趙洪雨，孫連生，張凡敏，陳艷輝
( 山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司煉鐵廠，山東萊蕪271104)
摘要: 萊蕪分公司煉鐵廠3 座1 000 m3高爐生產通過采取加強原燃料管理、調整送風制度和優化爐前出鐵組織等措施，逐步提高了頂壓使用水平，從而提高了生鐵的產量和質量，同時噸鐵發電量有了明顯提高，燃料比有了大幅度降低，取得了顯著的經濟效益。
關鍵詞: 高爐; 頂壓; 送風制度
1 引言
國內鋼鐵市場階段性低迷，降低生產成本是目前提高鋼鐵企業市場競爭力的重要手段。一方面高爐要提高產量，降低固定費用消耗，另一方面要降低噸鐵的原燃料消耗。提高產量就需要增加風量，近幾年隨著原燃料條件變化，高爐操作也發生了一些改變，風口的進風面積逐步縮小，但風速、動能提高，高爐穩定性變差。同時，高爐燃耗也沒達到較好的水平。在綜合研究國內同類型高爐操作特點的基礎上，萊蕪分公司煉鐵廠決定通過提高頂壓來改善高爐操作。
2 現狀調查分析
2．1 設備現狀
2．1．1 高爐實現高壓操作需要具備的設備條件
一是風機要有足夠的供風能力，以保證在高爐高壓狀態下提供足夠的風量，以滿足高爐強化冶煉的需要。二是高爐的整個送風系統和爐頂設備、煤氣系統以及高爐本體要有足夠的強度和可靠的密封性，以保證在高壓狀態下正常工作。
2．1．2 現狀
能源動力廠銀前區共有3 臺汽輪鼓風機，其中1#風機為AV56－13 型，2#、3#風機為AV63-14 型，1#風機額定出口風壓0．35 MPa，2#、3#風機額定出口風壓0．38 MPa。隨著高爐冶煉強度逐步提高，頂壓的提升，要求風機出口壓力達到400 kPa，已超出3臺風機的設計壓力。
2．2 工藝操作現狀分析
通過對比調查分析，結合萊鋼在1 000 m3 級高爐在頂壓使用中的經驗和問題，提高頂壓后，會降低風口前鼓風動能，中心和邊緣煤氣流重新分布。提高頂壓后，爐缸內的壓力提高，將會帶來出鐵速度的變化。高頂壓操作對原燃料條件要求更加嚴格，特別是對料柱的透氣性有更高的要求。通過對操作過程和工藝條件進行研究和分析，影響頂壓使用的主要問題如下。
2．2．1 提高頂壓后，鼓風動能降低，邊緣氣流發展
提高爐頂壓力，風口前的阻力增大，風量和風口面積不變的情況下，高爐內的煤氣流速降低，特別是邊緣降低幅度較大，從而促進邊緣氣流發展，煤氣流分布失常，冷卻壁渣皮滑落，邊緣形成局部小管道，最終造成高爐爐況順行度下降，指標降低，嚴重時甚至爐況長期失常。
2．2．2 提高頂壓后，對原燃料質量要求更加嚴格
提高頂壓是通過調整高壓閥組閥門開度來實現的，當爐頂的煤氣流不足時，要想達到設定的頂壓值，調壓閥組閥門會不斷關小，以達到設定值，當閥門關的過小時，會影響煤氣的上升，使高爐處于憋風狀態，導致高爐加風困難，引起爐況長期不順。因此高頂壓條件下，料柱的透氣性要好，入爐粉末量低，冶金性能好。
2．2．3 提高頂壓后，爐前出鐵受到較大影響
提高爐頂壓力后，高爐內整個壓力都會提高，鐵水對鐵口炮泥沖刷速度加快，當鐵口對面的渣鐵不能流到鐵口處時，爐缸煤氣會從鐵口處噴出，形成鐵口假噴現象，導致渣鐵不凈，同時增加了鐵口維護的難度。
3 技術方案的確定及實施
