优化钒钛磁铁矿大型高炉上下部操作制度实践

张未栋  梁晓丽

（河钢承钢炼铁事业部，河北 承德 067002）

摘要：目前，国内外钢铁市场的竞争日趋激烈，降低成本已成为各大钢铁企业追求的目标和立足的根本，提高高炉冶强，实现高炉长期高效稳定运行，是高炉工作者不可推卸的责任。进入2016年以来高炉作业区通过细化高炉管理，挖掘高炉潜力，以高炉长周期稳定为基础，不断的优化高炉操作，高炉炉内以控制合理炉型为主要核心任务，炉外严格进行现场管理，同时优化高炉出铁组织等措施，逐步减弱高炉倒场期间对炉况的异常影响燃料质量变化等种种不利的条件影响，2016年全年总产量224万吨，年日均产6121.44t/d，创高炉年产历史最好指标实现了全年操作炉型的基本稳定。

关键词：高炉  下部调剂  上部调剂  稳定

 1前言

近年，伴随中国炼铁产能不断扩大，国内炼铁呈现两大趋势：一是高炉逐渐大型化，二是原燃料资源日益紧张并且质量不断劣化，这两大趋势对高炉实际操作是相互矛盾的，给大高炉操作带来 较大困难，高炉稳定性下降。纵观承钢大型高炉生产实绩，前些年，通过炼铁技术进步，形一套承钢大型高炉操作技术，主要经济技术指标达到国内先进水平。近年，受原燃料质量劣化影响，高炉透气性劣化，高炉因炉况波动减风次数增加，稳定性下降，经济技术指标呈下降趋势。

炼铁界常说的高炉稳定顺行是“七分原料、三分操作”，可以这样理解，在高炉原燃料条件相对好的情况下，高炉的稳定性较好，操作制度的范围相对较宽。但是，随着高炉原燃料质量的降低，高炉操作技术要求更高，而且更加精细。高炉操作技术主要体现在高炉综合制度的合理性和匹配性，通过操作技术改进，适应较宽的原燃料条件，也是高炉技术水平不断提升的真正内涵。B号高炉长期处于稳定顺行状态，而且高炉指标得到较大提升，2016年全年总产量224万吨，年日均产6121.44t/d，创高炉年产历史最好指标。高炉成功经验说明：对大型高炉而言，综合操作制度合理和匹配是高炉稳定的基础，而且可以适应更宽的原燃料条件。本文结合高炉操作实绩，研究大型高炉合理煤气流调剂基本制度，优化和确立大型高炉煤气流控制技术，提升原燃料劣化应对技术，推进大型高炉操作技术进步达到长周期稳定顺行。

2 大型高炉煤气流调剂基本制度合理性判定

高炉煤气流调剂制度主要包括：下部送风制度和上部布料制度，大型高炉日样遵循“下部调剂剂为主，上部调剂为辅，上下部调剂相结合”的基本原则。不同生产条件，不同高炉炉型，其操作制度必然不同，但必须符合送风制度和布料制度基本原理，才能实现稳定台理煤气流分布。操作基本制度是否合理，需要综合系统全面进行判定，根据生产实践．可以参考以下三个方面进行判定：

(1)高炉稳定顺行：长期保持稳定顺行，原燃料适应范围较宽，外界影响不会导致炉况失常。

(2)良好透气性：风压稳定，风量风压匹配，下料均匀，炉缸活跃。

(3)较高煤气利用率：煤气流分布台理而且规律性强，高炉燃料消耗低。

随着高炉大型化、冶炼强度不断提高，高炉煤气量增大，压差必然升高，但这并不说明高炉透气性劣化，压差已经不能完全反映高炉的透气性，如果限定压差操作，就会制约高炉强化冶炼水平。

