柳钢2 号高炉炉况失常分析与恢复

2023-04-16韦正强

中国钢铁业 2023年10期

韦正强

柳钢2号高炉的有效炉容为2650m³，从2012年9月3日开始第一代炉役，后经历长达10年的生产，炉役后期因冷却壁漏水数量增多以及炉缸侵蚀严重，于2022年10月17日顺利安全停炉进行大修，并于2023年2月6日点火送风开炉复产。

1.炉况失常过程概述

柳钢2号高炉大修开炉后第4天即达产，经过不断优化操作，至2023年2月21日日产量达7585t/d，燃料比505kg/t。为进一步降低生产成本，提高煤气利用率，从2月25日开始逐步提高高炉生矿使用配比至18%，3月2日又开始尝试取消中心加焦，初期取得一定的效果，煤气利用率达到49%左右。3月上旬，原燃料质量整体下滑，2号高炉压量关系逐步变差，产量下降，消耗上升，于3月10日缩小批重，调整装料制度，恢复中心加焦；3月中旬至4月中旬，调整近1个月时间，炉况出现波动。期间频繁出现管道气流的异常情况，进而造成铁水出格多，炉缸不活跃，需经常补大量焦炭以改善炉缸热度，燃料比升高38kg/tFe，产量损失近3万吨。

2.炉况失常的特征

2.1 炉况稳定性差

2号高炉炉况顺行指数低，炉况稳定性差，高炉的压量关系趋于紧张，走料不均匀，探尺工作状态不好，出现偏尺、滑尺的异常现象。

2.2 高炉冷却壁温度差值大

高炉冷却壁密闭循环冷却水的回水与进水温度差值大，即软水温差偏高，软水温差波动大、波动区间偏广，由开炉期间的2℃逐步上升至4月份的7℃左右。由于煤气流分布不合理，边缘局部气流过分发展，导致易有气流冲出，频繁出现边缘小管道，高炉炉顶测温的四点中最大与最小值偏差达80℃，平均顶温在200℃～300℃。同时，中心气流弱而不集中也不稳定，炉顶十字测温中心点温度偏低，大多在200℃～300℃（见图1）。

图1 柳钢2号高炉软水温差变化趋势图 ℃

2.3 装料制度不相匹配

高炉煤气利用率与高炉炉顶的装料制度不相匹配。使用退守疏导两道气流的装料制度，煤气流在高炉内的停留时间应缩短，煤气与原料的接触时间和面积减少，煤气还原的原料占比变少，煤气利用率应当下降。但2号高炉却出现煤气利用率异常升高，煤气利用率高达48%。

2.4 高炉物理热和化学热不稳定

2号高炉出现管道气流的频率高、频次多，高炉的热制度操作受到较大影响，高炉的物理热和化学热不稳定，炉温大幅波动，出现低炉温次数明显增多，炉缸脱硫效果明显下降，铁水的化学成分不稳定，造成不合格铁水较多。

2.5 高炉炉顶边缘气流分布不均匀

2号高炉炉顶局部气流过分发展，炉身与炉腹冷却壁热面温度普遍上行，6～8层铜冷却壁热面温度从55℃升到90℃，9～15层铸造冷却壁热面温度从100℃升到250℃，局部冷却壁热面温度达到300℃。

3.炉况失常原因分析

3.1 两道气流分布失常

依据高炉合理气流分布的规律，首先要做到保持高炉的炉况稳定顺行，调节好边缘气流与中心气流两道气流；其次才是最大限度地改善煤气利用，获取较高的煤气利用率，降低焦炭消耗[1]。2月6日开炉后，柳钢2号高炉主要以发展边缘气流和疏导中心气流为主，使高炉的稳定顺行和技术经济指标都较好。在采用取消中心加焦的布料制度过程中，矿石的布料角度没有整体外移，最小布料角度用至26°，抑制了中心气流，导致中心气流更加不足，出现压量关系紧张的情况。在恢复中心加焦的布料制度后，中心加焦量偏少，只有2环（占焦批重的13.3%），没有起到充分释放中心气流的作用。在炉况调整过程中，当矿石布料最大角度大于32°，就容易出现管道气流，于是尝试恢复低角度布料，矿焦往中心布料，堆高中心料面，但中心气流更加被抑制；而布料由中心向边缘倾斜，矿石沿料面斜坡滚至边缘，在边缘堆积数目偏多，使边缘焦炭负荷过重，造成边缘气流不稳定，两道气流分布出现失常。

3.2 原燃料质量整体下滑影响

大型高炉因炉缸直径大，在原燃料质量，特别是焦炭质量较差时很难吹透中心。若焦炭有较好的粒度组成和焦炭强度，有利于提高高炉块状带的透气性、降低高炉压差，有利于下部高温区特别是软熔带的透气性、透液性及煤气流的二次分布，有利于改善高炉炉缸工作状况、降低焦比和保持炉况的稳定[2]。2月下旬至3月初，烧结矿质量下滑，烧结矿转鼓指数由76%下滑到74%左右，3月初由于焦煤煤种变化，焦炭质量也出现下滑，热强度由66%下降到62%左右，M10由5.5%上升7.0%，灰分达13%以上。原燃料质量的整体下滑，影响了高炉的稳定顺行（见图2、图3）。