經技術人員多次論證，確定最終方案: 針對影響頂壓提高的主要因素風機的耐壓能力進行運行參數調整，達到頂壓提升后所要求的送風壓力。通過提高鼓風動能，促進兩股煤氣流的合理分布，部分抵消提高頂壓帶來的影響。逐步增加風口長度，發展中心氣流，提高了爐缸活躍度和爐況的穩定性。對外購焦品種進行篩選并分類存放，降低焦炭質量波動對爐況的影響，為高頂壓使用打好基礎。提高炮泥質量和鐵口有效作業率，保證能出凈渣鐵。
3．1 對風機運行參數調整，提高風機送風壓力
3．1．1 實施風機加級提壓改造
加級后可以提升機組風壓8% ～ 10%，3 臺機組風機轉子均有預留級，具備風機加級改造條件。加級后1#風機出口風壓能達到0．39 MPa，2#、3#風機加級后出口風壓能達到0．42 MPa，滿足高爐提高風壓后的運行要求。三臺機組改造后能相互備用，正常切換，可保證風機運行可靠性。
3．1．2 實施風機EPU 技術改造
實施前依次對三臺機組進行了改造: 4 月23 日至5 月24 日，6月25 日至7 月24 日，8月8 日至9月10 日完成了3#、1#、2#機組加級加壓改造及EPU升級改造，并完成性能試驗及曲線重新制定。
3．1．3 改造效果
改造后由于供風壓力升高，進一步提高了高爐的冶煉強度，使風機特性進一步優化，1#風機改造后的指標變化見表1，2#風機改造后的指標變化見表2，正常運行情況下，電動放風閥全關，消除了風機正常供風情況下存在放散的問題。
3．2 對爐頂裝料系統設備和煤氣系統設備檢修處理
在提壓之前，組織設備檢修，對密封設備進行檢查更換。爐頂裝料設備采用的是密封墊密封，提壓后改進了密封墊質量，波紋補償器、爐頂煤氣封罩和煤氣管道的檢修人孔，都是薄弱環節。在提壓前都對這些設施進行檢查，對于腐蝕變形的進行更換，對于設計壓力達不到提壓要求的也進行更換，以滿足提壓需要。
3．3 對操作制度進行調整優化
3．3．1 提高鼓風動能活躍爐缸
提高高爐爐頂壓力會引起爐內壓力升高，同時爐腹煤氣量因壓力作用會有所縮小，需要對送風制度進行調整，保持爐缸活躍程度。從公司要求提升產能后，入爐風量顯著提高，5#高爐由2 200 m3 /min提高到2 500 m3 /min，6#高爐由2 200 m3 /min 提高到2 400 m3 /min，5 # 高爐鼓風動能提高了500kg·m/s左右，6#高爐提高了1 000 kg·m/s 左右。1#高爐的動能達到8 000 kg·m/s ，高爐爐缸活躍程度顯著提高。各高爐送風參數調整見表3。
在提高鼓風動能的同時，為了更好的吹透中心，同時采取了增加風口長度的措施，由450 mm 調整到465 mm，再由465 mm 調整到480 mm，這樣爐缸死焦堆的死區減少，透液性提高，促進中心氣流發展，抑制邊緣氣流發展，能部分抵消提高頂壓帶來的影響。
在當前經濟爐料結構冶煉條件下，高爐的原料質量大幅降低，原燃料含粉量增加和焦炭強度的降低引起爐況頻繁波動，煤氣流紊亂。通過及時改變風口的布局，增加鼓風動能，促使爐缸初始氣流分布更加合理。
3．3．2 優化裝料制度
高爐的爐頂壓力、風量、熱風壓力增加后，為適應新的操作參數，逐步對裝料制度進行了調整，按“發展中心氣流為主、穩定邊緣”的操作思路，擴展了布料平臺，二區兩座高爐礦角角差由原來的8°左右增加到9° ～ 9．5°。老區1#高爐布料平臺擴展1環，礦角角差由原來的8°增加到9．5°，有效提高了煤氣利用率，有利于提高煤比、降低焦比、降低燃料比、低Si 冶煉，有效避免了風量增加后可能造成的小管道氣流，保證了高爐長期穩定順行。
