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本钢北营新1#高炉特护期间调整装料制度降低燃耗的实践
来源：2019年第七届炼铁对标、节能降本及新技术研讨会论文集|浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]
本钢北营新1 高炉特护期间调整装料制度降低燃耗的实践黄波（北营炼铁厂新1 高炉作业区 本溪市117000）摘 要：本文详述了本钢北营新1 高炉特护后采取长期堵风口、降低富氧率、提高炉温及…
本钢北营新1#高炉特护期间调整装料制度降低燃耗的实践
黄波
（北营炼铁厂新1#高炉作业区 本溪市117000）
摘 要：本文详述了本钢北营新1#高炉特护后采取长期堵风口、降低富氧率、提高炉温及配加钒钛矿等护炉措施造成燃料比大幅上升时，以降低燃料比为目标，对调整布料矩阵过程及效果进行了总结。通过对控制冶炼强度后送风制度及热制度的改变及气流分布前后变化的对比进行系统分析，探索相应的布料矩阵，以炉况稳定，降低燃耗为最终目标，通过近一个月的摸索，确定了护炉时期上下部相适应的装料制度，燃料比由585Kg/t降到了565Kg/t，实现了高炉特护期间炉况稳定，降低燃料比的预期目标。
关键词：高炉特护、燃料比
1 概述高炉特护情况
本钢北营新1#高炉是由中冶京城设计，有效容积3200m³，共设有4个铁口，32个风口，炉缸结构型式为进口大块碳砖(炉缸关键部位)＋国产大炭块(炉底、炉缸上部)＋国产陶瓷杯形式。炉底、炉缸耐材结构设计方案为炉底水冷封板上第1层为满铺国产高导热石墨炭块，第2层为半石墨碳砖，第3、4层国产微孔碳砖，第5层即炉底最上面一层碳砖为引进SGL大块超微孔炭砖（9RD-N），炉底共砌5层大块炭砖，厚度2100mm。满铺炭砖的顶面设置二层刚玉莫来石质小块砌筑的陶瓷垫，高度为800mm。炉缸异常侵蚀区和炉缸中下部引进SGL超微孔炭砖9RD-N(共10层)炉缸上部环砌4层国产大块微孔炭砖。死铁层和铁口区域的炭砖局部加厚，炉缸炭砖内侧砌小块刚玉质陶瓷杯砌筑。炉底冷却水管中心线以上至炉底密封板间以及封板上部的找平层采用导热性能好、便于施工优质碳素捣料，冷却水管中心线以下采用CN130浇注料。炉底炉缸部位光面灰铸铁冷却壁冷却壁与大块炭砖之间留有80mm填料缝，其间充填导热率与大块炭砖相近的炭素填料。
新1#高炉自2017年10月31日炉缸第2段45#冷却壁与3段42#之间的TE-171002点热电偶温度达到997℃，炉缸的TE-090603点也达到849℃。自2018年2月13日集团公司成立了特护小组，制定了特护方案。为确保新1#高炉安全稳定运行和检修的科学合理，邀请了国内部分钢铁企业和大专院校、设计院的炼铁专家，于4月26日对北营新1#高炉进行了为期一天的现场调查和座谈，对炉缸侵蚀原因进行了分析并制定了护炉措施如下：。
（1）第一个侵蚀原因，铁口区域炭砖加厚，局部存在“涡流”现象，炉缸内铁水环流造成局部侵蚀加剧，局部存在异常侵蚀。
（2）第二个原因是炭砖冷面与冷却壁之间有间隙，水蒸气进入后，耐材老化，导热系数急速降低，造成热负荷波动，致使炭砖受到侵蚀。
（3）侵蚀严重区域的局部炭砖残余厚度估算在430mm-600mm，按照预警、警戒、危险三个阶段划分，已经达到危险阶段，应该进行大修。
（4）改善现场环境，增加视频监控与照明，要做到全方位监控，不留死角，增加重点区域单支单块冷却壁与冷却强度监测，可以考虑改开路高压水，加强冷却，同时增加2段、3段冷却壁的温度监控密度。
（5）铁水含钛低，钛负荷要达到7～8㎏，含钛0.12-0.15%。
（6）中心焦过多，煤气利用只有42%，为了减少环流，可以缩小风口面积，增加风量使用，提高鼓风动能，并改善中心焦焦炭粒级；
（7）加强水质与水压的管理，水质要增加检测，提高水速与水压，可将供水泵改“3用0备”，对漏水风口要及时更换，炉缸排水孔也要及时排水。
（8）加强对钾、钠、锌等有害元素的检测与控制，可以考虑购买承德球团矿，或在球团矿中直接配加钛粉。
