李林春1 ，趙東明2 ，張延輝1 ，張海明1 ，楊長亮1
（1. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021；
2. 鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）
摘要： 針對高爐焦比指標較高的問題，提出了采取提高原燃料質量、提高煤比、保證合理的爐型、優化裝料制度和提高爐缸活躍性等措施。實踐后，高爐入爐焦比降低 16 kg/t，綜合焦比降低 18 kg/t，產量提升 360 t/d，高爐長期穩定順行，效果良好。
關鍵詞： 高爐；爐型管理；入爐焦比；綜合焦比；穩定順行
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10號高爐（3200 m3 ）（以下簡稱“鞍鋼10號高爐”）由于爐型不同于同立級其他高爐，開爐以來高爐焦比居高不下，綜合焦比長期在 511 kg/t 水平。 通過與行業內同立級高爐對標，發現行業綜合焦比 480~490 kg/t［1］，鞍鋼10 號高爐指標處于行業下游。 為此，對鞍鋼10號高爐爐型進行現狀分析， 采取了一系列高爐指標優化措施，形成了適合 10 號高爐的合理操作制度。
1 鞍鋼10號高爐爐型現狀
鞍鋼10號高爐于 2013 年 5 月 15 日改造后投入生產。改造后，10 號高爐與其他 3 座同立級高爐除爐喉直徑均為 9 000 mm，其他爐型尺寸差距較大，尤其是爐身角度和爐腹角度。 高爐基本爐型尺寸對比見表1。
由表1可以看出，10號高爐爐身角度大于其他3 座高爐， 而爐腹角度小于高爐 1、 大于高爐2和高爐3， 在上部制度調整方面無法找到共同之處。 因此，10 號高爐開始采取相應措施，調整操作制度以降低焦比。
2 高爐降低焦比措施
2.1 提高原燃料質量
堅持精料方針，10 號高爐通過將“七分原料+三分操作”傳統思維調整為“五分原料+四分操作+一分設備管理”模式，加強對原燃料的管理，以確保高爐爐況穩定。
2.1.1 提高燒結礦質量
10 號高爐各原料基本為單一品種入爐， 以避免使用兩種燒結礦或兩種球團礦的粒級差和軟化溫度區間波動所帶來的爐況波動。 高爐爐料結構為三燒燒結礦+自產球團礦+塊礦。 提高入爐品位、減少渣量是高爐實現高產低耗的重要措施［2-4］。 為此，在保證燒結礦質量的基礎上，通過降低燒結礦中 SiO2 含量，燒結礦品位提高了 1.5%~2.0%，高爐綜合入爐品位由 58.0%提高到 58.6%。高爐和燒結車間建立聯動機制， 高爐應對燒結礦質量波動做到提前預控。 根據高爐精料方針，嚴格控制燒結礦粉末入爐＜5%，FeO 穩定在 8.0%~9.5%。 高爐加強礦槽槽存管控，保證高爐槽存不低于下限槽存，同時對高爐來料的軟化溫度和區間定期進行抽樣檢測， 為高爐控制軟熔帶的穩定提供理論支撐。 另外，加強高爐原料監控，每天對返礦、返焦、原料粒度組成和篩片運行狀態進行檢查。 確保燒結礦質量穩定，為高爐穩定順行提供了保障。
2.1.2 提高焦炭質量
10 號高爐焦炭用量以化工自產為主， 同時配少量的外購焦炭。 高爐日常關注焦炭灰分、 揮發分、硫含量，并在保證焦炭化學指標的同時，重點關注焦炭 M40、M10、焦炭粒徑、焦炭反應性 CRI 和焦炭反應后強度 CSR 等指標［5］。 通過與焦炭生產廠建立溝通機制并提出焦炭質量需求，10 號高爐的焦炭 M40 由 89.0%提高到 90.1%，M10 由 5.8%降低到 5.4%，反應性 CRI 由 24.2%降低到 23.2%，反應后強度 CSR 由 63.7%提高到 65.3%， 焦炭平均粒徑由 50.8 mm 提高到 52.5 mm。 焦炭質量的改善和穩定，為高爐穩定順行、提高煤比、活躍爐缸和降低綜合焦比提供了保障。
2.2 提高煤比
面對市場競爭壓力，用價格相對廉價的煤來代替價格昂貴的焦炭以實現高煤比、低焦比，是所有高爐煉鐵者的降耗思路［6］。 鞍鋼處于北方城市，季節性濕度變化較大。根據此特點，結合高爐風口前理論燃燒溫度，提出 10 號高爐經濟噴煤，并每月對瓦斯灰中含碳量進行分析，判斷未燃煤的比例，一旦未燃煤增加，高爐需立即采取提高煤粉燃燒率措施。 通過提高風溫和保證適宜的富氧量，提高了 10 號高爐煤粉燃燒率，煤比由原來的150 kg/t 提高到 165 kg/t， 高爐風口前理論燃燒溫度由 2 380 ℃降低到 2 317 ℃，為高爐增加入爐風量創造了條件。 同時，高爐入爐焦比由 333 kg/t降低至 317 kg/t，達到了提高煤比，保證綜合焦比穩定或穩中有降。