3．3．3 高富氧、高風溫、高頂壓、低硅冶煉相結合
高風溫不僅可以使高溫區下移，增加爐缸的熱量收入，而且能提高鼓風動能，改善爐缸工作狀態，有利于活躍爐缸。高爐在風溫使用上，通過優化熱風爐燒爐換爐制度，使風溫由原來的1 150 ℃提高到1 200 ℃左右; 同時對工長貫徹全風溫操作思想，盡量不用風溫調節爐況，富氧能有效地改善煤粉燃燒的性能，提高風口理論燃燒溫度，有利于提高煤比。以穩定理論燃燒溫度為主，將富氧量由4 000m3 /h 提高至6 000 m3 /h，富氧率達3．5%，控制理論燃燒溫度在2 200 ～ 2 300 ℃，十字測溫邊緣60 ～ 80℃，中心500～600 ℃，鐵水溫度1 480 ～ 1 500 ℃，穩定噴煤量，逐步提高噴煤比。
3．3．4 加強原燃料管理，改善料柱透氣性
⑴對現有焦炭品種進行篩選，保留使用效果好的焦炭。從焦炭的強度、水分、粒度以及高爐使用情況考慮，對現有的焦炭品種進行了優選，保留使用效果好，供應充足的焦炭廠家。
⑵對成分和性能接近的焦炭品種進行歸類劃分。由于高爐只有2 個焦炭倉，并且料場場地受限，無法做到每種外購焦單獨打堆，為規范、穩定入爐焦炭質量，選擇成分相近、質量接近的焦炭品種混合打堆，避免了因焦炭質量波動影響爐況。
⑶結合原燃料性能，分析高爐的工況條件，有針對性地調整操作參數。總結各種因素對煉鐵燃料比的影響，根據焦炭性能變化情況，定量調整操作參數。
⑷根據焦炭的冶金性能，制定燃料比結構調整標準。焦炭在高爐冶煉中主要起料柱骨架的作用，焦炭強度的細微變化都會帶來焦炭負荷和燃料結構的改變。日常生產中如果蜂窩狀、有裂紋的焦炭數量增加，那么焦炭的強度很可能變差，再結合檢測結果進行焦炭負荷調整。制定燃料比結構調整標準如表4。
當焦炭和其它原燃料條件變差時，通過及時調劑參數，定量控制，達到了原料條件變化只影響指標提升，而不影響高爐順行的目標。
⑸控制合理的篩分速度。在保證上料速度的情況下，嚴格確定篩分時間，保證燒結篩分時間大于20 s /t，焦炭大于1 min / t，如果時間過短應該通過調整振篩電機振幅或者在下料口插擋棍處理，燒結礦篩加插棍和受料面增加擋料器，生礦和球團篩增加擋板，實現礦料篩面均勻薄層平鋪，遇到原料偏碎時可以延長篩分時間或臨時換較大篩孔的篩子，在不影響正常上料的情況下，定時對各個振篩進行空振。以減少粉末入爐，改善料柱透氣性。
⑹強化工長原燃料管理。實行工長和上料工聯合督查原料制度，保證入爐原料滿足高爐冶煉要求。上料皮帶和關鍵振篩增加監控視頻，及時了解各原料質量和粒度狀況。高爐工長對槽下振篩情況進行巡查，高爐槽下清理完振篩后，高爐工長進行確認。對槽下篩分、爐料質量變化及時監督作好記錄并反饋信息到相關單位。
⑺嚴格原燃料的倉位管理，正常倉位大于5 m，低于5 m 為低倉位，在減少二次摔碎的同時，防止因原料粒度偏析造成粉末集中入爐。
3．3．5 強化爐前出渣鐵生產組織，為高頂壓使用創造條件
