天鋼3200m³高爐無(wú)富氧高煤比技術(shù)攻關(guān)

李 祺  楊光濤  吳敬英

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司  天津市  300301）

摘  要：由于公司能源平衡和高爐限產(chǎn)等方面綜合考量，天鋼3200m³高爐創(chuàng)新的提出了無(wú)富氧高煤比理念，并積極采用了全風(fēng)溫，高頂壓操作，噴煤系統(tǒng)工藝優(yōu)化，廠內(nèi)精料技術(shù)，優(yōu)化造渣制度，合理的熱制度，裝料制度和送風(fēng)制度的調(diào)整等措施，實(shí)現(xiàn)了無(wú)富氧高煤比技術(shù)，在無(wú)富氧的情況下，煤比穩(wěn)定在130kg/t左右。

關(guān)鍵詞：高爐;無(wú)富氧;高煤比

3200m³ BF without oxygen enrichment and high coal ratio technologies

Li Qi Yang Guang-tao Wu Jing-ying

(Tianjin iron and Steel Group Co., Ltd. Tianjin city 300301)

Abstract: Comprehensive consideration of various factors such as power plant equipment and blast furnace smelting，3200m³ BF innovation proposed without oxygen enrichment and high coal ratio concept,and actively adopted the full wind temperature ,high top pressure operation,process optimization of pulverized coal injection system,good raw material technology,optimization of slagging system,reasonable thermal regime,adjustment of charging system and blast system and other measures，successful use of without oxygen enrichment and high coal ratio technology.

Key words: Blast furnace;No oxygen enrichment;High coal ratio

1 前言

天鋼3200m³高爐2006年5月2日開爐投產(chǎn)，2014年7月由于公司氧氣平衡及高爐限產(chǎn)等方面原因，高爐開始停止富氧。但在此條件下，由于成本壓力，高爐仍然需要較高的煤比來(lái)確保高爐成本，

隨著社會(huì)進(jìn)步，高爐向大型化和高效化發(fā)展，高爐煉鐵技術(shù)向高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、環(huán)保等方向發(fā)展。提高煤比降低入爐焦比是降低生鐵能耗和成本最有效的措施，不僅可以代替價(jià)格昂貴的焦碳，節(jié)約寶貴的煉焦煤資源，減少煉焦產(chǎn)生的環(huán)境污染；而且還可以促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行，強(qiáng)化高爐冶煉，因此受到煉鐵工作者的高度重視^[1]。在天鋼現(xiàn)有的原、燃料，設(shè)備條件下，通過(guò)創(chuàng)新管理，減少因設(shè)備，生產(chǎn)組織等原因減、休風(fēng)，實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)精料，改變操作理念，實(shí)現(xiàn)無(wú)富氧高煤比。從圖1，不難看出，在無(wú)富氧條件下，通過(guò)努力克服各種困難，煤比逐年上升，天鋼3200m³高爐目前實(shí)現(xiàn)了煤比130±5kg/tFe，而且還具有一定潛力。

圖1 無(wú)富氧煤比逐年變化

2 高煤比的冶煉特點(diǎn)

（1）提高煤比，加大噴煤量，會(huì)使高爐爐腹煤氣量增加，煤粉在風(fēng)口前燃燒后產(chǎn)生的H2和CO量增加，提高高爐內(nèi)的間接還原反應(yīng)，降低直接還原，導(dǎo)致礦石在爐內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)，提高煤氣利用率。天鋼3200m3高爐煤氣利用率控制在46±1%。

　 （2）提高煤比有利于鐵水物理溫度的提高和生鐵一級(jí)率的提高及低硅冶煉。天鋼3200m3高爐生鐵一級(jí)率控制在90%以上。

　 （3）提高煤比，降低入爐焦比 ，提高冶煉強(qiáng)度，高爐爐況抵抗波動(dòng)能力變差，這就對(duì)原、燃料的質(zhì)量及外圍條件的提出更高要求。在原、燃料出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，如果不及時(shí)采取有效措施，會(huì)嚴(yán)重的影響高爐順行，安全生產(chǎn)。天鋼3200m3高爐在應(yīng)對(duì)外界對(duì)爐況產(chǎn)生的影響預(yù)備了“攻”、“守”兩套預(yù)案。

