關(guān)于高爐休風料的一些思考

遷安市九江線材有限責任公司  李世杰

嘉辰集團營口鋼鐵公司  秦國玉

高爐生產(chǎn)中休風過程在所難免，休風一般都要下休風料，以便于恢復爐況；但有時因事故造成的無計劃休風，來不及下休風料，在休風時間很長的情況下，爐況恢復時卻沒有遇到計劃休風時遇到的相關(guān)難題，爐況、爐溫都基本正常。而提前下休風料的計劃休風，卻存在只休了八九個小時，恢復卻很困難的情況。這是為什么呢？進一步思考，我們下休風料，應(yīng)該選用什么樣的原則呢？確定這些原則的機理是什么，下休風料是否還有進一步節(jié)約成本的空間呢？本文，將帶著這些問題進行論述。

The process of blast furnace recuperation is inevitable. But sometimes unplanned damping down caused by accident, in the case of damping down time is very long, furnace condition to restore did not meet plan damping down related issues, furnace condition, furnace temperature are essentially normal. However, the plan to lay off the rest materials ahead of schedule has a very difficult recovery after only eight or nine hours' rest. Why is that? Further thinking, what kind of principles should we choose for the rest materials? To determine the mechanism of these principles, is there room for further cost savings? In this paper, these problems will be discussed.

關(guān)鍵字；休風料 休風 恢復

一、相關(guān)理論綜述

周傳典（2002）在其《高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊中》有一段關(guān)于封爐料的論述：正確選擇封爐料總焦比是保證開爐后爐缸熱量充足、加速殘渣鐵熔化及順利出鐵出渣的關(guān)鍵。確定原則為：1.封爐時間的長短。封爐時間越長，總焦比越高。封爐半年以上的高爐，封爐料總焦比與大中修開爐總焦比相似。2.爐容大小。小高爐比大高爐熱損失多，封爐料總焦比應(yīng)相對提高。3.冷卻設(shè)備狀況。爐殼與冷卻設(shè)備損壞嚴重的高爐，一般不允許長期封爐。特殊情況非封爐不可，必須徹底查處漏水點和漏風。為防萬一，封爐總焦比要相對提高5%——10%。雖未說明具體指明休風料的具體結(jié)構(gòu)，但較早的為休風料做了整體定位，本文認為封爐料是長期休風的極限思考。

二、休風的類型

按照休風時間界定分為長期休風和短期休風。長期休風是指休風時間超過四個小時，高爐熱損失相對較大（由于不可逆因素造成的長時間休風甚至造成爐涼），需要恢復時間長，需要謹慎應(yīng)對。一般來說休風時間在四小時以下的稱為短期休風，由于休風時間相對較短，高爐熱損失較少，調(diào)整上相對容易。

按照計劃類型分為計劃性休風和非計劃休風。計劃休風是有計劃的在休風前做好相應(yīng)的準備，并以完成計劃目標為目的的工藝操作過程。一般在計劃休風以前，對需要更換設(shè)備、修理部位、休風料的設(shè)置以及復風的要求都有明確的要求和界定。而非計劃休風一般沒有提前準備過程，大多是外力因素造成的被動休風，視造成非計劃休風的因素影響大小，來確定休風時間長短。綜上所述，不管屬于那種類型的休風，勢必對高爐造成熱量損失；在恢復過程中面臨各種挑戰(zhàn)，氣流的重新分布、熱量補償過程都有可能伴隨懸料、塌料甚至管道氣流。

因為有計劃的長期休風能更全面的反應(yīng)休、復風過程高爐技術(shù)人員的技術(shù)能力，本文將重點討論有計劃長期休風下熱量補償和恢復過程的順行控制。

三、計算休風料的目的及復風原則

目前長期計劃休風的休風料配料主要有兩種目的：一是補充高爐休風期間的熱量損失，保證復風過程爐缸熱量充沛；二是考慮休風后料柱透氣性變化，改善料柱透氣性，加速復風后的恢復進程。兩者都是高爐恢復正常爐況的宏觀驅(qū)動因素。為達到以上兩種目的，目前主要使用調(diào)整綜合入爐焦炭負荷的方法，通過減輕焦炭負荷來達到補充熱量、疏松料柱的目的。