（9）产量的安排要以安全为基础，应减产三分之一左右。
2 布料矩阵调整前高炉各参数及燃耗情况
自2018年2月15起，北营新1#高炉开始特护生产，高炉冶炼强度大幅度下降，通过长期堵TE-171002点热电偶上方对应的30#、31#风口，减少富氧量、配加钒钛矿等护炉措施，有效的制止了炉缸耐火材料的进一步侵蚀，TE-171002点热电偶温度下降并稳定在相对安全的一个箱体内波动，同时产量大幅下降，燃耗上升，相比正常生产时燃料比上升近30kg/t.Fe，高炉参数及燃料比具体情况见表1。鉴于此，2019年2月起，本钢集团北营公司决定成立由北营炼铁厂厂长担任组长的降耗攻关小组，对新1#高炉特护状态下进行降燃料比攻关工作。
1 概述高炉特护情况
本钢北营新1#高炉是由中冶京城设计，有效容积3200m³，共设有4个铁口，32个风口，炉缸结构型式为进口大块碳砖(炉缸关键部位)＋国产大炭块(炉底、炉缸上部)＋国产陶瓷杯形式。炉底、炉缸耐材结构设计方案为炉底水冷封板上第1层为满铺国产高导热石墨炭块，第2层为半石墨碳砖，第3、4层国产微孔碳砖，第5层即炉底最上面一层碳砖为引进SGL大块超微孔炭砖（9RD-N），炉底共砌5层大块炭砖，厚度2100mm。满铺炭砖的顶面设置二层刚玉莫来石质小块砌筑的陶瓷垫，高度为800mm。炉缸异常侵蚀区和炉缸中下部引进SGL超微孔炭砖9RD-N(共10层)炉缸上部环砌4层国产大块微孔炭砖。死铁层和铁口区域的炭砖局部加厚，炉缸炭砖内侧砌小块刚玉质陶瓷杯砌筑。炉底冷却水管中心线以上至炉底密封板间以及封板上部的找平层采用导热性能好、便于施工优质碳素捣料，冷却水管中心线以下采用CN130浇注料。炉底炉缸部位光面灰铸铁冷却壁冷却壁与大块炭砖之间留有80mm填料缝，其间充填导热率与大块炭砖相近的炭素填料。
新1#高炉自2017年10月31日炉缸第2段45#冷却壁与3段42#之间的TE-171002点热电偶温度达到997℃，炉缸的TE-090603点也达到849℃。自2018年2月13日集团公司成立了特护小组，制定了特护方案。为确保新1#高炉安全稳定运行和检修的科学合理，邀请了国内部分钢铁企业和大专院校、设计院的炼铁专家，于4月26日对北营新1#高炉进行了为期一天的现场调查和座谈，对炉缸侵蚀原因进行了分析并制定了护炉措施如下：。
（1）第一个侵蚀原因，铁口区域炭砖加厚，局部存在“涡流”现象，炉缸内铁水环流造成局部侵蚀加剧，局部存在异常侵蚀。
（2）第二个原因是炭砖冷面与冷却壁之间有间隙，水蒸气进入后，耐材老化，导热系数急速降低，造成热负荷波动，致使炭砖受到侵蚀。
（3）侵蚀严重区域的局部炭砖残余厚度估算在430mm-600mm，按照预警、警戒、危险三个阶段划分，已经达到危险阶段，应该进行大修。
（4）改善现场环境，增加视频监控与照明，要做到全方位监控，不留死角，增加重点区域单支单块冷却壁与冷却强度监测，可以考虑改开路高压水，加强冷却，同时增加2段、3段冷却壁的温度监控密度。
（5）铁水含钛低，钛负荷要达到7～8㎏，含钛0.12-0.15%。
（6）中心焦过多，煤气利用只有42%，为了减少环流，可以缩小风口面积，增加风量使用，提高鼓风动能，并改善中心焦焦炭粒级；
（7）加强水质与水压的管理，水质要增加检测，提高水速与水压，可将供水泵改“3用0备”，对漏水风口要及时更换，炉缸排水孔也要及时排水。
（8）加强对钾、钠、锌等有害元素的检测与控制，可以考虑购买承德球团矿，或在球团矿中直接配加钛粉。
（9）产量的安排要以安全为基础，应减产三分之一左右。
2 布料矩阵调整前高炉各参数及燃耗情况
自2018年2月15起，北营新1#高炉开始特护生产，高炉冶炼强度大幅度下降，通过长期堵TE-171002点热电偶上方对应的30#、31#风口，减少富氧量、配加钒钛矿等护炉措施，有效的制止了炉缸耐火材料的进一步侵蚀，TE-171002点热电偶温度下降并稳定在相对安全的一个箱体内波动，同时产量大幅下降，燃耗上升，相比正常生产时燃料比上升近30kg/t.Fe，高炉参数及燃料比具体情况见表1。鉴于此，2019年2月起，本钢集团北营公司决定成立由北营炼铁厂厂长担任组长的降耗攻关小组，对新1#高炉特护状态下进行降燃料比攻关工作。
