马钢4000 m3高炉长期稳定顺行实践

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马钢4000 m3高炉长期稳定顺行实践

马钢4000 m³高炉长期稳定顺行实践

丁晖钱超李如林

(安徽工业大学) (马鞍山钢铁股份有限公司)

摘要对马钢4000m³高炉长期稳定顺行的生产实践进行了总结。通过采取精料入炉、建立操作预警机制、调整煤气流分布、完善高炉操作及加强管理等措施，马钢2座4000m³高炉实现了长期稳定顺行，同时取得了较好的技术经济指标。

关键词大型高炉炉缸稳定顺行

　马钢第三炼铁总厂有2座4000m³高炉，2座高炉采用相同的配置。炉体和炉缸的材质和砌体结构如下：炉底第1层采用国产高导热石墨质炭砖，第2、3、4层采用国产大块半石墨质炭砖，第5层采用进口优质炭块BC—7S，第6、7层为进口MS4R陶瓷垫；炉缸侧壁外围采用进口微孔大块炭砖BC—7S；铁口以上区域采用国产半石墨质炭砖；陶瓷杯壁采用进口大块MONOCORAL砖。

　陶瓷杯炉缸的特点是保温性能好，导热性能差。因此，高炉炉缸热制度的波动对高炉炉况影响较大。而高炉炉缸工作活跃，是高炉稳定顺行的必要保障。影响马钢4000m³高炉炉缸工作的因素主要有：①入炉焦炭的平均粒度偏小；②由于使用进口矿粉，炉渣中Al₂O₃含量较高；③马钢自产矿含TiO₂较高，导致铁水中含Ti偏高。由于受这些因素的影响，高炉炉缸时常出现炉缸堆积、炉缸工作不均匀、炉缸部位测点温度下降等现象，造成2座4000m³高炉炉况不同程度的失常。为此，组织进行了高炉长周期稳定顺行攻关。通过采取一系列有效措施，达到了高炉长周期稳定顺行，同时冶炼得到进一步强化，技术经济指标有较大提高。

1 　加强原燃料质量管理，确保炉况顺行

1．1精细管理，精料入炉

　生产管理向上道工序延伸，根据烧结矿生产及资源状况，向公司提出匀矿配比进行造堆，及时掌握混匀料变化情况，从源头抓起，做好应对措施。根据匀矿配比变化调整烧结工艺操作参数，确保烧结矿转鼓强度相对稳定，从而达到烧结矿质量相对稳定。加强烧结矿进槽前喷洒CaCl₂管理，确保同步喷洒率100％，降低烧结矿的低温还原粉化率。粉末多是造成高炉料柱透气性差的根本原因，因此要稳定顺行与强化冶炼，减少粉末人炉尤为重要。加强槽位管理，避免烧结矿二次粉化；控制好原燃料的T／H值，减少人炉粉末；强化筛网管理，从新修定筛网使用、更换及检查制度，要求高炉槽下筛子根据使用寿命定期更换，同时加强巡检，对堵筛或断齿及时处理，提高了筛分效果，确保原燃料粒级稳定；严格控制原燃料入炉粉末比例，要求烧结矿≤5 mm的比例月平均≤2．5％，入炉焦炭≤25mm的比例月平均≤2．5％，入炉焦丁≤10mm的比例月平均≤2．5％。由于以上措施综合作用结果，实际指标均好于规定要求。1—8月平均达到人炉烧结矿≤5 mm的比例月平均≤0．55％，入炉焦炭≤25 mm的比例月平均≤1．1l％，入炉焦丁≤10 mm的比例月平均≤1．95％。达到了精料入炉的目的，从而为高炉稳定顺行奠定了基础。

