中陽鋼鐵1 780 m3 高爐操作制度優化

周金虎，段林利，陳建平，張志聰，張智應

（山西中陽鋼鐵有限公司，山西 中陽 033400）

0 引言

山西中陽鋼鐵有限公司（全文簡稱“中鋼”）1 780 m3高爐屬于中鋼迄今為止最大的高爐，由于技術人員缺少大高爐相關操作的操作技術及管理經驗，在2014 年鋼鐵行業異常低迷時大部分高爐又進行了限產，且由于高爐煉鐵工藝的特殊性，每座高爐的操作制度不能照搬照抄，致使1 780 m3高爐自2013 年9 月開爐后遲遲沒有達產，至2016 年利用系數一直偏低。2016 年隨著鋼鐵市場好轉，在2017—2020 年產量有所升高，利用系數上升了一個臺階，但是因氣流穩定性差導致經常出現出格鐵、爐溫大幅波動，壓差在130～140 kPa，一旦升高至145 kPa 將會頻繁出現懸料現象，致使工長在日常操作控制中難度加大。2021 年開始嘗試多項舉措，使得2022 年高爐的氣流穩定性增強，產量穩定在4 300 t/d 以上，短期（1 個月）產量曾達到4 500 t/d[1]。

1 高爐主要指標

中鋼1 780 m3高爐近年來的主要指標如表1 所示。1 780 m3高爐逐年平均日產、逐年焦比、逐年燃料比情況分別如圖1、圖2 所示。

圖1 1 780 m3 高爐逐年平均日產

圖2 1 780 m3 高爐逐年焦比

圖3 1 780 m3 高爐逐年燃料比

表1 近年來1 780 m3 高爐主要生產指標

2 爐況表現

1）煤氣流不穩，時有煤氣利用率驟降、整體偏低，頂溫升高、銅冷卻壁水溫差趨勢上下波動明顯，呈過山車式，風口有脫落現象。從爐頂熱成像上看，中心、邊緣兩大氣流相比于同行偏大，尤其是中心紅圈較大。

2）壓量關系時有偏緊，經常呈鋸齒狀，經過多次實際運行壓差不得超過145 kPa，超過后大概率會發生懸料事件，風溫通常保持在1 160～1 180 ℃。

3）爐缸活躍度有限，表現在爐芯溫度經常呈下降趨勢，當爐外出鐵時間偏短、修補大壕等渣鐵排放不凈時，爐內易出現壓量關系偏緊，待出鐵后關系自動緩解。

4）爐溫波動比較大，經常出現低硅鐵，提爐溫后又出高硅鐵，料速不均，偶有小塌料現象。

5）爐況穩定性差，操作難度大，一段時間累積后會出現爐況小失常，在進行退守后又能相對穩定一段時間，造成整體消耗指標高、整體產量偏低。

6）春檢、冬檢送風后爐況恢復不理想，爐況有波動現象。

3 原因分析

1）焦炭具有硫含量高、反應性低、反應后強度高、M10偏高的特點，風口前焦炭仍呈現一定的粒度，說明焦炭燃燒慢，影響冶煉進程。硫含量高則需要適當高的堿度進行脫硫，以此保證鐵水硫含量達標，但高堿度易造成爐墻結厚、排堿率低。2022 年高爐所用焦炭質量指標如表2 所示。

表2 1 780 m3 高爐所用焦炭質量指標

2）球團采取豎爐焙燒工藝，成品球團粒度不均、粒度在10～16 mm 占比偏低、外觀顏色深淺不一，說明球團質量不均、易造成粒度偏析，在進入高爐爐喉處很有可能發生低溫還原膨脹。

3）1 780 m3高爐布置有22 個風口，相對于同級別高爐風口數量偏少，選擇適宜的面積、鼓風動能，對穩定初始氣流、吹透、活躍爐缸起著關鍵作用。

4）爐內壓量關系緊張、呈鋸齒狀，爐頂熱成像表現中心、邊緣兩道氣流旺盛，結合裝料制度及開爐雷達測料面數據，判斷為中心死料堆肥大、最大角度距離爐墻300 mm、布料角度偏小，造成邊緣不穩。

