大型高爐合理操作爐型如何控制

太鋼現(xiàn)有2座4000m3級的大型高爐（5號、6號），分別于2006年10月13日和2013年11月7日投產(chǎn)。高爐在生產(chǎn)一段時間后，有一個從設(shè)計爐型向操作爐型轉(zhuǎn)變的過程。設(shè)計爐型趨于合理，爐內(nèi)煤氣流和料流運動順利、接觸良好，煤氣的化學(xué)能和熱能利用程度高，爐襯侵蝕均勻，爐襯溫度分布合理，高爐生產(chǎn)指標(biāo)好且長壽，即為合理操作爐型。太鋼從爐內(nèi)煤氣流分布、爐體各段溫度和熱負荷分布、冷卻水溫差，以及爐況穩(wěn)定性表征參數(shù)等，來分析影響其大高爐操作爐型的因素及合理操作爐型的特點，并提出調(diào)整操作爐型的措施。太鋼大高爐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

　　大型高爐爐喉面積大(太鋼大高爐爐喉面積為86.59m2)，在煤氣流控制上對爐頂布料要求高，在生產(chǎn)過程中一般將槽下排料、裝料制度和送風(fēng)制度結(jié)合起來調(diào)整，以實現(xiàn)較為理想的爐喉料面形狀，達到煤氣流的合理分布。爐腰面積一般是爐喉截面積的2.3倍～2.4倍（太鋼大高爐爐腰面積為201.06m2），大型高爐在爐腰直徑變大和爐料軟熔后，煤氣流速在該區(qū)域變慢，或是高爐熱制度不穩(wěn)定，易導(dǎo)致爐腰區(qū)溫度和熱負荷的趨勢下行。其低下到一定程度，將影響到高爐煤氣流和操作爐型的穩(wěn)定性，太鋼2座大高爐均曾出現(xiàn)過這種情況。

合理操作爐型的表征及參數(shù)

　　通過控制合理的煤氣流分布，在設(shè)計爐型的基礎(chǔ)上，結(jié)合相應(yīng)的冷卻制度和熱制度等來實現(xiàn)操作爐型的合理控制，是高爐生產(chǎn)操作中的一項重要任務(wù)。太鋼一般從以下幾個方面來對操作爐型的合理性進行評判：

　　一是爐內(nèi)風(fēng)壓穩(wěn)定，壓量關(guān)系適應(yīng)性強，風(fēng)壓波動值在15kPa以內(nèi)。

　　二是壓差在10kPa以內(nèi)波動，透氣性指數(shù)在0.10～0.25范圍內(nèi)波動。

　　三是煤氣利用率能穩(wěn)定在50.5%以上。

　　四是爐頂十字測溫，總體21點十字測溫槍溫度分布穩(wěn)定且呈有規(guī)律性的波動，中心溫度能維持在580℃～700℃，次中心溫度在220℃～300℃，中心氣流暢通且穩(wěn)定,邊緣4點溫度在80℃～130℃，且收斂性較好。