1．2加强焦炭质量的跟踪

　焦炭在高炉冶炼中起着发热剂、还原剂和料柱骨架的三大作用，焦炭质量对煤气流分布有非常重要的影响。随着高炉强化冶炼的进行，煤比逐步提高，焦炭在高炉内作为燃料和还原剂的作用被煤粉部分取代。在块状带，随着炉料中焦炭体积的减少，料柱透气性降低。在软熔带，焦窗随负荷的加重而相对变薄，焦炭粒度增大可以提高焦炭夹层的透气性，而作为料柱的骨架作用显得尤为突出，对高炉强化冶炼至关重要。在滴落带，渣铁熔化通过固体焦炭层，当焦炭粒度变小或不均匀时，焦炭的比表面积增大和间隙度减少，增加了渣铁液体通过焦炭层的阻力和产生“液泛”现象，入炉焦炭强度低、粒度小，易恶化料柱透气性，导致炉缸堆积，炉缸不活。所以，焦炭强度和粒度是改善料柱透气性的重要保证，是关系煤气流分布的重要指标。马钢煤焦化公司生产的焦炭冷热态强度平均水平较高(见表1)，但焦炭强度、粒度波动较大。1—8月入炉平均粒度相对较小，只有48．44mm。马钢新区2座高炉因此同时发生炉缸堆积，炉缸工作不均匀，双向铁口温度变化较大，炉况出现失常现象，需时常对炉缸进行洗炉处理，严重影响高炉长期稳定顺行。因此，对焦炭质量的跟踪尤为重要，通过与煤焦化公司建立信息交流平台，当煤焦化公司配煤比发生变化或操作参数调整时，及时通知高炉，高炉对调整后的焦炭从槽下进行跟踪，观察实物焦炭的粒度大小、粒度均匀性、色泽变化，进行操作调整，并结合高炉炉缸各测点温度变化进一步调整负荷及其他参数。由于调整及时，避免炉缸工况产生较大的波动，为高炉稳定顺行提供保障。

　随着高炉冶炼强度的提高，仅依靠马钢新区焦化提供的焦炭严重不足。为此，公司从老区每天向新区倒运焦炭到新区煤场，再用汽车倒运至小料场后输送到高炉。经过如此多次倒运，焦炭粒度严重粉化，且高炉也仅能配15％老区干焦，被迫配用质量更差的露天场地15％左右的外购焦。为了能使用更多的老区干焦，且又能保证其质量，将原煤场卸老区干焦的场地处建了一套输焦系统，直接由行车抓进料斗中，经皮带直接打至高炉焦炭仓。这样不仅保证了焦炭质量，也节约了打料时间，使2座高炉能够同时配用40%，老区干焦，取消使用外购焦，焦炭结构得以改善。另外调整焦炭入炉前的老区干焦、湿焦、新区干熄焦排料顺序，确保相对好的焦炭布在中心；同时小块焦(25～40mm粒级的焦炭)采取单独一个周期排放，并根据炉况进行特殊布料模式，以便达到对气流控制；而焦丁(10～25 mm粒级的焦炭)通常和矿石同周期排放。混入矿批中的焦丁对改善透气性也有一定作用，同时控制焦丁的用量以保证大焦负荷的相对稳定。通过对各粒级焦炭排料和布料模式的精细控制，是高炉炉况稳定的保证。

2 建立操作预警机制

　为建立和强化“以高炉为中心”的长效生产运行机制，进一步优化生产过程，提升高炉工艺操作和管理技术水平，强化相关工序原燃料处理与过程控制及工序保障能力，建立预警机制和计划值管理。根据开炉以来的生产实践，对高炉的主要操作参数建立预警机制。如焦炭人炉平均粒度、干湿焦使用比例、渣中Al₂O₃含量、铁水含n量对炉缸工况影响巨大，而炉芯与侧壁温度则是反应炉缸工况的重要参数，对各参数建立黄色预警和红色预警值。操作中如参数出现黄色或红色报警，则根据不同预警在操作上采用不同程度的调节，从而做到早发现早调节，避免炉况出现大的波动，实现高炉长期稳定顺行。

2．1 焦炭入炉平均粒度、干湿焦使用比例预警

　根据生产实践体会，干湿焦使用比例的变化对炉况的影响，主要对煤气流分布影响较大。再则湿熄焦比干熄焦粒度相对较小，湿熄焦比例提高，入炉焦炭粒度下降，对炉缸也产生影响。因此，建立焦炭入炉平均粒度、干湿焦使用比例预警(见表2)至关重要。

