首钢高炉悬料的定量化恢复技术研究

张贺顺  马洪斌  任健

（首钢总公司）

摘  要  首钢高炉悬料的定量化恢复技术，量化了炉况恢复过程的三个阶段，明确了各阶段的重点工作、定量化原则及参数控制标准，实现了悬料后炉况恢复的规范化。

关键词  高炉  悬料  炉况恢复

前言

首钢1号、3号高炉容积2536m³，炉龄已满15年、16年，由于对原燃料质量变化引起的炉内煤气分布异常变化，炉内调节不及时、不准确、不到位，2009年12月，3号高炉因低炉温影响料尺工作，进而炉内发生悬料，经济技术指标损失惨重。高炉技术管理与操作管理精细化是经济技术指标进步的基石，首钢高炉技术人员分析、总结其中的经验教训，逐步形成了悬料的定量化恢复技术，使炉况恢复过程规范化、定量化。但高炉悬料的成因不同、程度各异，因此首钢高炉悬料的定量化恢复技术研究，在定性化的基础上实现定量化，利用悬料后对炉况的干预措施，实现炉况顺行与风量恢复，实现炉内矿批、焦炭负荷的恢复。

1           悬料的原因及危害

1.1          悬料的原因

悬料是炉内料柱透气性与煤气流运动极不适应、炉料停止下降的炉况失常现象，悬料形成的内在机理是一致的，由于煤气流通道的突然阻塞，料柱某一层面出现煤气压力的迅速升高，造成煤气对该层面以上料柱的托力增加，当托力增加到一定程度就引起该层面以上的料柱停止运动，出现悬料现象，该层面以下的料柱继续下降，炉内上下料柱在该层面出现断层，只有减少煤气量、降低该层面处的煤气压力，该层面以上的料柱才能恢复正常运动。

1.2          悬料的分类

根据炉内悬料的位置，悬料分为上部悬料与下部悬料。上部悬料时，上部压差过高，下部焦炭运动活跃；下部悬料时下部压差过高，部分风口焦炭不活跃。

1、上部悬料

由于装料制度不到位、原燃料粒度的异常变化等原因，炉料在炉内圆周方向的分布不均匀、在炉内径向的分布不合理，引起炉内煤气流速的异常变化，当炉内矿焦比轻处的煤气流速超过焦炭的临界流化速度时，这部分焦炭被从料柱内吹出，塌料后，矿石填塞这部分空间，煤气通道被严重阻塞，形成上部悬料。

2、下部悬料

由于塌料、深料线等原因，炉内料柱的层状有序分布被破坏，这部分炉料下降至软熔带时，易造成软熔带焦窗被严重阻塞，形成下部悬料。或者由于炉热、炉凉、炉渣碱度过高、炉渣成分异常变化等引起的渣铁黏度增加或死焦堆焦炭粒度碎等原因，炉内软熔带以下的渣铁渗透困难，煤气的上升通道被严重阻塞，也易形成下部悬料。

1.3          悬料的危害

悬料是高炉难行、管道行程和塌料的最终结局，高炉坐料后，炉内断层消失，该层面以上的料柱原有层状有序分布被彻底破坏，料柱的整体透气性大幅下降，高炉无法维持正常风量，炉内送风制度、热制度、造渣制度等相应变化；由于炉料在炉内的不规则下降，未经充分还原的炉料进入炉缸后大量吸热，影响高炉炉缸的热状态，易导致炉冷等炉况失常现象；极端情况下，悬料、坐料过程中煤气成分、煤气压力、顶温等急剧变化导致炉顶设备、煤气管道的损坏。

1.4          悬料征兆的处理

高炉悬料是典型的炉况失常现象，因此悬料征兆的处理尤为重要，力争将悬料消灭在萌芽状态。当高炉出现风压慢慢升高、风量慢慢减少，透气性指数降低，料尺活动缓慢等悬料征兆时，应立即减风处理。炉热有悬料征兆时，立即停氧，减少或停喷煤粉，适当降低风温，及时控制风压；当炉凉有悬料征兆时，不可降温，适当减风，同时坚决提炉温。

2           悬料恢复的定量化

2.1          恢复的难点

1、悬料本质不明晰

高炉冶炼要注意炉况的宏观调控、趋势管理，不好的趋势及早控制，高炉悬料表明炉况顺稳状态较差，悬料前的炉况处于失常或失常边缘状态，若对悬料本质不明晰，处理措施不到位，指导思想不统一，往往加剧炉况的恶化。