3 無(wú)富氧高煤比技術(shù)措施

　　高煤比可以節(jié)約焦碳，大幅度降低入爐焦比和降低高爐冶煉成本，并且是爐況熱制度調(diào)劑的一個(gè)重要手段。

3.1噴煤系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

（1）天鋼3200m3高爐，32個(gè)風(fēng)口，噴煤的噴吹系統(tǒng)為并罐濃相輸送，采用揚(yáng)角分配器，實(shí)現(xiàn)大煤量均勻噴吹。制粉系統(tǒng)為全負(fù)壓，減少了跑粉的可能性。

1）天鋼還有一個(gè)2000m3高爐，經(jīng)過(guò)改造，天鋼兩個(gè)高爐實(shí)現(xiàn)可以互輸粉，使天鋼的噴煤系統(tǒng)兼顧了直接噴吹和間接噴吹的優(yōu)點(diǎn)，既減少了長(zhǎng)距離的輸粉系統(tǒng)，又能集中制粉，實(shí)現(xiàn)每臺(tái)磨煤機(jī)都能向兩座高爐提供煤粉。

2）為解決煤粉在輸送過(guò)程中容易堵煤槍的問(wèn)題，噴煤系統(tǒng)引入了煤粉振動(dòng)篩，效果良好。

3）改進(jìn)直吹管的插槍角度和深度，減少煤粉對(duì)風(fēng)口的沖刷，提高風(fēng)口壽命，對(duì)配管崗位工制定嚴(yán)格的點(diǎn)檢、操作規(guī)章制度，杜絕由于煤粉把風(fēng)口沖刷壞而不能噴煤，且可能因此休風(fēng)。

3.2 嚴(yán)格執(zhí)行精料方針

   一直以來(lái)，高爐生產(chǎn)對(duì)原燃料的要求就是精料，這也是高爐順行和優(yōu)化各項(xiàng)指標(biāo)的前提條件�，F(xiàn)在鋼鐵市場(chǎng)處于微利或是負(fù)利時(shí)代，高爐也逐漸開始使用部分“經(jīng)濟(jì)爐料”，這也給高爐操作帶來(lái)較大影響。但在提高煤比的過(guò)程中，入爐焦炭的減少會(huì)使高爐的骨架減弱，惡化高爐的透氣性，從而影響高爐的穩(wěn)定順行，

　　在提高煤比的過(guò)程中，對(duì)于焦炭的質(zhì)量必須要嚴(yán)格要求，否則對(duì)高爐穩(wěn)定順行造成影響的話，高爐失常一次帶來(lái)的損失要比提高煤比還要大，同時(shí)天鋼高爐以燒結(jié)礦配加塊礦的高爐爐料結(jié)構(gòu)，對(duì)塊礦的選擇上也是較為嚴(yán)格，對(duì)各種塊礦的各種物理化學(xué)性能、熱爆裂指數(shù)，還原性能等進(jìn)行分析比較，嚴(yán)格控制入爐的塊礦的種類，同時(shí)在料場(chǎng)增加一次篩分，盡量做到“精料”。

在日常的高爐工作中，每天定期到礦槽觀察原燃料的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，嚴(yán)把高爐入口關(guān)，使各種礦的入爐粉末控制在5%以下，隨時(shí)調(diào)整高爐的熱平衡和爐料的酸堿平衡，確保高爐的各項(xiàng)操作制度的穩(wěn)定。