受原燃料等质量、数量稳定性等影响如焦炭质量下降、原料性能小稳定以及炉料结构变化等多种因素影响，承钢高炉透气性也明显变。以高炉为例，2015年4月球团矿供货紧张，高炉被迫开始提高入炉生矿比例代替球团矿透气性指数一度达到25，远远低于控制范围，不仅影响高炉稳定顺行，而且制约高炉指标提升。2015年8月高炉在焦炭、机烧矿发生变化时，作业区执行三化标准不到位，造成炉温波动大，透气性低；操作方针制定有误，没有及时控制冶强，致使煤气流发生变化，破坏了高炉顺行。

表1  2015年产量对照表

2015---2016年，通过操作技术攻关，在原燃料条件没有明显改善反而恶化的情况下，高炉透气性得到明显改善，逐步升高到34以上，达到理想控制范围。

从高炉冶炼机理角度，只有保证高炉内直接还原和间接还原台理分布，才能达到较高的煤气利用率。煤气利用率高并不意味着高炉透气性差，煤气利用率低也不能保证高炉透气件好，两者是相辅相成的，只有达到高炉煤气径向合理分布与匹配，才能实现高炉良好透气性和较高煤气利用率，同时也表示高炉操作制度合理。

3 大型高炉下部送风制度研究

3.1  下部送风制度理论基础

高炉是一密闭反虚容器，确保一定量的炉腹煤气，才能保证炉料与煤气充分反应，实现能量有效交换，保征高炉稳定顺行，因此实际操作中要尽量避免长时间低压操作。但是炉腹煤气量增加到一定限度，义会导致高炉煤气流速升高，引起压差升高，诱发管道行程，破坏高炉稳定顺行。

从煤气流分布角度，确保一定大小的回旋区， 高炉初始煤气流趋向中心，才能使径向分布趋于均匀，保证一定中心气流，使死料柱保持一定温度，维持一定透气和透液性，确保炉缸活跃。高炉下部送风制度就是确立合理炉腹煤气量、回旋区长度、鼓风动能等关键参数，实现合理初始煤气流分布。送风制度主要调剂方式是：风口面积和风鼓，两者相互关联又相互制约，对下部送风制度起主导作用。

3.2  下部送风制度实践研究

3.2.1  确立合理送风量

提出单位炉容合理风量就是结合原燃料条件，不同容积高炉选择适合的风量。 炼铁界常说“有风就有铁”，风量在高炉操作中起着举足轻重的作用，直接决定下部送风制 是否合理，高炉只有达到一定风量，才能保证合理炉腹煤气量和一定大小回旋区，实现高炉稳定顺行。根据国内外高炉实际操作统计，大高炉单位炉容合理风量相对小高炉要低一些，不同高炉单位炉容送风量控制范围不同。 大小高炉操作差异主要体现在两者单位炉容合理送风量差异：大型高炉在实际操作中，经常会出现炉缸不活现象，铁次多，出渣率低，高炉透气性劣化，风压升高；反过来，引起风量萎缩，又导致炉缸工况进一步恶化，表现炉缸死料柱“肥大”症状。其主要原因是大型高炉炉缸直径大，风量不足，高炉中心吹不透。小高炉单位炉容风量相对较高，较大高炉更易吹透中心，这种现象相对较少。随着高炉大型化，更要确保一定风量，才能保证下部基本操作制度合理。高炉近几年生产实践显示，随着原燃料质量不断下降，高炉透气性明显劣化，高炉不易接受风量，采取以氧换风措施，虽然短期可以维持高炉稳定顺行，保证一定产能水平，但是，高炉稳定性下降，因风压高减风次数增加，风量降低，不仅没有改善透气性，反而有进一步劣化趋势。

根据高炉透气性指数与单位炉容合理送风量统计规律可以得出，两者有一定的显著关系，随单位炉容送风量增加，高炉透气性指数呈下降趋势，因此，高炉一定单位炉容送风量，是高炉稳定顺行、维持透气性的根本，同时也是下部合理送风制度的基础。因为原燃料质量劣化，导致透气性劣化，不易接受风量，减风应对只能加剧劣化，最合理对策是采取维持高风量措施，改善气流通道，越不易接受风量，越要想方设法接受风量，才能有效解决问题。在实际操作中，高炉均希望维持较高风量，但是，受原燃料、高风压和操作理念等影响，风量被迫减少，维持高风量需要采取一些技术对策，比 临时采取减轻负荷、适当降低顶压等改善透气性和接受风量的措施，以保证风量为控制目标，可以确保下部送风制度合理而稳定。采取以氧换风对策，通过降低炉腹煤气量，降低压差，只是治标不治本，很难达到合理下部初始气流分布。