2、操作细节不到位

高炉操作细节注重不够，操作粗放、考虑不周，炉前管理混乱，悬料后渣铁流动能力差，炉前工作量大，易造成不能按时出铁，操作细节注重不够往往造成炉况恢复过程的反复。

3、恢复思路不清楚

炉况恢复思路不清楚，不能系统考虑、抓住关键因素，炉况恢复过程操之过急，往往加剧炉况恢复的难度，延长炉况恢复的时间。恢复过程应循序渐进，不要存在过多心理负担，不当机会主义者，避免高炉连续悬料。

2.2          恢复的思路

高炉悬料后，立即处理，争取尽快实现料柱的正常运动，悬料时间不宜超过15分钟，充分分析悬料的原因，力争一次坐料成功，尽量避免出铁前坐料。针对高炉悬料成因不同、程度各异的特点，将上部悬料与下部悬料纳入统一的处理模式，但操作细节区别处理，将炉况恢复过程分为三个阶段：坐料阶段、稳定阶段及恢复阶段。

2.3          恢复的定量化原则

1、风量

悬料后炉内风量的恢复是炉况恢复的核心任务，但高炉坐料后炉内料柱已无法承受正常风量，因此风量的恢复进度要根据具体的悬料原因、严重程度及坐料后的炉况表现确定，不顾实际炉况表现，强行恢复风量易造成高炉管道行程及连续悬料。

坐料阶段，坐料操作时风量控制要坚持“快、狠”，争取料柱尽快恢复正常运动，因坐料后料柱整体透气性大幅下降，回风操作时风量控制要坚持“稳”，根据炉况的接受程度，小幅加风，兼顾炉内料尺工作与炉温，避免连续悬料；稳定阶段，炉内稳定回风操作达到的风量水平，使层状有序分布被破坏的炉料下降至软熔带以下；恢复阶段，炉内料柱透气性回到正常水平，炉温处于规定范围，加风幅度稍大，但炉内风量恢复必须以充足的炉温、炉况的顺行为前提。

2、炉温

炉温不仅仅是指铁水[Si]%，更重要的是铁水物理热，因坐料后尽快恢复风量及避免煤气紊乱的目的，坐料阶段炉内停喷煤粉，稳定阶段恢复喷煤需要根据实际炉况表现，风温成为确保炉温的重要调节手段，若坐料后炉温偏低，必须坚决使用风温，同时控制风量恢复进度，确保炉温在规定范围，避免其它高炉恶性事故的发生。

3、矿批、装料制度

矿批主要取决于炉况恢复各阶段的风量，为削弱加料间隙炉内气流的发展程度，采用相对较快的料速是一种调节手段，炉况恢复过程不要刻意追求矿批的大小，维持适当的小矿批、保持适当的快料速，根据装料制度对煤气流控制能力的不同，与风量水平对应的矿批可在一定范围内变动。

为减少炉况恢复过程的变动因素，装料制度尽量不予以调整。若煤气分布稳定性差、炉内顺行无法维持、矿批不宜继续减小，则应对装料制度进行调整，维持焦炭装料制度不动，改变矿石装料制度的圈数、布料角度，尽量避免“撮堆式”的装料制度，矿石“撮堆”使装料制度对炉内煤气分布控制的准确性、有效性方面较差。

4、焦炭负荷

焦炭负荷主要取决于稳定阶段的风量水平及炉况恢复难度，若恢复难度过大，可在加入净焦后，退全焦负荷；若恢复难度较小，可在加入净焦后，适当退焦炭负荷。恢复阶段，焦炭负荷的加重幅度可稍大，但不宜加至悬料前的水平。

5、炉渣碱度

炉况恢复过程经常出现炉温高或炉温低、慢风多等现象，易造成渣铁流动能力差，炉前出铁工作困难，炉内可根据炉温状况适当降低炉渣碱度，不刻意提高炉渣碱度、追求铁水一级品率，提高渣铁流动能力，以利于炉况恢复。

6、顶压

对于高炉上部悬料，使用相对高的顶压是有利的，利于稳定炉内的煤气分布，避免炉内出现管道行程；对于高炉下部悬料，需要使用相对低的顶压，以保持相对高的实际风速，使风口前的热量能够沿炉缸径向尽量向炉缸中心传递，炉缸径向活度、热度尽量均匀。

3           坐料阶段

3.1          中心任务

坐料阶段的中心任务是在尽量短时间内，将高炉煤气量减少至与炉内料柱透气性相适应的程度，从而实现炉料的正常运动。坐料阶段的操作要求“快、狠”，坐料后回风要求“稳”，避免连续悬料。