图2 2023年2-3月柳钢2号高炉焦炭质量 %

图3 2023年3月柳钢2号焦炭质量趋势图 %

3.3 提高块矿比试验影响

从2月25日开始，2号高炉尝试进行提高块矿比试验，高炉炉料结构中的块矿比由10%逐步提高到18%，熟料比下降。块矿比提高后，将一个球团仓和熔剂仓用作装块矿使用，利用两仓的振动筛筛分块矿，但由于块矿的粉末较多，易堵筛网，效果不好，增加了入炉粉末。入炉粉末在高炉内部会板结堵塞煤气通路，造成煤气上升的通道变小，使高炉的透气性下降。另外，由于块矿的高温冶金性能不足，软化温度偏低，造成软化入炉后高炉的软融带上移，进一步使软融区间变宽，增大煤气上升的阻力，容易导致炉况失常。

3.4 高炉进退时机把握不好，采取措施不到位

在提高块矿比及取消中心加焦后，柳钢2号高炉整体热风压力升高，原燃料质量出现下滑，却没有及时采取退守调整措施。3月初，软水温差从2℃缓慢爬升，当时分析是喷涂料开始脱落引起，于是尝试使用提高矿石布料角度的方法，以压制边缘气流。但由于此时中心气流变弱，加之压制边缘气流，两道气流都受到抑制，煤气通道变小，煤气利用率偏高，边缘局部气流过分发展，频繁出现边缘管道，在把布料角度退下来后，高炉保持了一定程度的顺行。压量关系缓和后，再次尝试提高矿石角度优化，但仍然出现边缘管道气流。由于异常炉况没能得到及时纠正，所采取的发展边缘气流的低角度装料制度又不利顺行，导致炉缸中心死料柱肥大，炉缸活跃程度变差，炉况进一步恶化。

4.处理失常炉况的措施

4.1 增加中心加焦量，强行打透中心气流

经过综合分析，柳钢2号高炉炉况波动的主要原因是中心气流不透，压制边缘气流后，又造成煤气分布失常，频繁出现管道气流，故尝试采取先疏导出中心气流的措施，以消除边缘管道气流的产生。4月9日，采取加大中心加焦量，增加到3环和4环，在布完4环焦炭后，料罐雷达料线还剩余1m左右焦炭全开布到中心，实际中心加焦占比达到30%左右，从而强行疏导出中心气流。该措施使用约3小时后，煤气利用率由原来的48%左右降至44%左右，十字测温中心温度达到600℃以上，瞬时温度达到800℃，中心气流被成功疏导出来。此时，适当减少中心加焦量，控制中心加焦量刚好4环，以此稳住中心气流，十字测温中心点温度在500左右℃。

4.2 适时调节装料制度，疏导好两道煤气流

在调整装料制度时要保持足够的中心加焦量（4环），稳定好中心气流，适当降低焦炭负荷，以防炉温偏低，杜绝出现长期低炉温的现象。经过调整，中心气流通透后，煤气流分布逐渐向好，高炉压量关系趋于好转，走料顺畅稳定。之后逐步整体提高矿焦布料角度，接受调整，高炉的各项操作参数保持稳定。在此基础上，高炉逐步强化冶炼，适当增加风量，保证维持到基准风量的水平，后继续适当富氧，待高炉风量增加到全风状态后，继续增加氧量强化冶炼，采用增加矿石批重和矿石布料环数的装料制度，拉宽矿焦布料平台（见表1）。通过调整装料制度优化高炉，调整中心气流和边缘气流两道气流的分布状态，提高煤气利用率，逐渐降低消耗。

4.3 改善原燃料质量，调整炉料结构

构建大协同、大稳定、大平衡、大沟通、大物流、大成本、大效益的整体协调创效工作格局，加强与上道工序沟通，提高并稳定好原燃料质量。经过努力，焦炭热强度提高达到64%以上，提高烧结矿转鼓指数达到76%以上。3月12日块矿比由18%降至12%；同时加强原燃料的筛分，控制矿石筛分指数＜25kg/s，焦炭筛分指数＜30kg/s，增大筛分有效面积，降低筛分料层厚度，提高筛分效果，减少入炉粉末，提高料柱透气性，为高炉顺行创造好的原燃料基础。

4.4 保证炉温基础，适当降低炉渣碱度

由于频繁出现管道气流，炉温低的情况比较多，加上化炉缸需要大量的热量，采取低负荷加循环焦的方式稳定炉温基础，隔10批正常料加1批净焦，在压量关系对称、炉温充足、边缘管道气流消除、水温差温度稳定下降后，逐步拉开循环焦批次，直至最后取消循环焦。按照[Si]不低于0.5%控制，铁水物理热控制在1510℃以上，同时降低炉渣碱度，改善渣铁流动性活跃炉缸，使铁水硫含量控制在0.020～0.030%。

4.5 适时调节冷却强度

由于高炉的煤气炉分布不稳定，2月底至4月初这段时间，软水温差由2℃上升到7°左右，冷却壁热负荷非常大，为此通过调整冷却制度，减轻冷却壁热负荷。把软水进水流量由4300m³/h逐步提高到5200m³/h，同时软水进水温度控制在40℃左右，提高软水进水流量和降低软水进水温度强化冷却。待高炉的气流分布合理时，及时下调软水的进水流量，维持3℃～4℃的水温差，使冷却壁热面温度下降到正常水平。