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高炉节能降耗生产实践

邱国兴，朱化朋，王子金

(莱芜钢铁集团银山型钢炼铁厂)

摘 要：莱钢3200m3高炉采用多项节能工艺，通过高风温、高顶压、大矿批及低硅冶炼等操作手段，并配加经济炉料建立高渣比操作模型，采取烟煤无烟煤混喷技术，加强工艺管理，使生铁成本不断降低，实现了低成本科学经济冶炼。

关 键 词：高炉；节能；烟煤；大矿批；操作

近年来，由于钢铁企业产能迅速扩张，导致炼铁资源紧缺，原燃料价格大幅度上涨。如何实现节能低耗，已是钢铁企业提高竞争力的一个重要课题。莱钢3200m3高炉积极采用全干法除尘、INBA渣处理、TRT余压发电和余热回收等十几项国内外炼铁新技术、新工艺。在高炉生产操作中，采用大矿批、高风温、高顶压、烟煤无烟煤混喷、低硅冶炼等强化冶炼措施，提高煤气利用率，有效地推动了高炉的高效化生产。同时，在高炉管理中，加强管控模式，配加经济炉料，建立高渣比操作模型，使生铁成本不断降低，实现了生铁低成本科学经济冶炼。2011年平均综合焦比479kg/t，利用系数2.39t/(m3·d)，休风率0.93%。

1 节能技术的应用

1.1 INBA渣处理

3号炉INBA冲渣法采用蒸汽冷凝工艺，将蒸汽冷凝回收。其工艺特点为：冲制水渣时产生的大量蒸汽沿水渣槽向上运动，在上升过程中，安装在水渣槽上部的冷凝装置向蒸汽喷水，使蒸汽冷凝，形成冷凝水，再通过安装在水渣槽中部的回收漏斗对冷凝水进行回收。回收的冷凝水与渣过滤水经冷凝回收泵和转鼓过滤回水泵送至冷却塔，冷却后循环使用。蒸汽回收后降低了蒸汽中有害气体排放量，冷凝水系统吸收了大量蒸汽、二氧化硫、硫化氢气体，它把硫的成分大都转移到循环水系统中，降低了蒸汽对周边设施的腐蚀，改善周边工作环境。蒸汽冷凝后的水循环使用，降低了吨渣耗水量。

1.2 旋风除尘与TRT余压发电

3号高炉煤气清洗系统所采用的设备主要是旋风除尘器及布袋除尘器。旋风除尘器可以将煤气的含尘量降至2.25g/m3，经过布袋除尘后可以将煤气的含尘量降至5mg/m3以上。不仅节约了大量水源，提高除尘效率，使得煤气热值增加，风温进一步提高，而且还可以增加TRT发电量30%。TRT是高炉配套的煤气余压透平发电装置，吨铁发电量50kWh，可抵消高炉总电耗的35%，2011年回收电能近1.3亿kWh。TRT的投用为公司实现节能降耗、能源利用高效化打下了坚实的基础。

1.3 烟煤无烟煤混喷，提高煤比

无烟煤中配入一定比例的烟煤后，混合煤的可磨性好，制粉能力得以提高，可以降低磨煤能耗，相应提高喷煤量，提高煤比。混喷之后，虽然煤粉中的固定碳减少，但由于挥发分升高，着火点降低，易于燃烧。同比条件下易于高炉接受，并可扩大喷煤量，解决全无烟煤喷吹量较大时，因未燃煤粉量增多，造成中心气流减弱和料柱透气性变差以及置换比下降的症结［1］。由于无烟煤着火点偏低，喷吹过程中应严格控制温度、氧量及制粉粒度保证喷吹安全。2011年11月以来通过烟煤混喷高炉煤比稳步提高到170kg/t以上，焦比降低到350kg/t以下，平均燃料比515kg/t，取得了良好的经济效益。

1.4 提高风温使用水平

高炉炼铁热风带入能量占总能量的16%～19%，使用高风温已经成为高炉炼铁节能减排，降低燃料比以及提高煤比的主攻方向［2］。莱钢3号高炉热风炉采用烟气余热回收技术，利用烟气余热预热助燃空气和燃气，设计风温水平在单烧高炉煤气的情况下，可以达到1200℃以上。同时喷煤系统采用热风炉烟气作载气和干燥气，既降低了能耗又起到了防爆作用。3号炉生产中提高风温方面采取的主要措施有：一是用足现有风温，全关混风大闸作业，尽量不用风温调节炉况;二是提高空燃比，优化烧炉制度。通过采取这些措施，3号高炉平均风温水平由2010年的1160℃提高1200℃，焦比降低了4～6kg/t，并在一定程度上改善了炉内煤粉燃烧效率。

