天鋼3200m³高爐無富氧高煤比技術攻關

李 祺  楊光濤  吳敬英

（天津鋼鐵集團有限公司  天津市  300301）

摘  要：由于公司能源平衡和高爐限產等方面綜合考量，天鋼3200m³高爐創新的提出了無富氧高煤比理念，并積極采用了全風溫，高頂壓操作，噴煤系統工藝優化，廠內精料技術，優化造渣制度，合理的熱制度，裝料制度和送風制度的調整等措施，實現了無富氧高煤比技術，在無富氧的情況下，煤比穩定在130kg/t左右。

關鍵詞：高爐;無富氧;高煤比

3200m³ BF without oxygen enrichment and high coal ratio technologies

Li Qi Yang Guang-tao Wu Jing-ying

(Tianjin iron and Steel Group Co., Ltd. Tianjin city 300301)

Abstract: Comprehensive consideration of various factors such as power plant equipment and blast furnace smelting，3200m³ BF innovation proposed without oxygen enrichment and high coal ratio concept,and actively adopted the full wind temperature ,high top pressure operation,process optimization of pulverized coal injection system,good raw material technology,optimization of slagging system,reasonable thermal regime,adjustment of charging system and blast system and other measures，successful use of without oxygen enrichment and high coal ratio technology.

Key words: Blast furnace;No oxygen enrichment;High coal ratio

1 前言

天鋼3200m³高爐2006年5月2日開爐投產，2014年7月由于公司氧氣平衡及高爐限產等方面原因，高爐開始停止富氧。但在此條件下，由于成本壓力，高爐仍然需要較高的煤比來確保高爐成本，

隨著社會進步，高爐向大型化和高效化發展，高爐煉鐵技術向高效、優質、低耗、長壽、環保等方向發展。提高煤比降低入爐焦比是降低生鐵能耗和成本最有效的措施，不僅可以代替價格昂貴的焦碳，節約寶貴的煉焦煤資源，減少煉焦產生的環境污染；而且還可以促進高爐穩定順行，強化高爐冶煉，因此受到煉鐵工作者的高度重視^[1]。在天鋼現有的原、燃料，設備條件下，通過創新管理，減少因設備，生產組織等原因減、休風，實現廠內精料，改變操作理念，實現無富氧高煤比。從圖1，不難看出，在無富氧條件下，通過努力克服各種困難，煤比逐年上升，天鋼3200m³高爐目前實現了煤比130±5kg/tFe，而且還具有一定潛力。

圖1 無富氧煤比逐年變化

2 高煤比的冶煉特點

（1）提高煤比，加大噴煤量，會使高爐爐腹煤氣量增加，煤粉在風口前燃燒后產生的H2和CO量增加，提高高爐內的間接還原反應，降低直接還原，導致礦石在爐內停留時間延長，提高煤氣利用率。天鋼3200m3高爐煤氣利用率控制在46±1%。

　 （2）提高煤比有利于鐵水物理溫度的提高和生鐵一級率的提高及低硅冶煉。天鋼3200m3高爐生鐵一級率控制在90%以上。

　 （3）提高煤比，降低入爐焦比 ，提高冶煉強度，高爐爐況抵抗波動能力變差，這就對原、燃料的質量及外圍條件的提出更高要求。在原、燃料出現波動時，如果不及時采取有效措施，會嚴重的影響高爐順行，安全生產。天鋼3200m3高爐在應對外界對爐況產生的影響預備了“攻”、“守”兩套預案。

3 無富氧高煤比技術措施

　　高煤比可以節約焦碳，大幅度降低入爐焦比和降低高爐冶煉成本，并且是爐況熱制度調劑的一個重要手段。

3.1噴煤系統的優化改進

（1）天鋼3200m3高爐，32個風口，噴煤的噴吹系統為并罐濃相輸送，采用揚角分配器，實現大煤量均勻噴吹。制粉系統為全負壓，減少了跑粉的可能性。

1）天鋼還有一個2000m3高爐，經過改造，天鋼兩個高爐實現可以互輸粉，使天鋼的噴煤系統兼顧了直接噴吹和間接噴吹的優點，既減少了長距離的輸粉系統，又能集中制粉，實現每臺磨煤機都能向兩座高爐提供煤粉。