　当焦炭入炉平均粒度≤46mm达到黄色预警时，操作上临时加轻料过渡，如果连续2天以上达到黄色预警值，则果断进行退负荷操作，并减少小块焦的使用量；当焦炭入炉平均粒度≤45mm达到红色预警时，则果断进行退负荷操作，并减少小块焦的使用量，如果连续2天以上达到红色预警值，小块焦比控制在25 kg／t以下，停止使用焦丁，达到控制焦炭粒度的大幅降低、提高大焦层的目的，缓解由于焦炭粒度下降对炉况的影响，并及时将信息反馈给煤焦化公司。

　正常干熄焦使用比例在90％，以上。当煤焦化公司设备故障或干熄焦设备检修时，造成干熄焦使用比例下降，当干熄焦比例≤60％达到黄色预警时，操作上负荷不做调整，结合炉况进行补加轻料过渡处理；当干熄焦比例≤50％达到红色预警时，则果断进行退负荷操作。如干熄焦比例继续降低，在负荷一步退到位的情况下，适当减用小块焦，焦丁比控制在25kg／t以下，应根据焦炭总量平衡控制冶炼强度，严禁低槽位操作。千熄焦生产正常后，首先根据干熄焦生产量逐步增加干熄焦使用比例，使干熄焦使用比例逐渐过渡到正常水平，再根据炉况逐步调整负荷。

2．2渣中Al₂O₃含量、铁水含Ti量、炉缸侧壁温度预警

　在马钢现行的用矿结构条件下，渣系中Al₂O₃含量在较高水平(16％左右，时常会达到18％左右)。根据实验数据分析可得，正常炉况下渣温>1500℃，渣中Al₂O₃含量升高将直接导致渣黏度上升。为了保证炉况的稳定和减少因炉渣中Al₂O₃含量异常造成高炉渣系的波动，影响炉况稳定，对渣中Al₂O₃含量建立预警值管理(见表3)。

　马钢白产凹磁矿含TiO₂较高，导致铁水中含Ti偏高。与兄弟公司比较，马钢生铁含Ti处在较高水平(见表4)。根据兄弟公司的操作经验，生铁含Ti量达到0．080％～0．100％时，护炉效果明显，为避免炉缸产生高熔点钛化物黏结，对铁水中Ti含量、炉缸侧壁温度建立预警值管理(见表3)。

　当炉渣中Al₂O₃≥16．5％达到黄色预警时，应查找导致炉渣中Al₂O₃上升的原因，采取措施保证炉渣中Al₂O₃含量不继续上升，如继续上升则调整用矿结构，降低烧结矿使用比例；当炉渣中Al₂O₃≥17．0％达到红色预警时，调整用矿结构，适当提高渣量，稀释炉渣中Al₂O₃的含量，并调整烧结矿中Al₂O₃含量，以达到降低炉渣中Al₂O₃含量，保持渣中Al₂O₃含量的相对稳定，避免渣系的波动，达到高炉的稳定顺行。

　根据生产实践，生铁中含Ti量的变化与炉缸侧壁温度十分对应(如图1所示)。从图中看出，随着生铁中含Ti量的升高，炉缸侧壁温度随之降低，对应变化趋势十分明显，因此生铁含Ti对炉缸侧壁温度影响明显。当生铁中含Ti≥0．090％，达到黄色预警时，应查找入炉TiO₂负荷是否增大，如入炉TiO₂负荷增加，则减少球团矿的用量；当生铁中含Ti≥0．095％达到红色预警时，减少球团矿的用量，并降低球团矿中自产凹磁矿配比。由于铁水中[Ti]量与铁水含Si、物理热相关联，根据相关资料介绍[Ti]与[Si]的相关系数在80％以上，与铁水物理热相关系数在65％以上，即炉温越高，Ti越易还原，铁水中的Ti含量越多。因此控制好铁水[Si]、物理热对稳定生铁含Si有利。

