柳鋼2 號高爐爐況失常分析與恢復

韋正強

柳鋼2號高爐的有效爐容為2650m3，從2012年9月3日開始第一代爐役，后經歷長達10年的生產，爐役后期因冷卻壁漏水數量增多以及爐缸侵蝕嚴重，于2022年10月17日順利安全停爐進行大修，并于2023年2月6日點火送風開爐復產。

1.爐況失常過程概述

柳鋼2號高爐大修開爐后第4天即達產，經過不斷優化操作，至2023年2月21日日產量達7585t/d，燃料比505kg/t。為進一步降低生產成本，提高煤氣利用率，從2月25日開始逐步提高高爐生礦使用配比至18%，3月2日又開始嘗試取消中心加焦，初期取得一定的效果，煤氣利用率達到49%左右。3月上旬，原燃料質量整體下滑，2號高爐壓量關系逐步變差，產量下降，消耗上升，于3月10日縮小批重，調整裝料制度，恢復中心加焦；3月中旬至4月中旬，調整近1個月時間，爐況出現波動。期間頻繁出現管道氣流的異常情況，進而造成鐵水出格多，爐缸不活躍，需經常補大量焦炭以改善爐缸熱度，燃料比升高38kg/tFe，產量損失近3萬噸。

2.爐況失常的特征

2.1 爐況穩定性差

2號高爐爐況順行指數低，爐況穩定性差，高爐的壓量關系趨于緊張，走料不均勻，探尺工作狀態不好，出現偏尺、滑尺的異?，F象。

2.2 高爐冷卻壁溫度差值大

高爐冷卻壁密閉循環冷卻水的回水與進水溫度差值大，即軟水溫差偏高，軟水溫差波動大、波動區間偏廣，由開爐期間的2℃逐步上升至4月份的7℃左右。由于煤氣流分布不合理，邊緣局部氣流過分發展，導致易有氣流沖出，頻繁出現邊緣小管道，高爐爐頂測溫的四點中最大與最小值偏差達80℃，平均頂溫在200℃～300℃。同時，中心氣流弱而不集中也不穩定，爐頂十字測溫中心點溫度偏低，大多在200℃～300℃（見圖1）。

圖1 柳鋼2號高爐軟水溫差變化趨勢圖 ℃

2.3 裝料制度不相匹配

高爐煤氣利用率與高爐爐頂的裝料制度不相匹配。使用退守疏導兩道氣流的裝料制度，煤氣流在高爐內的停留時間應縮短，煤氣與原料的接觸時間和面積減少，煤氣還原的原料占比變少，煤氣利用率應當下降。但2號高爐卻出現煤氣利用率異常升高，煤氣利用率高達48%。

2.4 高爐物理熱和化學熱不穩定

2號高爐出現管道氣流的頻率高、頻次多，高爐的熱制度操作受到較大影響，高爐的物理熱和化學熱不穩定，爐溫大幅波動，出現低爐溫次數明顯增多，爐缸脫硫效果明顯下降，鐵水的化學成分不穩定，造成不合格鐵水較多。

2.5 高爐爐頂邊緣氣流分布不均勻

2號高爐爐頂局部氣流過分發展，爐身與爐腹冷卻壁熱面溫度普遍上行，6～8層銅冷卻壁熱面溫度從55℃升到90℃，9～15層鑄造冷卻壁熱面溫度從100℃升到250℃，局部冷卻壁熱面溫度達到300℃。

3.爐況失常原因分析

3.1 兩道氣流分布失常

依據高爐合理氣流分布的規律，首先要做到保持高爐的爐況穩定順行，調節好邊緣氣流與中心氣流兩道氣流；其次才是最大限度地改善煤氣利用，獲取較高的煤氣利用率，降低焦炭消耗[1]。2月6日開爐后，柳鋼2號高爐主要以發展邊緣氣流和疏導中心氣流為主，使高爐的穩定順行和技術經濟指標都較好。在采用取消中心加焦的布料制度過程中，礦石的布料角度沒有整體外移，最小布料角度用至26°，抑制了中心氣流，導致中心氣流更加不足，出現壓量關系緊張的情況。在恢復中心加焦的布料制度后，中心加焦量偏少，只有2環（占焦批重的13.3%），沒有起到充分釋放中心氣流的作用。在爐況調整過程中，當礦石布料最大角度大于32°，就容易出現管道氣流，于是嘗試恢復低角度布料，礦焦往中心布料，堆高中心料面，但中心氣流更加被抑制；而布料由中心向邊緣傾斜，礦石沿料面斜坡滾至邊緣，在邊緣堆積數目偏多，使邊緣焦炭負荷過重，造成邊緣氣流不穩定，兩道氣流分布出現失常。

