马钢B高炉炉役后期稳定操作炉型实践
时间：2023-04-10 16:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
许钦伸，郭泽华
（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000）
高炉炉型分为设计炉型和操作炉型。高炉炉型设计是安全稳定生产的基础，炉型是否合理将直接影响到开炉后炉内煤气流的均匀分布，从而影响正常生产时操作炉型的形成。操作炉型除了受到设计炉型影响外，还会在高炉投产后的实际生产中受到原燃料质量、装料制度、冷却制度等因素的影响［1］。马钢 B 高炉于 2007 年 5 月 24 日投产，有效容积4 000 m3，采用自立式框架结构，设36 个风口，4个铁口，炉体采用薄炉衬、全冷却壁结构，并采用软水密闭循环冷却系统。截止2021 年底一代炉龄超14年，单位炉容产量超11 000 t/m3。针对炉役后期，B 高炉通过强化原燃料管理、优化装料制度、送风制度、热制度，冷却制度等措施，获得了合理的操作炉型，保证了炉役后期炉缸的安全，实现了高炉的长周期稳定顺行以及经济技术指标的提升。
炉役后期，高炉生产出现的问题不尽相同，比较常见和突出有炉缸炭砖温度上升和冷却壁破损的增多。这会影响高炉的生产安全和高炉操作炉型的稳定，进而影响高炉的稳定顺行。2018 年4 月B 高炉1 号铁口炉缸炭砖七八层（标高8 380 mm）温度点A1/A2 出现上升的现象，5 月温度最高达233/358 ℃；
2019年7月2号铁口炉缸炭砖七八层温度点F1/F2 温度出现上升，最高达191/302 ℃。B 高炉冷却壁破损情况如表1所示。
表1 马钢B高炉冷却壁破损情况
2.1 强化原燃料的管理
原燃料质量和用料结构是高炉稳定顺行的基础，也是控制高炉煤气流的前提条件。因此，常有“三分操作，七分原料”的说法。原燃料质量和用料结构会对高炉炉型的维护带来影响。
2021 年B 高炉炉料结构整体维持相对稳定，但受制于成本控制及生产现状影响，原燃料结构短期仍有较大波动。2021 年B 高炉用料结构如表2 所示。其中烧结矿比例在11 月和12 月降低到70%以下，生矿纽曼含量相对较高大于15%。为了能够更好的应对炉料结构波动对炉况的影响，高炉除了加强槽下筛分管理，严控T/H 值控制，减少入炉粉末的同时。在炉料结构变化大时，采取分步调整的方式。一般要求，同一料种单次变化比例不超1.5%，渣比变化控制在5 kg 以内。并且通过降低烧结矿SiO2含量，提高烧结矿全铁含量，入炉品位在58.5～59.5%，高炉渣比低于300 kg。
表2 马钢B高炉2021年原燃料结构及主要参数
焦炭使用上控制焦炭种类，B 高炉焦炭主要以新区干焦为主，配用部分的外购焦炭。在保证焦炭冷态强度的要求，M40≥89%，M10≤5.9%的前提下，逐步降低焦炭灰分含量（9 月至11 月由于A 高炉大修B高炉全部使用新干焦）。
2.2 合理的上下部制度
高炉煤气流在炉内共经历三次分布：第一次在炉缸风口回旋区，是初始气流的分布；
第二次在通过软熔带和焦窗，是煤气流的二次分布；
第三次在块状带进行第三次分布。合理的上下部制度调整有助于煤气流和温度场的合理分布，进而获得稳定适宜的操作炉型［2］。
2.2.1 下部送风制度的调整
