劉文明 劉建民
（首鋼集團通鋼公司煉鐵事業部）
摘要：首鋼通鋼二號高爐對爐墻結厚的原因及處理過程進行了總結分析。通過采取分段集中加焦，待加焦炭進入渣帶，保證爐頂設施安全的情況下，加大風量的方法，利用煤氣流沖刷爐墻的方式，處理了爐墻結厚。然后通過裝料制度優化，穩定了操作爐型，高爐經濟技術指標得到大幅改善。
關鍵詞：高爐爐型；爐身結厚；Zn負荷；設備故障
1 概述
通鋼2號高爐設計有效爐容2680m3，在進入2020年1月份以來，由于原料鋅負荷超標、頻繁的設備故障造成低料線影響，5-14段壁體溫度比照正常下降20℃以上，2號高爐爐況波動較大，其中主要的影響因素就是操作爐型控制不穩定，爐身渣皮結厚，通過日常噸焦耗風量計算，整體爐容變小500m3水平，高爐風量隨之萎縮，高爐各項技術經濟指標均大幅降低。雖然通過各種處理結厚方式方法，效果差，處理效果并不顯著，爐身結厚已經成為當前影響高爐穩定順行的最大障礙。面對這一現狀，通過分析結厚原因，采取有針對性的操作方針，直到2021年1月5日，事業部制訂詳細的渣皮處理方案,徹底地消除了爐墻結厚,并通過一系列后續調整，不僅保證了穩定的操作爐型，高爐各項經濟技術指標也達到較好的水平，也為以后處理爐墻結厚積累了相關經驗。
2 爐身結厚原因分析
2.1高爐入爐原燃料堿負荷、Zn負荷高
2020年以來，進口礦石價格逐步上升，鋼鐵企業利潤日益降低。為了降低煉鐵成本，通鋼煉鐵系統加大了低價礦、低品位礦的使用量，造成燒結成分波動較大，堿負荷、Zn負荷處于較高水平。
|
月份 |
1#燒結機 |
2#燒結機 |
||||||
|
K2O |
Na2O |
K2O+Na2O |
Zn |
K2O |
Na2O |
K2O+Na2O |
Zn |
|
|
1月份 |
|
|
|
0.058 |
|
|
|
0.062 |
|
2月份 |
0.128 |
0.306 |
0.434 |
0.037 |
0.124 |
0.330 |
0.454 |
0.054 |
|
3月份 |
0.149 |
0.089 |
0.239 |
0.072 |
0.132 |
0.089 |
0.221 |
0.064 |
|
4月份 |
0.109 |
0.071 |
0.181 |
0.082 |
0.084 |
0.068 |
0.152 |
0.099 |
|
5月份 |
0.116 |
0.080 |
0.196 |
0.080 |
0.104 |
0.079 |
0.184 |
0.080 |
|
6月份 |
0.097 |
0.065 |
0.162 |
0.045 |
0.100 |
0.063 |
0.164 |
0.055 |
|
7月份 |
0.144 |
0.120 |
0.264 |
0.068 |
0.129 |
0.088 |
0.216 |
0.074 |
|
8月份 |
0.145 |
0.115 |
0.260 |
0.060 |
0.099 |
0.083 |
0.183 |
0.101 |
|
9月份 |
0.155 |
0.077 |
0.233 |
0.041 |
0.168 |
0.079 |
0.247 |
0.045 |
|
10月份 |
0.142 |
0.080 |
0.222 |
0.042 |
0.119 |
0.074 |
0.193 |
0.052 |
|
11月份 |
0.101 |
0.083 |
0.183 |
0.031 |
0.112 |
0.071 |
0.183 |
0.035 |
|
12月份 |
0.096 |
0.047 |
0.144 |
0.051 |
0.111 |
0.050 |
0.160 |
0.040 |
|
平均值 |
0.126 |
0.103 |
0.229 |
0.055 |
0.117 |
0.098 |
0.214 |
0.063 |
燒結礦堿負荷變化趨勢圖
燒結礦鋅負荷變化趨勢圖
球團礦堿金屬及鋅含量
|
月份 |
球團礦 |
|||
|
K2O |