在焦炭的選擇上，天鋼沒(méi)有焦化廠，全部焦炭均為外購(gòu)，很長(zhǎng)時(shí)間以濕熄焦為主，只能保證基本順行，在提高煤比的過(guò)程中，逐漸使用干熄焦的量來(lái)保證焦炭的總體質(zhì)量，達(dá)到高煤比的要求。

表1  濕焦炭部分化學(xué)成分及冶金性能的要求

任何一種煤都很難滿足高爐噴煤要求。如果將兩種以上不同性質(zhì)的煤按一定比例配合噴吹，揚(yáng)長(zhǎng)避短，可獲最佳效果。天鋼3200m3高爐通過(guò)實(shí)踐摸索，最佳配煤平均揮發(fā)粉在20%左右，灰份＜13%，硫盡量低，混合煤配比：70%無(wú)煙煤+30%煙煤。從燃燒角度看，粒度越小，燃燒率越高。但粒度越小，磨煤機(jī)產(chǎn)量下降，電耗增加，灰熔點(diǎn)較大的煤粉粒度過(guò)細(xì)，渣化早，易堵煤槍，故粒度-200目以下應(yīng)保持70%-80%。

3.3全風(fēng)溫和高頂壓操作

   在高爐風(fēng)口區(qū)域，煤粉在風(fēng)口部位迅速燃料，從室溫到燃燒完成，也需要一定的熱量，因此提高煤比會(huì)降低理論燃燒溫度。天鋼3200m3高爐采用全風(fēng)溫操作，煤比130±5kg/tFe，理論燃燒溫度2200±20℃，高風(fēng)溫不僅可以加快煤粉分解，為煤粉分解提供熱量補(bǔ)償，而且還給高爐帶來(lái)熱量，活躍爐缸，有益于爐況順行。

   高煤比，爐腹煤氣量相對(duì)增加，煤氣流速加快，如果煤粉燃料部充分，未燃燒的煤粉會(huì)對(duì)料柱的透氣性產(chǎn)生惡化效果，導(dǎo)致?tīng)t況難行，提高頂壓有利于降低煤氣流速，且還有利于提高煤氣利用率和低硅冶煉。天鋼3200m3高爐頂壓從原來(lái)的220kPa逐步提高到現(xiàn)在的230kPa。

3.4造渣制度和熱制度

   無(wú)富氧提高煤比，為保證爐缸熱量充沛，通過(guò)改進(jìn)造渣制度和制定合理的熱制度。根據(jù)天鋼原、燃料條件摸索出適合3200m3高爐冶煉需求，有利于爐況的穩(wěn)定順行，有利于冶煉優(yōu)質(zhì)生鐵的爐渣成分和堿度造渣制度。天鋼3200m3高爐根據(jù)自身?xiàng)l件，化學(xué)熱Si控制在0.35±0.05，物理熱控制在1500±10℃，S控制在0.030±0.005，R2控制在1.15±0.03，Mg/Al控制在0.55±0.03。造渣制度和熱制度關(guān)系密切，互相影響且互相制約，實(shí)際操作中應(yīng)把造渣制度和熱制度緊密地結(jié)合在一起來(lái)綜合考慮。

3.5裝料制度和送風(fēng)制度

煤比的逐漸提高，高爐氣流也會(huì)逐漸發(fā)生變化，這個(gè)需要調(diào)整裝料制度和下部的送風(fēng)制度來(lái)調(diào)整，確保高爐煤氣流的穩(wěn)定。

隨著煤比的提高，爐腹煤氣量增加，煤氣速度加快，邊緣氣流減弱；另方面由于煤比的提高，入爐焦比下降，焦批變小，為了維持一定的焦層厚度和相應(yīng)的冶煉強(qiáng)度，就要不斷擴(kuò)礦批，O/C比大幅度增長(zhǎng)，是塊狀帶邊緣O/C比加重，中心O/C比減輕。所以擴(kuò)大噴煤量應(yīng)適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流。提高煤比，焦比逐漸降低，焦窗變小，會(huì)使高爐的整體透氣性變差，需要通過(guò)擴(kuò)大礦批來(lái)解決焦炭總量變小的問(wèn)題。