減礦的方法：1維持正常生產(chǎn)時的每批料焦炭負荷，直接附加凈焦2降低原有礦批焦炭負荷3既降低原有批重焦炭負荷，又附加凈焦。其中附加凈焦可以是間隔相等料批一批或者若干批集中加入。

為加速復風后的恢復進程，長期計劃休風的休風料配置過程中，一般都會降低礦石批重，根據(jù)休風時間長短，合理調(diào)整焦批重量，來達到降低焦炭負荷的目的。減礦的參照原則通過計算減礦率而得：

減礦率P=(C1+C2)/C1

P為減礦率 C1為原有焦炭負荷 C2為調(diào)整后焦炭負荷

另一種方法為在礦批不做調(diào)整，只調(diào)整焦炭批重的情況：P=（W2-W1）/W2其中W2為調(diào)整后焦炭批重，W1為原焦炭批重，在實際生產(chǎn)中大部分使用縮小礦批的方法，故此方法不作計算參考。

減礦率的計算方法給休風配料計算提供了方法和指引，但是并不是負荷越輕越好。胡方毅、皇雷（2014）認為焦炭增加量在一定的范圍內(nèi)與休風時間成正比，16小時以上的休風呈向上拐的非線性關(guān)系，以后隨時間延長，單位時間內(nèi)焦炭增加值越來越小，曲線接近平坦。示意圖如下：

通過上圖我們可以看出，隨休風時間的延長，減輕焦炭負荷已經(jīng)趨于極限，此時在休風料中加入過多的焦炭顯然不經(jīng)濟。所以以16小時左右為拐點，此時加焦量應(yīng)略高于之前以單位時間增加焦炭量而計算得來的總和，但隨時間延長，休風料中的加焦量變化不大。

對于輕焦炭負荷料（一般最下端為凈焦）應(yīng)到達什么位置，本文認為應(yīng)根據(jù)熱量損失來確定，因高爐各個部位所承受的熱負荷分布不同。一般認為休風時休風料中的第一段凈焦應(yīng)到達爐腹與爐腰過度地帶，即通常所說的爐腹上沿或者爐腰下沿。如此可以在高爐復風后休風料中第一段凈焦充分燃燒來補充高爐長期休風所虧損的熱量，但根據(jù)高爐熱負荷分布規(guī)律，送風初期熱量迅速升高的部為集中在爐身下部以及爐腰位置，其次才是爐腹和爐缸。也就是說送風初期爐缸熱量回升緩慢，根據(jù)經(jīng)驗，一般在兩到三爐鐵后，爐缸熱量才能夠得到大幅提升。那么靠焦炭燃燒單一的熱量來源對于加速送風后高爐的恢復進程是不夠的，還需要配合初始氣流分布，氣流分布趨于合理的時間越短，越有利于爐料順暢的下落，由此加速爐缸熱量的蓄積。

確定適當?shù)臏p礦率是送風后迅速提高爐缸熱量、改善料柱透氣性、有效疏通氣流的前提保證，在做好長期計劃休風準備的同時，也要做好爐況恢復過程的控制。本文將送風恢復過程分為送風初期階段（噴吹煤粉以前的階段）、噴煤至全風階段、負荷調(diào)整階段三個階段，并提出相應(yīng)的恢復原則：

（一）送風初期階段：此階段受到長期休風的影響，初期階段的加風受到料柱的透氣、透液性制約明顯，且在送風一段時間后，軟熔帶重新形成，初始氣流的分布對后續(xù)復風進度影響較大。此階段加風的原則是“有順行就快些，無順行就穩(wěn)些”希望在初期盡可能的以高鼓風動能活躍爐缸中心。

（二）噴煤至全風階段：此階段在爐外出鐵和開風口的配合下，視爐溫基礎(chǔ)及順行情況，開始噴煤。逐步加風量、加頂壓、富氧（達到一定送風比后開始富氧）。此階段煤氣發(fā)生量相對前一階段煤氣發(fā)生量明顯增加，煤氣需要暢通的通道通過，在布料制度上采取引導中心為主兼顧邊緣原則。此時加風要密切關(guān)注透氣性指數(shù)、壓差變化，在爐況可接受的合理透氣性范圍內(nèi)緩慢提高風量，直至全風全氧狀態(tài)。