5）爐況每隔一段時間就呈下行趨勢，且為穩定性下降，判斷高爐上下匹配不好、爐料累積后會有失?，F象，其次可能是堿、鋅金屬富集，造成原料異常粉化、影響氣流分布，爐況失常后破壞了有害元素的富集。

4 操作制度調整

在爐況觀察和認識上，時而認為是邊緣氣流旺盛，時而又是中心氣流過盛，爐況認識不夠全面，往往被表面現象所迷惑，導致把脈不精準、操作調劑處于被動應對。同時，在外圍條件發生變化時，操作人員不能積極應對，往往有僥幸心理作祟，致使調劑滯后，導致出現爐況波動大。2022 年3 月，在認識到中心氣流的穩定兼顧邊緣的重要性，采取相關手段才使爐況走向順行。

4.1 調整風口面積

2022 年上半年，盡管爐況運行穩定，但不宜強化，特別是在5 月份檢修之前，高爐長期陷于邊緣氣流和中心氣流亂竄的死胡同。通過對標和實踐，發現1 780 m3高爐存在先天設計缺陷，同級別高爐風口數目基本在24～26 個，中陽高爐風口數目僅有22 個。增大風口面積，風口弧長間距就變小，高爐圓周進風相對均勻，可改善煤氣流、溫度的分布，減少風口之間“死料區”，使得爐缸燃燒均勻，活躍爐缸，利于爐況順行，有節焦增產的作用，更利于節能減排。對此，在2022 年5 月18 日高爐檢修時，對風口面積進行了調整，增加2 個Φ125 mm 風口，調整后共有10 個Φ125 mm 的風口，進風面積由0.256 4 m2調整為0.258 3 m2，從而達到減少風口死料區的目的。調整后風量由3 060 m3/min 提高到3 140 m3/min。

4.2 擴寬布料平臺

1 780 m3高爐在調整風口后,氣流波動仍然較大，仍沒有徹底解決兩股氣流亂竄的問題。分析原因是焦礦平臺窄，導致兩股氣流過分發展，抑制任何一股都會造成管道堵塞。對此，于2022 年6 月18 日對裝料制度做了優化，將礦焦分別各插一檔，即角差由6.5°增加到7.5°，兩股氣流得到有效抑制；與此同時，焦炭環數由之前的“23324”調整為“222223”，使得焦窗更為平坦，中心焦比例變少，更有利于煤氣流的合理分配。

4.3 增大礦焦比例、礦角

隨著礦批風量的不斷增加，布料矩陣在此基礎上逐步優化，一直到當前的9°角差。隨著上下部的合理優化，高爐氣流更趨于穩定，也為加風創造了條件，調整后風量由3 070 m3/min 增加到3 170 m3/min，礦批由46 t 逐步擴大到50 t，日產量由4 350 t 提高到4 500 t 以上。

4.4 調整中心焦的度數、圈數

高爐繼續實行大礦批、大角差的裝料模式，逐步外移中心焦，2022 年7 月份，逐步加寬礦角，中心焦角度逐步外推，即15°→17°→19°→17°，并減少布料環數，變化情況為5→3→4→2→3，從而降低中心焦比例，穩定氣流，兼顧水溫差和煤氣利用率在合理的區間內。

4.5 提高風溫至1 200 ℃以上

1 780 m3高爐使用卡盧金式熱風爐，允許最高風溫為1 250 ℃，在使用上通常不大于1 180 ℃，風溫未得到充分利用。2022 年高爐壓差有所下降，開始盡可能使用高的風溫至1 225 ℃左右，增加了熱量的帶入，減少了不易燃燒的焦炭帶入量，間接加快了冶煉進程。

