永鋼1080m3高爐長壽高效生產及新技術應用

張新天  陳亞飛  張子彬  朱卓平  黃慶華

（江蘇永鋼集團集團有限公司）

摘要：對江蘇永鋼集團1080高爐近年來高爐煉鐵技術和操作經驗進行總結，在實踐中不斷總結提高，減少失誤，保持高爐長期穩定順行，達到高爐長穩久順的目的，并對這3座高爐開爐后在生產實踐中采用的新技術、新工藝以及自動化方面的進步，做簡要的論述。

關鍵詞：高爐、技術進步、爐役壽命、高爐L2系統、風溫

江蘇永鋼集團有600～1080m3不同容積高爐10座，其中8#、9#、10#為3座1080m3高爐，這3座高爐采用相同的爐型。永鋼焦炭全部外購，煉鐵二廠1080m3高爐從開爐之初的4～-5家焦炭到近年來近20家焦炭供應廠家，焦炭質量波動較大，高爐操作人員克服了重重困難，各高爐總體上保持了穩定順行，指標穩步提升，本文對永鋼集團3座1080m3高爐開爐以來的操作和技術進步進行論述。

永鋼1080m3高爐設2個鐵口，20個風口，爐缸爐底采用優質碳磚+陶瓷杯結構綜合爐底，爐腰、爐腹和爐身下部設4段銅冷卻壁，爐底、爐缸和爐體1-13段冷卻壁采用軟水密閉循環冷卻系統，配3座頂燃式熱風爐，串罐爐頂，煤氣采用自動取樣，其中10#高爐設計之初采用了鐵水擺動溜槽。8#、9#高爐于2016年將原4罐位改造為擺動溜槽受鐵，優化了爐前出鐵工藝；布袋除塵采用氣力輸灰技術，高爐鼓風機采用BPRT技術，鼓風脫濕，焦炭使用熱風爐廢氣脫濕。2013～2015年，3座高爐分別投用了定壓換爐技術、熱風爐自動燒爐技術和自動換爐、高爐L2系統等技術，提升了高爐生產自動化、智能化水平，促進了高爐長壽和高爐技術和指標進步；2018年10月份，3座1080m3高爐在消化吸收國內外各家煤氣回收技術基礎上，通過改進完善，全面投用爐頂均壓煤氣回收技術，杜絕了粉塵外溢和放散噪音產生，改善了環境，取得良好的經濟效益。

1技術指標情況

1.1 關鍵技術經濟指標

江蘇永鋼集團8#、9#、10#為3座1080m3高爐，分別于2011年7月、2011年8月、2013年10月開爐。高爐設計系數3.0t/m3.d，設計年產量113.4×104t，燃料比520kg/tFe，設計壽命12年。通過操作人員合理控制，3座1080m3高爐年產量均超過設計產能，指標逐年攀升。

表1 煉鐵二廠歷年主要生產指標一覽：

永鋼第1座1080m3高爐開爐后，鐵水產量穩步提升，燃料比亦實現逐年下降。為簡化數據，將3座高爐數據進行加權平均處理，表1為2011年開爐至今二鐵廠（3座1080m3高爐）產量和燃料比數據，其中2015年鐵廠年產量達到399.87×104t，2015年、2016年鐵廠燃料比達到518.7、518.2kg/t，取得歷史最好水平。

1.2 高爐順行及長壽情況

第1座8#1080m3高爐于2011年7月份開爐后，后續2座高爐在總結8#高爐開爐成功經驗基礎上，對開爐裝料和操作參數做了必要的優化，9#、10#高爐開爐一次成功，并實現短期達產達標，尤其是10#高爐，開爐第3天，即轉入正常生產。各高爐在總體上保持爐況穩定順行前提下，指標逐步提升。

截止2019年6月，永鋼集團8#、9#2座1080高爐已連續生產近8年，單位爐容分別達到9675.6、9737.8t/m3，3座1080高爐爐缸爐底溫度合理，爐體冷卻壁及水管無一損壞，永鋼8#、9#、10#3座1080m3高爐爐體冷卻壁和冷卻壁水管無一損壞，爐缸、爐底溫度可控。開爐至今，3座高爐在近8年的生產期間，燒壞的風口5只，從3座1080高爐當前爐底、爐缸溫度和爐身冷卻壁溫度情況看，各高爐有望達到或超過12年的設計爐役，實現高爐穩產、高效、長壽的目標，在與國內同行對標交流中，永鋼1080m3高爐在同類型高爐屬長壽高爐。第一座1080m3高爐自2011年7月份開爐至2019年6月份，近8年的生產中，3座高爐僅燒壞風口5個，風口使用壽命一般10至12個月，個別風口使用壽命達到14至16個月，絕大多數風口是在計劃檢修中更換的，長期穩定活躍的爐缸工作狀態，減少了風口的在線燒損，也杜絕了風口漏水對爐缸耐材侵蝕及其對爐況不利影響。

