1、科技与创新Science and Technology&Innovation782023 年 第 03 期文章编号：2095-6835（2023）03-0078-044 000 m3级大型高炉突破利用系数瓶颈研究贺军位（武钢有限炼铁厂 8 号高炉，湖北 武汉 430080）摘要：主要介绍了武钢有限 8 号高炉在面临不断恶化的外部条件时，通过与时俱进、不断创新，克服原燃料条件不利影响，积极应对生产组织变化，优化出铁组织模式，完善高炉操作，控制合理操作炉型以及采用大喷吹、高富氧等措施，高炉利用系数突破大型高炉高利用系数瓶颈。关键词：高炉；富氧；上下部调剂；利用系数中图分类号：TF54文献标志码：A
2、DOI：10.15913/ki.kjycx.2023.03.0231研究背景武钢有限 8 号高炉有效容积为 4 117 m3，并于2009-08-01 投产。设有 4 个铁口，36 个风口。近几年来，钢铁企业面临成本上升和转型升级双重压力。市场需求下降，钢材价格低迷，铁矿石、煤炭等原材料价格攀升，同时包括人力资源优化成本、物流成本、环保投入、生产工艺智慧升级等其他附加成本都在刚性上涨，钢铁企业生产经营压力依然很大。为了进一步降低成本，控制库存，适应市场竞争，高炉外围条件发生了巨大变化：富氧率根据炼钢需求和原料供给情况随时变化；入炉铁粉降低，渣比升高；用料结构经济化、市场化；投产 10 年，IN
3、BA 系统故障率较高，经常造成被迫堵口或单边出铁，影响高炉正常生产。为了有效应对各种不利因素，高炉通过优化上下部调剂，改进高炉操作模式，根据原燃料条件变化灵活调剂，2019 年 6 月以平均日产量 10 773.8 t（净铁）、利用系数 2.617 的成绩打破大型高炉利用系数瓶颈。8 号高炉 2019 年 4 月至 9 月经济技术指标如表 1 所示。表 18 号高炉 2019 年 4 月至 9 月经济技术指标时间段日产/t利用系数/（tm-3d-1）焦比/（kgt-1）煤比/（kgt-1）燃料比/（kgt-1）风量/（m3min-1）煤气利用率/（%）4 月10 033.32.437278.4
4、177.6510.07 02848.595 月9 911.42.407281.8174.3513.57 19148.476 月10 773.82.617274.3169.9499.77 36649.187 月10 319.42.507276.5177.0506.97 27148.978 月9 779.42.375296.4176.1508.97 16148.559 月10 395.12.526294.2176.3508.07 31848.232高炉高产低耗措施2.1加强原燃料管理，积极应对原料变化2.1.1高炉原燃料现状分析由于近几年来铁矿石消耗不断增加，高品味、低杂质矿产资源逐年减少，铁矿石
5、价格不断攀升。为了控制成本，低品位矿使用比例不断增加，随着铁矿石品位降低，渣比升高，势必对以往的操作模式带来冲击，因此，强化原料管控，及时应对原料变化，才能有效降低原燃料变化对炉况带来的影响。正常情况，武钢 8 号高炉使用 9#、10#焦炉干熄焦焦炭，焦炉投产时间长，质量也有所下滑，若遇到焦炉检修，则使用其他焦炉焦炭作为补充。烧结主要以四烧为主，而四烧只能供应 8 号高炉 80%的烧结用量，单个烧结机产量无法满足 8 号高炉生产用料需求，因此高炉生产主要以四烧料为主，一烧料和堆场料为辅，但由于环保压力大、设备改造等影响，烧结机停机频繁，烧结不够时配一定量石灰石确保碱度稳定和维持生产。烧结用料品
6、种繁多，用料结构难以稳定，而几种料掺杂在一起使用，势必对炉况造成影响，尤其是堆场料取料超过 2 h 以上，或者堆场跟一烧一起使用时，对风量、热制度和造渣制度影响很大。因此及时掌握来料信息极其重要，通过及时传递信息，及时调剂应对，确保炉况稳定顺行。2.1.2烧结分级入炉，控制合理筛速8 号高炉共有 10 个烧结矿槽，2 台分级筛，A 筛和 B 筛，一用一备。在烧结矿入槽前要经过分级筛进行筛分整粒，1#7#矿槽装大粒度烧结矿（大于13 mm），8#10#矿槽装小粒度烧结矿（513 mm），Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期79小于