（三）負荷調(diào)整階段：根據(jù)休風料位置及目前爐況走勢判定爐溫趨勢，綜合考慮熱量基礎(chǔ)，分階段校正焦炭負荷。如果爐況順行基礎(chǔ)良好，調(diào)整幅度可以大些，階段少些；如果爐況基礎(chǔ)欠佳，可分多步校對調(diào)整焦炭符合。

四、避免熱量損失主要途徑

高爐休風后熱量輸出主要通過高爐冷卻系統(tǒng)、空氣熱量交換為主。為降低熱量損失，休風后高爐會進行堵風口、降低冷卻強度操作。對于堵風口而言，力求“嚴實合縫，好捅不累人”；在降低冷卻強度方面，根據(jù)爐體所承擔的熱負荷必須通過冷卻水帶走，利用熱流強度轉(zhuǎn)換成冷卻水流量的計算公式如下：

（Tr-T1）/R=Q=q/3600S

q=cm(T1-T2）

兩式聯(lián)立：m=3600S(Tr-T1)/cR(T1-T2)

其中Tr冷卻壁熱面溫度 T1冷卻水進水溫度 T2冷去水出水溫度 S冷卻面積 c水的比熱 m水量 Q 熱流強度q熱負荷。

通過冷去水量對溫度變化的影響，冷卻壁熱面溫度、進出水溫差變化加以確定。以熱流強度為計算中心，導出溫度變化來控制減水量的大小。從而最大限度的減低高爐爐體在休風期間的熱量損失。

五、問題思考

綜上所述，下休風料的目的不僅要考慮開爐后爐缸熱量充足、加速殘渣鐵熔化及順利出鐵出渣，還要兼顧復風后爐況順行。休風料下的好壞必然與爐況恢復息息相關(guān)，但又不是始終成正相關(guān)，說明存在其他的重要影響要素。下了休風料，爐況恢復一塌糊涂的應(yīng)有盡有；無計劃長期休風，鋌而走險，從獲新生的亦不在少數(shù)。所以本文認為應(yīng)該系統(tǒng)評估下休風料的方法，并且對高爐在休風前所處的爐況狀況全面評估。本文認為休風料總焦比是底線，調(diào)整休風料加入方法是突破，比如休風料分幾段，每一段原料與燃料怎么配置對休風期間熱量損失至關(guān)重要。休風料加入位置要準確，休風料應(yīng)加到高爐內(nèi)位置直接影響初始氣流分布、軟熔帶形狀和爐缸加熱速度，本文認為，目前休風料總焦比仍然就有優(yōu)化空間，主要從幾下幾個方面考慮：

（1）復風需要多少熱？根據(jù)相應(yīng)的計算方法評估休風期間高爐的熱量損失，作為休風料的焦炭負荷調(diào)整的根據(jù)。冷卻水帶走的熱量是主要熱量損失之一。但是該種計算評估熱量損失的方法忽略了送風以后各部分熱量回升的速度差異。也就是說即便整體熱量補充與熱量損失在數(shù)學上達到平衡，但作用于局部的有效熱量有限。當休風時間過長時，休風料的總焦比就在曲線上趨于平坦，這就是極限思維下的結(jié)果。（比如新開爐）與大中修開爐總焦比相似，那么在過長時間的休風后，高爐爐內(nèi)溫度一直在降低，熱量損失一直在持續(xù)，當熱損失達到一定程度，在常規(guī)焦炭負荷下，想啟動高爐幾乎是不可能的事情。那么在實際操作中，就會發(fā)現(xiàn)新問題，是將休風料的總焦比按大中修的開爐焦比下，還是讓將休風時高爐內(nèi)所有爐料的總焦比控制為大中修開爐焦比？這個區(qū)別很大，在正常生產(chǎn)的高爐中，只要出盡渣鐵，軟熔帶之下，全是焦炭，這部分焦炭量很大。再將休風后復風與大中修開爐相比，就會有驚奇的發(fā)現(xiàn)，復風的高爐，爐內(nèi)溫度高，爐內(nèi)焦炭多，復風的難度卻大，特別是保證順行的難度，大中修開爐，焦炭原料都是新裝入的，溫度低，卻容易開，順行也容易保證，這又是為什么呢？是不是說休風料不用加這么多焦炭，還是說熱量并不是休風料的重點。