表2  2019年2月份8#、9#1080m³高爐爐缸爐底溫度：注：鐵口標高9.33米。

8#1080m3高爐爐缸、爐底溫度（單位，℃）

9#1080m3高爐爐缸、爐底溫度（單位，℃）

2 高爐順行及長壽的主要經驗：

2.1 重視爐缸工作情況

爐缸活躍程度關系到高爐穩定順行和技經指標，長期風速不合理，爐缸有堆積的可能。因此，各高爐以風口標準風速210m/s為基準，經常關注風量、風速是否達標，尤其是各類休風的復風恢復過程，以合理的標準風速和鼓風動能決定恢復進程（如風量使用和和開風口速度），并采取合理略高的渣鐵物理熱，以活躍爐缸，做到穩步、快速恢復爐況。

2.2 重視休、復風管理

高爐休風一般分為計劃休風、非計劃休風，或按照休風時間長短分為短期休風和長期休風，無論哪一種休風，都會對高爐爐況帶來影響，因此，高爐生產中應盡量減少各類休風，降低高爐休風率。開爐后，鐵廠通過加強設備和工藝操作管理，加強設備壽命周期管理，提高現場設備點檢維護和檢修保障水平，各高爐休風率逐年降低。2012～2018年，8#、9#、10#3座高爐年均休風率0.56%（日歷時間），2016年達到最低0.48%，低休風率降低了休風對高爐爐況的不利影響，有利于爐況的長穩久順。

雖然休風對爐況有不利影響，但關鍵設備更換維護是必不可少的，同時，高爐必要的休風也是爐況調整的有利時機。針對計劃休風，提前做好休風方案，對休風料的數量、質量、加入位置、加入時機和需要調整的風口（風口直徑、長度）等參數予以確認，休風過程中可根據實際情況適當微調。

工藝條線外，針對每次休風，設備、安全條線也有完善的方案和預案，保證檢修工作有條不紊，一般不做計劃外的檢修項目。在檢修中發現重大設備問題，馬上召開現場會，各條線共同協商制定臨時方案再檢修，這些管理措施保證了高爐休風的合理、有序、可控。

對于非計劃和事故情況下的低爐溫休風，要高度重視。1080高爐開爐之初，由于對非計劃休風和復風后的爐溫管理不夠重視，導致爐況長時間波動，爐缸溫度不足導致爐缸活躍性差是根本原因。經過總結，逐步形成了復風后不以化學熱為考量因素，快速提高鐵水物理熱為目標的操作思路，通過強化復風爐溫管控（鐵水物理熱），此后的各類休風爐況恢復都很成功。

2018年6月份，8#1080m3高爐一次14小時計劃休風，對休復風焦炭加入量和加入位置進行準確控制，復風后6小時全風，8小時全氧，實現了快速恢復爐況的目標。

表3  8#高爐2018年6月份計劃休風前后爐溫：

2.3 重視鐵水[Si]、[S]配合

渣鐵流動性的關鍵因素是溫度，除此之外，爐渣流動性與爐渣成份關系很大。生產中一般通過調節爐渣成份達到調節鐵水的硫含量控制質量的目的，而過高的爐渣二元堿度會導致爐渣流動性惡化。相同配料條件下，鐵水硅含量增減，帶來爐渣二元堿度的升降，從而影響鐵水[S]含量和鐵水質量。鐵水中硫含量除了以上因素外，還與爐缸工作狀態、硫負荷、渣量及爐渣中的其他成份有關。

相同物理熱下，[S]含量過低，鐵水流動性變差，對爐缸工況和爐況順行帶來不利影響。因此生產中必須及時根據鐵水硅含量及時調整爐渣堿度以調節鐵水[S]含量，保證鐵水流動性，通過合理的爐渣、鐵水流動性活躍爐缸，保持爐況長期穩定順行。

為保持公司用料整體目標，保持物料供應平衡，在公司用料配比整體要求下，允許各高爐根據自身情況自主選擇爐渣堿度，以保證鐵水[S]在0.020～0.035%內，以此調整爐渣R2，對于鐵水[S]含量連續低于0.020%的，要求其盡快降低爐渣堿度，以提高鐵水[Si]含量。并且，允許個別高爐的料種比例比規定有小范圍偏差，以保證高爐自身脫硫要求，保證爐況穩定順行。

