李曉東
（昆明鋼鐵股份有限公司新區(qū)煉鐵廠）
摘 要: 昆鋼新區(qū)2500m3高爐，30個風口、3個鐵口，采用新型PW并罐式無料鐘爐頂布料設備，于2012年6月26日送風投產(chǎn)。由于原料組織困難，退出使用進口礦，礦石品位不斷下降，爐料中有害元素大幅度升高；高爐使用焦炭品種多，質量不穩(wěn)定；高爐冷卻系統(tǒng)的先天性設計缺陷等原因，高爐爐墻頻繁的結厚和爐況失常現(xiàn)象，爐況波動，頻繁出現(xiàn)懸料、崩料現(xiàn)象，處理難度大，產(chǎn)量大幅下降，焦比明顯升高，各項技術經(jīng)濟指標惡化。通過采取一系列的調整措施，高爐爐況得到及時掌控，爐墻結厚得到有效處理，而且高爐摸索出了一套適合自身的避免結厚的措施。
關鍵詞： 高爐爐墻；結厚；摸索；措施
1 概述
昆鋼新區(qū)2500m3高爐于2012年6月26日建成投產(chǎn)。有效容積2500m3，高徑比2.25，設有3個鐵口，30個風口，設計一代爐齡15年，高爐利用系數(shù)2.2，年產(chǎn)鐵185萬噸。開爐生產(chǎn)初期入爐燒結礦中配加進口礦粉50%，以及使用南非優(yōu)質塊礦，綜合入爐品位57.8%左右，由于昆鋼地處祖國西南邊陲，原料采購、組織比較困難，為了穩(wěn)定生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，昆鋼被迫逐漸減少或退出進口礦粉，全部使用省內礦及少部分國內其他礦，入爐原料品位大幅度下降，到2013年5月份燒結礦就逐漸全部退出使用進口礦粉，綜合入爐品位平均51%左右，最低只有50.5%。因省內礦含有害元素較多，高爐的冶煉條件發(fā)生了變化。從2013年至2014年底，爐身冷卻壁從9段至14段，經(jīng)常出現(xiàn)局部位置結厚，爐身冷卻壁溫度圓周分布不均勻情況，嚴重時導致爐況失常現(xiàn)象，給生產(chǎn)造成了較大損失。每次結厚的處理，都耗時耗力，經(jīng)過一次次的總結經(jīng)驗，摸索出預防爐身粘結的措施。
2 爐墻粘結的原因
粘結的原因多種多樣，昆鋼2500m³高爐爐墻粘結的原因有原燃料質量差、生產(chǎn)系統(tǒng)不匹配、高爐冷卻形式的缺陷等。
2.1 入爐原燃料問題
2.1.1 原料有害元素含量高
昆鋼2500m³高爐全部使用省內礦及少部分國內其他礦。省內礦品位低，而低品位爐料中鉛、鋅和堿金屬含量偏高，鉛還原后易沉淀于高爐底部，滲入磚縫損壞爐襯，鋅形成蒸汽后隨煤氣上升，與爐料中粉末相互作用極易造成高爐上部結厚。因高爐除塵灰在廠內精選后作為燒結配料使用，這樣形成了有害元素在生產(chǎn)工藝內的循環(huán)富集。造成新區(qū)高爐爐況不穩(wěn)定，爐身中上部易結厚。表1為昆鋼2500m³高爐使用的原燃料堿金屬負荷表。
表1 高爐使用原燃料的堿金屬負荷表
2.1.2 燒結礦質量不穩(wěn)定，入爐粉末多
燒結生產(chǎn)不穩(wěn)定，導致燒結礦質量波動大，燒結礦中FeO含量波動大，冶金性能差，燒結礦堿度頻繁波動及入爐粉末高，容易出現(xiàn)粘結。表3為燒結礦FeO及入爐粉末情況表。
表2 高爐使用燒結礦情況
表3 高爐使用焦炭的指標分析表
在幾次爐墻結厚的之前，焦炭熱態(tài)指標都頻繁出現(xiàn)問題。使高爐料柱和爐缸中心料柱透氣透液性變差，爐身發(fā)生粘結，爐缸中心堆積。
2.2 生產(chǎn)系統(tǒng)不匹配