那么從另一個角度來看。休風料中除了凈焦或者空焦外，還間隔插入若干批輕負荷料。從歷次復風后持續(xù)爐熱的效果上來說，目前休風料存在退負荷過多或者休風料各段負荷不能與高爐恢復過程各個階段所需熱量在節(jié)奏上保持一致。間隔、逐步加重焦炭負荷，其初衷是想通過漸進方式降低爐溫，降低高爐在恢復過程中的熱量波動。休風料中焦炭負荷雖然逐步加重，但只要在降低至正常生產(chǎn)時的合理焦炭負荷水平之前，始終是一個提熱過程。如圖：

通過圖表，在熱量曲線第二個拐點處，高爐所需補充的熱量出現(xiàn)富裕，此時加重焦炭負荷速率可以加快。那么為了優(yōu)化休風料，降低復風后長期高爐過熱造成的不必要焦炭損失，探索在空焦或者凈焦過后，間隔若干批后所加的凈焦量降低，輕負荷料采取過量調(diào)劑思想，循環(huán)若干批重于正常生產(chǎn)所需焦炭負荷，直接調(diào)整至目標焦炭負荷。以此來降低休風料的總焦量。

（2）關(guān)于順行。高爐復風后都有兩個難點，一個是讓渣鐵順利流出爐外，另一個是保證高爐能夠有效的恢復起來，順利走向正軌。保證渣鐵順利流出爐外，一是要有足夠的焦炭來燃燒產(chǎn)生熱量；二是要注意加熱爐缸的方法，最早用高溫渣鐵加熱，再后用噴吹鐵口的方法用煤氣加熱，最近增加了用氧槍從鐵口加熱的方法加熱；三是控制渣鐵產(chǎn)生的時間，也就是說，在爐缸未被充分加熱以前，別讓渣鐵下達爐缸，這樣，不僅大幅度降低勞動強度，而且能減少休風料中的焦炭以降低成本，還有利于順行。這三種加熱爐缸的方法，對休風料中焦炭多少的要求，自然不一樣。

高爐順行要求爐內(nèi)煤氣分布相對均勻，休風的高爐，復風時讓經(jīng)過降溫的軟熔帶重新具有良好的透氣性是個難點，我們認為這也是休風高爐恢復比新開高爐難度大的原因，新開高爐全是低溫的爐料，還沒形成過軟熔帶，在開爐時逐漸形成的軟熔帶的透氣性，雖然比不上正常生產(chǎn)的高爐，但比休風后復風的高爐要好。所以開爐的難度小。

（3）    怎么避開軟熔帶的影響，新開爐高爐可以采用晚加料的方式，也就是在爐缸未被充分加熱以前，不向高爐中加帶負荷料，等爐缸被充分加熱了，再加負荷料。這樣，原料被加熱熔化的條件好，因為有充足的熱量，進入爐缸后也不會被過度降溫，因為爐缸熱量充沛。這樣，給我們贏得了時間，不會在爐缸溫度還沒起來的時候，在我們還沒準備好時，低溫渣鐵就進入了爐缸，進一步被降溫，流動性惡化，形成惡性循環(huán)。長期休風（需要長時間封爐）后的高爐復風也是同樣道理，我們可以在休風前將料面降到軟熔帶之下，這樣，爐內(nèi)也沒了負荷料，沒了形成軟熔帶的條件，讓復風與開爐同樣簡單。當然，短期休風不需要這樣做，但也可以應(yīng)用同樣的道理。

六、前瞻與結(jié)論

通過減礦率和熱損失控制，全面評估高爐熱狀態(tài)，力求精準的控制休風料中前段凈焦或空焦的合理位置，能夠起到迅速補充爐缸熱損失、調(diào)節(jié)初始氣流的作用，如此一來，后續(xù)焦炭負荷可以少退，起到節(jié)焦的目的；通過極限思維的思考，以及送風后高爐的持續(xù)高爐溫狀態(tài)，在送風后氣流穩(wěn)定狀態(tài)下，一旦整體熱量補充與熱量損失達到平衡后，后續(xù)加焦炭負荷可以適當提高幅度和頻率，不但可以達到節(jié)焦的目的，而且能縮短高爐持續(xù)高熱狀態(tài)，使高爐迅速轉(zhuǎn)為正常。通過廣大煉鐵工作者的不懈努力，相信定能在休風料節(jié)焦方面取得長足進步！