dāng)輕微虧鐵時要求調(diào)整開機(jī)的鉆頭尺寸，虧鐵嚴(yán)重時縮短鐵間隔，必要時取消鐵間隔( 在上次鐵后期組織本次出鐵) ，兩出鐵場同時作業(yè)重疊出鐵，最大程度保證高爐及時排出渣鐵。并且規(guī)定當(dāng)有鐵口難開現(xiàn)象或者鐵間隔大于20 min，無論有無憋壓都果斷要求爐前另一鐵口做好出鐵準(zhǔn)備，組織2 個鐵口重疊出鐵，避免過度虧鐵影響高爐爐況。
第三，高爐上料作業(yè)是高爐生產(chǎn)的關(guān)鍵。上料作業(yè)區(qū)負(fù)責(zé)高爐的爐料裝入工作，設(shè)備點(diǎn)檢維護(hù)要精心到位，篩網(wǎng)及時清理保證篩分效果，防止上料故障，嚴(yán)防虧料線。同時保證爐料裝入精準(zhǔn)，裝料的圈數(shù)、角度嚴(yán)格按照設(shè)定執(zhí)行，一般要求布料參數(shù)實(shí)際值和設(shè)定值的角度誤差在0． 2°之內(nèi)，小時平均圈數(shù)誤差在0． 2 圈以內(nèi)。角度誤差和設(shè)備精度有關(guān)，同時對氣流影響較小，下料圈數(shù)的誤差如果過大對氣流分布影響明顯，故在原料變差期間對其要求更為嚴(yán)格，規(guī)定半小時( 約3 批料) 確認(rèn)平均圈數(shù)，根據(jù)結(jié)果及時調(diào)整料流閥修正干預(yù)，小時誤差平均小于0． 1 圈，杜絕因爐料裝入誤差過大引起的氣流波動進(jìn)而影響爐況。
3 實(shí)施效果
經(jīng)過幾個月的摸索和總結(jié)，爐內(nèi)操作的應(yīng)對措施逐步完善。在高爐入爐原料結(jié)構(gòu)變化期間，高爐的適應(yīng)能力逐步提升，通過系列的技術(shù)和管理手段，原料條件波動的影響相對弱化，高爐順行狀態(tài)基本穩(wěn)定，指標(biāo)持續(xù)改進(jìn)，見表2。
4 結(jié)語
在可預(yù)知的原料長時間變化時，高爐首要問題是維持穩(wěn)定，其應(yīng)對具有不確定性，“過”與“不足”二者相權(quán)，總體來說前者的損失要小，故應(yīng)提前采取措施保證高爐穩(wěn)定順行。在原料大幅度變化時，日常操作上需小心謹(jǐn)慎，高爐煉鐵是一個系統(tǒng)工程，特別是在外圍因素不穩(wěn)定時，爐況脆弱，抗干擾能力差，任何環(huán)節(jié)的差錯都可能造成爐況波動或者失常，要求高爐管理者一定要統(tǒng)籌兼顧，細(xì)致全面，為高爐的穩(wěn)定順行提供保障。
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