3.2          坐料操作

出现风压急剧升高，风量随之自动减小，透气性指数急剧降低，料尺打横等悬料状况后，炉内改用加压阀组控制顶压，各阀阀位置于正常生产时的位置，第一次减风至全风的80%~90%，若悬料无法消除，第二次减风至全风的30%~40%，若悬料仍无法消除，炉顶、除尘器、炉顶煤气下降管通入蒸汽，风量减至零，高炉停风，以消除悬料，坐料操作每次减风后观察1~2min，若料尺无明显下降、透气性指数无明显回升，即可继续减风坐料。

坐料前停止炉顶打水，坐料期间除尘器禁止清灰，风口周围禁止人员来往，炉顶不准有人工作。炉外组织好出渣出铁，备好打水管，看好风口、吹管。

炉温向热过程中，炉内减风的同时，立即停氧、停煤、降低风温；炉温向凉过程中，不降风温，主要通过减风处理，同时停氧、停煤。

3.3          特殊悬料的坐料操作

顽固悬料时，炉内风量减至零，炉料仍无法恢复正常运动；连续悬料时，由于反复坐料，炉缸已无继续坐料的空间。高炉应喷吹铁口，待炉缸焦炭燃烧出一定空间后再坐料，炉缸焦炭燃烧释放出热量，也利于顽固悬料的消除，但必须注意悬料情况下加大风量要防止产生管道行程。

3.4          回风操作

坐料后风量的恢复需谨慎进行，定风压操作，控制好压量关系，为料尺的自由活动创造条件，避免连续悬料。坐料后炉料恢复正常运动，但料柱整体透气性较差，无法维持正常风量。炉内塌料后的风量水平维持8~10min，若料尺运动缓慢但下降速度均匀、透气性指数平稳，炉内可逐步恢复风量，但每次加风幅度在0.03~0.05Kg/cm²，每次加风间隔在5~6min。即使风量恢复顺利，但为防止连续悬料，回风操作阶段的上限风量目标：高炉上部悬料时回风操作阶段上限风量不超过全风量的80~90%，高炉下部悬料时回风操作阶段上限风量不超过全风量的70~80%。

3.5          加入净焦

高炉坐料后加入净焦，以补充高炉的热量损失、改善料柱整体透气性，净焦的加入量主要取决于料线深度，料线超过正常料线0.5m以内，加入净焦1批；料线超过正常料线0.6~1.5m，加入净焦2批；超过正常料线1.6~2.5m，加入净焦3批；超过正常料线2.6~3.5m，加入净焦4批。

4           稳定阶段

4.1          中心任务

高炉回风操作阶段风量达到一定水平后，炉内因透气性指数偏低等原因而出现回风困难的情况，高炉坐料后料柱的整体透气性较差，炉内需要在一定时间段内稳定一定的风量，使层状有序分布被破坏的炉料逐步下降至软熔带以下，料柱的整体透气性逐步恢复至正常。稳定阶段，根据炉内风量水平，矿批、焦炭负荷、装料制度、送风制度做相应调整，避免煤气不稳定影响风量的恢复。

4.2          炉内操作

根据稳定阶段的风量、热度情况，高炉确定风温、喷煤的使用。炉温目标严格控制铁水物理热在1480~1520℃，铁水[Si]%在0.6~0.8%，若炉温偏低、铁水物理热不足，适当使用高风温，同时要持续喷煤，稳定煤比在正常水平，避免重负荷料下达至炉缸后，炉缸热度大幅下降，渣铁渗透困难，破坏炉缸初始煤气分布。

顶压按实际风量相应降低，若高炉上部悬料，顶压使用宜偏高；若高炉下部悬料，顶压使用宜偏低，顶压使用水平取决于高炉保持炉内规定实际风速的需要。

炉冷悬料顽固且难于处理，采用低风压、小风量、高风温恢复，转热后应小幅度恢复风量。

高炉配料中的炉渣校核碱度较正常生产低0.03~0.05，防止铁水高硅高碱度，造成炉内渣铁渗透困难，影响炉前出铁工作。

4.3          矿批、焦炭负荷及装料制度

高炉坐料后，风量水平降低，炉内料速减慢，加料间隙煤气的稳定性变差，易加剧炉况的不稳定性，因此随风量水平减小，炉内随之减轻矿批。但矿批的大小涉及装料制度等问题，因此应根据实际炉况表现确定矿批减轻的幅度，若装料制度方面布料宽度较大，矿批可稍大；若布料宽度较小，矿批宜稍小，一般来说，矿批大小可按正比于风量的矿批再减轻10%~20%控制，但考虑到矿批过小对装料制度的影响，矿批不宜小于正常矿批的50%~55%。

