承钢新4号（2500m3）高炉钒钛矿强化冶炼实践

张之晓

摘要:承钢炼铁厂新4#（2500m3）高炉开炉以来，在冶炼钒钛矿过程中，由于原燃料质量恶化、操作过急、操作制度不合理等原因，造成高炉出现了频繁悬料、崩料、定向气流等炉况失常现象，强化冶炼受限。通过改善原燃料质量、调整操作制度、细化高炉操作等措施，炉况得以迅速恢复并长周期稳定，各项技术经济指标稳步强化。

关键词:大高炉；钒钛矿；强化冶炼

1     概述

河北钢铁集团承钢公司炼铁厂新4#高炉有效容积2500m3，设计利用系数为2.3t/m3•d，年产铁水量201万吨，采用并罐式无料钟炉顶装料设备，胶带机上料方式，焦丁回收工艺；炉体采用先进的软水密闭循环冷却系统，炉腹、炉腰部位采用四段铜冷却壁，炉喉钢砖采用水冷，实现100％冷却；优化配置炉底、炉缸耐材，炉底从下向上分别设半石墨炭砖、微孔炭砖、陶瓷垫，炉缸采用炭砖与陶瓷杯结合的结构；炉前采用平坦化出铁场，固定储铁式主沟，铁沟端部采用摆动流嘴；高炉 选择适于大喷煤量操作的并罐式喷煤系统，总管加分配器的喷吹方式；矿槽、出铁场及炉顶配有完 善的通风除尘设施，以改善环境；设置了较完善的检测控制和高炉过程控制系统，并预留专家系统 接口；拥有3 座旋流顶燃式热风炉，设置烟气余热回收装置预热助燃空气，满足在利用高炉煤气作为烧炉原料的前提下1200℃高风温的需要。

高炉于2008年9月16日送风投产，主要进行钒钛矿冶炼。投产初期冶炼普通矿，9 月22 日产量达到 5964.63 吨，利用系数达到2.39 t•m-3•d-1，实现“6 天达产”，比计划提前1天实现达产任务。达产后炉况良好，下料均匀、出铁顺畅、炉温充沛稳定，在9月29日由冶炼普通铁置换为冶炼钒钛铁后，炉况平稳过渡，利用系数仍然保持在2.15 t•m-3•d-1 以上。但由于外围条件、原燃料及操作等方面的原因，高炉一直未能达到最佳状态，抗风险能力差，至11月下旬，高炉出现炉墙结厚 及炉缸堆积征兆，炉况波动，频繁出现悬料、崩料现象，炉前出渣出铁困难，风量减少，加风困难，产量大幅下降，焦比明显升高，各项技术经济指标迅速恶化。虽采取了调整风口，按比例配加普通机烧矿、热洗炉等措施，但效果不明显，为尽快恢复炉况，减少经济损失，进行了普通铁冶炼，恢复正常的高炉操作炉型，消除炉缸中心堆积，高炉炉况得以迅速恢复，后顺利转换为钒钛矿冶炼。通过此次炉况恢复过程，认识到维护合理操作炉型的重要性，通过严抓原燃料入炉，采用先进的热负荷、静压高炉操作法，匹配上、中、下部操作制度，炉况得以在2009年2-5月份保持长周期稳定，各项技术经济指标也得到了稳步提高。

2     精料

精料是高炉生产上台阶的保障，高炉炼铁工作者通过长期的生产实践，用“七分原料三分操作”来说明精料对高炉生产的决定性影响，可见精料对高炉稳定的重要性，特别是冶炼钒钛矿大高炉存在炉缸直径大、炉缸不容易活跃，冶炼周期长，惯性大、钒钛矿低温还原粉化严重等一系列特点，对精料提出了更高的要求。

2.1   烧结机的管理

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针对烧结原料存在的问题，烧结机采取了积极的措施，通过稳定烧结矿成分、加强铁精粉的检验工作、上攻烧结矿“两率”、提高普粉配比、加强岗位操作与管理、减少热停机等措施，尽可能的减少原料对烧结矿冶金性能的影响，稳定烧结矿质量，提高烧结矿的稳定性能。

2.2   高炉的管理

高炉入炉原料中烧结矿用量占70％左右，烧结矿质量的波动对高炉炉况的稳定影响很大，针对烧结矿存在的问题，在对烧结矿质量进行攻关的同时，高炉也采取了积极的措施，每班密切关注高 炉槽下原燃料变化，对机烧矿进行取样化验，包括筛分、转鼓、水分，沟通质计部对入厂的外购球 团矿进行及时取样化验，根据原燃料条件调整相应的操作制度；加大烧结矿筛底，加强槽下筛分工作，减少粉末入炉，使入炉烧结矿粒度＜5mm 比例控制在 3％以内，5-10mm 比例控制在20％以下， 同时对烧结矿喷洒防粉化剂，降低烧结矿的低温还原粉化率，使高炉透气性和煤气流分布有了明显的改善，为高炉的稳定顺行创造了良好的条件。

