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鞍钢5号2580m3高炉炉况解决对策研究

2020-12-11 558 上传者：管理员

摘要：针对鞍钢股份有限公司5号2580m3高炉炉况不稳定的问题，借助炉顶热像仪成像、激光测料面及高炉数字化检测等手段对炉况进行了诊断分析，通过采取调整布料制度、形成焦炭“挡墙”，降低球团比例、减少滚动效应，校对机械探尺、构筑合理布料平台，增大风量、提高鼓风动能，缩小风口长度，增加边缘气流等措施，实现了高炉的稳定顺行和产量提升，并对高炉未来的调整提出展望。

关键词：
布料制度
炉况诊断
焦炭回收技术
高炉
鼓风动能
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鞍钢股份有限公司炼铁总厂（以下简称“炼铁总厂”）5号2580m3高炉是由鞍山钢铁自主设计建设，在淘汰3号、5号、6号三座小高炉基础上改建而成的现代化大型高炉。该高炉有3个出铁口，年生产能力200万t，于2009年6月30日投产后稳定运行9年。2018年，由于炉缸侵蚀等原因，高炉进行了为期61天的停炉大修。但大修开炉后，高炉炉况一直不稳定。为此，炼铁总厂开展了一系列技术攻关，并借助于新的检测手段，调整高炉布料制度和送风制度，实现了高炉的长期稳定顺行，效果良好。

1、高炉基本状况

1.1装备情况

炼铁总厂5号高炉首期炉役采用了多项先进工艺技术和装备系统：烧结矿分级入炉技术，小块焦炭回收技术，炉底炉缸高导热炭砖和陶瓷杯复合技术，铜冷却壁，遥控DDS液压矮炮及开口机，反渗透除盐水密闭循环系统，新一代嘉恒冲渣工艺，旋风重力除尘器及环保型干法除尘煤气清洗技术，卡鲁金顶燃式热风炉及前置预热炉双预热系统等，其设备装备水平达到了国际一流水平。

2018年9月12日高炉开始停炉大修，本次大修改造再次引进多项先进监测系统，如高炉数字化检测系统，激光测量料面系统，风口小套检漏与水温差检测系统，炉顶热像仪，风口成像仪等。以上在线监测手段为准确调整炉况提供了依据[1]。

1.2高炉炉况

炼铁总厂5号高炉于2018年11月11日大修结束并顺利开炉，开炉3天后利用系数达到2.1t/（m3·d），但之后炉况稳定性变差，生铁产量偏低，铁水物理温度经常低于1490℃，压量关系不匹配，风量偏少，炉缸活跃程度降低。2019年1月开始高炉频繁出现风口下沉现象，坏风口数量增多，减风及崩料现象时有发生，边中气流不稳定，炉况波动期间经常低风温操作，消耗指标及生铁质量受到很大影响。

2、炉况诊断分析

借助大修后新增设的炉顶热像仪成像、激光测料面及高炉数字化检测等手段，炼铁总厂对引起5号高炉炉况波动的原因进行了诊断分析,分析结果如下。

(1）开炉期间布料制度不合理。高炉焦批13.83t，矿批70t。2019年1月5号高炉布料矩阵见表1。

表12019年1月5号高炉布料矩阵

应用模拟软件计算得到的炉顶料面形状[2]如图1所示。焦炭平台宽度约为1.0m，为炉喉半径的24%，没有达到炉喉半径1/3的理想值；中心漏斗深度约为1.26m，中心加焦焦柱高为1.74m，中心加焦面积约占炉喉面积的22.6%。炉喉半径与O/C和焦层厚度关系如图2所示，可以看出，在炉喉半径1.7～2.7m范围内，焦层厚度不足0.3m，在炉腰软熔带处难以形成焦窗，易引起崩悬料。

图1炉顶料面形状模拟

图2炉喉半径与O/C和焦层厚度关系

(2）观察炉顶热成像发现，每次顺行变差前，中心气流均变弱，说明中心气流受到抑制，且期间伴随着炉料下降速度变慢，最终发生崩滑料。经分析，5号高炉开炉后使用东鞍山烧结矿，其SiO2含量达到6.5%～6.7%，致使每批矿中球团使用比例高达36%，大大增加了球团矿向中心的滚动量，影响了中心煤气流的畅通，一旦原燃料质量和品种产生波动，而制度调整不及时，极易造成边中煤气流同时受阻，导致崩滑料。

(3）机械探尺误差较大。开炉后一段时间内，通过激光测料面发现边缘始终没有建立一定宽度的平台，导致边缘气流非常不稳定。2019年3月5日通过比对机械尺显示数据与激光测量料面数据，发现两者料面深度偏差在0.6～0.9m，见图3，严重影响了布料的精准度，造成实际炉料整体外移，大大减少了边缘平台的宽度。

(4）高炉开炉后鼓风动能不达标，平均风量只有4200～4300m3/min，鼓风动能<100kJ/s，造成炉缸活跃度不够，炉缸死料堆体积偏大，进而限制了高炉的进一步强化[3]。5号高炉风口面积为0.339m2，风量与风速、鼓风动能和炉腹煤气量指数的关系见图4，可以看出，只有风量>4700m3/min，才能使鼓风动能达到110kJ/s、炉腹煤气量指数>56m3/min的合适值，高炉达到良好的运行指标[4]。