為適應高頂壓操作，對爐前出渣鐵操作管控措施進一步細化，對設備維護、鐵口維護、炮泥質量、出鐵頻率都提出了新的要求，確保出渣鐵安全、及時、均衡、有序。有意識縮短出鐵間隔時間，增加出鐵次數，每天從14 次增加到16 次，加快出鐵節奏; 嚴格控制見渣間隔時間在30 min 以內，放渣時間加長，盡量提高炮泥的耐渣性能; 爐前維護好鐵口，保證鐵口深度在2．2 m 以上，杜絕斷、漏鐵現象的發生，確保渣鐵排凈。
4 實施效果
萊蕪分公司煉鐵廠1 000 m3級高爐自實施高頂壓操作以來，統計2016 年1 000 m3高爐每月頂壓使用情況( 圖1) ，平均頂壓達到了195 kPa，最高頂壓達到了199 kPa，達到了預期目標。
4．1 對高爐順行的影響
萊鋼1 000 m3高爐在2016 年1 月進行了提頂壓實踐，提壓初期采取緩慢提升的辦法，每次提2kPa，觀察高爐的變化。邊提頂壓邊對送風制度、裝料制度進行調整，頂壓逐步由185 kPa 提升到190kPa。高爐各項制度匹配良好，提壓后爐內壓力升高，壓差在提壓初期高出提壓前，通過各項制度的調整，高爐中心逐步放開，邊緣氣流也適當發展，料柱透氣性逐步好轉，壓差慢慢接近提壓前，運行1 個月后壓差略低于提壓前，高爐順行得到改善，抗波動能力增強。
4．2 提高頂壓對生鐵質量的影響
1 000 m3高爐在提壓的同時增大高爐風量，縮小進風面積，風速、動能提高，爐缸活躍度增強，蓄熱能力增強，同時提高富氧量，理論燃燒溫度提高，渣鐵物理熱明顯提高，脫硫能力增強。在4 月份提壓以后，1000 m3高爐逐步嘗試降低生鐵Si 元素含量，生鐵Si 元素約降低0．1%，但是渣鐵熱量充足，生鐵質量較好。
4．3 提頂壓后產量的變化
在提高頂壓以后加大了入爐風量，入爐風量增大10%左右，同時由于爐況順行度變好，可以適當提高煤比和富氧量，生鐵Si 降低，料速變快，生鐵產量大幅提高，自4 月份至6 月份生鐵逐月提高，提高幅度約20%。
4．4 提高頂壓對高爐燃耗的影響
提高項壓后煤氣在爐內的時間延長，參與反應的時間延長，煤氣利用提高，在提高頂壓后煤氣利用按統計數據約提高1%，可降低焦比5 ～ 6 kg。提高頂壓后，生鐵Si 元素降低約0．1%，可降低焦比4 ～ 5kg。綜合統計，單位生鐵燃耗約降低15 kg /t。
4．5 提壓后發電量的變化
TRT 發電量跟煤氣發生量、煤氣溫度、爐頂壓力有關，萊鋼高爐在提高爐頂壓力的同時，加大入爐風量，雖然頂壓升高對煤氣流速有一定的抑制，但是從檢測數據來看產生的煤氣量是增加的，煤氣溫度也有所提高，所以TRT 發電量有明顯提高，噸鐵發電量提高1～2 度。
5 結語
⑴對高爐送風風機的耐壓能力進行運行參數調整，達到頂壓提升后所要求的送風壓力，是提高頂壓的基礎條件。
⑵ 通過提升風量、縮小風口面積提高鼓風動能，促進兩股煤氣流的合理分布，部分抵消提高頂壓帶來的影響。
⑶ 逐步增加風口長度，發展中心氣流，抑制邊緣氣流，提高了爐缸活躍度和爐況的穩定性，有利于高頂壓的使用。
⑷對外購焦品種進行篩選并按照冶金性能分類存放，降低焦炭質量波動對爐況的影響，為高頂壓使用打好基礎。
⑸提高炮泥質量和鐵口的有效作業率，降低因壓力提高對出鐵組織的影響，才能順利出凈渣鐵。
參考文獻:
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