进入炉役后期，因炉缸直径相对扩大，吹透中心、活跃炉缸的难度明显增加。因此，高炉下部送风制度调整关键就是要控制合理的送风参数。马钢B 高炉设有36 个风口，采用Φ130 mm×32+Φ120 mm×4 的风口布局，风口面积0.4700 m2。在日常操作上，积极使用风量，力求风温全送，使高炉鼓风动能保持在130～140 kJ/s 的水平，实际风速提高到260～265 m/s，通过加湿或脱湿，使理论燃烧温度稳定在2 250～2 300 ℃。
2.2.2 上部装料制度的优化
马钢B 高炉自2014 年以来一直坚持“平台+漏斗”的布料模式，2022 年针对炉役后期原燃料条件及冷却壁破损增多的实际情况，在两道气流的调整上，遵循稳定中心气流，兼顾边缘气流的调整方针，并大致经历了三个阶段。
第一阶段，随着强化冶炼的进行，高炉矿批、负荷及煤比相应增加，料制调整在稳定中心气流的同时，适当疏松边缘，以防止炉墙渣皮结厚。第二阶段，夏季气温升高，高炉冷却强度相对降低，渣皮易脱落，料制上以抑制边缘为主。第三阶段，当生矿比例明显增加，考虑到生矿具有热爆性，粉末增多，高炉透气性会相对变差，料制调整上中心气流以稳定为主；
为防止粉末造成炉墙黏结，要辅以适当疏松的边缘气流。2021 年B 高炉料制调整过程如表3所示。
表3 马钢B高炉2021年上部装料制度调整过程
此外，在做好气流调整的同时，不断细化操作：精确布料时间至±3 s；
增大料头料尾振动筛齿间距，改善原料的的滚落效应；
根据原料结构，及时调整槽下料条的分布等。
通过下部送风制度和上部装料制度的优化，高炉操作炉型更趋合理，形成了良好的煤气流分布，煤气利用率变化如图1所示，基本稳定在48.5%。
图1 马钢B高炉2022年煤气利用率变化情况
2.3 热制度与造渣制度管理
热制度与造揸制度的合理结合是炉腹及炉腰形成稳定渣皮的主要条件。B 高炉炉腰、炉腹采用铜冷却壁材质，其具有良好的导热性能，能在渣皮脱落后15 min 内完成渣皮的重建，有利于正常炉况时形成一定厚度的稳定渣皮。但当渣皮过厚、渣皮脱硫将会严重破坏炉型，影响煤气流的二次分布，进而影响高炉的顺行［3］。考虑到2018 年炉缸铁口附近的炭砖受到不同程度的侵蚀，炉役后期高炉通过不断调整、摸索，对热制度和造渣制度进行了总结，控制铁水中［Si］在0.40%～0.60%，［Ti］在0.08%左右，铁水测温1 510 ℃以上；
渣中（Al2O3）≤16.5%，MgO/Al2O3在0.5%～0.55%，渣中（TiO2）≤1.5%。稳定的渣系和良好的热制度有利于软熔带的稳定和炉缸的活性，促使了操作炉型的稳定。
2.4 冷却制度及冷却壁的管理
高炉冷却壁的运行状态和冷却制度会对高炉温度场的分布及炉型造成影响，进而影响炉况的稳定顺行和各项经济指标的提升。进入炉役后期，B高炉冷却壁破损整体增多。为了能够改善冷却效果，稳定高炉操作炉型。操作上关注进水温度变化、煤气中氢气含量、软水补水周期变化等。对破损冷却壁建立监控台账，发现漏水冷却壁及时定漏，拆分，利用检修机会对破损冷却壁进行穿管、灌浆。对于破损严重的区域，加装微型冷却器。此外，通过软水冷却设备的升级改造，并定期对高炉软水进行置换。B#高炉冷却水进水温度由2018 年的44.5 ℃下降到2021年的41.5 ℃，如图2所示。
图2 马钢B高炉软水进水温度的变化
2.5 炉前出铁的管理
炉前出铁作业是高炉冶炼的重要组成部分，日常生产中，以渣铁稳定、均匀的从铁口排出为目标。但实际生产中，各铁口的出铁时间并不稳定，铁量差大，炉缸内渣液面不均衡。研究表明，高液位引起鼓风更多偏向边缘区域，炉体热负荷增加，软熔带根部上升，中心降低，进而导致炉腹部位渣皮脱落［4］。此外，铁口过出会加剧铁水对铁口周围炭砖的侵蚀。因此，为了稳定操作炉型和炉缸炭砖安全对炉前出铁进行了优化和规范。根据生产实际2022年3月起将三铁口出铁调整为两个铁口对角出铁；