昆鋼新區(qū)是但系統(tǒng)生產(chǎn)線，煉鐵一座2500m3高爐生產(chǎn)，燒結300㎡燒結機一臺，煉鋼，120m³的轉爐兩座，5流大方坯生產(chǎn)線一條，7流小方坯生產(chǎn)線兩條。但高爐生產(chǎn)能力與燒結、煉鋼不匹配。首先，原料供應不足，上道工序燒結廠產(chǎn)能弱。燒結廠在現(xiàn)有原料條件下產(chǎn)能不夠，最終的頻繁提高燒結礦堿度，多吃酸性球團礦。其次，下道工序煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏跟不上煉鐵，經(jīng)常導致鐵水罐積壓嚴重，煉鐵等罐出鐵的情況，導致高爐憋風、慢風情況時有發(fā)生。高爐滿負荷生產(chǎn)起來，燒結原料供應不足，煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏跟不上。因此，從2012年6月份開爐至今，高爐風口頻繁進行調整，縮小進風風口直徑，但上下道工序仍然不能夠滿足煉鐵生產(chǎn)，最終只能采用長期堵2-3個風口作業(yè)，來協(xié)調整個生產(chǎn)系統(tǒng)。由于長時間堵風口作業(yè)，導致高爐爐缸進風不均勻，爐缸堆積，從而導致高爐爐墻結厚。表4是高爐投入生產(chǎn)以來風口面積和堵風口個數(shù)的統(tǒng)計表
表4 高爐投產(chǎn)至今的風口面積和堵風口個數(shù)統(tǒng)計表
2.3 冷卻系統(tǒng)的問題
2.3.1 冷卻設備設計結構與生產(chǎn)不符
冷卻設備的壽命是決定高爐壽命的最關鍵因素，冷卻設備型式選擇是否恰當，結構是否合理是高爐能否長壽的重要前提條件。現(xiàn)代大高爐冷卻設備有全冷卻壁、冷卻壁與冷卻板相結合兩種形式，全冷卻壁型式由于具有冷卻面積大、冷卻均勻、維持爐型好、投資省、安裝方便等諸多優(yōu)點而得到了廣泛應用，特別是隨著磚壁合一、薄壁內襯技術、新型鑄鐵冷卻壁及銅冷卻壁技術以及軟水密閉循環(huán)冷卻技術的應用和發(fā)展，全冷卻壁的冷卻型式更加廣泛地應用于現(xiàn)代大中型高爐。昆鋼2500m³高爐爐底至爐喉共設置14段冷卻壁。按照爐內縱向各區(qū)域不同的工作條件和熱負荷大小，采用不同結構型式和不同材質的冷卻壁。爐爐底采用管徑φ108´14mm冷拔無縫鋼管作為冷卻設備，共57根，鋼管間距254mm，平行排列布置在爐底封板之上。風口以下采用3段光面低鉻鑄鐵冷卻壁，每段按44塊標準冷卻壁設計。為加強鐵口區(qū)域的冷卻，在3個鐵口區(qū)域下方各采用2塊鑄銅冷卻壁，每塊冷卻壁水管為7進7出，水管直徑均為φ80x6mm。鑄鐵冷卻壁水管均為4進4出，豎直排列，水管直徑均為φ76X6mm。第1段冷卻壁高度2060mm，第2、3段冷卻壁高度2700mm；鑄鐵冷卻壁壁體厚160mm，鑄銅冷卻壁壁體厚120mm。風口區(qū)第4段采用光面球墨鑄鐵冷卻壁，高度2700mm，共30塊。本段冷卻壁水管為5進5出或6進6出，水管直徑均為φ76X6mm。冷卻壁壁體厚400mm。爐腹1段（第5段）、爐腰1段（第6段）、爐身下部2段（第7、8段），均采用單層水冷4通道銅冷卻壁，冷卻壁熱面設有燕尾槽，每段44塊。第5段銅冷卻壁高度2600mm，第6段銅冷卻壁高度2000mm，第7、8段銅冷卻壁高度2500mm。銅冷卻壁厚度120mm。爐身中上部冷卻設備共6段，冷卻壁材質均為球墨鑄鐵。冷卻壁內豎直管直徑為φ76X6mm，蛇形管直徑為φ70x6mm。第9、10段，為雙層水冷鑲磚鑄鐵冷卻壁，冷卻壁高度1840mm，冷卻壁壁體厚度340mm，每段40塊；第11、12、13段為單層水冷鑲磚鑄鐵冷卻壁，冷卻壁高度2000mm，冷卻壁壁體厚度235mm。第11、12段每段36塊；第13段32塊；第14段為倒扣式鑲磚鑄鐵冷卻壁，壁體內側面為高爐內型，冷卻壁高度2120mm，冷卻壁壁體厚度240mm，每段32塊。