7、 5 mm 的粉末回到烧结厂重新烧结。充分利用烧结矿分级优势，把分级后的小烧作为调剂边缘气流的一种手段。利用小粒度烧结矿对煤气流阻力大的特点，将小烧布在边缘，可适当抑制边缘气流，为高富氧创造条件，有利于提高煤气利用和保护炉衬及冷却设备，同时减少了小粒度烧结矿在中间环带的数量，有利于提高料柱透气性，增加风量。近几年来，为了降低烧结返矿率，对烧结振动筛进行了全面更换，筛棒间距减小，筛分效果变差，小粒度烧结矿不能有效筛分，从而造成粉末入炉。因此每天进行筛速测定记录和控制合理筛速，对提高筛分效果和降低粉末入炉意义重大。车间对日常原料管理工作作了明确规定：每班必须及时跟踪原料信息，做好用料台账记录，及时
8、测定烧结筛速，筛速过大或过小都要及时联系调整至规定范围。2.1.3掌握来料信息，及时应对调剂关注烧结化学成分变化（FeO、MgO、Al2O3等），跟踪调剂，稳定炉渣碱度，确保渣铁流动性和生铁质量。密切关注烧结、焦炭粒度、水分和强度变化，通过优化上部调剂，保证风量和炉型稳定。原燃料物理化学性能的稳定是大型高炉稳定、顺行、高产、优质、低耗、长寿的前提，但由于武钢生产的特定环境，原燃料供应稳定性差，因此 8 号高炉历经多年进行了一系列探索，目前可有效应对变化：一烧和堆场料粒度不均，粉末多，强度较低，因此制度上采用适当疏松边缘和中心气流的操作制度；烧结机停机，烧结不够用，使用石灰石，大幅度降低烧结配比
9、和提高球团配比时应适当发展中心气流，以确保入炉风量和稳定炉身渣皮，在烧结配比还原时制度也应逐步还原。2.2富氧大喷吹及富氧变化应对措施高富氧是武钢 8 号高炉长期稳定高产的主要措施之一。在焦比基本保持不变的情况下，富氧 1%的增产效果为：风中含氧 21%25%时增产 3.3%，风中含氧25%30%时增产 3.0%1。富氧后，鼓风中含氧量增加，含氮量相应减少，单位生铁所需风量和煤气量减少，这为增加入炉风量创造了条件。提高富氧，鼓风中含氧量增加，碳素的燃烧更加充分，生成的煤气量也相应增加，有利于提高冶炼强度和煤比，降低焦比。8号高炉通过富氧管道改造后，富氧量最多可以用到50 000 m3/h，富氧
10、率可以达到 7%以上。由于市场需求和炼钢节奏跟不上等原因，限制产能发挥，正常生产情况下富氧量稳定在 40 000 m3/h 左右，煤比控制在176180 kg/t 之间。目前，武钢以市场订单和低库存为原则来控制钢铁产量，同时受炼钢节奏跟不上、烧结机故障停机率高、原料组织困难等影响，高炉难免会存在大幅度限氧和用氧的情况，因此为了适应新变化，稳定煤气流，在操作制度上也进行了一系列探索：大幅度限氧，高炉边缘气流不足，料下得慢，容易往中心塌料，从而导致风量波动，影响高炉顺行，因此，制度上应适当疏松边缘，减少边缘矿石量，同时及时缩小批重，稳定煤气流；大幅度提升用氧量，边缘气流发展，容易掉渣皮，因此在用氧
11、的同时应适当抑制边缘气流，但大富氧后，矿批大，冶炼强度快，炉顶温度下降较多，甚至低于 100，对炉型和炉况稳定性不利，因此又应适当疏松边缘，并适当发展中心气流，确保炉顶温度在 100 以上。2.3控制合理热制度、造渣制度炉缸热制度的稳定是高炉长期稳定顺行的必要条件。炉温波动大，风量难以稳定，出铁不好组织，操作参数难以平稳，从而造成炉况波动。炉温高，风量萎缩，风速不够，影响排渣出铁，同时增加高炉消耗；炉温低，渣铁物理热差，流动性不好，渣铁出不来，轻者造成憋炉，重者可诱发滑料、悬料等事故。其次，严重影响生铁质量，制约炼钢节奏，增加炼钢成本。合理稳定的造渣制度有利于形成稳定的软熔带宽度和位置1，改善