高爐的上部調(diào)劑，應(yīng)使用平臺(tái)加漏斗的布料制度，維持高爐的合理的煤氣流分布，確保充足的中心氣流和適當(dāng)?shù)倪吘墯饬�。下部調(diào)劑中，控制較高的風(fēng)速和較大的鼓風(fēng)動(dòng)能，保持充足的中心氣流使?fàn)t缸保持良好的工作狀態(tài)，有利于提高煤比。風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能的提高，有利于風(fēng)口燃燒帶向中心延伸，增加了料柱中心的煤氣量，使料柱中心的反應(yīng)速度加快，有利于活躍爐缸，使?fàn)t缸內(nèi)的渣鐵流動(dòng)性得到改善，有利于初始煤氣流分布均勻，軟熔帶形狀更接近倒V型，提高了的煤氣利用率。

天鋼3200m3高爐通過(guò)實(shí)踐摸索，在煤比140±5kg/tFe，富氧率1.5%，理論燃燒溫度2500±20℃，礦批控制在82±3t/ch，32個(gè)風(fēng)口Φ130 mm，風(fēng)口面積為0.4245m2，實(shí)際風(fēng)速為255m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能14000kg*m/s，礦，焦布料矩陣見(jiàn)表2。

表2  富氧時(shí)礦，焦布料矩陣

無(wú)富氧，理論燃燒溫度2200±20℃，礦批控制在77±3t/ch，32個(gè)風(fēng)口，21×Φ130 +7×Φ120 +4×Φ110 mm，風(fēng)口面積為0.3957m2，實(shí)際風(fēng)速為265m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能15500kg*m/s，礦，焦布料矩陣見(jiàn)表3。

表3  無(wú)富氧時(shí)礦，焦布料矩陣

從以上數(shù)據(jù)不難看出，在相同煤比條件下，無(wú)富氧沒(méi)有向想象中氣流中心發(fā)展，而是需要上部加大中心焦炭量，下部提高鼓風(fēng)動(dòng)能，還要兼顧邊緣氣流，這可能跟理論燃燒溫度有關(guān)，煤粉在風(fēng)口區(qū)沒(méi)有及時(shí)分解。

3.6提高爐前作業(yè)水平

煤比提高，高爐透氣性受影響，爐前及時(shí)出凈渣鐵對(duì)高爐順行極為重要。天鋼3200m3高爐有四個(gè)鐵口，一般對(duì)角出鐵。目前爐前作業(yè)技術(shù)成熟，鐵口深度控制在3300±100mm,每天鐵次9±1，一次開口成功率控制在95%以上。

3.7做好高爐長(zhǎng)壽工作

隨著煤比的提高，，天鋼3200m3高爐長(zhǎng)壽工作日益突出，對(duì)爐缸側(cè)壁溫度較高的20°、200°、285°方向給予高度關(guān)注，采用長(zhǎng)風(fēng)口并縮小該區(qū)域風(fēng)口面積，三段水溫差控制在0.6℃以下，五段水溫差控制在0.8℃以下，整個(gè)本體軟水水溫差控制在4℃以下。目前加釩鈦礦護(hù)爐，鐵中Ti含量0.1%控制。

4 結(jié)論

（1）高爐順行是實(shí)現(xiàn)高煤比冶煉保障，“廠內(nèi)精料”是實(shí)現(xiàn)高煤比冶煉基礎(chǔ)。

（2）天鋼3200m3高爐采用全風(fēng)溫操作，理論燃燒溫度2200±20℃，是可以實(shí)現(xiàn)煤比130±5kg/tFe。

（3）加強(qiáng)管理，減少或避免外圍原因給高爐爐況帶來(lái)不利影響。

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