3     加强焦炭管理

焦炭质量的稳定是高炉稳定顺行的基础，焦炭在炉内不仅起发热剂、还原剂的作用，更重要的作用是作为高炉料柱骨架，对高炉的稳定顺行起着决定性的作用，特别是冶炼钒钛矿大高炉存在钒钛矿低温还原粉化严重、高炉透气性差的特点，对焦炭料柱骨架的作用就显得尤为突出。

新4#高炉开炉初期，一级焦比例和入炉焦炭质量相对比较稳定，但随着市场形势的变化，焦炭 质量持续下滑，一级焦炭供应频繁告急，且质量得不到保障，对高炉的稳定顺行造成了很大的影响。为了稳定高炉炉况，在原燃料管理方面做了大量的工作，通过对焦炭分级入仓管理、稳定入炉焦炭比例、同时提高质量较好的大土河焦炭的比例，槽下焦炭及入厂的每勾焦炭进行取样化验、加强高炉槽下筛分工作等措施，对焦炭质量进行了有效的控制，并取得了显著的效果，焦炭质量逐步好转，为高炉的长周期稳定顺行和指标的强化奠定了基础。

4     加强设备管理

设备运行状况的良好是高炉稳定生产的必要条件，如果设备出现故障，无计划休慢风时间长，极易形成炉缸局部堆积，使高炉稳定顺行状态遭到破坏，，因此，在日常生产中要加强设备点检和维护，新4#高炉为加强设备的管理工作，对设备采取分片管理，主要的设备责任明确到人，并与绩效考核和激励政策联系起来,有效的降低了设备休慢风率,使设备休慢风率分别由开炉初期的3.136％和2.1％降低到 1％以下，为高炉的长周期稳定顺行和指标强化提供了强有力的保障。

5     优化操作制度

5.1   提高布料的精确度

上部布料调剂是高炉操作的主要调剂手段之一，对煤气流的分布起着决定性的作用，由于新 4#高炉采用并罐式无钟炉顶，布料过程中出现炉料偏析现象，对煤气流的合理分布造成很大的影响，为了解决这一问题，在生产过程中采取每15 批料倒换一次矿焦罐，每3 批料变一次溜槽旋转方向的方法，减轻炉料偏析对高炉布料的影响，同时建立了布料模型，对高炉布料规律进行实测，与理论计算进行对比分析，提高了布料的精确度，使煤气流分布更加合理，为高炉长周期稳定奠定了基础。

5.2   匹配上下部调剂

5.2.1       静压的应用

为了更快的反应高炉炉况发展趋势，及时判断高炉各种异常变化，为高炉调节提供依据，新 4#高炉引进了炉身静压技术，根据现有的压差监测数据，计算出上部、中部、下部压差，将高炉边缘纵向分为三段，根据纵向压差和周向压差的变化情况，采取不同的手段，通过调整上部装料制度和下部送风制度，将其作为炉况分析、炉况调剂与指导工长日常操作的主要参数之一，达到高炉精细化操作的目的，同时根据压差情况加快加风进程。

利用炉身静压力检测判断高炉状况，国内也有少量使用的，但判断范围之广，使用频率之高、设备维护之完善，在国内未见报道。炉身静压设备是分别在高炉的炉身下部、炉身上部周向均匀开4 个直接通到炉内的取压孔，在高炉正常生产地过程中，用氮气连续吹扫取压孔，以使取压孔不致 被炉内粉尘或炉料及渣铁熔融物堵塞。其工作原理是:把高炉看作是一个有压容器，向有压容器吹入 高于炉内压力的气体时，P 吹与 P 炉之间存在以下比例关系:

P 吹－P 炉=KZQ

其中K为常量系数，Z为沿程阻力，当吹扫管确定后，Z也是常量，Q为吹扫气体流量，通过计算机控制进行恒流量吹扫，所以 KZQ 是个常量，将 KZQ 项表示为△P 也就是压损。吹扫公式就 成为 P 吹－P 炉=KZQ，改变一下形式就成为:P 炉=P 吹－△P。

与炉身温度相比，炉身静压力反应更快，可及时判断高炉周向气流的均匀性、炉墙局部粘接、“悬 料”发生部位、软熔带位置、高炉炉型等，一方面，炉身静压可较早的反映炉况变化，指导高炉提前调剂；另一方面，调剂会较早的体现在炉身静压变化上，从而判定调剂是否正确。