Na2O |
K2O+Na2O |
Zn |
|
|
1月份 |
0.01725 |
0.054 |
0.071 |
0.050 |
|
2月份 |
0.081 |
0.300 |
0.381 |
0.080 |
|
3月份 |
0.051 |
0.068 |
0.119 |
0.072 |
|
4月份 |
0.023 |
0.044 |
0.068 |
0.066 |
|
5月份 |
0.021 |
0.049 |
0.070 |
0.060 |
|
6月份 |
0.022 |
0.061 |
0.083 |
0.045 |
|
7月份 |
0.029 |
0.065 |
0.094 |
0.044 |
|
8月份 |
0.035 |
0.061 |
0.096 |
0.031 |
|
9月份 |
0.023 |
0.056 |
0.079 |
0.023 |
|
10月份 |
0.020 |
0.047 |
0.068 |
0.011 |
|
11月份 |
0.035 |
0.054 |
0.089 |
0.010 |
|
12月份 |
0.027 |
0.035 |
0.062 |
0.010 |
|
平均值 |
0.032 |
0.075 |
0.107 |
0.042 |
球團礦堿負荷變化趨勢圖
球團礦鋅負荷變化趨勢圖
高爐堿負荷和鋅負荷
|
項目 |
堿負荷kg/t |
鋅負荷kg/t |
||
|
時間 |
2#高爐 |
3#高爐 |
2#高爐 |
3#高爐 |
|
行業標準 |
≤3.0 |
≤0.15 |
||
|
通鋼標準 |
≤3.5 |
≤0.65 |
||
|
2020年1月份 |
|
|
1.01 |
0.99 |
|
2020年2月份 |
7.58 |
7.34 |
1.06 |
0.8 |
|
2020年3月份 |
3.64 |
3.82 |
1.08 |
1.14 |
|
2020年4月份 |
2.48 |
2.82 |
1.47 |
1.32 |
|
2020年5月份 |
2.77 |
2.92 |
1.27 |
1.24 |
|
2020年6月份 |
2.64 |
2.53 |
0.93 |
0.78 |
|
2020年7月份 |
3.3 |
3.88 |
1.08 |
1 |
|
2020年8月份 |
2.47 |
3.92 |
1.06 |
0.89 |
|
2020年9月份 |
3.73 |
4.18 |
0.67 |
0.61 |
|
2020年10月份 |
3.01 |
3.31 |
0.75 |
0.59 |
|
2020年11月份 |
2.33 |
2.33 |
0.47 |
0.49 |
|
2020年12月份 |
3.02 |
2.97 |
0.46 |
0.44 |
|
2020年平均 |
3.36 |
3.64 |
0.94 |
0.86 |
高爐堿負荷變化趨勢圖
高爐鋅負荷變化趨勢圖
從以上圖表中可以看出，高爐堿負荷、鋅負荷呈現較高態勢，對爐況產生了較大影響。
Zn熔點較低（907℃），在高爐下部高溫區還原成氣態，隨煤氣流上升到高爐中上部爐墻低溫區凝結，形成爐身黏結物，破壞高爐正常操作爐型，導致高爐崩料懸料、產量大幅下降、焦比大幅上升，經濟損失巨大. 有研究指出：隨著燒結礦中 ZnO 含量的增加，RDI+3.15 和 RDI+6.3 均呈減小趨勢，而磨損指數 RDI-0.5呈上升趨勢，表明隨著 ZnO 含量的增加，燒結礦的低溫還原粉化性能變差。
2.2焦炭質量不穩定
2.2.1二號高爐所用焦炭為自產干熄60%+35%自產水熄+15%外購焦，日常生產中，焦炭比例變化頻繁，階段性冷、熱強度波動大，如下表：
|
成份 |
焦炭化學成份（%） |
|||||||
|
M40 |
M10 |
灰份 |
S |
水份 |
揮發份 |
反應性 |
反應后強度 |
|
|
干熄焦 |
86.74 |
6.18 |
12.75 |
0.87 |
0.79 |
1.34 |
23.70 |
65.20 |
|
水熄焦 |