表1 2018年4月-2019年1月布料矩阵调整前高炉参数及指标
| 日期 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 9月 | 10月 | 11月 | 12月 | 1月 |
| 风量 | 5103.8 | 5234.4 | 5314.5 | 5302.7 | 5282.2 | 5054.1 | 5122.1 | 5179.7 | 5251.5 | 5153.2 |
| 氧量 | 3991 | 6554 | 7007 | 7689 | 14407 | 13843 | 14951 | 5960 | 6736 | 6867 |
| 实际风速 | 257.4 | 256.9 | 260.3 | 259.2 | 256.9 | 260.7 | 256.9 | 254.1 | 254.4 | 251.4 |
| 热风压力 | 350.6 | 359.6 | 365.1 | 365.6 | 360 | 345.6 | 350.3 | 361.2 | 365 | 364.1 |
| 炉顶压力 | 199.3 | 204.7 | 205.4 | 209.8 | 206.9 | 194.4 | 201 | 208.2 | 212.3 | 209.8 |
| 全压差 | 151.3 | 154.9 | 159.7 | 155.8 | 153 | 151.2 | 149.3 | 153 | 152.7 | 154.2 |
| 炉顶温度 | 217.5 | 211.2 | 222.1 | 223.8 | 207.2 | 227 | 198.4 | 220.9 | 218.1 | 215.7 |
| ηco | 45.3 | 45.2 | 45.7 | 45.8 | 47.1 | 47 | 47.2 | 45 | 45.4 | 45 |
| 产量 | 5789.6 | 6459.3 | 6621.8 | 6804.3 | 7083.6 | 6175.6 | 6978.8 | 6377.6 | 6682.6 | 6432.5 |
| 燃料比 | 576.6 | 566.9 | 570.9 | 565.2 | 559.7 | 579.3 | 568 | 583.3 | 573.6 | 575.6 |
3 布料矩阵调整过程及效果
新1#炉原布料矩阵为
,2019年1月23日，新1#炉计划检修20小时，检修时观察料面，料面整体圆周截面均匀，边缘炉料局部有塌陷，焦炭平台窄，约1.2m左右，中心漏斗小，对此进行了客观分析，此料面形状因休风时为检修喷补炉顶锥段内衬项目而进行了压料作业所形成，与生产时料面形状有很大差异。生产时，炉喉十字测温边缘温度长期在38℃左右，中心温度在900℃以上，圆周大部分风口均有不同程度的下沉，曲损现象明显，高炉顺行尚可，燃料比居高不下，长期在580Kg/t.Fe以上，根据上述情况，初步判断边缘负荷过重，确定调整布料矩阵方向，保持合理的中心气流，适当的疏导边缘气流。具体调整过程及炉况变化情况见下表2。其间，2月13日到2月25日，因焦化厂二焦设备故障及三焦定检定修，焦炭供应不稳定，以焦化厂实际生产情况每天做动态平衡，主要影响为二焦化焦炭和三焦化焦炭来回转换，二焦化的干熄焦阶段性混入水熄焦。
这是本钢北营新1#高炉特护期间因采取护炉措施改变了送风制度而进行的一次相应的装料制度调整探索，只是一个调整方向的选择、确定，调整中，下部送风制度是基础，上部装料制度调整是对下部送风制度的弥补或补充下部制度变化的不足，满足生产需要，提高煤气的利用率。要形成一种稳定的操作制度，还需要时间去修正，调整过程中遇到了焦炭质量变化和性能不稳定等因素的干扰，对炉况变化的判断形成一些负面作用，经过认真全面的分析，最终确定了正确的调整思路，实现了降低燃料比的预期目标。2019年2月高炉参数及指标见表3。