2）為解決煤粉在輸送過程中容易堵煤槍的問題，噴煤系統引入了煤粉振動篩，效果良好。

3）改進直吹管的插槍角度和深度，減少煤粉對風口的沖刷，提高風口壽命，對配管崗位工制定嚴格的點檢、操作規章制度，杜絕由于煤粉把風口沖刷壞而不能噴煤，且可能因此休風。

3.2 嚴格執行精料方針

   一直以來，高爐生產對原燃料的要求就是精料，這也是高爐順行和優化各項指標的前提條件。現在鋼鐵市場處于微利或是負利時代，高爐也逐漸開始使用部分“經濟爐料”，這也給高爐操作帶來較大影響。但在提高煤比的過程中，入爐焦炭的減少會使高爐的骨架減弱，惡化高爐的透氣性，從而影響高爐的穩定順行，

　　在提高煤比的過程中，對于焦炭的質量必須要嚴格要求，否則對高爐穩定順行造成影響的話，高爐失常一次帶來的損失要比提高煤比還要大，同時天鋼高爐以燒結礦配加塊礦的高爐爐料結構，對塊礦的選擇上也是較為嚴格，對各種塊礦的各種物理化學性能、熱爆裂指數，還原性能等進行分析比較，嚴格控制入爐的塊礦的種類，同時在料場增加一次篩分，盡量做到“精料”。

在日常的高爐工作中，每天定期到礦槽觀察原燃料的實際情況，發現問題及時處理，嚴把高爐入口關，使各種礦的入爐粉末控制在5%以下，隨時調整高爐的熱平衡和爐料的酸堿平衡，確保高爐的各項操作制度的穩定。

在焦炭的選擇上，天鋼沒有焦化廠，全部焦炭均為外購，很長時間以濕熄焦為主，只能保證基本順行，在提高煤比的過程中，逐漸使用干熄焦的量來保證焦炭的總體質量，達到高煤比的要求。

表1  濕焦炭部分化學成分及冶金性能的要求

任何一種煤都很難滿足高爐噴煤要求。如果將兩種以上不同性質的煤按一定比例配合噴吹，揚長避短，可獲最佳效果。天鋼3200m3高爐通過實踐摸索，最佳配煤平均揮發粉在20%左右，灰份＜13%，硫盡量低，混合煤配比：70%無煙煤+30%煙煤。從燃燒角度看，粒度越小，燃燒率越高。但粒度越小，磨煤機產量下降，電耗增加，灰熔點較大的煤粉粒度過細，渣化早，易堵煤槍，故粒度-200目以下應保持70%-80%。

3.3全風溫和高頂壓操作

   在高爐風口區域，煤粉在風口部位迅速燃料，從室溫到燃燒完成，也需要一定的熱量，因此提高煤比會降低理論燃燒溫度。天鋼3200m3高爐采用全風溫操作，煤比130±5kg/tFe，理論燃燒溫度2200±20℃，高風溫不僅可以加快煤粉分解，為煤粉分解提供熱量補償，而且還給高爐帶來熱量，活躍爐缸，有益于爐況順行。

   高煤比，爐腹煤氣量相對增加，煤氣流速加快，如果煤粉燃料部充分，未燃燒的煤粉會對料柱的透氣性產生惡化效果，導致爐況難行，提高頂壓有利于降低煤氣流速，且還有利于提高煤氣利用率和低硅冶煉。天鋼3200m3高爐頂壓從原來的220kPa逐步提高到現在的230kPa。

3.4造渣制度和熱制度

   無富氧提高煤比，為保證爐缸熱量充沛，通過改進造渣制度和制定合理的熱制度。根據天鋼原、燃料條件摸索出適合3200m3高爐冶煉需求，有利于爐況的穩定順行，有利于冶煉優質生鐵的爐渣成分和堿度造渣制度。天鋼3200m3高爐根據自身條件，化學熱Si控制在0.35±0.05，物理熱控制在1500±10℃，S控制在0.030±0.005，R2控制在1.15±0.03，Mg/Al控制在0.55±0.03。造渣制度和熱制度關系密切，互相影響且互相制約，實際操作中應把造渣制度和熱制度緊密地結合在一起來綜合考慮。