按照理論設計，冷卻設備布置較合理。但在實際生產(chǎn)中，不能滿足昆鋼2500m³高爐實際，生產(chǎn)爐體冷卻強度調整手段比較單一，不能滿足實際生產(chǎn)。調整冷卻強度的手段有：1.調整冷卻水量；2.調整冷卻水水溫。在實際生產(chǎn)中，當冷卻強度過大時，只能依靠這兩種手段調整。如果某一段位置出現(xiàn)冷卻強度過大或結厚的時候，無論是減水還是調整冷卻水水溫哪一種方式，都將調整全爐水量或進水溫度，而不能單獨調整某一段或某一區(qū)域。所以當出現(xiàn)局部冷卻強度過大或有結厚征兆的時候，冷卻制度的調整就比較被動。
2.3.2 冬季容易發(fā)生爐墻結厚
從2013年開始，高爐在冬季容易發(fā)生爐墻結厚，冷卻強度過大是重要原因之一。高爐是薄壁爐襯，冬天氣溫低時容易發(fā)生爐墻結厚。其次是因為爐型矮胖，橫向尺寸大，爐身表面積大，加之冬季氣溫低，散熱多。第三，冬季進水溫度較低，實際冷卻強度增大。
3 爐墻結厚的預防
3.1 加強原燃料的監(jiān)控與管理
認真監(jiān)控燒結礦情況，由于燒結礦品位低，粒度不均勻，高爐只能把好入爐原料關，控制好槽下燒結礦篩分，盡可能的減少入爐粉末。狠抓原燃料管理。（1）要求槽下人員每兩小時觀察匯報原料情況一次，主控室及時根據(jù)倉存原料情況調整用倉，堅決不允許出現(xiàn)低槽位拉料，并采取半槽以上卸料，降低燒結礦進倉落差，減少破碎。（2）加強與燒結廠信息溝通，當燒結礦生產(chǎn)出現(xiàn)異常情況，高爐及時采取措施，把原燃料質量波動對高爐的影響減少到最小。（3）因燒結能力滿足不了高爐生產(chǎn)，高爐槽前分級篩未投入使用。為了減少入爐粉末，高爐經(jīng)過一段時間的試驗與摸索，最終將篩分配料速率控制在90-110kg/s左右。并進行在線跟蹤，篩分速率超出范圍，及時進行調整。（4）每周進行五次篩分取樣分析，對入爐燒結礦、球團礦中＜5 mm的粉末進行測定，如發(fā)現(xiàn)＜5 mm的粉末比例超過2% ，則立即查找原因進行處理，嚴格控制入爐粉末。
“焦炭是高爐的命根”，在礦石品位不斷下滑的同時，更應該抓好焦炭質量。昆鋼新區(qū)一期由于沒有焦化、沒有鐵路，采購的焦炭都為汽運焦，因此必須做好進廠前的質量檢驗工作。高爐就組成了專人的質量跟蹤小組，對入廠焦炭質量進行跟蹤及驗收，每車焦炭都進行現(xiàn)場取樣，對水分重、粒度較碎的焦炭進行單獨堆放或退回，嚴格保證入廠焦炭的質量。在焦炭入爐使用過程中，嚴格監(jiān)控入爐焦炭質量，發(fā)現(xiàn)質量波動大，及時進行調整，保證爐況的穩(wěn)定與順行。其次，對進廠外購焦做好質量跟蹤。針對進廠焦分析滯后的情況，新進廠的焦炭待分析出來后在使用，如有問題，可分批減少用量搭配使用，避免造成爐缸堆積或不活。
3.2 精細化操作，樹立穩(wěn)定順行為主，兼顧強化的思路
在日常操作中，精心、細化，勤觀察、勤分析，穩(wěn)定各種操作制度。避免爐溫、堿度大幅度的波動，造成軟熔帶根部的波動。避免長時間慢風、低料線作業(yè)，維持合適的送風制度與裝料制度。針對長期堵風口冶煉，高爐定期對所堵風口的位置進行更換，而且進入2015年開始嘗試縮小風口、采用傾斜角度大的風口冶煉工作，爭取早日實現(xiàn)全風口作業(yè)的目標。
3.3 加強設備管理
在設備管理方面，以預防設備事故為重點，加強設備巡視、點檢，確保設備的正常運行，降低設備慢風率、休風率，為高爐持續(xù)強化提供了充分的設備保障。較低的設備慢風率、休風率，無疑有利于高爐的穩(wěn)定。對重點設備，如開口機、泥炮等，實行專人檢查、專人維護制度。避免因設備故障造成的低料線、慢風、休風。