,2019年1月23日，新1#炉计划检修20小时，检修时观察料面，料面整体圆周截面均匀，边缘炉料局部有塌陷，焦炭平台窄，约1.2m左右，中心漏斗小，对此进行了客观分析，此料面形状因休风时为检修喷补炉顶锥段内衬项目而进行了压料作业所形成，与生产时料面形状有很大差异。生产时，炉喉十字测温边缘温度长期在38℃左右，中心温度在900℃以上，圆周大部分风口均有不同程度的下沉，曲损现象明显，高炉顺行尚可，燃料比居高不下，长期在580Kg/t.Fe以上，根据上述情况，初步判断边缘负荷过重，确定调整布料矩阵方向，保持合理的中心气流，适当的疏导边缘气流。具体调整过程及炉况变化情况见下表2。其间，2月13日到2月25日，因焦化厂二焦设备故障及三焦定检定修，焦炭供应不稳定，以焦化厂实际生产情况每天做动态平衡，主要影响为二焦化焦炭和三焦化焦炭来回转换，二焦化的干熄焦阶段性混入水熄焦。这是本钢北营新1#高炉特护期间因采取护炉措施改变了送风制度而进行的一次相应的装料制度调整探索，只是一个调整方向的选择、确定，调整中，下部送风制度是基础，上部装料制度调整是对下部送风制度的弥补或补充下部制度变化的不足，满足生产需要，提高煤气的利用率。要形成一种稳定的操作制度，还需要时间去修正，调整过程中遇到了焦炭质量变化和性能不稳定等因素的干扰，对炉况变化的判断形成一些负面作用，经过认真全面的分析，最终确定了正确的调整思路，实现了降低燃料比的预期目标。2019年2月高炉参数及指标见表3。
表2 布料调整过程及炉况变化
| 调整时间 | 调整情况 | 高炉现象 | 效果 | 采取措施 | 原因分析 |
| 2019.2.01-2019.2.02 | 边缘焦分别加0.5圈 | 风压波动频次增加，滑料，加风困难，加减风次数增加，风量不稳定，风量5000m3/min左右 | 燃料比由585降到了550 | 中心焦加至5圈 | 边缘气流增加且不稳定，分布不均匀 |
| 2019.2.6 | 中心焦加至5圈 | 风量可占上5100m3/min，风压波动幅度减小，波动频次不减，压差上升，料柱透气性变差，仍时有小滑料 | 燃料比保持550-555之间 | 分三次加料共3吨，矿批由72t→75t以期稳定边缘作用 | 中心边缘焦量同时增加后改变了焦窗布局，气流分布改变过程中，料柱透气性变差，保持中心气流利于风量的恢复 |
| 2019.2.11-2019.2.13 | 分三次加料共3吨，矿批由72t→75t以期稳定边缘作用 | 风量萎缩4950m3/min，风压稳定性增加，滑料减少，13日出现塌料至4.0m | 燃料比保持547左右 | 矿批减回，由75t→72t，中心焦加至5.5 | 边缘气流得到一定的抑制，增加批重有利于气流的稳定，但料柱透气性并未得到改善，焦炭性质和质量不稳定 |
| 2019.2.14 | 矿批减回，由75t→72t，中心焦加至5.5 | 风量可加回5100m3/min，偏料：1#尺较另两尺深0.5m，十字测温边缘温度0→90方位升高波动大 | 燃料比上升到575左右 | 控制风量至5000m3/min，增加焦炭负荷 | 矿批小，负荷轻，边缘气流不稳定，风量小，炉况稳定性尚可，加风即可能出现边缘局部气流，引起滑料、塌料 |
| 2019.2.21 | 加矿批至73t，减焦批17.2t→16.9t | 风量渐加至5150m3/min，压力压差平稳，炉料下降顺畅 | 燃料比保持570-575之间 | 逐步增加矿批，增加焦炭负荷,并取消次中心焦炭 | 进一步稳定煤气流，提高煤气利用率 |
| 2019.2.26-2019.3.01 | 矿批加至78t，加焦批16.9t→17.5t，并取消30.5度上的1圈焦炭 | 风量稳定在5200m3/min左右，压力压差稳定，炉况顺行良好 | 燃料比保持在565左右 |
表3 2019年2月布料矩阵调整前高炉参数及指标
| 日期 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| 风量 | 5064 | 5067 | 4880 | 4995 | 4834 | 4938 | 4996 | 5017 | 4910 | 5033 |
