太钢4350m3高炉强化冶炼操作实践

王红斌    唐顺兵    杨志荣

1 概述

太钢五号高炉（4350m³），是我国自行设计建造的特大型高炉，设有 38 个风口，4 个铁口，采用了 PW 串罐无钟炉顶、皮带上料、炉腹至炉身中部选用铜冷却板、软水密闭循环冷却、炉缸陶瓷杯等工艺技术。

高炉高煤比、高炉腹煤气量指数运行是钢铁企业降本增效的重大技术措施，在炼焦煤资源日益 短缺和企业间竞争日趋激烈的今天其更具有十分重要的意义。5 号高炉 2006 年 10 月 13 日开炉，通 过实施高富氧大喷煤强化冶炼操作，使得煤比和高炉利用系数得到不断提高。在 2008 年 2 月后实现 了煤比 200kg/t，2009 年 1 月后实现了高炉有效容积利用系数 2.48 t/（m³.d），炉缸截面积利用系 数 66.0t/（m².d），炉腹煤气量指数 61.10 m³/(min.m²)以上的强化冶炼。

2 原燃料质量控制管理

2.1 焦炭成分性能指标 高炉生产“七分原料、三分操作”。特别是焦炭质量要好，在炉内要起到很好的料柱骨架作用，其冷态强度要高、热态性能要好,对改善高炉透气性、保证炉缸顺利出好渣铁起着至关重要的作用^[1]。

5 号高炉焦炭成份性能指标见表 1。

表 1     太钢 5 号高炉焦炭成分性能指标，%

5 号高炉焦炭的冷热态性能指标都比较好，但灰份比较高，在 12.0%以上，不利于高煤比操作下^[1]渣比的降低和炉渣中 AL₂O₃ 含量的控制，以确保炉渣具有良好的流动性和脱硫能力 。

2.2 烧结矿成分性能指标

高强度、高品位、冶金性能好的烧结矿能实现降低渣量、改善料柱透气性的目的^[1]。2008 年 5 号高炉所使用的烧结矿化学成分及主要指标见表 2 和表 3。

2.3 煤粉成分性能指标

2008 年 2 月 5 号高炉在进行煤比 200kg/t 生产操作时，及时调整喷吹的原煤比例，在喷煤量达90t/hr 以上时没有出现风口结焦和堵枪现象，确保了 5 号高炉在高煤比下安全稳定运行。5 号高炉喷吹煤粉的成份指标见表 4。

表 4    太钢 5 号高炉煤粉的成分及粒度，%

2.4   原燃料的综合性能指标

确立合理的炉料结构和严格控制入炉粉率是高炉实现高煤比高炉腹煤气量指数强化冶炼的重要 条件。5 号高炉原料基本结构为 73.0%烧结矿+22.0%峨口球团矿+5.0%南非矿，2009 年 1 月份以后逐步降低球团矿配比，增加南非块矿配比，综合炉料高温性能得到改善。在高炉利用系数提高的同时 想方设法增产烧结矿并维持足够的转鼓强度，原料结构逐步调整为 75.0%烧结矿+15.0%峨口球团矿+10.0%南非矿，其原燃料的综合性能指标见表 5。

表 5    太钢 5 号高炉原燃料的综合性能指标

3     强化冶炼操作

3.1 实施高富氧大喷煤量操作

5 号高炉实施逐步加大富氧量和喷煤量的操作方针来提高煤比和产量。富氧量由 2008 年年初 的 12000m³/hr 逐步加到 27000m³/hr，喷煤量由起初的 75t/hr 增加到 90t/hr 以上，煤比由 170kg/t 增加到 200kg/t，产量达到 11000t/d 以上，炉腹煤气量达到 9750 m³/min 以上，炉腹煤气量指数达 到 61.10 m³/(min.m²)以上，见图 1 和图 2。5 号高炉通过调整上下部操作制度，寻求炉内煤气流的合理分布，使高炉能够接受高煤比高炉腹煤气量指数下的强化冶炼，其技术指标见表 6。