83.32 |
6.46 |
12.75 |
0.88 |
4.85 |
1.32 |
24.30 |
63.70 |
|
龍洋 |
84.75 |
6.32 |
12.83 |
0.64 |
8.27 |
1.48 |
23.36 |
65.33 |
2.3 高爐操作制度不完善、 中心布焦環數不合理
2#高爐是采用中心加焦的布料模式，這一布料模式最大的優點在于，可以通過調整中心焦的環數來控制中心氣流的強弱，快速有效對爐況進行調整。傳統的經驗是，中心布焦環數多，中心氣流旺，反之亦然。在爐況穩定、中心焦柱合理的情況下，增加中心焦環數確實可以起到提升中心氣流增加風量的效果，并且有利于排鋅。但是在爐墻結厚、爐況惡化、風量萎縮、風速不足的情況下，中心焦炭不能及時熔損，進入爐缸后影響中心透氣性、透液性，此時若是中心布焦環數太多，不但不能增強中心氣流，還會造成死焦柱肥大，從而造成爐缸不活，加劇爐況惡化。
2.4 高爐操作不當
高爐經常性出現尺差，最大尺差超過1米，一段時間后出現管道行程，高爐出現管道行程后，高溫煤氣未經過充分的熱交換就達到高爐上部區域，將部分沒有還原的礦石融化，軟熔爐料將凝固，就會行程粘接，爐溫控制不得當，經常出現低硅、生鐵含硫出格，這也會引起爐渣粘稠，爐缸不活或粘結，使風量萎縮，造成高爐結厚。特別是7段銅冷卻壁與8段鑄鐵冷卻壁相連接處，更易于粘結。
3爐身粘結處理
3.1處理方案
3.1.1預加8-10批凈焦到達8斷冷卻壁位置，負荷維持在3.57-3.6t/t，提前1小時減少中心焦比例，將焦炭布料平鋪，C928272625222↓, 礦制改為O92827262↓，同時入爐Mn礦，保證生鐵中錳回收率在0.6-0.8%水平，意在活躍爐缸，通過人為破壞爐內煤氣流分布，造成邊緣管道或懸料。
3.1.2在處理爐況過程中，如發生懸料，風壓控制≤340kpa。時間盡量延長（1-2小時）。
3.1.3懸料后控制好頂溫，做好打水降溫，控制煤氣溫度，小于300℃，保證布袋入口溫度正常。
3.1.4 高爐軟水流量6000m3/h調小到4000m3/h.
3.1.5懸料時間盡可能延長1-2小時，利用集中焦的熱量對結厚的部位進行加熱，加熱充分后再進行坐料，利用拉風坐料過程中的反抽力力求將爐墻粘接物拉下。如沒有懸料，利用高溫煤氣流對爐墻進行沖刷。一般情況下，時間為12-24小時即可處理完畢。
3.1.6爐墻粘結物處理評判標準
3.1.6.1爐體水溫差≧6℃,8-10段壁體溫度50-80℃.
3.2爐墻黏結物清理下來后，需要對煤氣流進行調整，確保渣皮不再結厚。高爐制訂了“抑制邊緣，中心排堿”的操作思路。
3.3布料制度調整
布料制度調整情況見表
|
布料制度變化以及風量水溫差變化 |
||
|
時間 |
料制調整 |
水溫差 |
|
1月5日 |
C928272625222↓O92827262↓ |
6.7℃ |
|
1月6日 |
C938272625126↓O92847462↓ |
5.8℃ |
|
1月7日 |
C938272625125↓O92837362↓ |
5.4℃ |
3.4壁體波動效果
通過一系列調整，高爐爐況明顯好轉，高爐穩順程度增加，風量大幅增加。
4 結語
4.1Zn負荷高、堿負荷高是通鋼2號高爐控制合理操作爐型的最大障礙。氣態Zn在高爐中上部爐墻上凝結，堿負荷高易很容易造成爐身結厚，甚至形成頑固結瘤，嚴重影響高爐順行。
4.2通過“適當抑制邊緣氣流，控制合理中心氣流”進行排Zn是行之有效的。
4.3通過一系列調整，風量、產量等技術指標大幅提高，但焦比、燃料比等消耗指標卻未見根本改善，這也是當前和以后2號高爐迫切需要解決的問題。
4.4通過爐內煤氣流沖刷爐墻處理爐墻結厚方式方法是可行的，為處理爐況積累了經驗。
參考文獻
[1] 周傳典. 高爐煉鐵生產技術手冊，北京，冶金工業出版社，2012
[2] 劉云彩. 現代高爐操作，北京，冶金工業出版社，2016
[3] 楊志泉，王平.武鋼煉鐵高Zn礦使用現狀和應對措施[J].煉鐵，2014,33(2):4-7.