4.6 優化原料結構

2021 年7 月中鋼新建200 萬t 鏈篦機-回轉窯球團生產線投產，抗壓強度保證在2 500 N/個，從外觀上來看粒度均勻性增加、超級別粒度比例降低、每個球團的顏色基本一致，發紅現象減少。理論計算表明，原料粒度的增大，通過料層的煤氣阻力減小，在適宜的粒度范圍內保證粒度均勻，有利于提高爐料空隙度，對于一種粒度均勻的散料來說，無論粒度大小，孔隙度均在0.5 左右。但隨著大小粒度以不同比例混合后，其孔隙度大幅度變化。因此，應盡量保證粒度均勻，將有利于提高塊狀帶透氣性。故結合入爐原料中硅含量的變化，球團的配比從原來的24%增加到了30%。由于球團相比于燒結礦整體粒級較為穩定，粒度比較均勻，使得高爐塊狀帶的透氣性得到了很大的改善。

4.7 制定入爐料、高爐運行參數分級標準，強化過程管控

高爐工序不僅與入爐料質量緊密關聯，而且爐內、爐外的緊密配合也十分重要，連貫性十分強。高爐穩順既離不開內部操作制度，也受制于外圍配合。為進一步加強預警意識，提高過程管控，結合本廠實際情況、歷史數據，制定了《入爐料、高爐運行參數分級標準》，將礦粉、熔劑、燒結、球團、高爐操作、爐前出鐵等參數分成三級：一級是穩定運行，二級是參數有所波動需要引起注意，三級是參數波動比較大需要引起警惕、進行微調。超出三級標準必須采取措施、進行控制。該標準下發后相關崗位、工序對工藝參數更加明確，整體認識性有所提高，實現了早動、少動、主動，間接促進了外圍條件的穩定性。

5 改造后效果

5.1 高爐產量提升

實現了產量與質量的同步提高。2022 年與2021年相比，1 780 m3高爐平均焦比降低了14 kg/t，其中2022 年6 月利用五環礦、大角度、寬平臺布料，中心焦逐步由4 圈→3 圈，風量由3 150 m3/min 提高至3 200 m3/min。礦批最高達50 t，高爐鐵水日產量明顯提高。從2022 年7 月開始，高爐產量逐步穩定提升，達到日產4 400 t 的目標，焦炭供應實現了基本平衡。

這種情況直至2022 年12 月，白云石原料質量突變，有害元素含量增多，導致2022 年12 月—2023年1 月份高爐產量較低，影響了全年指標的完成。1 780 m3高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月產量情況如圖4 所示。

圖4 1 780 m3 高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月產量

5.2 焦比下降

2022 年7—11 月，1 780 m3高爐焦比由360 kg/t 逐步下降到350 kg/t；2023 年3—4 月，1 780 m3高爐指標又逐步下降到356 kg/t。1 780 m3高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月焦比情況如圖5 所示。

圖5 1 780 m3 高爐2022 年1 月—2023 年4 月逐月焦比

5.3 爐役后期的渣皮穩定性提高

1 780 m3高爐于2013 年9 月開爐，目前即將到達10 年爐齡。冷卻壁陸續出現冷卻水管燒損，爐皮發紅情況，嚴重阻礙了高爐強化冶煉。通過布料優化，適時控制邊緣和中心的氣流強度，提高了氣流及渣皮的穩定性。

6 結論

1）風口個數偏少，可以適當增大風口面積，有利于風口弧長間距變小，高爐圓周進風相對均勻，可改善煤氣流、溫度的分布，減少風口之間“死料區”，爐缸燃燒均勻，可活躍爐缸。

2）氣流穩定裝料制度起著關鍵作用，要適當加大布料角度，減小料面到爐墻的距離，穩定邊緣氣流。適當減少中心焦，避免了中心焦肥大，中心過大，中心氣流不穩。焦炭環數由5 環變為6 環，使得焦窗更為平坦，中心焦比例變少，更有利于煤氣流的合理分配。

3）焦炭具有熱量、骨架的作用，在高爐冶煉過程中結合焦炭特性反應性偏低、強度偏高、高爐風口前焦炭形貌，總結出本廠焦炭燃燒較慢、骨架較好，可以適當降低焦窗厚度，提高風溫、煤量，置換出一部分焦炭，使得下部騰出更大空間，有利于加快冶煉進程，提高冶煉強度。

4）球團品位、粒度、均勻性都優于燒結礦，在球團硅含量相對較低、高爐爐渣堿度適宜時，可以適當將球團礦比例提高5%。