另外，对大型高炉而言，保持送风制度稳定是下部煤气流分布稳定的前提。小型高炉单位炉容风量相对过剩，下部风量变化较小，不会对下部煤气流分布产生较大影响；大型高炉本身单位炉容风量不足，较小风量变化就会造成煤气流初始分布较大变化，应该尽量避免因外界变化导致风量变化，定风量操作比定风压操作更有优势。

3.2.2确保适宜的回旋区

从高炉操作下部制度讲，控制一定送风比的情况，还需要确保一定回旋区长度，目前为止，回旋区深度还没有很好的准确测量方法，在实际应用中，通常用鼓风动能作为定量控制参数，替代回旋区深度。根据统计经验可以得出不同大小高炉达到一定冶炼强度、保持良好透气性所需要达到的合理鼓风动能和最佳回旋区深度，高炉鼓风动能受许多因素制约，保证一定鼓风动能，达到适宜的高炉回旋区，可以达到合理煤 气流分布，改善高炉透气性，减缓原燃料质量下降的影响

4 大型高炉上部布料制度研究

4.1  上部布料制度理论基础

高炉布料制度的作用是：根据下部送风制度， 选择合理布料参数，按照“制衡”的原则，采取疏导和压制措施，使煤气流分布均衡，提高煤气利用率。高炉大型化后，布料制度对煤气流合理分布作用更加重要。 无钟炉顶布料的灵活性有其优越性，可以组成任意布料组合，适合布料调整需要，但是，从 理煤气流分布方面，适宜的布料区间非常窄，因为无钟炉顶多环布料必须符合一定规律。钟式炉顶布料优势是易产生稳定中心气流，无钟炉顶布料优势是可以形成均匀稳定炉料分布，将钟式炉顶布料优势与无钟炉顶多环布料优势有机结合，在 高炉边缘形成稳定矿焦层状分布，中心产生稳定且有一定深度的漏斗，达到稳定料面形状，才能实现高炉煤气流边缘和中心合理匹配，确保高炉煤气流合理稳定分布。

4.2  上部布料制度实践研究

4.2.1 选择合理批重范围

小高炉因为炉腹煤气量较少，批重对煤气流影响较大，伴随高炉大型化和无钟炉顶广泛应用，无钟炉顶可以将炉料均匀分布到炉喉截面上，批重对上部气流影响作用已经明显减轻。从高炉工艺原理看，高炉内压损梯度最大在软熔带位置，保持一定高度焦窗可以降低压差；高炉大型化，炉腹煤气量增大，煤气流速和压力增加，避免上部产生流态化，需要保证一定矿石批重。根据理论研究和设计应用，不 同大小高炉，可以参考以下两条原则：其一，焦炭批重在炉腰处需要保证一定厚度焦炭层；其二，矿石批重在炉喉处需要保证一定矿石层。大批重对稳定煤气流、改善上部煤气利用、 高煤气利用率有重要作用。按照煤气流分布稳定 原则，实际操作中，要尽量避免大幅调整批重，虽然批重在煤气流分布上不起决定作用，但大幅度 调整批重，原煤气流分布会发生较大变化，反而会引起气流波动，甚至导致炉况失常。