表 6    太钢 5 号高炉技术经济指标

注：系数 1 为高炉有效容积利用系数，t/（m³.d）；

系数 2 为炉缸截面积利用系数，t/（m².d）；

指数 1 为炉腹煤气量指数，m³/(min.m²)，（单位炉缸截面积上产生的炉腹煤气量^[2]。

5 号高炉随着对特大型高炉操作的不断调整适应，进入 2008 年 2 月后（全年有 8 个月）连续 5个月煤比都在 200kg/t 以上，2009 年 1 月后高炉有效容积利用系数达 2.48 t/（m².d），炉缸截面积利用系数达到 66.0t/（m^2.d）以上，炉腹煤气量指数达到 61.10m³/(min.m²)以上，而其燃料比仍维持在 500kg/t 左右，实现了高煤比高炉腹煤气量指数下的低焦比、低燃料比强化冶炼，见表6。

3.2 调整操作制度实现稳定的煤气流分布 鉴于高煤比、高炉腹煤气量指数操作时，炉体热负荷、煤气利用率以及透气抵抗指数 K 值将会发生很大程度的改变，于是，5 号高炉根据炉内煤气流的变化和热负荷的波动情况来调整上下部操 作制度。5 号高炉炉腹煤气量指数由 54.82 m³/(min.m²)增加到 61.10m³/(min.m²)以上的上下部操作 参数见表 7。

 5 号高炉在实现炉腹煤气量指数 61.10m³/(min.m²)以上的强化冶炼时，其炉腹煤气量将达到10000.0 m³/min 以上。5 号高炉的煤气流控制参数值见表 8。

表 9     太钢 5 号高炉布料档位的调整

档位/圈数                  αo                                   αc

日期           1  2   3   4   5   6   7   8        1   2   3   4   5   6 7    8   9

5 号高炉随着煤比的提高，特别是在煤比达到 200kg/t 时，边缘气流有所发展，中心气流有所减弱，故装料制度的调整上在加宽边缘焦炭平台宽度的基础上采取适当抑制边缘疏通中心的措施，见表 9。5 号高炉在炉腹煤气量指数达 61.10m³/(min.m²)强化冶炼时，通过上下部操作制度相匹配，将透气抵抗指数 K 值稳定在 2.30～2.37，风压 420～425Kpa，煤气利用率在 50.50%时，实现了在负荷不断增加时，并没有出现风压和 K 值显著升高到影响炉况顺行的情况，此时炉内的煤气流分布合理，实现了高冶强下高热流比操作，降低了炉内高温区，间接还原充分。同时在 200kg/t 煤比操作 时 5 号高炉除尘灰中碳含量没有明显升高，说明在提高煤比的过程中炉内煤粉利用率仍然较好。

3.3   操作参数的优化管理

5 号高炉在实现炉腹煤气量指数 61.10 m³/(min.m²)以上的强化冶炼中非常重视各项操作参数的优化管理。现分为上、下部操作参数的控制管理来分析说明。

3.3.1 下部操作参数的调剂

5 号高炉在下部操作参数的调节上注重风口工作面积（S 风口）和煤比、炉腹煤气量相适应的原则。例如，5 号高炉在煤比增加到 200kg/t，炉腹煤气指数量增加到 61.10 m³/(min.m²)的生产过程中，经过近半年时间的摸索将风口工作面积由 0.4693 m² 逐步调整到 0.4750 m²，以此来实现合理的风速 和鼓风动能的控制，在上述情况下，5 号高炉的风速和鼓风动能分别保持在 267～273m/s 和 15000～15700 Kg.m/s 的水平，见表 8。同时，在煤比和炉腹煤气量指数不断提高的情况下注重通过风温、湿度、喷吹煤量和富氧量来实现合理的理论燃烧温度的控制。如表 7 和表 8 所示，2008 年 5 号高炉 在实现煤比 200kg/t 生产操作时，结合喷吹煤量和富氧量同时增加的情况，将风温由年初的 1220℃ 逐步稳定使用到 1250～1260℃的高风温水平，同时将湿度由 2007 年初的 25g/m³ 逐步减少到 14～16g/m³，将风口前的理论燃烧温度控制在 2100～2140℃这个合适的水平。

