宣钢1#高炉炉役后期指标提升实践

路鹏  裴生谦  赵成  王洪余  褚润林

(河北钢铁集团宣钢公司炼铁厂，河北 宣化 075100)

摘  要:对宣钢1#高炉炉役后期操作实践进行了总结。下部缩小风口面积、使用长风口，提高鼓风动能；上部优化布料矩阵，采用大矿批，稳定煤气流分布；维持合理的理论燃烧温度；阶段性钛矿护炉、堵风口等措施，克服了炉役后期不利条件的影响，在连续保持炉况14个月稳定顺行的基础上，技术经济指标不断提升，2019年2月份日产合格生铁完成6185t/d，入炉大焦比337kg/t，煤比170kg/t，为企业生产稳定及成本降低创造了良好条件。

关键词:风口；鼓风动能；布料矩阵；理论燃烧温度；钛矿护炉

1 概况

宣钢1#高炉（2500m³）于2008年3月15日点火生产，至今生产接近11年，单位炉容生铁产量8057t/m³，高炉已处于炉役后期，冷却壁水管破损增加，影响炉内煤气流分布，不易维持合理的操作炉型；铁口附近区域炉缸碳砖温度阶段性大幅度升高，其中1#铁口区域炉缸碳砖温度T559最高达到563℃，影响高炉安全生产；热风炉蓄热室和格子砖渣化严重导致风温水平偏低，这些因素都影响着高炉稳定顺行和强化冶炼。

2 应对措施

针对上述情况，厂及作业区炼铁技术人员转变操作理念，积极探索适合1#高炉炉役特征及外围条件的操作制度，通过采取一系列针对性调整及应对措施，最终实现了高炉长周期稳定顺行，达到了自开炉以来最好的生产状态，实现了日平均风量5100 m³/min，产量6100 t/d以上的良好业绩。

2.1 风口布局的优化

高炉风口布局对送风制度有决定性的影响。大量生产实践证明，初始中心煤气流较弱, 炉缸中心难以吹透, 结果使死料柱处于呆滞状态, 炉芯焦更新缓慢, 同时高炉下部边缘气流偏强，沿炉缸周边滴落的铁水量增加，提高了环流铁水密度。炉底中心温度低和炉前作业变坏正是炉芯焦透液性变差和炉缸活性下降的反映^[1]。1#高炉已处于炉役后期，风温水平降低导致鼓风动能下降，同时炉缸侧壁温度阶段性偏高，因此必须保持足够的鼓风动能和风口回旋区深度，吹透中心，保证炉缸活跃度。同时通过与其他企业的对标考察中发现，一直以来，宣钢高炉风口长度偏短，这也是高炉中心吹不透，炉况欠稳定的原因。

为此，1#高炉从2017年年底开始调整风布局，风口面积0.3303㎡缩小至0.3285㎡，风口长度由L585mm加长至L615mm，铁口上方风口加长至L635mm，高炉实际风速保持在250m/s以上，鼓风动能达到了11000kg/m·s～12000 kg/m·s（原10000～11000 kg/m·s），风口调整见表1。

随前期调整后，高炉炉缸状态改善, 中心初始气流活跃, 压差下降，为高炉加重焦炭负荷创造了条件。风口面积缩小后，入炉风量不但没有降低，反而有了明显提升，近几年风量与热压变化如图1所示。后续又视炉况发展及炉缸侧壁温度易升高情况，局部使用了L635mm风口。最终通过风口的调整, 使燃烧带回旋区向炉缸中心延伸，改善炉缸渗透性，缩小炉缸工作死区，减少炉缸侧壁铁水环流冲刷，对于保护炉缸侧壁薄弱点也有一定作用^[2]。

2.2 布料矩阵优化

随着1#高炉进入炉役后期，高炉的设计炉型与操作炉型产生了很大的差异，炉腰、炉腹内衬受渣铁侵蚀严重，高炉内型直径变大，实际高径比减小，边缘气流易发展，中心气流易受抑制^[3]。同时随着1#高炉风温水平的降低，也会导致中心气流减弱，边缘煤气流发展。

炼铁技术人员以:“坚持开放中心，适当抑制边缘”方针，上部装料制度由“矿5环、焦6环”的布料矩阵调整为“矿4环、焦6环”，适当缩小矿环带，收窄平台宽度，加深漏斗深度，强化中心气流，稳定边缘气流，最终实现中心气流充足而边缘气流稳定。

在这一过程当中，边缘不能压得太“死”也不能太“活”，否则极易造成炉墙粘结，所以需密切关注壁体温度和水温差的变化，发现跑偏时，及时调整。通过调整，冷却壁温度波动幅度减小，边缘热负荷水平趋于平稳，其炉体热负荷稳定在8500×10 MJ/h～10000×10 MJ/h，如图2所示。