3.2 原燃料質量整體下滑影響

大型高爐因爐缸直徑大，在原燃料質量，特別是焦炭質量較差時很難吹透中心。若焦炭有較好的粒度組成和焦炭強度，有利于提高高爐塊狀帶的透氣性、降低高爐壓差，有利于下部高溫區特別是軟熔帶的透氣性、透液性及煤氣流的二次分布，有利于改善高爐爐缸工作狀況、降低焦比和保持爐況的穩定[2]。2月下旬至3月初，燒結礦質量下滑，燒結礦轉鼓指數由76%下滑到74%左右，3月初由于焦煤煤種變化，焦炭質量也出現下滑，熱強度由66%下降到62%左右，M10由5.5%上升7.0%，灰分達13%以上。原燃料質量的整體下滑，影響了高爐的穩定順行（見圖2、圖3）。

圖2 2023年2-3月柳鋼2號高爐焦炭質量 %

圖3 2023年3月柳鋼2號焦炭質量趨勢圖 %

3.3 提高塊礦比試驗影響

從2月25日開始，2號高爐嘗試進行提高塊礦比試驗，高爐爐料結構中的塊礦比由10%逐步提高到18%，熟料比下降。塊礦比提高后，將一個球團倉和熔劑倉用作裝塊礦使用，利用兩倉的振動篩篩分塊礦，但由于塊礦的粉末較多，易堵篩網，效果不好，增加了入爐粉末。入爐粉末在高爐內部會板結堵塞煤氣通路，造成煤氣上升的通道變小，使高爐的透氣性下降。另外，由于塊礦的高溫冶金性能不足，軟化溫度偏低，造成軟化入爐后高爐的軟融帶上移，進一步使軟融區間變寬，增大煤氣上升的阻力，容易導致爐況失常。

3.4 高爐進退時機把握不好，采取措施不到位

在提高塊礦比及取消中心加焦后，柳鋼2號高爐整體熱風壓力升高，原燃料質量出現下滑，卻沒有及時采取退守調整措施。3月初，軟水溫差從2℃緩慢爬升，當時分析是噴涂料開始脫落引起，于是嘗試使用提高礦石布料角度的方法，以壓制邊緣氣流。但由于此時中心氣流變弱，加之壓制邊緣氣流，兩道氣流都受到抑制，煤氣通道變小，煤氣利用率偏高，邊緣局部氣流過分發展，頻繁出現邊緣管道，在把布料角度退下來后，高爐保持了一定程度的順行。壓量關系緩和后，再次嘗試提高礦石角度優化，但仍然出現邊緣管道氣流。由于異常爐況沒能得到及時糾正，所采取的發展邊緣氣流的低角度裝料制度又不利順行，導致爐缸中心死料柱肥大，爐缸活躍程度變差，爐況進一步惡化。

4.處理失常爐況的措施

4.1 增加中心加焦量，強行打透中心氣流

經過綜合分析，柳鋼2號高爐爐況波動的主要原因是中心氣流不透，壓制邊緣氣流后，又造成煤氣分布失常，頻繁出現管道氣流，故嘗試采取先疏導出中心氣流的措施，以消除邊緣管道氣流的產生。4月9日，采取加大中心加焦量，增加到3環和4環，在布完4環焦炭后，料罐雷達料線還剩余1m左右焦炭全開布到中心，實際中心加焦占比達到30%左右，從而強行疏導出中心氣流。該措施使用約3小時后，煤氣利用率由原來的48%左右降至44%左右，十字測溫中心溫度達到600℃以上，瞬時溫度達到800℃，中心氣流被成功疏導出來。此時，適當減少中心加焦量，控制中心加焦量剛好4環，以此穩住中心氣流，十字測溫中心點溫度在500左右℃。

