唐鋼2號高爐降低燃料比實踐

馮忠良  孟建國  楊曉韜

（唐鋼煉鐵廠）

摘  要：對唐鋼2號高爐送風制度和裝料制度進行總結，經過對比、分析找出較為合理的控制范圍，降低燃料比。

關鍵詞：高爐；鼓風動能；裝料制度

1 概況

唐鋼煉鐵廠二號高爐于2002年12月31日投產，是在原來1260m³的基礎上擴容至2000m³，設2個出鐵場，26個風口，采用了并罐無鐘爐頂，鑄鐵冷卻壁和銅冷卻壁結合的冷卻結構，小塊碳磚加陶瓷杯復合爐底，軟水密閉循環爐體冷卻系統，霍戈文高風溫長壽熱風爐，水沖渣處理工藝。Hu/D=2.2435，爐缸直徑10500。

降低生產成本是目前鋼鐵企業提升競爭力最重要的措施。降低成本不單單是指創造出好的技術指標，還包括是采用廉價的原燃料創造出最優的經濟指標。作為煉鐵工作者，我們主要研究在原燃料條件不斷下降的的過程中保持指標的不退步，甚至提高。唐鋼2號高爐近幾年的技術指標見下表。

2 對鼓風動能的優化

2.1 鼓風動能的現實意義

高爐冶煉時，在高速鼓風作用下，風口前端一段距離內形成一個近似球形空間的循環區，焦炭從循環區上部不斷降落燃燒，形成爐料下降的空間，爐料不斷下降，高爐冶煉得以形成。在循環區外圍是一層疏松焦炭區，稱為中間層，此層間的焦炭不能和煤氣流一起運動。循環區和中間層存在著焦炭的燃燒、CO₂和H₂O的氧化反應，通常稱此區域為燃燒帶。燃燒帶的大小主要取決高爐鼓風動能，其長度與鼓風動能呈線性關系。實際生產中，調節燃燒帶大小以調節煤氣流的初始分布為主，最重要的是調節鼓風動能。

過大、過小的鼓風動能都將導致煤氣流分布不合理，爐況不穩：要么中心過強，邊緣偏弱，煤氣利用率低，爐墻渣皮易脫落；要么中心煤氣流不暢，透氣性不好，邊緣煤氣流過強，爐墻不穩定。

合適的鼓風動能，將使煤氣在整個爐缸圓周截面上的分布更加均勻合理，爐缸工作更加活躍。鼓風動能過小，氣流吹不到中心，易造成爐缸堆積，爐缸均勻性、死料柱的透氣性、透液性大大變差，鐵水環流加劇，鐵口難以打進泥，渣鐵出不凈，側壁溫度上升、爐芯溫度下降，爐缸侵蝕厲害，最終將影響一代爐齡。鼓風動能過大，則爐缸中心料柱過吹，焦炭易被強氣流攪碎，死料柱透氣性透液性也會變差，同時過吹還會使中心煤氣流相互攪擾，造成煤氣流分布的紊亂。

2.2 鼓風動能的影響因素

根據不同的生產條件，適時對鼓風動能進行調節和控制。生產實踐表明不同的原燃料條件不同的爐缸直徑應達到相應的鼓風動能值。鼓風動能的數學表達式為。

式中 E─鼓風動能

Q₀─鼓風量，m³/min

m─每個風口前鼓風質量，kg

v─每個風口前鼓風速度，m/s

n─風口數目

f─每個風口截面積

t─熱風溫度

P_風─熱風表壓力

ρ₀─標準態風的密度，kg/m³

g─重力加速度，9.81m/s²

從式中可以看出影響鼓風動能的參數有：

（1）鼓風量Q₀

鼓風動能與鼓風量成三次方的關系，是鼓風動能中影響最大的參數。

（2）熱風表壓力P_風

影響因素很多，是各種關系的集中體現。如原燃料冶金性能，出渣鐵情況，酸堿涼熱，裝料制度，氣流狀況，焦炭負荷等等。它是提高鼓風動能的制約性因素，不能單純為了提高鼓風動能而強加風。

（3）風口截面積f

同樣的鼓風條件下，鼓風動能與風口面積成二次方的倒數關系。

（4）熱風溫度t

熱風溫度越高，鼓風動能越大。

2.3 影響鼓風動能的參數的合理范圍

對2號高爐的2008年1月至2011年5月鼓風動能和綜合焦比進行對比，從圖1中可以看出鼓風動能在150±10kJ/s時綜合焦比處于較低的水平。

對2號高爐的2008年1月至2011年5月風量和綜合焦比進行對比，從圖2中可以看出風量在4450±50m³/min時綜合焦比處于較低水平。

對2號高爐的2008年1月至2011年5月風壓和綜合焦比進行對比，從圖3中可以看出風壓在327±3kpa是指標最好。

對2號高爐從開爐2003年1月份至2011年12月風口面積與綜合焦比進行對比，從圖4可以看出風口面積在0.3238 m²-0.3351 m²為宜。

基于這種思路我們在2012年1月13日和1月30日休風，主要目的是更換擴大風口面積，增加風量進一步進行強化冶煉，此次風口更換6個風口均由D120更換為D130，風口面積由0.3096m²擴大至0.3214m²，2月18日休風擴大風口，風口面積由0.3214m²擴至0.3312m²，風量由原來的4300 m³/min左右逐步加至4450m³/min。