　　五是爐頂溫度，爐頂煤氣上升管4點溫度平均值在200℃以下，不超過220℃，且4點溫度偏差小于20℃。

　　六是探尺，3個爐頂探尺下降均勻，料尺偏差在0.5m以內(nèi)，料速均勻，正常生產(chǎn)時爐頂打水2次/班～3次/班。

　　七是爐缸物理熱充沛，爐溫水平穩(wěn)定，各鐵口爐溫均衡穩(wěn)定，同一爐鐵前、后期鐵水測溫偏差≤40℃，出鐵后期鐵水測溫≮1500℃。

　　八是爐體各層溫度能合理分層，相互之間不交叉，溫度不呆滯，并與爐內(nèi)冶煉五帶相匹配。

　　九是爐體各段熱負荷分布適宜，在正常生產(chǎn)時能將各段熱負荷穩(wěn)定在較低值，從而降低熱損失和燃料比。

　　十是高爐能實現(xiàn)1年以上、不出現(xiàn)退全焦負荷的爐況波動。

操作爐型的管理重點

　　爐體各段溫度。太鋼對爐體溫度進行分段式管理，并追求其圓周方向的均勻性和下限值管理。太鋼控制爐體各段溫度為：爐腹至爐身下部控制在60℃～80℃；爐身下部至爐身上部控制在50℃～80℃較好。須要關(guān)注的是，在爐腰區(qū)，溫度低于50℃、熱負荷低于6GJ/h、冷卻水溫差低于1.0℃時，往往會伴隨出現(xiàn)壓差和透氣性指數(shù)K值升高，偏尺或崩料的現(xiàn)象，壓量關(guān)系適應(yīng)性變差，爐頂4點煤氣溫度發(fā)散，煤氣利用率下降，燃料比升高，爐況順行度變差。從2011年1月開始，5號高爐通過休風(fēng)定檢對爐體溫度波動最頻繁的爐身中上部進行硬質(zhì)壓入、爐襯再造處理，有利于穩(wěn)定邊緣煤氣流和爐襯溫度，規(guī)整爐型。 

　　爐體各段熱負荷和水溫差的分布。對爐體熱負荷進行分段式管理，是大型高爐生產(chǎn)操作中須要重點關(guān)注的地方。太鋼2座大高爐爐腹至爐身上部均為銅冷卻板結(jié)構(gòu)。這在一定程度上容易使形成的操作爐型不平滑、不規(guī)整。據(jù)太鋼大高爐生產(chǎn)經(jīng)驗，要特別控制好爐腰和爐身下部這兩個區(qū)域的熱負荷，其有利于穩(wěn)定操作爐型和提高爐況接受能力。太鋼大高爐爐況較好時爐體各段熱負荷及水溫差分布情況見表2。

　　由表2可知，太鋼高爐爐況較好時，爐體總熱負荷控制在90GJ/h～110GJ/h、水溫差控制在2.5℃～3.5℃較好。太鋼高爐經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐摸索，爐體各層熱負荷的控制得到加強。太鋼認為，對爐身中上部的熱負荷控制，主要是通過調(diào)整布料時的邊緣焦炭負荷來完成，爐腰區(qū)熱負荷控制須要配套調(diào)整送風(fēng)制度、熱制度和造渣制度來進行。

調(diào)整操作爐型的太鋼經(jīng)驗

　　對爐體溫度的調(diào)整和控制。送風(fēng)制度對爐缸工作狀態(tài)和高爐順行起主導(dǎo)作用，裝料制度是高爐操作的核心技術(shù)。在一定原燃料質(zhì)量基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化裝料制度，并與送風(fēng)制度相結(jié)合，使高爐獲得順行及相對較高的煤氣利用率，從而獲得穩(wěn)定的熱制度，是實現(xiàn)操作爐型穩(wěn)定的基礎(chǔ)。

　　太鋼對爐體溫度的調(diào)整措施包括：一是通過調(diào)整焦炭負荷來改善料柱透氣性，緩和爐內(nèi)壓量關(guān)系；二是確保穩(wěn)定、充沛的渣鐵物理熱量，出鐵后期鐵水測溫≮1500℃，并要重點防止?fàn)t腹、爐腰溫度持續(xù)低下情況的出現(xiàn)；三是減輕邊緣焦炭負荷，增強邊緣煤氣流和適當(dāng)降低爐渣堿度；四是控制合理的風(fēng)速和鼓風(fēng)動能，通過維持一定的爐腹煤氣量來維持適宜的煤氣流速和透氣性指數(shù)K值等，都有利于合理操作爐型的建立。

　　根據(jù)太鋼經(jīng)驗，爐腰溫度控制在60℃～80℃比較適宜。對操作爐型進行管理，主要是在中心煤氣流穩(wěn)定暢通的情況下控制好邊緣煤氣流，一旦爐腰溫度低于50℃且伴隨著透氣性指數(shù)K值和壓差異常升高的現(xiàn)象，就一定要注意邊緣煤氣流強弱的適當(dāng)性。 

　　對爐體熱負荷的分段式管理和調(diào)整。高爐5段爐型結(jié)構(gòu)是與高爐煉鐵工藝原理相適應(yīng)的，具體爐型尺寸比例是由高爐冶煉規(guī)律決定的。高爐在正常生產(chǎn)過程中不但要重視爐內(nèi)壓量關(guān)系的適應(yīng)性，而且要長期關(guān)注爐腹至爐身上部各段熱負荷和水溫差分布情況及趨勢，尤其是爐腰區(qū)的熱負荷和水溫差情況，要將熱負荷分布及波動情況與爐內(nèi)壓差、下料和熱制度穩(wěn)定性等主要爐況表征參數(shù)結(jié)合起來判斷操作爐型的合理性。