目前国内大中型高炉应用炉身静压技术的高炉不少，但真正能够利用起来的并不多，一方面是没有开发利用静压力检测的结果来分析判断，另一方面是对检测设备的安装和维护技术不够，导致 检测点堵塞。新4#高炉为了保证炉身静压力表的充分利用，从多方面进行维护:

（1）炉身静压力表的安装:吹扫管的形状，插入角度与深度，以及合适的氮气吹扫量等。

（2）保证吹扫压力。炉身静压设备能够正常运行的关键是保证N2吹扫压力要大于炉内压力至少0.1Mpa 以上。定期检查吹扫流量有无变化。如果设定流量值不断变小，甚至没有吹扫流量，炉身静 压力提供的数据失真，必须及时进行处理；保证气动控制系统灵活好用。

5.2.2       上下部操作制度的调剂

5.3                   适宜的理论燃烧温度

维持适宜的理论燃烧温度，是保持炉缸正常工作的基本前提。富氧鼓风使理论燃烧温度提高，喷煤则理论燃烧温度降低，提高风温一方面可使理论燃烧温度提高，加快煤粉挥发物挥发速度和燃烧速度，另一方面由于煤粉的加热、气化和分解吸热反应，更有利于接受高风温；富氧、喷煤、高风温则综合三者变化，维持一个适宜的理论燃烧温度。如果太低，则煤粉燃烧不完全，会导致炉凉；如果太高，将导致炉况不顺，产生崩料和悬料。在生产中应尽可能使用高风温、高煤比，以降低焦炭消耗，并通过调整富氧量，维持适宜的理论燃烧温度。根据生产实践，新4#高炉适宜的理论燃烧温度为 2330℃左右，以下为新 4#高炉投产以来富氧喷煤风温使用水平与理论燃烧温度控制范围。

5.4   坚持低[Si+Ti]冶炼

[Si+Ti]是冶炼钒钛矿高炉的主要控制参数之一， Si 和Ti都是难还原元素，还原Si 消耗的热量是还原相同数量铁耗热的8倍，Ti还原比Si还原还要困难[1]，因此，我厂把还原出Si和Ti的多少作为判断高炉热状态的标准，[Si+Ti]的高低直接反映出炉温的高低，根据经验，[Si+Ti]每降低 0.1％，可以降低燃料比4～6kg/t，提高产量1～1.5％，对高炉降本增效起着重要作用，同时由于钒钛矿冶 炼的特殊性，炉温过高或过低都会造成渣铁黏度增加，软融带的透气性和透液性降低，煤气流分布发生变化，铁损升高，渣铁难出，容易形成炉缸局部堆积，给高炉炉况的稳定和生产组织带来很大的影响。因此新 4#高炉达产初期就制定了低[Si+Ti]冶炼操作方针，铁水[Si+Ti]控制范围在 0.25～0.6％，以活跃炉缸工作状态保铁水物理热 1440～1460℃，炉渣碱度控制在 1.13±0.05，既确保了渣铁具有良好的流动性，又保证炉缸热量充沛，同时降低了燃料消耗，为高炉生产稳定创造良好的

条件。

5.3                   提高顶压，降低压差

提高炉顶压力，在冶炼强度不变的情况下，总压头损失降低，流速减慢，作用于炉料的浮力也相应的降低，炉料比较容易下降，因而有利于炉况的稳定顺行，同时提高顶压，煤气在炉内停留时间延长，有利于还原反应进行，也有利于降低焦比。经过反复摸索，确定新4#高炉压差控制范围150～160kpa。

6     维护合理的操作炉型

合理的高炉操作炉型对于稳定炉况、获得良好的技术经济指标和延长高炉寿命都具有重要的意义。通过生产初期对炉况波动的恢复过程，充分认识到了维护合理操作炉型的重要性，在生产中引起了高度重视。

炉腹角是高炉设计中主要参数之一，过大的炉腹角可能造成炉腹冷却设备的热负荷加大。过去，国内对炉腹角未给予应有的重视，一些炉腹角过大的高炉操作表明，炉腹冷却壁挂渣困难，损坏过早，应确保合适的炉腹角度。因此在新4#高炉设计之初，就充分考虑到了这点，对高炉的高径比、炉腹角及各主要参数进行计算、分析后，确定了炉腹角度78.75°。

新4#高炉冷却设备完全采用冷却壁+薄炉衬形式，其中炉腹、炉腰、炉身下部共四段采用铜冷却壁。

目前铜冷却壁已在国内外普遍采用，主要特点有:

（1）热阻小，工作温度低——约比球墨铸铁高～10 倍，铜冷却壁内不铸入水管，消除了间隙热阻，这样便降低了冷却壁本体的温度和相应的温度应力，有利于形成能够保护冷却壁自身的渣皮，高传热率可使渣皮尽早形成，会隔离冷却壁的热表面，这样减弱了热传导，其程度甚至比铸铁冷却壁还低得多。