控制合理的铁口深度，要求深度3.8±0.2 m；
出铁时间145±20 min，出铁时间短的堵上重开，出铁时间连续超标准，并根据实际情况考虑调整钻杆直径。加强作业区操作工操作培训，制定打泥、保压标准，杜绝冒泥，维护出铁的稳定。
2.6 炉缸炭砖温度上升的治理
2018 年4 月起B 高炉铁口附近炉缸炭砖温度出现上升的情况，根据两点法计算历史最小残厚779 mm。为了有效治理炉缸炭砖温度的上升和确保炉役后期炉缸安全，依据马钢炉缸炭砖残厚管理判断标准（见表4），期间高炉适当控风、控氧，降低冶炼强度；
利用检修机会对炭砖温度高区域开孔压浆，杜绝炭砖缝隙窜气；
加装炉缸电偶温度异常报警装置和炉皮贴片电偶等。
表4 炉缸状况管理判别标准
另外，高炉在日常操作制度上也采取了相应措施。坚持精料入炉的基础上，入炉原料中配加含钛球团。为了实现钛矿护炉的目的，采取适宜的热制度和造渣制度：适当提高炉温，保证高炉铁水中［Ti］在0.100%～0.120%；
考虑到钛矿护炉过程中，渣铁流动性变差，待炭砖温度逐步下降后，逐步降低入炉含钛球团比例。在冷却制度上，对该区域的冷却水路进行改造，降低水温，提高流速，增强局部冷却强度。在炉前出铁管理上，做好铁口维护，对于炉缸炭砖温度高的铁口临时休止或者调整出铁制度减少通铁量，并使用钛基炮泥。
通过对马钢B高炉炉役后期操作及管理的不断优化，2021年炉缸炭砖温度整体稳定可控（见图3）；
高炉各段冷却壁温度稳定在适宜的范围内（见表5），操作炉型整体适宜；
炉内煤气流分布合理，煤气利用率维持在48%以上；
高炉燃料比稳定在490～500 kg，较2020年降低5 kg；
2021年利用系数2.22较2020 年提高0.03。除12 月受风口小套漏水及焦炭置换影响，产量偏低，燃料比上升外，B 高炉取得了良好的燃料经济技术指标（见表6），合理的操作炉型确保了高炉稳定、长寿、低耗。
表5 马钢B高炉2021年炉体冷却壁及进水温度单位：℃
表6 马钢B高炉2021年主要经济技术指标
图3 马钢B高炉1号铁口炉缸炭砖七八层温度的变化
（1）高炉炉料结构和质量的相对稳定是高炉获得合理操作炉型的基础。马钢B高炉在用料结构上采用分步调整的方式；
通过降低烧结矿SiO2含量，提高入炉品位在58.5%～59.5%，降低渣比至300 kg 以下；
改善焦炭质量，降低焦炭灰分含量至12.5%以下。
（2）炉役后期结合原燃料条件及冷却壁破损实际，选择合理的上下部制度。下部通过提高风速和鼓风动能促进中心气流的发展，活跃炉缸；
上部坚持“平台+漏斗”的布料模式，兼顾两道气流变化，获得合理的操作炉型和良好的煤气流分布。
（3）通过控制合理的热制度与造渣制度，活跃炉缸的同时也有助于高炉软熔带的稳定；
降低软水进水温度和对漏水冷却壁的及时处理，保证了高炉温度场的稳定；
强化炉前出铁管理，确保渣铁均匀、稳定的排出等都对高炉操作炉型的稳定起到了支撑作用。
（4）通过对操作及管理的不断优化，有效抑制了炉役后期炉缸炭砖温度的上升和冷却壁的破损，获得了适宜的操作炉型，高炉在产量上升、燃料比下降的同时实现了高炉长寿和稳定顺行。
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