3.5裝料制度和送風制度

煤比的逐漸提高，高爐氣流也會逐漸發生變化，這個需要調整裝料制度和下部的送風制度來調整，確保高爐煤氣流的穩定。

隨著煤比的提高，爐腹煤氣量增加，煤氣速度加快，邊緣氣流減弱；另方面由于煤比的提高，入爐焦比下降，焦批變小，為了維持一定的焦層厚度和相應的冶煉強度，就要不斷擴礦批，O/C比大幅度增長，是塊狀帶邊緣O/C比加重，中心O/C比減輕。所以擴大噴煤量應適當發展邊緣氣流。提高煤比，焦比逐漸降低，焦窗變小，會使高爐的整體透氣性變差，需要通過擴大礦批來解決焦炭總量變小的問題。

高爐的上部調劑，應使用平臺加漏斗的布料制度，維持高爐的合理的煤氣流分布，確保充足的中心氣流和適當的邊緣氣流。下部調劑中，控制較高的風速和較大的鼓風動能，保持充足的中心氣流使爐缸保持良好的工作狀態，有利于提高煤比。風速和鼓風動能的提高，有利于風口燃燒帶向中心延伸，增加了料柱中心的煤氣量，使料柱中心的反應速度加快，有利于活躍爐缸，使爐缸內的渣鐵流動性得到改善，有利于初始煤氣流分布均勻，軟熔帶形狀更接近倒V型，提高了的煤氣利用率。

天鋼3200m3高爐通過實踐摸索，在煤比140±5kg/tFe，富氧率1.5%，理論燃燒溫度2500±20℃，礦批控制在82±3t/ch，32個風口Φ130 mm，風口面積為0.4245m2，實際風速為255m/s，鼓風動能14000kg*m/s，礦，焦布料矩陣見表2。

表2  富氧時礦，焦布料矩陣

無富氧，理論燃燒溫度2200±20℃，礦批控制在77±3t/ch，32個風口，21×Φ130 +7×Φ120 +4×Φ110 mm，風口面積為0.3957m2，實際風速為265m/s，鼓風動能15500kg*m/s，礦，焦布料矩陣見表3。

表3  無富氧時礦，焦布料矩陣

從以上數據不難看出，在相同煤比條件下，無富氧沒有向想象中氣流中心發展，而是需要上部加大中心焦炭量，下部提高鼓風動能，還要兼顧邊緣氣流，這可能跟理論燃燒溫度有關，煤粉在風口區沒有及時分解。

3.6提高爐前作業水平

煤比提高，高爐透氣性受影響，爐前及時出凈渣鐵對高爐順行極為重要。天鋼3200m3高爐有四個鐵口，一般對角出鐵。目前爐前作業技術成熟，鐵口深度控制在3300±100mm,每天鐵次9±1，一次開口成功率控制在95%以上。

3.7做好高爐長壽工作

隨著煤比的提高，，天鋼3200m3高爐長壽工作日益突出，對爐缸側壁溫度較高的20°、200°、285°方向給予高度關注，采用長風口并縮小該區域風口面積，三段水溫差控制在0.6℃以下，五段水溫差控制在0.8℃以下，整個本體軟水水溫差控制在4℃以下。目前加釩鈦礦護爐，鐵中Ti含量0.1%控制。

4 結論

（1）高爐順行是實現高煤比冶煉保障，“廠內精料”是實現高煤比冶煉基礎。

（2）天鋼3200m3高爐采用全風溫操作，理論燃燒溫度2200±20℃，是可以實現煤比130±5kg/tFe。

（3）加強管理，減少或避免外圍原因給高爐爐況帶來不利影響。

參考文獻

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[2] 葉才彥.國外高爐大噴煤技術措施[J].煉鐵，1998（1）：22-25

[3] 李維國.大型高爐的操作和管理要點[J].煉鐵，2011,30（3）：2-7