　　太鋼高爐在爐腹、爐腰區(qū)的熱負荷和水溫差持續(xù)走低后（熱負荷最低降至8.0GJ/h，水溫差在1.0℃以下），其壓差和透氣性指數(shù)K值開始明顯升高，并伴隨偏尺、崩料現(xiàn)象，爐況穩(wěn)定性變差。經(jīng)分析認為，這是操作爐型發(fā)生了改變引起的，須要從煤氣流分布、熱制度、造渣制度和冷卻制度等幾個方面來進行調(diào)整。一是煤氣流分布的調(diào)整，通過調(diào)整布料檔位，包括料線、角度和邊緣焦炭負荷來調(diào)整邊緣煤氣流強弱，改善爐內(nèi)壓量關(guān)系。二是熱制度和造渣制度的調(diào)整，將鐵水含硅量由0.30%～0.5%提高到0.50%～0.7%，堅持出鐵前期鐵水測溫不低于1480℃、后期鐵水測溫不低于1510℃的爐熱控制方針，調(diào)整爐渣堿度二元堿度由1.18～1.24降低到1.12～1.18，并改善渣鐵流動性，著眼于熱制度和造渣制度的長期均衡、穩(wěn)定。三是冷卻制度的調(diào)整，杜絕爐腰部位冷卻水溫差低于1.0℃，即根據(jù)爐體各段冷卻強度，適度調(diào)整爐腹至爐身中部各段冷卻水量分配和進水溫度。四是加強爐前作業(yè)，減少憋風(fēng)次數(shù)、降低憋風(fēng)程度，加強設(shè)備和生產(chǎn)操作管理，減少減、休風(fēng)次數(shù)等，都有利于維護合理操作爐型的長期穩(wěn)定。

合理操作爐型的控制及探討

　　操作爐型的穩(wěn)定要以原燃料質(zhì)量的穩(wěn)定為基礎(chǔ)，操作爐型來源于設(shè)計爐型、煤氣流分布和各項操作制度的綜合作用。高爐操作和管理者只有針對各種冶煉條件的改變適時地調(diào)整煤氣流分布，才能實現(xiàn)操作爐型的有效控制。

　　綜合來看，對合理操作爐型的控制，可從以下幾個方面來進行：一是建立合理操作爐型和爐況順行性評價標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此將爐體各段溫度、熱負荷和冷卻水溫差控制在一定的范圍內(nèi)，使?fàn)t體熱負荷值與邊緣煤氣流的強弱相宜，并要重點防止?fàn)t腰結(jié)厚。太鋼大高爐在操作爐型的中長期控制上，一般將爐腰區(qū)的溫度控制在60℃～100℃，爐身溫度控制在60℃～90℃，爐腹和爐腰熱負荷分別控制在15GJ/h～20GJ/h和8GJ/h～10GJ/h，水溫差控制在2.0℃～3.0℃。二是實現(xiàn)爐腰區(qū)工作狀態(tài)的活躍和穩(wěn)定，是大型高爐實現(xiàn)操作爐型穩(wěn)定的重要內(nèi)容，須要維持一定的邊緣焦炭負荷和煤氣流分布，以及穩(wěn)定的造渣制度及熱制度。三是既保證一定的邊緣煤氣流，使?fàn)t身中上部熱負荷穩(wěn)定，又能提高爐腰區(qū)的溫度，且爐內(nèi)壓量關(guān)系好，煤氣利用率高，爐頂溫度低，爐況長期穩(wěn)定順行，這是大型高爐控制操作爐型的主要內(nèi)容。四是明確和控制爐內(nèi)軟熔帶的位置和形狀，穩(wěn)定一定的邊緣煤氣流，實現(xiàn)爐況的長期穩(wěn)定順行，并建立高爐的長壽管理體系和制度，這是維系合理操作爐型的基礎(chǔ)。