2.4 休復風快速恢復技術

快速引煤氣：開爐之初，各高爐復風到引煤氣，一般要30～40min甚至更長，爐頂不引煤氣，高爐無法大幅度加風，嚴重影響爐況恢復進程。為加速爐況恢復進程，鐵廠會同公司煤氣和安全管理部門，經過討論論證，改進煤氣檢驗方法和引煤氣方式。改進后，各高爐復風后5～10min引完煤氣。引煤氣結束，隨著加風進程管理恢復爐頂高壓，復風1～1.5h加風到70～80%，到第1次出鐵前風壓達到260～300kPa，高風壓可以保證爐內冷渣鐵盡快排出，騰出下料空間，使休風焦炭盡快加熱爐缸，加速爐況恢復進程。

合理加入休風料：提前計算好休風料的堿度及負荷，將休風料（凈焦及其他熔劑）嚴格按照規定分段加入爐內，保證復風后休風焦炭在1～2h進入爐缸，盡快加熱爐缸，保證爐缸熱量充沛；同時，休風料中控制適當低的Al2O3含量和爐渣R2，有利于提高渣鐵流動性；

堵風口保證合理鼓風動能：采取堵風口恢復，12～16h的計劃休風，一般堵3～4個風口，根據恢復進程，可在2～8h捅開全部風口。在實踐中，為提高堵風口的可靠性，并保證風口好開，現場人員總結出了用輕質磚堵風口的辦法，保證了風口堵牢、易開，提高了爐況恢復的可靠性。

2.5 嚴禁過度發展邊緣：

第1座1080高爐開爐之初，鐵廠通過各類管理制度，嚴禁長期過度發展邊緣氣流。軟水一串到頂+爐腰爐腹銅冷卻壁壁的冷卻工藝，常見問題是銅冷卻壁渣皮不易穩定，操作中以維持爐體熱負荷合理來防止冷卻過度，從而保持爐腰爐腹渣皮穩定。為此，高爐本體軟水總溫差控制在2.5～4.0℃內，冬季適當提高進水溫度，降低爐腰爐腹的冷卻強度。同時，軟水水質水質管理等一系列管控措施，保證了3座高爐生產近8年，冷卻壁及水管無一損壞。爐體冷卻系統的正常工作，也保證了高爐的穩定和壽命。

2.6 合理低硅冶煉：

日常操作中，高爐[Si]按0.30～0.50%控制，物理熱以1480～1500℃為目標，堅持低硅不低熱，物理熱優先的原則。為保證低硅冶煉目標的實現，高爐在保證鐵水[S]≥0.020%的前提下適當提高爐渣R2，確保鐵水物理熱及鐵水質量。

2.7 高風溫操作：

兩座1080m3高爐熱風爐煤氣空氣雙預熱，用板式預熱器將煤氣和空氣分別預熱至300℃和200℃，生產中，要求各高爐全關混風操作，風溫穩定在1200～1240℃。高風溫操作，保證了低硅冶煉的實現，也有利于降低高爐燃耗，優化高爐指標。

3 新技術應用

2013年-2016年，1080高爐分別投用了熱風爐定壓換爐、自動燒爐和自動換爐、高爐L2系統和鐵水擺動溜槽等技術，提升了煉鐵自動化、智能化水平。

3.1 鐵水擺動溜槽改造：

2014年起，我們開始對8#、9#高爐的4個罐位模式進行改造。4罐位的工藝對高爐生產影響很大，主要弊端有：1、每爐的尾罐兌到下一爐，導致罐滿未風堵口時有發生；2、每爐需要4個鐵水罐，因此在線鐵水罐多，周轉率低；3、彎溝點多線長，檢修和維護工作量大，浪費人力物力，檢修時影響生產；4.為保安全，出鐵必須等3個以上的鐵水罐到位才能開口，出鐵間隔較長。

2015年，鐵廠用近半年時間完成了8#、9#高爐擺動溜槽改造，改造后，擺槽優勢很快顯現出來：1、罐位由8個減至4個，每個鐵口只有2個罐位，爐下有2個鐵罐即可出鐵，出鐵間隔由25min以上下降到10～15min左右；2、擺槽使每爐配罐達4個以上，消除了未風堵口現象；3、在線鐵水罐減少，鐵水罐周轉率提高，鐵罐運行成本下降；4.鐵水支溝長度縮短，降低了爐前修溝工作量及其對高爐操作影響；5.支溝長度縮短及罐位減少，減少了爐前除塵抽風點，降低了爐前除塵電耗，改善了爐前環保效果。

3.2 熱風爐智能化技術：

定壓換爐：高爐PLC和鼓風機PLC之間通過電纜通訊，并對8#1080高爐鼓風機程序進行了優化，換爐期間對鼓風機靜葉進行實時調整，保持換爐送風管路壓力平穩。經過長期探索調整，實現了定壓換爐的目標，換爐風壓波動從原來的15～20kP降低到3kPa左右，換爐時間由15～20min縮短為8～10min，降低了換爐時熱風工的勞動強度，提高了爐況穩定性。