（2）渣皮稳定——如果一旦出现渣皮脱落，由于铜冷却壁具有较强的冷却能力，能在热面上迅速形成新的渣皮。有关高炉记录到的铜冷却壁上渣皮形成的温度记录，铜冷却壁上渣皮建立的过程只不过15分钟左右的时间。

由于铜冷却壁的这些特点，在新4#高炉使用铜冷却壁后，使高炉的热量损失较小高炉大大降低，这是由于形成了稳定厚实的渣皮，本体的工作温度较低所致。炉腹、炉腰、炉身下部是高炉最薄弱部位，采用铜冷却壁之后，在该部位建立起了高炉冶炼条件下可靠的冷却体系，维持了合理的操作炉型，避免了渣皮大量脱落对炉墙的损耗及对炉温和炉况的影响，降低了燃料消耗，为高炉的稳定 和长寿创造了良好的条件。

在生产操作方面，新 4#高炉引进了热负荷高炉操作法，利用高炉现有的监测数据，通过编程计算出各区域热负荷，根据高炉上下部热负荷变化，提前预知上下部煤气流分布情况，进行上下部煤 气流和进水水量、温度的调整，控制合理的煤气流分布，杜绝边缘煤气流过分发展烧坏铜冷却壁，稳定中部调剂制度，杜绝大幅度调整水温和水量，每次调整进水温度不超过1℃，水量不超过 5%，经过长期的生产经验总结，确定新 4#高炉热负荷正常控制范围在 20000±2000。

 热负荷高炉操作法，作为大高炉操作的先进技术，特别是冶炼钒钛铁的大高炉提供了量化手段，为高炉在当前冶炼条件下制定相应的操作制度提供了依据，有效解决了高炉长期以来操作制度不合 理的问题，为高炉的稳定和低耗创造了条件，应用效果显著，也是大高炉冶炼钒钛铁的突破。

7     加强基础数据管理

建立数据管理系统，成本日核算、指标统计指导生产。为量化高炉操作，为高炉操作指明方向，加强了基础数据管理，对每日的高炉指标进行统计分析，对生产成本进行核算和控制，每周高炉召开技术分析会，解决生产中出现的问题，统一操作思想，在每月初对上月的生产指标及生产状况进行对比分析，并召开分厂级的技术例会，制定下一步的操作思路，明确了操作方向，有效的指导了高炉生产，为高炉的稳定生产提供了技术支持。

8     强化炉前操作

外围组织是生产稳定的必要条件，大高炉冶炼钒钛矿工艺的特殊性决定了外围组织与炉内操作 同等重要的地位，新4#高炉为使炉前操作满足高炉生产需要，采取了一系列有效的措施，首先通过储铁式大沟的应用，解决了钒钛矿冶炼大高炉渣铁沟维护困难、铁口损毁严重、炉前工人劳动量大以及休风后主沟保温等一系列问题；其次加强铁后组织，加快出铁节奏来适应大高炉和钒钛铁冶炼的需要，保证日平均出铁15炉次以上，严禁带渣铁堵口，确保高炉及时出净渣铁；并加大检查和考核力度，严格杜绝渣中过铁和铁中带渣等炉前事故的发生，使无规律的大高炉生产组织规律化，程序化，为高炉稳产高产创造良好的运行环境。

9     结语

目前新4#高炉生产基本处于长周期稳定阶段，各项技术经济指标正在稳步推进，但在生产过程中也存在一些问题，如风口小套漏水是制约新4#高炉指标进一步强化的主要因素，需要进一步加以解决。在生产过程中，要树立“稳定压倒一切”的观念，生产管理必须以稳字当头，条件好时以稳 求进，条件不好时以退求稳，必须杜绝“捞”的思想。在工艺操作方面，深入坚持“凉不得、热不 得、长不得、等不得”的“冶炼钒钛磁铁矿四不得”操作要点；工艺调剂方面，坚持“先大调，后小调，立足长远兼顾短期”的“大小适宜，长短结合”的理念，使各种调剂和铁前铁后环境、炉况发展趋势有机的结合起来；在实施过程中，要切实落实：“操作有预见，调剂有计划，错误有补救” 的调剂原则，尤其要重视铁后组织，加快出铁节奏来适应大高炉和钒钛铁冶炼的需要。

同时加强学习，开阔视野，坚持“走出去，请进来”，消化吸收，更新观念的做法，大胆尝试、不断创新，制定出适合自身的操作、管理模式，使新4#高炉生产迈上一个新的台阶。

参考文献:

[1]周传典.高炉炼铁生产技术手册.北京:冶金工业出版社，2003: 28-41,313-369