4.2 適時調節裝料制度，疏導好兩道煤氣流

在調整裝料制度時要保持足夠的中心加焦量（4環），穩定好中心氣流，適當降低焦炭負荷，以防爐溫偏低，杜絕出現長期低爐溫的現象。經過調整，中心氣流通透后，煤氣流分布逐漸向好，高爐壓量關系趨于好轉，走料順暢穩定。之后逐步整體提高礦焦布料角度，接受調整，高爐的各項操作參數保持穩定。在此基礎上，高爐逐步強化冶煉，適當增加風量，保證維持到基準風量的水平，后繼續適當富氧，待高爐風量增加到全風狀態后，繼續增加氧量強化冶煉，采用增加礦石批重和礦石布料環數的裝料制度，拉寬礦焦布料平臺（見表1）。通過調整裝料制度優化高爐，調整中心氣流和邊緣氣流兩道氣流的分布狀態，提高煤氣利用率，逐漸降低消耗。

4.3 改善原燃料質量，調整爐料結構

構建大協同、大穩定、大平衡、大溝通、大物流、大成本、大效益的整體協調創效工作格局，加強與上道工序溝通，提高并穩定好原燃料質量。經過努力，焦炭熱強度提高達到64%以上，提高燒結礦轉鼓指數達到76%以上。3月12日塊礦比由18%降至12%；同時加強原燃料的篩分，控制礦石篩分指數＜25kg/s，焦炭篩分指數＜30kg/s，增大篩分有效面積，降低篩分料層厚度，提高篩分效果，減少入爐粉末，提高料柱透氣性，為高爐順行創造好的原燃料基礎。

4.4 保證爐溫基礎，適當降低爐渣堿度

由于頻繁出現管道氣流，爐溫低的情況比較多，加上化爐缸需要大量的熱量，采取低負荷加循環焦的方式穩定爐溫基礎，隔10批正常料加1批凈焦，在壓量關系對稱、爐溫充足、邊緣管道氣流消除、水溫差溫度穩定下降后，逐步拉開循環焦批次，直至最后取消循環焦。按照[Si]不低于0.5%控制，鐵水物理熱控制在1510℃以上，同時降低爐渣堿度，改善渣鐵流動性活躍爐缸，使鐵水硫含量控制在0.020～0.030%。

4.5 適時調節冷卻強度

由于高爐的煤氣爐分布不穩定，2月底至4月初這段時間，軟水溫差由2℃上升到7°左右，冷卻壁熱負荷非常大，為此通過調整冷卻制度，減輕冷卻壁熱負荷。把軟水進水流量由4300m3/h逐步提高到5200m3/h，同時軟水進水溫度控制在40℃左右，提高軟水進水流量和降低軟水進水溫度強化冷卻。待高爐的氣流分布合理時，及時下調軟水的進水流量，維持3℃～4℃的水溫差，使冷卻壁熱面溫度下降到正常水平。

4.6 加強爐前出鐵

根據實際鐵口深度，靈活控制打泥量，確保鐵口深度在3.1～3.2 m，維護好鐵口泥套，提高鐵口合格率，杜絕淺鐵口的發生，做好鐵前安全確認，鐵中、鐵后安全檢查，采取零間隔出鐵的方法，加強渣鐵排放，及時出盡渣鐵，為爐內優化創造條件。

5.調整后的效果

通過一系列有效措施，徹底糾正了高爐兩道煤氣流分布失常的現象，煤氣流分布合理，中心氣流充足，邊緣氣流均勻，消除了頻繁的管道氣流，水溫差逐步下降并穩定在3℃左右，爐缸的活躍性改善，生產指標得到逐步改善（見表2）。

表2 柳鋼2650m3高爐調整前后操作參數和指標對比

6.結語

（1）保持合理的兩道氣流分布是高爐長期穩定順行的重要基礎，大高爐尤其要重視保持足夠的中心氣流，按照“穩定邊緣，打開中心；穩定中心，照顧邊緣”的思路，控制好兩道氣流的分布；采取臨時增加中心加焦量，打通中心氣流，消除管道氣流，起到較好的效果。

（2）取消中心加焦布料要以長期穩定的原燃料質量為基礎。當原燃料質量較好，料柱透氣性好，可以適當減少或取消中心加焦量，提高煤氣利用率；當原燃料質量變差，采用中心加焦模式，保持充足的中心氣流，有利于提高料柱透氣性和保持爐況穩定。