12、渣铁流动性，提高炉渣的脱硫能力，冶炼出优质生铁，同时有助于稳定渣皮和保护炉衬。若炉缸热制度和造渣制度不稳定，则影响渣铁流动性，渣铁排放困难，从而造成憋炉，影响风量和高炉顺行。炉温波动，碱度失常，生铁质量难以保证，同时软熔带区间变宽且不稳，容易造成炉墙结厚或渣皮大面积脱落，从而损毁冷却设备，破坏煤气流分布。由于烧结机故障多，同时单个烧结机难以满足 8号高炉用料需求，因此烧结质量参差不齐，碱度波动大，为了适应变化，高炉操作也探索出来一系列应对措施：若烧结碱度大幅度降低，在上调碱度的同时应适当抑制边缘气流，稳定渣皮，防止渣皮大面积脱落；若碱度大幅度上升，应快速果断降低炉渣碱度（视情况集中海南代烧结）
13、，在下调碱度的同时应适当发展边缘和中心两股气流，增加入炉风量，防止高炉粘结。8号高炉日常参数控制要求如表 2 所示。表 28 号高炉日常参数控制项目控制范围铁水中 Si 的质量分数/（%）0.30.45物理热/1 4901 510渣中二元碱度1.181.25铁水中 S 的质量分数/（%）0.0200.030科技与创新Science and Technology&Innovation802023 年 第 03 期表 2（续）项目控制范围风温/设定 1 205富氧量/（m3h-1）40 000煤比/（kgt-1）1761802.4优化炉型管控措施目前，武钢 8 号高炉已经摸索出比较适合高炉自身特性
14、的操作制度，并能通过微调有效应对各种外部因素变化带来的影响。8 号高炉依靠合理的操作制度、完善的冷却管理制度，投产 10 年来，在保持高效冶炼的同时，冷却壁损坏率为零。2.4.1优化上下部调剂进一步优化上下部制度。近几年来由于原料铁份降低、渣量增加、煤气利用不断提高，高炉风速不够，中心吹不透，炉缸不够活跃，上下部制度不匹配，高炉易粘结，高产与粘结逐渐成为矛盾。经过技术人员不断探索，优化上下部制度，均衡中心与边缘气流，增加中心焦量，逐步缩小进风面积，进风面积由最大时的 0.494 8 m2缩小至 0.466 1 m2。通过调整，高炉鼓风动能维持在 16 00018 000 kgm/s，高炉中心气
15、流得到保证，边缘气流稳定，两股气流均衡发展，炉缸活跃，高炉抵御外围各种变化的能力增强，炉况的稳定性增强。使用不等料线布料。原来大小烧结矿石的料线均为 1.3 m，现在改为大烧 1.5 m，小烧 1.3 m，焦炭 1.2 m。这样根据各原料物化性能不同，采用不同的布料厚度，更有利于布料均匀，气流稳定，增加风量，更有利于炉型稳定和煤气利用率提高。2.4.2水系统的管理注意水温、水量的控制。一般情况下，8 号高炉总水量保持 5 500 m3/h，杜绝调剂水量。进水温度主要根据高炉操作炉型的变化以及冶炼条件，做针对性调节。冷却壁水温差控制在 4.55.5 之间，以确保炉型合理稳定。正常情况下，高炉在夏
16、季和冬季采取不同的软水进水温度，气温 25 以上，进水水温按 4041.5 控制，气温 25 以下，进水水温按 41.543 控制，不允许出水温度超过 50。这些措施有利于热负荷的稳定，从而稳定渣皮，减少渣皮脱落或炉身粘结，达到延长冷却壁使用寿命的目的。密切关注补水曲线和高炉煤气 H2的体积分数变化。在日常的炉型管理中，技术人员密切关注膨胀罐水位和每个风口、二套进出水量的曲线变化，发现曲线有拐点，补水周期变短或高炉煤气中 H2的体积分数突然升高，及时安排配管工查水，确定是内漏还是外漏，冷却设备是否有损坏。如果发现漏水应及时处理，不然漏水易造成渣铁物理热降低，渣铁出不净，炉缸不活，从而导致煤气流紊乱和操作炉型发生变化。密切关注炉身冷却壁温度和热流强度变化。冷却壁水温差与热流强度监测十分重要，水温差和热流强度直接反映了该冷却壁承受的热负荷状况。适时监控冷却壁水温差，并结合冷却壁温度情况，及时采取相应调剂。操作炉型稳定，高炉才能长期稳定顺行。8 号高炉为砖壁合一薄内衬结构的高炉，铸铁冷却壁热面温度不大于 400，铜冷却壁的热面温度不大于150。操作中，可以通过铜冷却壁热电偶温度来判断渣皮厚度