2.3 阶段性钛矿护炉与临时堵风口

之前宣钢高炉处理炉缸温度升高，提钛护炉是通过提高烧结矿或球团矿来提高高炉入炉钛负荷，此作法涉及上游原料配料及生产工艺调整，周期长且存在滞后性，影响范围广。目前1#高炉通过实施高冷却强度下阶段性钛矿护炉，自出现炉缸温度超标后，高炉提高冷却水量至4000m³/h（正常3850m³/h）。配加钛矿，提高铁水[Ti]≥0.09%，[Si]控制0.35%～0.5%（正常0.25%～0.40%），保证铁水温度1500℃以上，若温度升高较快时，配合堵温度高部位的风口，减小此区域铁水环流同时有利于钛的碳氮化物沉积，对应对炉缸侧壁温度升高有着立竿见影的效果。

2018年1#铁口区域炉缸碳砖温度T559在4月14日1号铁口倒场停用后呈上行趋势，4月16日后温度上行幅度增大，4月22日配加钛矿1.5t/批，25日增加至2.0t/批，并PB块矿由11%逐步减少至5%，提高钛负荷至高于8kg/t(Fe)以上。4月27日炉缸炭砖T559温度升高至563℃，水温差0.5℃，高炉休风堵27#风口，送风后逐步恢复正常。其处理前后T559温度变化如图3所示。

后续生产过程当中，高炉1#，包括2#和3#铁口区域碳砖温度也出现过升高较快的现象，同样采取上述配加钛矿提高入炉钛负荷，若上升幅度较大，配合堵温度高部位风口1～2个，待炉缸侧壁温度下降至基本正常后，及早减少直至停加钛矿，捅开风口，避免长期钛负荷高，渣铁粘稠，引起炉缸死焦堆透气、透液性恶化带来炉底温度下行和炉缸活性下降。后续几次处理过程持续10天左右，对高炉炉况及产量整体影响不大。

2.4 风口前理论燃烧温度控制

适宜的理论燃烧温度应能满足高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量。根据理论燃烧温度经验计算公式，风温每降低100℃，理论燃烧温度下降约80℃，1#高炉风温下降了约90℃，理论燃烧温度降低70℃左右。为维持风口前理论燃烧温度，炉内采取提高富氧率，由4.2%提高至5.0%，提高风口前理论燃烧温度35℃左右，在一定程度上减小了1#高炉风口前理论燃烧温度降低的幅度。

目前风口前理论燃烧温度维持在2150℃～2200℃，见图4，符合目前大高炉理论燃烧温度正常要求范围。同时富氧率的增加，一方面提高了高炉喷吹煤粉的置换比，减少了未燃煤粉对高炉冶炼进程的不利影响；另一方面，富氧率的增加缩短了风口前回旋区的宽度与深度，这一不足可以通过上述加长风口来得以补偿^[4]。

生产实践证明，此理论燃烧温度范围较为适宜，满足了高炉正常冶炼所需的炉缸温度和热量需求，保证了液态渣铁的充分加热和还原反应的顺利进行^[5]。

2.5 采用大矿批

矿批的扩大一方面增加焦窗厚度，另一方面也减少了混合料层的界面效应，很好地抵消了大风量带来的高压差效应，使高炉阻损降低有利于炉况的稳定。同时，矿批的扩大对稳定料面平台及改善煤气利用也起到良好的效果^[6]。

1号高炉矿批由之前的63t逐步扩大到目前的69～70t，在后续重负荷过程中保持焦层厚度不减，提高了料柱透气性，稳定气流，优化了炉内气流分布，改善了煤气利用率。

2.6 提高炉顶压力

压力的提高加快了气体的扩散和化学反应速度，有利于化学反应的进行。提高炉顶压力，煤气体积缩小，在风量大致不变的情况下，煤气在炉内停留时间延长，增加了矿石与煤气的接触时间，有利于矿石还原。有碍硅还原反应进行，因而高压操作有利于降低生铁含硅量，有利于获得低硅生铁。

随炉况发展及风量水平提高，1号高炉炉顶压力由225 Kpa逐步提高至235 Kpa，维持压差≤170 kPa，顶压的提高减缓了炉内煤气流速，进一步改善了炉况顺行和提高了煤气能量利用，发展炉内间接还原，抑制直接还原，减少炉尘吹出量，为低硅冶炼及稳定炉温创造条件，对炉况稳定及进一步节焦提煤创造了条件。