第一臺風機定壓換爐功能實現后，其他高爐迅速跟進，利用休風時機做程序調試和完善，到2014年底，各高爐均實現了定壓換爐。

從上圖可以看出，熱風爐換爐時熱風風量增加，壓力平穩；換爐結束，鼓風機自動回到換爐前靜葉角度，風量風壓恢復到換爐前狀態。

自動燒爐（優化燃燒）技術：2016年，由于外協公司的自動燒爐軟件無法滿足我廠要求，技術人員決定開發自動燒爐軟件。在此后的一年多的實踐中，軟件和操作人員密切配合，在熱風爐PLC上實現了自動燃燒。永鋼熱風爐自動燒爐軟件主要功能：1.自動跟蹤煤氣壓力波動情況，自主優化空燃比參數，大幅節約高爐煤氣；2.在規定的燃燒周期內，自主決策控制大燒和小燒進程，保證熱風爐拱頂、煙道溫度達標；3.在故障檢修等異常情況下，系統自動控制燃燒進程，保證短期內達到燒爐目標；4.通過優化程序連鎖，實現了熱風爐自動換爐，換爐過程中實現風壓穩定，換爐結束后系統自動切入自動燒爐，并在燒爐過程中優化燒爐參數，節約煤氣，自動優化燒爐使煤氣單耗較使用前下降6.5～11.5%。

定壓換爐、自動燒爐、自動換爐技術的實現，使熱風爐實現了全自動操作，大幅降低現場人員勞動強度。熱風爐系列優化技術在提高自動化、智能化水平的同時，也因為節約了大量煤氣提升了企業的經濟效益。

3.3 高爐L2系統

高爐二級系統（L2）是在煉鐵工藝和自動化人員配合下共同開發的一種高爐操作管理軟件，實現部分專家系統功能。2013年上線后，軟件開發人員不斷根據工長、爐長提出要求，完善系統模塊，提升系統功能，目前該系統已成為高爐工長、爐長操作的重要輔助工具。

L 2 系統主要功能：

（1）高爐爐身仿真：

每次探尺探尺動作，觸發一次計算，根據冶煉周期，自動計算后用圖形（或列表）直觀顯示當前爐內各批物料在高爐內部的位置，并圖形展示每批料的礦批、焦批、堿度、焦比、煤比、燃料比及趨勢，對入爐的異常料批（如凈焦、酸料）在到達風口前進行報警；

（2）各類電子報表：

自動記錄高爐各項操作參數，生成操作日志及其他電子報表，并可根據需要導出各種格式，減少記錄工作量和人工記錄的誤差；

（3）高爐出鐵管理：

記錄各鐵口工作情況，生成出鐵時間、出鐵間隔、出渣時間、出鐵速率情況，生成出鐵管理報表；

（4）各類關鍵參數趨勢圖形展示：

記錄并展示爐內煤比、焦比、燃料比、爐熱指數（法國鋼鐵研究院Wu指數）、爐渣R2（R3、R4）、煤氣利用率等趨勢；

（5）自動配料及料單傳輸：

自動采集檢化驗系統里面最新物料成份，按照規定爐溫計算（校核）焦炭負荷、燃料比、煤比、爐渣成份等裝料參數，配比符合要求后，二級系統（L2）生成變料單，并發上料操作電腦（L1）執行并發回上料操作反饋（變料批數、操作人信息等）。自動配料及其電子變料單減少了人工計算和手寫工作量，減少了人工輸入各物料成份的工作量，大幅降低了人為變料錯誤。

（6）上料數據采集：

采集上料PLC上每批入爐物料中各種物料的重量、下料時的料線、布料時間、布料角度、爐料負荷、焦比、堿度等參數，并有爐料結構餅圖、實際重量柱狀圖等展展示方式。入爐料采用圖形展示后，可直觀發現稱量錯誤。根據爐料實際入爐時間，精確計算1h實際料批，再以此計算小時燃料比，用實際料速核算出來的燃料比為高爐操作人員調節爐溫提供了重要依據。

4 結語

江蘇永鋼煉鐵在3座1080m3高爐開爐后，技術人員持續總結提高，不斷完善操作和工藝管理，保持了高爐爐況的穩定順行。在此基礎上，通過擺槽改造、熱風爐智能化和高爐二級系統（L2）等技術革新，為高爐穩定提供了重要外部技術保障，實現了高爐長壽和技經指標的提升，取得了良好的經濟效益。