　当炉缸侧壁温度≤200℃达到黄色预警时，控制铁水中的Ti含量≤0．080％，3个铁口轮流出铁，加强炉前出铁，提高炉缸环流有利于渣铁对炉缸侧壁的冲刷；当炉缸侧壁温度≤190℃达到红色预警时，在采取上述措施的同时，加锰矿洗炉。通过以上措施，炉缸侧壁温度稳定在210℃以上，从而保证了炉缸工作的相对稳定，确保了高炉长期稳定顺行。

3　上下部调节相结合，以稳定煤气流分布

3．1 选择合适的送风参数确保风速合理

　根据冶炼强度和炉型，确定合理风口面积。马钢4 000 m³高炉在目前条件下，风口面积控制0．4425 m²较适宜。风口回旋区是煤气流分布的起点，对气流二次分布起主导作用。随着高炉冶强、喷煤量大幅度提高，炉腹煤气量和未燃煤粉相应也增加。由于大部分煤粉在靠近风口处燃烧，使风口循环区发生很大变化，煤粉分解热增加，同旋区径向长度缩短。从初始煤气流分布来看，由于矿、焦比相应提高，料柱透气性相对变差。主要表现为边缘煤气流发展，中心煤气流不容易吹透，保持稳定的风速对中心煤气流的分布至关重要。在操作中要求标准风速控制在240m／s左右，确保中心煤气流分布合理，进而改善料柱透气性。

3．2采用上部调节手段，保证煤气流合理分布

　根据主要操作参数，综合判断煤气流分布及状况，制定合理的布料制度，并且随外界条件及炉内气流变化调整布料制度。由于种种原因，煤气流分布发生变化，若中心煤气流弱，可以通过减少中心矿石布料圈数、降低料线，保证一定料面漏斗深度，使中心煤气流稳定而且宽度窄。若中心煤气流过强，煤气利用率低，高炉抗波动能力差，煤气流分布易被破坏，也要适当控制。除调整布料制度外，还可以通过提高顶压，控制煤气流速进行控制稳定中心煤气流。若边缘煤气流强，边缘热负荷高，边缘十字测温高，需要控制边缘煤气流。但如果热负荷高而且不稳定，局部有脱落，需要适当疏松边缘煤气流，达到稳定分布。喷煤量较大时，炉腹煤气量较大，边缘煤气流较强，可以适当控制边缘煤气流；当喷煤量大幅度减少时，炉腹煤气量剧减，边缘煤气流变弱，此时，不及时调整边缘煤气流分布，容易导敛炉墙脱落。边缘煤气流局部分布过强或过弱，会破坏煤气流分布，需要适当疏松边缘气流，保证煤气流合理分布。

4　稳定高风温、高富氧，以稳定炉缸工况

4．1 风温使用稳定在高水平

　风温是活跃炉缸最经济的重要热源，占高炉热量总收入的1／3左右。高风温是实现大喷煤、提高煤焦置换比的前提，高风温可以补偿风口前煤粉分解吸收的热量，促进煤粉的充分燃烧。马钢新区高炉风温使用正常在1200～1250℃，平均达到1232℃。高风温的使用可改善煤粉在高炉内的燃烧状态，是改善料柱透气性、提高喷煤比、降低燃料比的重要措施。

4．2稳定高富氧

　富氧能够提高鼓风中的含氧浓度，达到强化冶炼的效果。在保持风量不变、焦比一定的前提下，每提高1％的富氧率；理论上可增产4．76％，。另外富氧还可以提高风口前的理论燃烧温度，加快煤粉的燃烧，提高煤粉的燃烧率；同时富氧为增加喷煤量提供了保证，富氧可减少炉腹煤气量，与喷煤增加炉腹煤气量互补，有利于初始煤气流的合理分布。一般来说，当高炉富氧率升高时，高炉回旋区缩小，边缘煤气流增强，中心煤气流减弱。因此，在喷煤量基本稳定的情况下，富氧率应保持相对稳定，从而达到高炉回旋区的稳定，使煤气流的初始分布稳定。鉴于目前煤比水平与经济利益的综合考虑，马钢富氧率维持在2％。