| 氧量 | 6007 | 6003 | 4912 | 4838 | 6005 | 6010 | 6007 | 6002 | 6005 | 6002 |
| 实际风速 | 256 | 255 | 259 | 256 | 240 | 242 | 253 | 252 | 245 | 252 |
| 热风压力 | 362 | 363 | 342 | 354 | 363 | 364 | 355 | 356 | 358 | 358 |
| 炉顶压力 | 210 | 210 | 196 | 198 | 199 | 201 | 200 | 200 | 200 | 200 |
| 全压差 | 152 | 152 | 133 | 156 | 164 | 163 | 155 | 156 | 158 | 158 |
| 炉顶温度 | 240 | 223 | 209 | 213 | 219 | 192 | 212 | 192 | 224 | 181 |
| ηco | 46.31 | 45.25 | 44.77 | 44.61 | 43.94 | 46.23 | 46.99 | 46.62 | 46.68 | 46.75 |
| 产量 | 6252.3 | 6154.5 | 5401.4 | 5796.4 | 5865.1 | 6151.0 | 6416.5 | 6364.9 | 6141.3 | 6668.8 |
| 燃料比 | 589.6 | 579.5 | 582.3 | 587.3 | 568.6 | 551.1 | 557.6 | 558.9 | 557.9 | 548.4 |
| 时间 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 |
| 风量 | 5026 | 5002 | 5035 | 4952 | 4992 | 5052 | 4981 | 5036 | 4975 | 5034 |
| 氧量 | 6003 | 6003 | 6005 | 6007 | 6007 | 6005 | 6007 | 6003 | 6004 | 6005 |
| 实际风速 | 249 | 252 | 252 | 248 | 249 | 255 | 253 | 251 | 254 | 253 |
| 热风压力 | 365 | 357 | 362 | 356 | 359 | 359 | 353 | 359 | 348 | 356 |
| 炉顶压力 | 203 | 205 | 207 | 198 | 206 | 206 | 205 | 208 | 201 | 206 |
| 全压差 | 162 | 152 | 155 | 157 | 153 | 153 | 148 | 152 | 147 | 150 |
| 炉顶温度 | 176 | 201 | 182 | 182 | 192 | 199 | 212 | 196 | 204 | 224 |
| ηco | 47.09 | 46.45 | 46.30 | 46.98 | 46.21 | 44.55 | 44.66 | 45.63 | 44.87 | 44.57 |
| 产量 | 6547.3 | 6504.7 | 6504.9 | 6381.8 | 6500.9 | 6590.3 | 6247.2 | 6242.9 | 6190.7 | 6256.0 |
| 燃料比 | 553.9 | 553.2 | 547.1 | 543.2 | 541.2 | 555.3 | 572.7 | 565.7 | 562.3 | 565.2 |
| 时间 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | ||
| 风量 | 5129 | 5127 | 5144 | 5167 | 5171 | 5170 | 5178 | 5168 | ||