2.3 保證合理的爐型
合理的爐型是高爐長期穩定順行和降低綜合焦比的基礎，高爐操作者要注重爐型管理，以得到長期合理的操作爐型。
10 號高爐通過建立高爐診斷模型和新增加爐身 8 個方向的水溫差和熱負荷實時監控手段，逐漸摸索出適合高爐自身的相關參數， 總結出爐腹煤氣量和爐腹煤氣指數的合理范圍， 具體見式（1）、（2）［7-9］：
V=1.21V 風 +2V 氧 /60+44.8α（V 風+ V 氧 /60）/ 18 000+224W 煤 H 煤 /120 （1）
式中，V 為爐腹煤氣量，m3 /min；V 風為高爐鼓風風量，m3 /min；V 氧為富氧量，m3 /h；α 為鼓風濕度，%；W 煤為每小時平均噴吹煤量，t/h；H 煤為煤粉中 H 含量，%。
K=V/（3.14×D2 /4） （2）
式中，K 為爐腹煤氣指數，m/min；D 為爐缸直徑，m。
利用日常生產數據， 通過以上公式計算，高爐摸索出適合自身高爐的爐腹煤氣量在 6 500~7 000 m3 /min， 爐腹煤氣指數在 55~60 m/min，低于以上范圍，高爐需要立即調整，避免長時間偏離合理范圍后高爐出現爐況波動。
高爐爐身圓周 8 個方向水溫差監控見圖 1。
通過爐身 8 個方向水溫差和熱負荷監控，高爐可以實時掌握爐身圓周是否均勻， 同時判斷爐身局部是否出現結厚或粘結現象。 基于此，摸索出了 10 號高爐爐身水溫差范圍 2.5~4.5 ℃， 熱負荷合理范圍 85 000~100 000 MJ/h， 低于下限時采取疏松邊緣的裝料制度、 調整爐身水量的方式進行調劑， 高于上限時采取抑制邊緣的裝料制度或增加水量進行調劑。 密切關注高爐溫度場變化趨勢，避免高爐出現爐墻粘結和結厚， 以達到實現高爐長期穩定順行和維護好操作爐型的管理目標［8］。
通過建立 10 號高爐爐型管理模型得出： 高爐保證入爐風量 4 900~5 000 m3 /min，富氧量 12 000~15 000 m3 /h，鼓風動能 13 000~145 000 kg·m/s 是吹透中心、 保證高爐順行和維護合理操作爐型的基礎。 高爐操作方面，風壓控制在 400~410 kPa，頂壓235 kPa，壓差 165~170 kPa。若參數值超過高爐規定的范圍要及時采取減風操作，保證高爐參數對稱，避免風量、風壓長期不對稱導致邊緣氣流發生變化，造成壁體溫度場的熱負荷波動， 影響高爐合理的操作爐型。當高爐出現波動時風量偏少，要及時采取降低富氧量保證入爐風量和風速，同時調整焦炭負荷，保證料速 12.5~13.0 批/h。 爐況轉好時首先恢復風量，其次增加富氧量、提高高爐冶煉強度。
2.4 優化布料制度
鞍鋼高爐生產采用中心加焦模式， 原燃料質量變差時有一個穩定的中心氣流， 能保證基本的風量，不會造成大的爐況波動。 是過分依賴中心加焦會造成焦比上升和冶煉成本增加，同時過多的中心加焦直接通過中心漏斗進入爐缸區域會導致爐缸死料柱加大，不利于爐缸活躍。 當焦炭質量變差或爐況出現頻繁波動時極易造成爐缸堆積，處理爐缸堆積時間長且艱難，高爐損失嚴重。因此，優化布料制度來保證上部煤氣流合理分布，進一步提高煤氣利用率是降低高爐焦比的直接而有效的途徑。 通過查閱資料、與同立級高爐對標學習，對 10 號高爐展開布料制度調整。
2.4.1 布料制度檔位和起始角度調整
（1） 起始布料角度不變，減少檔位10 號高爐布料制度由原來的六檔布料改為五檔布料。 調整前后高爐布料制度見表 2。
布料矩陣調整后，布料角位差由原來的 12.5° 減少至 9.5°，高爐中心無礦區增大，有利于吹透中心、降低中心加焦比例，但是生產中未體現效果。
因此， 高爐縮小風口面積， 由 0.408 8 m2 縮小至0.401 0 m2 ，高爐中心加焦由 5.0 圈減少至 4.5 圈，綜合焦比由原來的 510 kg/t 下降到 500 kg/t。 由于風口面積縮小后高爐入爐風量偏少，僅為 4 750~ 4 800 m3 /min，高爐產量僅達到 7 100~7 200 t/d。