5　合理使用煤比，保持高炉稳定顺行

　喷煤采用喷吹烟煤与无烟煤的混合煤。烟煤配比从生产初期10％逐步增加到45％，挥发分控制在22％±1．5％。提高了制粉能力，有利于煤粉的充分燃烧，减少了未燃煤粉在料柱的存积，改善了料柱的透气性，这也为煤比的提高提供了条件。但由于马钢新仅焦炭使用结构的原因，制约了煤比大幅提高。主要是大焦人炉平均粒度小为48．44 mm，还使用13．73％平均粒度为39．50 mm的小块焦，并且焦丁达到35kg／t。宝钢人炉焦炭粒度>53mm，马钢入炉焦炭粒度与宝钢相比差近5 mm。随着煤比的提高，焦炭负荷增加，焦层厚度减薄，料柱透气性严重恶化，煤气流的分布变差。再则进入炉缸的粒度变小，易使炉缸焦炭死料柱增加，形成炉缸堆积。为保证炉况稳定顺行，新区高炉的煤比为165±10 kg/t为适。

6　使用大矿批、高顶压，以稳定煤气流

　随着强化冶炼的提高，顶压由原来的200kPa提高到225 kPa，矿批由85 t提高到98 t。通过采用稳定较大矿批，使整个矿、焦层分布趋于均匀，焦层厚度增加，焦窗明显，且矿焦混合界面层减少，高炉透气性改善；稳定高顶压操作，降低炉顶煤气流的流速，对降低炉尘吹出量(如图2所示)，减少矿粉和含碳燃料的损失，降低燃料比和生产成本是十分有利的。同时通过调整布料矩阵，既保证了中心煤气流的稳定，同时适当控制边缘煤气流，使煤气流分布趋于合理和稳定。

7　稳定炉缸热制度与造渣制度

　炉缸热制度的稳定，对高炉稳定顺行非常重要。炉温波动较大，可使软熔带部位上下移动，造成炉墙黏结和渣皮脱落，使煤气流分布混乱，甚至出现崩滑料，而渣皮脱落到炉缸又加剧了炉缸温度的波动。另外炉温过高或者过低，均对煤气流分布影响较大。炉温过高，煤气利用率差，同时对Ti元素还原有利，生铁[Ti]大幅增加，对炉缸侧壁产生影响；炉温过低，容易破坏炉况顺行。要求炉温[Si]控制在0．40％～0．50％，[S ]控制在0．020%～0．050％，σ值在0．12％以下，炉渣碱度控制在1．10～1．12，铁水温度控制在1500～1510℃，炉温的稳定为稳定煤气流和炉况创造了条件。稳定炉温的措施是稳定高风温、确保喷煤成分和喷煤量稳定、保持合适的燃料比。当燃料比发生异常时，要查明原因。此外每班高炉工长至少检查槽下原燃料2次，并做好记录，减少因原燃料变化而导致的炉温、炉况的波动。

8　加强炉前操作管理

　马钢A、B高炉均设置2个矩形出铁场，4个铁口，每个出铁场下方设置2条铁路停放线。开炉后采取对铁口出铁，随着高炉的强化冶炼，逐步改为3个铁口轮流出铁，大大改善了炉缸的工作状况，为高炉进一步强化冶炼提供了条件。此外炉前操作也是高炉冶炼过程中的重中之重，炉前各项指标的好坏直接影响到高炉各项技术经济指标的提高。高炉出铁制定了严格的炉前操作指标标准：正常出铁一般采用击ф67．5mm的钻杆，铁口深度3700～3900mm，全风堵口率为100％，出铁时间要求2．0～3．0h。如有渣铁不净、休风前或高炉温时一般采用ф70 mm的钻杆，确保出净渣铁，避免高炉憋风现象；并且避免堵口跑泥，以确保铁口深度的稳定；同时保证间隔开对面铁口，降低出铁断渣、断铁次数，从而为高炉炉况的相对稳定提供了保证。