| 氧量 | 6004 | 6010 | 6008 | 6006 | 6006 | 6006 | 6000 | 6000 | ||
| 实际风速 | 250 | 250 | 254 | 254 | 257 | 251 | 255 | 253 | ||
| 热风压力 | 363 | 363 | 359 | 364 | 362 | 368 | 370 | 364 | ||
| 炉顶压力 | 210 | 209 | 209 | 212 | 215 | 215 | 215 | 215 | ||
| 全压差 | 153 | 154 | 150 | 152 | 147 | 153 | 155 | 149 | ||
| 炉顶温度 | 213 | 216 | 220 | 230 | 221 | 213 | 212 | 216 | ||
| ηco | 45.96 | 46.27 | 45.01 | 45.10 | 45.35 | 45.57 | 45.36 | 45.57 | ||
| 产量 | 6436.0 | 6583.0 | 6365.0 | 6408.5 | 6545.2 | 6589.6 | 6567.8 | 6565.8 | ||
| 燃料比 | 554.5 | 550.3 | 557.2 | 550.3 | 547.0 | 562.4 | 566.1 | 563.2 |
4 总结
（1）料制调整的实质是寻求炉料透气性与煤气利用的平衡点，中心发展型高炉在疏松边缘气流时应先寻求边缘和中心两道气流作为过渡，使煤气流由中心向边缘横向移动过程中，煤气流边缘和中心气流存在合适的差距，既不能过分均匀也不能过分集中，中心加焦高炉可采取增加外环焦量的同时调整中心焦量，保持原中心焦量不变的方法。调整方向与调整量是否合理，其效果表现于煤气利用率的高低变化及稳定与否，结合热风压力、压差升降及是否稳定，炉料下降顺畅与否综合判断，压力压差稳定表明气流稳定，压力压差高低表明气流分布的差别程度。料制调整要结合送风制度，使二者相匹配，即上下部相结合调整，使煤气流满足三个条件，即煤气流要有通路，分布要有适当差别，分布不能过于均匀或差别过大。
（2）调整料制要以原燃料质量为基础，料制应以适应原料条件为原则，因地域及各企业状况不同有不同性质和质量的原燃料，对高炉冶炼会产生不同的影响，这一点各炼铁厂无法统一，但在管理上我们要做到原燃料性质和质量的稳定。这次调整料制过程中，因焦化厂设备原因导致调整初期焦炭供应不稳定，频繁改变一焦、二焦、三焦供给量，给调整料制时炉况变化原因的准确判断带来较大干扰，使料制调整进程受到一定的影响，所以我们在寻求一种新的操作制度探索过程中，我们应先做好外围条件的保障工作，力求在一定时间内有一个稳定的原燃料条件下开展。
（3）料制的调整到形成一种常用的操作制度是一个漫长的过程，最终是一个操作炉型的改变。调整料制时下部调剂是基础，直接决定了初始煤气流的分布，即初始边缘煤气流发展或初始中心气流发展，料制调整是对下部调剂的促进和抑制作用，弥补或补充下部调剂的不足，满足生产需要，提高煤气的利用率。无论哪种初始煤气流，选择不同的装料制度，即发展边缘的料制，发展中心的料制，边缘和中心两道气流的料制，都可以找到一个能够保证炉况顺行的操作参数，调整过程中要以保证炉况顺行为前提，每一步调整应先找出对应的炉况顺行的操作参数，针对每一步调整观察高炉参数变化情况，对变化进行准确详尽分析，而制定下一步措施，最终形成一种制度，实现我们降耗的目标。这次调整过程中，我们通过休风时对料面的观察，风口状态的表现以及炉内操作参数的分析和生产指标情况，先确定的疏导边缘气流的调整方向，通过调整布料矩阵焦量分布，实现煤气流稳步地由中心向边缘的横移，并形成合理的分布，将燃料比由585Kg/t.Fe降到了565Kg/t.Fe，实现的我们的预期目标。
参考文献
[1] 刘云彩. 高炉布料规律－3版 北京：冶金工业出版社,2005.1
[2] 周传典. 高炉炼铁生产技术手册 北京：冶金工业出版社，2002.8