如表2所示，2012年3月份綜合焦比在500kg/t，雖然與2號高爐從開爐至今的最好指標有5kg/t差距，主要是由于原燃料水平下降，這與我們的思路改變有關系，2008年以前我們提倡精料，現在我們開始算大帳，采用廉價的低品位礦石，以經濟指標為中心，生產上去適應。根據品位降低1%，焦比升高2%計算，2012年3月份綜合焦比按指標最好的2009年計算應該是496+496*（58.66%-57.53%）=502kg/t，也可以說已經達到歷史最好水平。

3 對裝料料制的優化

3.1 總結裝料制度的演變過程

（1）2007年及2008年上半年高爐的裝料制度基本狀況

料制特點：小礦批、小檔差、小角度、兩頭放。典型料制為：O，中心焦比例為28.6%，爐況表現為：利用系數低，煤比低，綜合焦比高、適應性差、易粘接。

（2）2008年7月至2009年3月高爐的裝料制度基本狀況

2008年8月開始進行料制調整，至9月份基本調整完畢后，經濟、技術指標穩步提升，直至2009年3月。料制從中心焦比例為20%調整為：，中心焦比例為26.7%。料制調整后，利用系數增加，

煤比增加，綜合焦比下降，高爐適應性提高。

（3）2009年4月至2010年4月高爐的裝料制度基本狀況

高爐后期爐況逐漸體現，爐缸東南方向溫度持續升高，2009年3月嘗試加入鈦礦，效果不好。基于長壽及降消耗的目的，進行裝料制度調整。典型料制為：中心焦比例為26.2%，爐況表現為：產量提高，適應性變差，對原燃料敏感。

（4）2010年7月嘗試取消中心加焦

裝料制度由 調整為，利用系數尚可，煤比上升，綜合焦比較正常，沒能取得經濟、技術指標明顯提升的效果，爐況適應性逐漸退步。

3.2 對裝料制度進行優化

利用休風機會進行砸錘實驗，認為46°恰好可以布到邊緣，歷年來最大角度的調整是在39°到49.5°之間，其中45°至46°取得的效果最好，角差在12°為宜。在2012年3月份料制的調整為中心焦比例為19.1%。對于中心焦比例的控制：中心焦比例在26%以上，爐缸反而發死，沒有起到“煙囪”的效果，中心氣流弱。中心越弱中心料面下降速度就越慢，試圖采用增加中心焦量的方法打開中心，中心焦量過大，高爐中心焦柱增大，邊緣礦焦比相應增大，中心焦柱的透氣性、透液性差，會加重爐缸堆積的程度，形成“小爐缸”中心氣流更弱。中心焦量過大時不會增強中心氣流，反而會減弱中心氣流。所以在高爐出現狀況時不能只依靠增加中心焦量來開中心。所以減少中心焦的比例到20%以下。

4 結語

眾所周知，高爐操作重要的是上下部制度的匹配，單獨上部制度優化和單獨的下部制度優化都不能取得好的技術經濟指標，高爐是一個整體。高爐操作的重點是降低消耗，提高煤氣利用率，要有合理的料面形狀，或者說是軟熔帶形狀，料面形狀的重點是上下部制度的匹配，也就是布料速度與料面下降速度的同步。焦炭具有骨架作用在高爐內體積縮小的程度小，而礦石體積到軟熔帶時由固相轉化為液相，體積急劇縮小，同時由于風口燃燒帶相對位于邊緣，焦炭不斷落入燃燒，而且爐身向下逐漸擴散，所以邊緣下料速度高于中心。利用焦炭和礦石體積收縮的不同，同時兼顧兩道氣流的通暢，利用十字測溫和頂溫的波幅、下焦下礦時變化、壓量關系、料尺行走、靜壓等等一系列參數來判斷料面形狀和氣流分布，從而采取相應的上下部制度。經過最近裝料制度和送風制度的調整，料面平臺變寬，氣流穩，冷卻壁溫度降低，冷卻壁水溫差降低，熱量損失變小，煤氣利用極大改善。冷卻壁溫度17m、18m、20m較去年同期溫度低，波動小。十字測溫中心溫度上升，振幅變小。這說明軟熔帶靠近爐墻的位置下移，軟熔帶中心上移，這樣焦窗數量增多，煤氣通路多，爐料與煤氣接觸良好，充分了利用煤氣的熱能與化學能，頂溫下降了20℃。綜合焦比明顯下降，煤比提高，產量增加，達到爐況的穩定順行。

參考文獻

[1] 王筱留.鋼鐵冶金學（煉鐵部分）.第二版.北京：冶金工業出版社，2004.

[2] 化建明張龍來.鼓風動能對高爐冶煉的影響及控制.煉鐵，2005，第四期