2.7 控制合适的镁铝比

从降低生产成本、降低能耗出发，2016年9月份开始，宣钢烧结矿开始降低MgO含量，由2.1%逐步下调至1.85%，高炉炉况反应整体不大。2018年5月开始，烧结矿MgO含量进一步降低至1.70%左右，同时高炉炉渣实际MgO/Al₂O₃比值由0.55左右降低到0.5左右，炉内表现为压差升高，进入9月份炉外出铁时常出现炉渣粘稠，粘沟现象，9月16日炉况出现波动，风量萎缩，产量降低。宣钢另一座2500m³高炉也出现了类似情况，为改善渣铁流动性，尽早恢复炉况，9月18日烧结矿MgO含量由1.7%提高至2.1%，后高炉压差逐步降低到正常水平，炉况很快恢复至正常，其2018年烧结矿MgO含量与高炉压差对应关系变化如图5所示。

鉴于上次炉况波动，炼铁技术人员对于宣钢高炉炉渣合适镁铝比控制范围有了重新认识，那就是在高炉炉渣Al₂O₃偏高（＞15%）及渣铁比偏高的情况下，高炉炉渣镁铝比不宜进一步降低。后续烧结矿MgO含量一直控制在2.15%左右，高炉炉渣镁铝比保持在0.55左右，渣铁流动性正常，炉况平稳。

2.8 铁口维护管理

高炉铁口区域是炉缸部位最薄弱的环节之一，科学合理地维护好铁口是炉前操作的首要工作。在高炉生产过程中，合理的铁口深度是出尽渣铁的有效保障，也能起到在铁口周围形成稳定的泥包保护炉缸侧壁的作用，保持稳定的铁口深度是保证炉前作业稳定和高炉长寿的重要手段之一^[7]。

始终保持铁周围稳定的泥包存在，这一点对于处于炉役后期尤其是侧壁温度有过较大幅度升高的高炉更为重要，1#高炉在生产过程中的具体操作是，对于要停场使用的铁口，使用几炉铁高强度炮泥，以保证停场后铁口周围泥包能够较长时间存在；刚倒场投入使用的铁口，前几炉铁也使用高强度炮泥，以便快速涨铁口深度到位，快速形成泥包，后切换为普通炮泥，对保护炉缸薄弱点起到了一定作用。

3 实践效果

通过采取一系列技术措施，1#高炉克服了炉役后期种种不利条件，摸索出了一整套适合炉役后期的操作制度，实现了炉况的长期稳定及指标改善。其2018年及2019年1，2月份各项经济技术指标变化见表2。

表2 宣钢1#高炉2018年及2019年1，2月份主要技术经济指标

4 结语

宣钢1#高炉结合自身原燃料条件和生产状况，在炉役后期设备老化，冷却壁破损增加、炉缸侧壁温度阶段性升高及风温水平偏低的情况下，通过积极调整，摸索出了适合其炉役特征的操作制度和生产管理模式，实现了炉役后期炉况顺行及指标改善。

1) 在正常生产中通过上下部调整，保持强有力的中心气流，保证正常的炉缸活跃度，是高炉稳定顺行的基础，同时也能有效防止和控制高炉侧壁温度攀高, 也是高炉长寿安全生产管理的首要任务。

2）配加钛矿护炉仍然是高炉处理炉缸侧壁温度升高经济、可行、易操作的手段，若温度上升较快时果断堵铁口上方个别风口，尽快降低温度至正常水平。

3）对高炉渣镁铝比控制范围要视原燃料条件、操作条件分别对待，不能一概而论。就目前宣钢高炉炉渣Al₂O₃含量偏高（＞15%）及渣铁比偏高的情况下，高炉炉渣镁铝比不宜长时间低于0.53。

4）热风炉蓄热室和格子砖渣化严重导致风温水平偏低，影响高炉燃料消耗的进一步降低。

​参考文献:

[1] 徐万仁，朱仁良，张龙来等．宝钢2 号高炉炉缸侧壁侵蚀原因及控制实践[J]．钢铁，2007．42(1)：8-11．

[2] 雷召锋，张兴锋．马钢1#2500 m3 高炉炉役后期生产管理[J]．安徽冶金科技职业学院学报，2017．27(1)：27-30．

[3] 李淼，李晓东，杜运来．昆钢2500m³高炉低品位冶炼操作实践[C].第十四届全国大高炉炼铁学术年会论文集.甘肃：中国金属学会，2013：344-348．

[4] 庞江，王斌，张利波. 宣钢2#高炉低风温操作技术研究[C]. 2018年全国高炉炼铁学术年会论文集，2018：368-372.

[5] 周传典．高炉炼铁生产技术手册[M]．北京：冶金出版社，2005：321.

[6] 李明，王志堂，曾文德．马钢号高炉炉役后期强化冶炼实践[J]．炼铁，2013．32(5)：10-13．

[7] 朱仁良.宝钢大型高炉操作与管理[M].北京:冶金工业出版社,2015：377.