2 优化高炉操作工艺

2.1 高炉上部调剂

(1)高压操作，改善煤气利用

据统计，顶压每提高10kPa，可增产1.2%～2.0%，降焦比5～7kg/t，顶压升高，强化冶炼的效果有减少趋势［3］。3号高炉顶压(kPa)/风量(m3/min)控制在0.035～0.037，严禁压差超过185kPa。但炉顶压力绝非越高越好，除了设备因素外，过高的炉顶压力将造成风压的上升，最终造成风速、动能的下降，影响炉缸的工作。因此顶压调剂应以保持较高的风速及合理的鼓风动能为基本原则，2011年各月顶压、风速及动能情况见表1。当负荷较轻，料柱透气性较好时，顶压/风量比值取上限，反之取下限。

(2)大矿批操作

适当增大矿石批重，有利于煤气流的稳定，减少矿焦界面效应，且增大矿石批重可以相应增加焦炭批重，保持相对较厚的焦炭层，有利于增加软熔带的透气性。3号高炉通过反复尝试总结，矿批与风量的合适关系为：(矿批/风量)%在1.67%～1.72%，低于1.67%，矿批偏小，不能发挥大矿批的节焦作用，高于1.72%，矿批偏大，煤气流会出现“两头堵”的现象，炉况不稳，燃料比会上升。在现有条件下合理的矿批重为105t左右，同时在操作中应坚持“小矿批当药吃，大矿批当饭吃［4］”的原则，根据炉况及时调整矿批大小，保证炉况的顺行。

2.2 高炉下部调剂

(1)合理的火焰温度

3号炉2011年全年平均富氧率2.24%。富氧提高了鼓风含氧浓度，加速煤粉燃烧，提高燃烧率;还可以提高理论燃烧温度，补偿因提高煤比后理论燃烧温度的降低，同时富氧是强化冶炼的有效手段。目前对理论燃烧温度的认识还存在一些分歧，计算方法也不一致，计算结果的绝对值存在着一些差异。莱钢采用英钢联提供计算公式，通过风温及富氧率的调整，控制理论燃烧温度在2350℃左右，高炉接受情况良好，炉况稳定顺行。

(2)改善炉渣性能，确保炉渣流动性良好

为降低成本，3号炉烧结矿配矿结构中使用大量低价位、低品位、高Al2O3劣质铁矿资源。矿石综合入炉品位长期在55%～56.5%，高Al2O3渣系，炉渣黏度高，热稳定性差［5］。通过对炉渣性能的研究最终提出了“合理选择渣系，提高渣铁热量，稳定热制度控制，严格控制铝镁比(MgO/Al2O3)，确保渣铁良好流动性，减少高黏度渣铁在炉缸滞留”的主要操作制度，并对Al2O3对炉渣黏度的影响进行了从新标定。控制终渣中(MgO/Al2O3)在0.65左右，Al2O3%＜15%，渣铁温度大于1510℃。实践证明此条件下保证了炉缸良好的透液性，达到了渣铁顺利排放的目的。

(3)合适热制度下的低硅铁冶炼

铁水中［Si］每降低0.1%，生铁增产0.5%～0.7%，燃料比降低4～6kg/t，此为一项重要的节能增产措施。但是低硅冶炼须以稳定的外围条件、合理的炉温为前提，如一味地降低炉温则会造成软熔带下移，长期下去还会导致炉缸堆积［6］。根据莱钢现有矿石品位低，焦炭质量差的条件，制定了以下操作方针：铁水［Si］=0.45%～0.55%，渣碱度R2=1.20±0.02，规定铁水［Si］含量下限为0.3%，严禁连续两炉铁［Si］＜0.3%，并采取定料批操作，上下两班料速差别不得大于2批。同时保证充足的渣铁热量，开口20min后T铁水＞1490℃，堵口前T铁水＞1515℃，见渣率(时间比t出渣/t出铁)大于90%，2011年高炉主要指标见表2。