（2） 縮小起始角度，增加風口面積高爐縮小風口面積后,消耗降低但是產能未達到預期目標， 因此將風口面積由 0.401 0 m2 擴大至 0.408 8 m2 ，風量由原來的 4 800 m3 /min 增加至4 900~4 950 m3 /min。 風量上升后高爐中心氣流過剩，邊緣氣流受到抑制［10］，爐身熱負荷和水溫差處于低位運行。經研究決定，分三步將高爐布料起始角度整體向內共平移 1.5°，同時保證角位差不變。制度調整后， 高爐爐身熱負荷和水溫差回到正常水平。同時，10 號高爐堅持高風壓、高頂壓、高富氧大噴吹以吹活中心，并減少中心加焦比例，由原來的中心加焦比例 30.0%減少到 22.5%。高爐煤氣利用率由原來的 46.0%提高到 48.5%。
10 號高爐布料制度由原來的六檔布料改為五檔布料。 通過布料制度調整以及上下部調劑相結合， 中心加焦比例大幅降低， 達到了降低焦比目的。 合理的高爐基本布料制度見表 3。
2.4.2 調整小品種布料順序
將焦丁布料順序改為焦丁和第一斗礦同步入爐，確保了焦丁布在邊緣，使邊緣氣流更加穩定，爐身熱負荷穩定且在合理區間內波動。同時，將塊礦由原來最后進入中間稱斗調整為第二斗和第三斗之間進入中間稱斗， 保證塊礦進入爐內后不會滾動到中心阻礙中心氣流，高爐中心氣流更加穩定，為進一步降低中心加焦比例創造了條件。
2.5 提高爐缸活躍性
適宜的爐缸活躍性是高爐順行、降低消耗的基礎，焦炭質量變化對爐缸焦炭透液性影響大。 10號高爐在日常操作中注重爐缸狀態管理，保證爐缸熱制度合理。 高爐爐缸物理熱指數公式見式（3）：
Ktp=［（tp－1400） ／ 100］2 ／ ［Si］ （3）
式中，Ktp 為爐缸物理熱指數；tp 為每次鐵水平均溫度；℃；［Si］為每次平均鐵水［Si］含量，%。 實踐證明，鐵水測溫 1 500~1 510 ℃，鐵水［Si］含量 0.4%~0.5%對爐缸活躍有益。通過摸索得出 10 號高爐爐缸物理熱指數 Ktp 的適宜范圍 2.5±0.5。
10 號高爐日常操作過程中，規定［Si］含量在0.45%~0.55%，嚴禁長時間低爐溫操作。 日常調劑風溫保證在 1 190~1 200 ℃，實現爐溫穩定率和合格率均達到 90%以上。 細化爐前操作，加強設備維護和監管，避免設備問題影響高爐出鐵節奏。 建立爐前耐材和炮泥管理規定，具體如下：
（1） 日常主溝維護方面，堅持兩供兩備原則。鐵口停下來后， 必須保證 12~15 個工作日即具備開鐵口條件。
（2） 高爐主溝通鐵量必須達到合同要求，不能隨意放砂口或停下。
（3） 高爐鐵口深度按照 3.3~3.5 m 組織，鉆頭直徑 53~57 mm，保證出鐵流速 5.7~6.0 t/min。當高爐渣鐵排放不及時可以選擇零間隔或者負間隔出鐵，以保證出凈渣鐵。
（4） 建立炮泥跟蹤和評價機制。 記錄高爐每次鐵炮泥打泥量、鐵口深度、處理鐵口時間、出鐵流速以及每次拔炮時是否使用氧氣燒鐵口以及是否折鐵口等，利用全月數據評價炮泥是否滿足高爐生產。
3 實踐效果
通過加強原燃料管理、抓好爐型管理、保證長期穩定的操作爐型、 建立高爐診斷模型和注重爐缸狀態管理，同時結合上下部調劑，實現了高爐生產連續穩定順行， 高爐主要技術經濟指標取得顯著提升。 10 號高爐主要技術經濟指標見表 4。
由表 4 可以看出，高爐開展降低焦比生產實踐后，入爐焦比降低 16 kg/t，綜合焦比降低 18 kg/t，產量提升 360 t/d，高爐降低消耗效果明顯。
4 結語
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠10號 高 爐（3200 m3 ）為了解決消耗指標較高的問題，加強對原燃料質量的管理，提高燒結礦和焦炭質量，提高煤比；同時優化布料制度，注重爐型管理和加強爐缸狀態管理，采取高風壓、高頂壓、大風量和適宜的富氧配合高煤比，高爐入爐焦比降低 16 kg/t，綜合焦比降低 18 kg/t，產量提升 360 t/d，達到了高產低耗的生產目標，高爐長期穩定順行，值得推廣和借鑒。
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