3.3.2上部操作参数的调剂

5 号高炉在上部操作参数的调剂上非常重视焦批、矿批、料线和布料档位的管理。通常的调剂 原则是以煤比来定焦批，以产量或炉腹煤气量来定矿批，以布料档位和料线的调剂来实现边缘和中 心气流的合理分配。例如，5 号高炉在煤比 200kg/t 生产过程中，经过近半年的摸索将焦批逐步由 原来的 23.0t 减少到 22.4t，并稳定在 22.4t 一般不做调剂。提高煤比加重负荷由稳定焦批逐步增 加矿批来实现，5 号高炉在炉腹煤气量指数 61.0 m³/(min.m²)的情况下，合适的矿批量在 125.0～130.0t 间，料线在 1.40m，这样的上部装料制度是比较合适的，见表 8。期间由于煤比和炉腹煤气量指数的不断增加，边缘气流有不同程度的发展，W 值由 0.53 增加到 0.66，见表 8。于是，5 号高 炉将料线由 1.30m 下调到 1.40m，同时通过调整布料档位来恰当抑制边缘煤气流，稳定炉体热负荷，将热负荷波动值控制在 2000×10MJ/hr 以内，同时稳定了煤气利用率。

根据生产实践经验，5 号高炉在炉腹煤气量指数达到 61.10 m³/(min.m²)以上的强化冶炼中，W 值直接影响炉身中上部热负荷值，Z 值直接影响炉腰和炉腹部位热负荷值。所以，5 号高炉在强化冶炼时，炉内煤气流控制上走“发展中心气流、恰当控制边缘气流”的操作思路，并随着炉腹煤气量指数的增加适当提高 Z 值控制值，随着炉腹煤气量指数的增加应当适当疏导中心煤气流否则会出现 风压攀升炉况不适的情况，见图 4。W 值在 0.55～0.75 的范围内上升时炉体热负荷有不同程度的升高，见图 5。根据太钢目前的条件，5 号高炉 W 值在 0.40～0.50，Z 值在 9～10，炉体热负荷能稳定在 12000.0×10MJ/hr 比较合适。

经过 2 年多的生产实践摸索，5 号高炉建立健全了适应自身高炉特点的操作模式。通过上下部操作参数的优化管理，实现高炉身效率下煤比200kg/t 和炉腹煤气量指数 61.10m³/(min.m²)以上的 强化冶炼生产。使得煤比、焦比、燃料比、高炉利用系数和炉腹煤气量指数等技术经济指标处于国内领先水平。

4     结   语

⑴加强原燃料质量管理，优化炉料结构是实现高炉强化冶炼的精料基础。

⑵随着煤比和炉腹煤气量的增加，通过调整操作制度和优化操作参数，稳定透气抵抗指数 K 值，实现了炉况的长期稳定顺行。

⑶实现炉体热负荷的稳定和提高煤气利用率是高炉实现高煤比、高炉腹煤气量指数强化冶炼的 核心控制技术。

5     参考文献：

[1]王红斌，张华.太钢 4350m³ 高炉高煤比攻关实践.炼铁.2008（4）：16～18 [2]王维兴.高炉炼铁日常操作技术.炼铁交流.2009（1）：4

图 3  太钢 5 号高炉炉缸截面积利用系数和炉体热负荷相关图

5 号高炉在实现高利用系数高炉腹煤气量指数强化冶炼时，炉体热负荷（Q 炉热）也相应地增加了，见图 3。其炉腹煤气量增加了1000m³/min，达到 9650 m³/min 以上，鼓风动能也增加了 700.0～1000.0 kg.m/s，达到 15500.0kg.m/s 以上，见表 7、8。5 号高炉在不断强化冶炼的生产过程中布料档位的 调整见表 9。

表 2    太钢 5 号高炉烧结矿的主要理化性能指标，%

表 3   太钢 5 号高炉烧结矿的粒级分布，  %

-5mm     5-10mm      10-16mm    16-25mm     25-40mm      +40mm          MS，mm

2.54      16.44       20.65       19.86      23.79        16.72         23.90