炉内加完净焦后，为进一步改善料柱整体透气性，炉内焦炭负荷退0.2~0.5。若0.6~1个冶炼周期后，炉内透气性指数仍偏低，无法加风，停风堵部分风口，堵风口的数目与炉内维持的风量水平对应，同时退全焦负荷，若高炉上部悬料，焦炭负荷退至全焦负荷2.8~3.2；若高炉下部悬料，焦炭负荷退至全焦负荷2.4~2.8。

严重的炉冷悬料应耐心恢复，避免连续坐料，只有净焦下达后方能好转，及时退至全焦负荷1.8~2.2，之后根据炉温水平，提高焦炭负荷至2.8~3.2。

若炉内透气性指数不稳定，料尺工作变差，炉内需要对装料制度进行调整，以实现炉内煤气分布的稳定，装料制度的调整通过调整矿石装料制度来实现，可调整矿石布料的外环或内环圈数，或可调整矿石布料的外环或内环布料角度，炉内煤气分布稳定利于炉内风量的恢复。

5           恢复阶段

5.1          中心任务

炉内渡过稳定阶段，风量稳定在一定水平，透气性指数回至正常且维持稳定，料尺工作正常，炉况维持20~30min，炉内可进入恢复阶段，在稳定阶段的风量、炉温基础上，进一步将风量提高至全风水平，相应提高矿批，并可根据实际炉况表现对装料制度进行相应调整，逐步提高矿批、焦炭负荷至正常水平。

5.2          风量的恢复

高炉上部悬料时回风操作阶段风量上限为全风量的80~90%，高炉下部悬料时回风操作阶段风量上限为全风量的70~80%，剩余风量需要在恢复阶段逐步加全，每次加风幅度在0.05~0.10Kg/cm²，每次加风间隔在15~20min。

5.3          矿批、焦炭负荷的恢复

风量恢复至全风，料尺运动良好，炉温在0.4~0.6%，铁水物理热维持在1500℃~1520℃，炉况维持5~6h后，炉内在矿批尚未达到正常的情况下，可进一步提高矿批，每次提高矿批幅度在1~2t，每次提高矿批间隔在10~12h。矿批的提高涉及装料制度的调整，若装料制度调整不及时、不到位，易在矿批提高的同时造成炉内煤气分布紊乱，因此在提高矿批的同时，炉内需及时根据实际炉况表现将矿石装料制度向边缘或中心摊开，提高装料制度对煤气的控制能力。

矿批恢复至正常，炉况顺稳，炉况维持5~6h后，炉内可逐步提高焦炭负荷、提高喷煤比，但考虑到高炉悬料前炉况顺稳较差，焦炭负荷不宜恢复至悬料前的水平，每次提高焦炭负荷幅度在0.1~0.2，每次提高焦炭负荷间隔在10~12h。为了减弱喷煤比增加对炉缸工作状态的影响，进行全富氧、全风温冶炼，但面临煤比提高后产生的煤气变化，必须及时调整装料制度，稳定煤气分布，才能实现炉况恢复的成功。

6           结语

（1）高炉正常冶炼受各种因素的影响，炉况总是存在波动，高炉技术人员必须善于掌握各种波动因素，进行综合判断和分析，随时掌握炉况发展趋势，及时果断的运用各种行之有效的调节手段，进行相应的调节，才能保持炉况的稳定顺行，避免悬料等炉况失常事故的发生。

（2）高炉悬料的定量化恢复技术借助矿批、焦炭负荷等方面的配合，理顺炉况恢复过程的思路，避免炉况恢复过程的随意操作、不规范操作造成炉况恢复过程的反复。

（3）针对高炉悬料成因不同、程度各异的特点，将上部悬料与下部悬料纳入统一的处理模式，但操作细节区别处理，将炉况恢复过程分为三个阶段：坐料阶段、稳定阶段及恢复阶段。

（4）高炉悬料后的炉况恢复普遍存在随意性强的特点，造成炉况恢复的反复，给高炉经济技术指标带来严重影响，高炉悬料的定量化恢复技术规范了炉况恢复操作，但仍需在以后的炉况恢复过程中根据具体炉况表现进一步探索、研究、完善。

 

联系人：马洪斌  工程师  电话：010-88293487

Email：mahbin@126.com

通信地址：（100041）北京市石景山区首钢炼铁厂