大型高爐合理操作爐型如何控制
太鋼現(xiàn)有2座4000m3級(jí)的大型高爐（5號(hào)、6號(hào)），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(shí)間后，有一個(gè)從設(shè)計(jì)爐型向操作爐型轉(zhuǎn)變的過(guò)程。設(shè)計(jì)爐型趨于合理，爐內(nèi)煤氣流和料流運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(fù)荷分布、冷卻水溫差，以及爐況穩(wěn)定性表征參數(shù)等，來(lái)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(diǎn)，并提出調(diào)整操作爐型的措施。太鋼大高爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)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(duì)爐頂布料要求高，在生產(chǎn)過(guò)程中一般將槽下排料、裝料制度和送風(fēng)制度結(jié)合起來(lái)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)較為理想的爐喉料面形狀，達(dá)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?tīng)t腰區(qū)溫度和熱負(fù)荷的趨勢(shì)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(guò)這種情況。
合理操作爐型的表征及參數(shù)
通過(guò)控制合理的煤氣流分布，在設(shè)計(jì)爐型的基礎(chǔ)上，結(jié)合相應(yīng)的冷卻制度和熱制度等來(lái)實(shí)現(xiàn)操作爐型的合理控制，是高爐生產(chǎn)操作中的一項(xiàng)重要任務(wù)。太鋼一般從以下幾個(gè)方面來(lái)對(duì)操作爐型的合理性進(jìn)行評(píng)判：
一是爐內(nèi)風(fēng)壓穩(wěn)定，壓量關(guān)系適應(yīng)性強(qiáng)，風(fēng)壓波動(dòng)值在15kPa以?xún)?nèi)。
二是壓差在10kPa以?xún)?nèi)波動(dòng)，透氣性指數(shù)在0.10～0.25范圍內(nèi)波動(dòng)。
三是煤氣利用率能穩(wěn)定在50.5%以上。
四是爐頂十字測(cè)溫，總體21點(diǎn)十字測(cè)溫槍溫度分布穩(wěn)定且呈有規(guī)律性的波動(dòng)，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(diǎn)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(diǎn)溫度平均值在200℃以下，不超過(guò)220℃，且4點(diǎn)溫度偏差小于20℃。
六是探尺，3個(gè)爐頂探尺下降均勻，料尺偏差在0.5m以?xún)?nèi)，料速均勻，正常生產(chǎn)時(shí)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(cè)溫偏差≤40℃，出鐵后期鐵水測(cè)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(fù)荷分布適宜，在正常生產(chǎn)時(shí)能將各段熱負(fù)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(shí)現(xiàn)1年以上、不出現(xiàn)退全焦負(fù)荷的爐況波動(dòng)。
操作爐型的管理重點(diǎn)
爐體各段溫度。太鋼對(duì)爐體溫度進(jìn)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(fù)荷低于6GJ/h、冷卻水溫差低于1.0℃時(shí)，往往會(huì)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(diǎn)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(kāi)始，5號(hào)高爐通過(guò)休風(fēng)定檢對(duì)爐體溫度波動(dòng)最頻繁的爐身中上部進(jìn)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(fù)荷和水溫差的分布。對(duì)爐體熱負(fù)荷進(jìn)行分段式管理，是大型高爐生產(chǎn)操作中須要重點(diǎn)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(yàn)，要特別控制好爐腰和爐身下部這兩個(gè)區(qū)域的熱負(fù)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(shí)爐體各段熱負(fù)荷及水溫差分布情況見(jiàn)表2。
由表2可知，太鋼高爐爐況較好時(shí)，爐體總熱負(fù)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(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐摸索，爐體各層熱負(fù)荷的控制得到加強(qiáng)。太鋼認(rèn)為，對(duì)爐身中上部的熱負(fù)荷控制，主要是通過(guò)調(diào)整布料時(shí)的邊緣焦炭負(fù)荷來(lái)完成，爐腰區(qū)熱負(fù)荷控制須要配套調(diào)整送風(fēng)制度、熱制度和造渣制度來(lái)進(jìn)行。
調(diào)整操作爐型的太鋼經(jīng)驗(yàn)
對(duì)爐體溫度的調(diào)整和控制。送風(fēng)制度對(duì)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(guò)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(duì)較高的煤氣利用率，從而獲得穩(wěn)定的熱制度，是實(shí)現(xiàn)操作爐型穩(wěn)定的基礎(chǔ)。
太鋼對(duì)爐體溫度的調(diào)整措施包括：一是通過(guò)調(diào)整焦炭負(fù)荷來(lái)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(cè)溫≮1500℃，并要重點(diǎn)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(fù)荷，增強(qiáng)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(dòng)能，通過(guò)維持一定的爐腹煤氣量來(lái)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(yàn)，爐腰溫度控制在60℃～80℃比較適宜。對(duì)操作爐型進(jìn)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(qiáng)弱的適當(dāng)性。
對(duì)爐體熱負(fù)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(guò)程中不但要重視爐內(nèi)壓量關(guān)系的適應(yīng)性，而且要長(zhǎng)期關(guān)注爐腹至爐身上部各段熱負(fù)荷和水溫差分布情況及趨勢(shì)，尤其是爐腰區(qū)的熱負(fù)荷和水溫差情況，要將熱負(fù)荷分布及波動(dòng)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(lái)判斷操作爐型的合理性。
太鋼高爐在爐腹、爐腰區(qū)的熱負(fù)荷和水溫差持續(xù)走低后（熱負(fù)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(kāi)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(rèn)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(gè)方面來(lái)進(jìn)行調(diào)整。一是煤氣流分布的調(diào)整，通過(guò)調(diào)整布料檔位，包括料線(xiàn)、角度和邊緣焦炭負(fù)荷來(lái)調(diào)整邊緣煤氣流強(qiáng)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(jiān)持出鐵前期鐵水測(cè)溫不低于1480℃、后期鐵水測(cè)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(dòng)性，著眼于熱制度和造渣制度的長(zhǎng)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(qiáng)度，適度調(diào)整爐腹至爐身中部各段冷卻水量分配和進(jìn)水溫度。四是加強(qiáng)爐前作業(yè)，減少憋風(fēng)次數(shù)、降低憋風(fēng)程度，加強(qiáng)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(hù)合理操作爐型的長(zhǎng)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(lái)源于設(shè)計(jì)爐型、煤氣流分布和各項(xiàng)操作制度的綜合作用。高爐操作和管理者只有針對(duì)各種冶煉條件的改變適時(shí)地調(diào)整煤氣流分布，才能實(shí)現(xiàn)操作爐型的有效控制。
綜合來(lái)看，對(duì)合理操作爐型的控制，可從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行：一是建立合理操作爐型和爐況順行性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此將爐體各段溫度、熱負(fù)荷和冷卻水溫差控制在一定的范圍內(nèi)，使?fàn)t體熱負(fù)荷值與邊緣煤氣流的強(qiáng)弱相宜，并要重點(diǎn)防止?fàn)t腰結(jié)厚。太鋼大高爐在操作爐型的中長(zhǎng)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(fù)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(shí)現(xiàn)爐腰區(qū)工作狀態(tài)的活躍和穩(wěn)定，是大型高爐實(shí)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(fù)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(fù)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(zhǎng)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(shí)現(xiàn)爐況的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，并建立高爐的長(zhǎng)壽管理體系和制度，這是維系合理操作爐型的基礎(chǔ)。