4.2.2  确定准确边缘落点位置

大型高炉上部布料控制适宜边缘气流对实现合理煤气流分布有着重要作用。从高炉透气性角度，边缘通过煤气量远远多于中心，保证一定边缘气流对改善透气性有利；从煤气流分布角度，大型高炉因为中心小易吹透，或者高煤比、高富氧等冶炼，边缘气流易发展，需要适当控制边缘气流，大型高炉适宜边缘气流控制是上部布料基础。 无钟炉顶多环布料一般按照从外档向内档进行布料，边缘落点位置取决于布料起始角度和料线，对布料、料面形状和煤气流分布有重要作用。边缘起始角过大，炉料与炉墙碰撞，形成反弹混台料层，易造成边缘圆周气流分布不均匀， 甚至产生管道，并且形成大漏斗料面，由于炉料冲击，在漏斗斜坡形成大面积混料层，不利于高炉透气，而且滚入炉中心的炉料量不稳定，导致中心气流频繁波动。边缘起始角过小，在边缘形成类似钟式炉顶布料料面形状，在边缘形成一个小斜坡， 不利于边缘气流控制，易造成边缘气流过发展，并且易引起中心漏斗较小，使中心气流受抑。因此，确定无钟炉顶布料准确边缘落点位置是形成稳定料面形状的基础，因此只要有休风机会就会做布料实验以确定布料器最外环起始角。

4.2.3  形成稳定平台漏斗结构

无钟炉顶布料非常灵恬，可以形成任意要求的料面形状，但不是所有料面形状都能满足高炉合理煤气流分布要求。根据承钢钢实践及相关布料研究：形成一定宽度平台结构，有利于高炉煤气流稳定和合理分布。 高炉布料边缘平台结构，可以保证边缘矿焦均匀稳定层状分布，有利于边缘煤气流均匀稳定，不仅保证高炉边缘一定煤气流，而且使边缘气流得到有效控制．有利于高炉稳定顺行。中心按自然堆角形成一定深度漏斗，可以保证一定中心煤 气流而且相对稳定。这种平台加漏斗料面形状，可以确保边缘和中心两道稳定气流，有利于改善高炉的稳定性。

装料制度主要的调整变化有：

1）矿批有70t扩至73t、75t。负荷由4.58加至4.93、5.10。

2）矿石总圈数增多，主要是加重了边缘负荷，由15年的4.08到16年的6.58、6.81。

3）布料档位的变化：将外环的矿焦同角调整为16年矿角大于焦角（0.5到1°）。

4）带宽的调整：原矿角差8.5°、焦角差13.5°，调整为7.5°、14.5°，相比而言，现在更开放中心。

5）焦丁量增加一倍，改善矿层的透气性。

概况为：现在采用了增加矿批、加重负荷（高煤比、较重的边缘负荷）、开放中心的操作制度。

表2  主要指标数据如下表：

5 结论

(1)在高炉原燃料条件相对好的情况下，稳定性较好，操作制度的范围相对较宽，随着高炉原燃料质量的降低，高炉操作技术要求更高，而且更加精细，高炉综合制度要求更高的合理性和匹配性。

(2)高炉一定单位炉容合理送风量，是高炉稳定顺行、维持 高炉透气性的根本，同时也是下部台理送风制度的基础。

(3)保证一定鼓风动能，达到适宜的高炉回旋区，可以达到台理煤气流分布，改善高炉透气性，减弱原燃料质量下降影响。

(4)上部布料制度必须与下部送风制度相配合，按照“制衡”的原则，采用疏导和压制措施， 煤气流分布均衡，提高煤气利用率。

(5)无钟炉顶多环布料需要符合一定规律， 适宜的布料区间是非常窄的，将钟式炉顶布料优势与无钟炉顶多环布料优势有机结合．在高炉边缘形成稳定矿焦层状分布，中心产生稳定且有一定探度的镉斗，达到稳定料面形状，才能实现高炉煤气流边缘和中心合理匹配，确保高炉煤气流合理稳定分布。

参考文献：

[1]  林成城，高炉原燃料炉劣化的技术对策，炼铁，2008，27（6；）3-6

[2]  项钟庸，王筱留，高炉设计---炼铁工艺设计理论与实践，北京；冶金出版社，2007

作者：张未栋，15803349540，河北省承德市河钢集团承钢公司炼铁事业部3号高炉作业区，067001