图3机械尺测量与激光测量料面数据比对

图4风量与实际风速、鼓风动能和炉腹煤气量指数的关系

(5）高炉开炉后频繁出现风口下沉现象。高炉风口成像如图5所示，可以看出，严重时有超过一半风口出现不同程度下沉。通过调查发现，高炉30个风口仍然沿用大修前为吹透中心、保护炉缸环炭而使用的长风口，长度均为640mm，等效炉腹角为69°24'，小于经验理想值72°[5]，易发生边缘气流不足，易下生料，导致风口下沉。

图5高炉风口成像

3、炉况调整

根据上述炼铁总厂5号高炉炉况的诊断分析，提出采取以下调整措施。

(1）调整布料制度，形成焦炭“挡墙”

在布料制度方面进行调整，将第5环焦炭增加1圈“挡墙焦”，之后将中心焦炭由5圈逐步减为4圈，第8环焦炭由3圈减为2圈。一是阻挡球团矿向中心滚落而导致的中心气流不畅；二是相应降低炉喉径向1.7～2.7m范围内的矿焦比，避免在炉腰软熔带形成矿-矿连接现象。调整布料制度后5号高炉布料矩阵见表2。布料制度调整后炉况运行平稳，风量增加100～200m3/min，高炉强度也同步提高，为高炉长期稳定奠定了基础。

表2调整布料制度后5号高炉布料矩阵

(2）降低球团比例，减少滚动效应

为了降低球团矿向中心的滚动效应，决定使用块矿4t/批，使球团比例由36.4%降至27.5%，见表3，同时调整上料程序，将块矿尽量布到环状带，避免其发生热爆裂而引起中心和边缘堵塞。改动后高炉稳定性进一步提高，压量关系良好。

表35号高炉炉料结构变化情况

(3）校对机械探尺，构筑合理布料平台

发现探尺不准后，立即对机械尺进行校对，最终机械尺与激光测量数据误差缩小至0.08m以内。调整后，高炉料面规整合理，并形成约1.2m宽度的布料平台，见图6。高炉煤气利用率提升1.5%，下料顺畅。通过应用新安装的激光测量料面技术可以在日常生产实时检测料面形状，对高炉生产有极大帮助，是炼铁技术的一项重大进步。

(4）增大风量，提高鼓风动能

针对5号高炉风速和鼓风动能偏低的情况，在调整布料制度和炉料结构的基础上，从2019年3月8日开始，将风量逐步增大到4700～4800m3/min，风压380～390kPa，鼓风动能达到了110kJ/s。随着鼓风动能的增加，炉缸变得越来越活跃，压量关系更趋合理，为高炉的强化提供了保证。

图6调整探尺后料面形状

(5）缩小风口长度，增加边缘气流

5号高炉风口下沉现象不仅会使煤气流初始分布发生变化，还会使最多4个风口不能喷煤，造成风口喷煤不均，进而影响煤气流均匀分布。高炉风口过长，会抑制下部边缘气流，没有被充分还原的生料容易直接落入炉缸，造成风口曲损和炉缸不活。2019年5月初，利用高炉短期休风机会，将30个风口中的16个更换为600mm长的风口；2019年6月初，将余下的14个风口分别更换为13个600mm和1个580mm的风口。调整后，风口下沉现象基本得到解决。

4、实践效果

炼铁总厂5号高炉经过一系列调整后，从2019年3月中下旬开始高炉顺行明显好转，调整前后高炉经济技术指标如表4所示。从表4可以看出，调整后，高炉综合焦比降低，高炉利用系数和煤气利用率提高，实现了高炉的长期稳定顺行和产量提升。

表4调整前后高炉经济技术指标

5、结论及展望

鞍钢炼铁总厂5号高炉2019年3月中旬至今运行状态良好，经济技术指标明显改善，高炉利用系数逐月提高，最高达2.53t/（m3·d），但与同行业先进水平相比仍有一定差距。下一步计划将燃料比控制在535kg/t以内，利用系数长期稳定在2.5～2.6t/（m3·d）。为此，拟从以下几方面着手。

(1）坚持上下部调剂相结合原则，在炉况顺行基础上进一步优化装料制度，适当拓宽平台，逐步减少中心加焦量至15%左右，提高煤气利用率，降低燃料比。

(2）将风量稳定在4800～4900m3/min，风压逐步提高至410kPa，小幅提高风速和鼓风动能，进一步活跃炉缸，提高高炉抗波动能力。

(3）加强原燃料质量管控。5号高炉使用的料种复杂，变料次数多，一定程度上会造成炉况波动。针对此情况，高炉作业区与部门，部门与外部原料厂矿之间要加强日常沟通与协调，建立原燃料质量预警机制，力争料种质量相对稳定。高炉作业区要建立应对不同原燃料变化的炉况调整预案，根据原燃料变化情况，及时调整相应制度，确保高炉在具有较高利用系数的同时长期稳定顺行。

参考文献：

[1]马福涛,张建良,张磊,等.铁前数模技术进展与大数据应用探讨[J].钢铁,2018,53(12):1-9.

[2]陈令坤,于仲洁,周曼丽.高炉布料数学模型的开发及应用[J].钢铁,2012,41(11):13-16.

[3]姜喆,车玉满,郭天永,等.鞍钢2号高炉合理鼓风动能的探讨[J].炼铁,2017,36(2):12-16.

[4]项忠庸.用炉腹煤气量指数模化来指导高炉操作[J].钢铁,2011,46(5):7-10.

[5]左海滨,郭龙飞,王亚杰,等.炉腹角和炉身角对高炉煤气流分布的影响[J].钢铁,2018,53(2):20-26.

赵东明,张延辉,刘振宇,黄勇,朱建伟,姜喆.鞍钢5号2580m~3高炉稳定顺行和提产攻关实践[J].鞍钢技术,2020(06):39-42.