3.4 加強爐前管理
由于入爐品位低、渣量大，一旦出鐵不及時或渣鐵排不凈，造成爐內憋渣、憋鐵，導致爐內氣流變化，從而影響高爐的順行。日常操作中，規(guī)范打泥量，控制鐵口深度，禁止空撞鐵口，維護好泥套，減少冒泥等措施維護鐵口。礦石品位低，渣量大，嚴格按要求組織出鐵，2.5小時放不吹鐵口、出鐵1個小時不見渣，根據(jù)情況及時組織平行出鐵，封、開鐵口時間間隔控制小于10分鐘，正常情況下鐵口不連放等等，加強對爐前出渣出鐵的重視。
3.5 定期做好排堿工作
由于我們原料中含有的堿金屬和有害元素偏高。避免大量的有害元素長期存在于爐內，應定期進行排堿工作。針對高爐原燃料條件變化以及爐渣性能二元堿度R2控制在1.15～1.20范圍內；在堿度調整上，根據(jù)出爐渣堿度與上倉原料堿度分析相結合的方式進行調整，采用以生鐵含硫量來定爐渣堿度，考慮爐渣堿度過高，不利于排堿工作，在保證生鐵含硫在0.025%-0.030%范圍內盡可能下調堿度。
3.6 冷卻制度合理調整
根據(jù)冶煉強度及時調整冷卻水量或水溫差，休風期間及時調控水溫。強化冷卻體系管理，維持合理的操作爐型，不僅有利于高爐長壽，更有利于爐況的穩(wěn)定順行，只有好的順行狀態(tài)才能有利于進一步提高產(chǎn)量，降低消耗。隨著高爐冶煉強度的提高，爐型結構會發(fā)生一定的變化，良好的操作爐型能夠保護爐襯和冷卻設備，如爐型不規(guī)整，高爐則難以穩(wěn)定順行，更難以強化。加強對冷卻系統(tǒng)的檢查和測量工作，對檢查和測量結果及時做好記錄、分析、調整，嚴格認真控制好進水溫度。隨著冶煉強度的不斷提高，進水溫度從開爐來的45～46℃調整到現(xiàn)在的39～40℃，通過認真觀察冷卻壁在線溫度檢測及補水曲線變化，控制全爐水溫差在5～6℃，確保爐腹、爐腰、爐身下部及爐身中上部各段冷卻需要，以利于形成合理操作爐型并使之保持穩(wěn)定。
其次，進入寒冷季節(jié)時提前降低冷卻強度，適當提高進水溫。
3.7 利用休風機會校正風口中套
由于使用的原燃料中堿金屬、有害元素含量高，造成高爐爐體上漲，導致高爐個別風口不同程度的變形，變形后影響爐缸的工作，導致氣流變化，最終影響高爐的穩(wěn)定。高爐利用休風機會校正風口，盡可能保證風口工作的均勻性，有利于爐缸初始煤氣分布的均勻性。表5為2014年校正中套情況表。
表5 2014年中套校正情況表
4 預防高爐結厚的效果
通過一段時間的摸索，采取一系列的預防措施工作，進入2015年，爐體9段-14段溫度穩(wěn)定正常，高爐爐墻結厚情況沒有在發(fā)生過，高爐爐況穩(wěn)定順行，高爐各項經(jīng)濟技術指標完成較好。表6為2015年1-5月份主要經(jīng)濟技術指標。（其中1月份噴吹系統(tǒng)大修）
表6 2014年中套校正情況表
5 預防高爐結厚有待解決一些問題
昆鋼新區(qū)2500m3高爐加強了爐墻結厚的預防工作，取得了較大的進步，減少了爐墻結厚的情況，但仍然需要解決好以下問題。
長期堵風口作業(yè)，不利于爐型維護，何時能調整、滿足全風口作業(yè)，還需要摸索。
原燃料中有害元素多后，容易導致高爐爐體上漲，影響高爐爐缸工作及高爐長壽。
6 參考文獻
[1] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術手冊，北京，冶金工業(yè)出版社，2003.
[2] 王筱留.鋼鐵冶金學（煉鐵部分），冶金工業(yè)出版社，2005.
[3] 張壽榮, 于仲潔.高爐失常與事故處理，冶金工業(yè)出版社，2012.