3 加强管控模式，保持炉况长期稳定顺行

3.1 稳定炉芯温度

2011年3月和5月高炉经历了两次比较大的炉况波动，高炉判断炉缸活跃性的主要参数———炉芯温度持续下降，达到历史最低255℃(正常值＞350℃)。但是一直没有得到足够的重视，6月底阴雨天气加上焦炉检修，炉缸工作状态恶化，气流频出风量难全，风口小套大量烧坏。炉芯温度的高低主要受煤气流向中心渗透强弱的影响，良好的焦炭质量是保证炉缸活性的关键。但是在莱钢现有的原料条件下，大幅提高焦炭质量不大可能。为此3号炉采用额外中心加焦，使强度好、块度较大的焦炭直接填充炉缸，加快死料柱粉化焦炭的置换，必要时配加锰矿，提高炉缸热量。实践表明，采用额外中心装焦及配加锰矿一段时间后，侧壁温度因炉缸渣铁环流减弱而下降，效果显著，炉芯温度得到提高并稳定在370℃以上。

3.2 关注原燃料变化，及时调整

在高炉进行大喷煤冶炼过程中，煤粉代替了部分焦炭起到发热剂、还原剂、生铁成分的作用后，焦炭作为料柱骨架的作用就显得尤为重要［7］。当焦炭质量下降时，应及时通过焦炭负荷调整保证煤比低于正常炉况水平，通过风量保证炉腹煤气量稳定。焦比上调量=原焦比×(0.75～1)×△CSR(注：0.75～1表示炉况系数)，如果铁水温度比正常下降20℃，炉况系数取值不低于上限1.0，如果铁水温度正常，炉况正常，炉况系数取0.75。同时保证十字测温中心温度不低于正常炉况时温度(大约650℃)。通过增加中心焦布料圈数或调整布料时间，增加中心焦比例(不超过37%)。短期内缩小矿批疏导中心气流，焦批下限17t。间隔性附加中心焦炭，每2～4h附加一次，每次不超过3t。

3. 3优化出铁组织

3号高炉设有4个出铁口，正常生产采用对角线2个铁口出铁，单铁口累计出铁10万t以上时，根据主沟侵蚀情况，对主沟进行喷补节约吨铁成本，当累计出铁14万t以上时，进行倒场出铁操作。长期休风后的恢复过程及炉况顺行差时严禁倒场。出铁倒场时采用3铁口循环出铁，用2老铁口带1新铁口出铁，保证炉况顺行。视新铁口工作状况决定3铁口循环出铁时间，一般为5～7d。合理组织出铁，避免新投铁口间隔8h以上不出铁。及时联系铁水罐，一旦新投铁口出铁不正常，可及时打开另一出铁场铁口，避免憋铁，并适当提高铁水温度，保证T铁水＞1510℃。

4 总结

高炉的长期稳定顺行是高炉长寿的关键，也是高炉强化冶炼、节能降耗的重点。通过加强工艺管理，莱钢3号炉2011年全年休风率仅为0.93%，全年平均燃料比520kg/t。在理论渣比上升至430kg/t的情况下，通过优化布料制度、改善炉渣性能等措施，高炉保持了长期稳定顺行。并且于年底实施了烟煤混喷，高炉煤比稳步提高到170kg/t以上，大焦比降低到300kg/t以下，平均燃料比515kg/t，此举为2012年降本增效明确了方向。同时在高炉熔渣热量的应用方面还有待研究，借鉴其他钢厂经验，计划在渣处理沉淀池中加换热器为冬天取暖提供能量，并使冲渣水温度降低，有利于提高冲渣效果。

参 考 文 献

［1］   李贵阳，龚树山，王俊宇等.宣钢1260m3高炉喷煤生产实践［J］．河北冶金，2001，(5)：28－30.

［2］   王维兴.降低高炉炼铁燃料比的技术措施［J］．中国钢铁业，2008，(6)：18－20.

［3］   王瑞玲.高炉节能降耗的技术攻关［J］．中国冶金，2008，18(4)：51－53.

［4］   张贺顺，刘利锋，马洪斌等.首钢号高炉喷煤降焦生产实践［J］．炼铁，2006，25(4)：7－10.

［5］   孟令军，刘德楼，张小伟.济钢1750m3高炉经济炉料冶炼实践［J］．炼铁，2010，29(1)：41－44.

［6］   顾爱军.高炉强化冶炼与节能［J］．冶金能源，2009，28(5)：26－28.

［7］   周传典.高炉炼铁生产技术手册［M］．北京：冶金工业出版社，2002.