太钢3号高炉长期稳定顺行生产实践

汤海明， 师 青， 谢 磊， 闵 鸿

（太原钢铁（集团）有限公司炼铁厂， 山西 太原 030003）

太原钢铁（集团）有限公司（全文简称太钢）3号高炉（1 800 m3）设置了2个铁口，26个风口，于2007年7月31日投产。在炉腹，炉腰和炉身下部采用铜冷却壁，炉缸和炉身中上部采用铸铁冷却壁的薄壁炉衬结构。开炉十年来炉况顺行情况较好，护炉效果明显，目前全部冷却壁均完好。本文介绍了太钢3号高炉的操炉理念和技术方法。

1 重视原燃料管理

高炉炼铁有句俗语叫“七分原料，三分操作”。可见好的原燃料对于高炉顺行的作用之大。太钢3号高炉在原燃料的组织上主要做了以下工作：

1.1 优化原料的入炉组成

开炉初期矿石组成较杂，使用的含铁炉料有一烧烧结矿、二烧烧结矿、巴西矿、南非矿、海南矿和澳矿等。随着太钢尖山铁矿和袁家村铁矿的投产，4号烧结机启用，铁料品种明显减少。目前停止配用块矿，只用烧结和球团。

1.2 优化铁料理化指标

烧结矿的品位、碱度、强度、粒度组成、成分和粒度的稳定性、冶金性能等对于高炉顺行影响非常大。3号高炉严格控制入炉烧结质量，粒度组成大于40 mm的比例不超过5%，小于5 mm的比例不超过5%，5～10 mm的不超过30%。同时要求具备良好的冶金性能，有较高的开始软化温度，较窄的软化区间。3号高炉烧结粒度组成见表1，冶金性能见表2。

表1 烧结矿粒度分布 %

表2 烧结矿冶金性能 ℃

在日常管理中严格控制槽下的t/h值在180 t/h以下，减少烧结矿粉末入炉，避免块状带透气性偏低。控制仓存量，保证仓存量大于70%，减小原燃料入炉时的落差，避免造成平均粒度下降较多；利用自有矿山的优势，坚持使用优质原料。实现了入炉品位59.5%～60.0%的水平，渣比控制在295～305 kg/t，减少了因大量炉渣造成的炉缸透气透液性差，避免了炉缸不活现象的发生。

1.3 优化焦炭质量

焦炭的骨架作用对于保持高炉有好的透气性，维持炉缸活跃非常重要。太钢炼焦工序按照以下思路控制焦炭质量：降低灰分，提高强度；严格控制有害元素的入炉量，3号高炉碱负荷（K+Na）控制在不大于2.95 kg/t的水平，Zn负荷控制在不大于70 kg/t的水平；控制适宜的焦炭挥发分；提高焦炭的冷态和热态强度。3号高炉使用的焦炭指标如下页表3所示。

2 控制合理的下部送风参数

2.1 维持适宜的风速和鼓风动能

初始煤气流的分布对高炉冶炼异常重要。它的分布影响着边缘与中心煤气的分布，影响着炉缸内热量的分布，影响着炉缸内的化学反应和渣铁成分，影响着炉缸的活跃性。为了获得合理的初始煤气流分布，3号高炉以产量为目标，以调整风氧量为手段，以维持风速和鼓风动能为衡量标准来调整风口面积。以2015年的产量、风量、风口面积、风速和鼓风动能的对应关系为例，如图1所示。

表3 3号高炉用焦炭的化学分析 %

图1 2015年3号高炉下部送风参数曲线

从图1可以看出，在2015年3号高炉在产量很低时维持了风速和鼓风动能的稳定。特别是在产量最低的7月和8月时平均产量3 139 t/d，高炉利用系数只有1.74，通过缩小风口面积到0.221 9，缩小了12.7%，不但维持了风速在278 m/s±5 m/s，还使鼓风动能不降反升。限产期间维持风速260～280 m/s，鼓风动能 7 500～9 000 kg·m/s。因为在风口回旋区内焦炭相互撞击摩擦，同时鼓风机械作用和高温热应力作用加剧了焦炭脆化层碎裂剥落，风速越高，鼓风动能越大，风口焦破损的越严重，炉缸焦炭粒级变小，焦粉增加，影响炉缸死焦柱的透气透液性。研究发现高炉接受最大风量和风口区焦炭粒径的平方根成正比，而且炉缸渣铁的滞留量也与焦炭的热态性能有着非常直接的关系。因此在焦炭质量好时鼓风动能走上线，焦炭质量差时鼓风动能走下线。

2.2 坚持使用高风温

高风温有助于降低高炉冶炼成本：提高风温可以减少焦炭的消耗，为高炉带入利用率较高的显热，降低吨铁热损失；提高风温后炉缸热收入增加，能够提高进入炉缸渣铁的热量，提高炉缸的活跃性；提高风温能提高燃烧带的温度，促进煤粉的燃烧，提高煤粉置换比。3号高炉配备4座内燃式热风炉和1套双预热系统。通过优化烧炉参数，加强设备维护（设备事故排、休风率为0），能把烧炉用助燃空气和煤气预热到300～310℃。日常生产时热风炉的拱顶温度维持在1 440℃左右，烟道温度维持在380℃左右，通过冷风大闸自动调整风温，持续供风在1 250℃水平。为了使高炉能够接受髙风温，避免下部压差过高造成炉况难行，积极采取高煤比操作，利用煤粉燃烧、分解吸热的作用维持t在2 200℃±50℃，使下部压差占全差压的45%～50%。

3 优化装料制度

3.1 优化焦炭的排料分布

目前炼铁厂共有3座高炉，2座4 350 m3高炉和1座1 800 m3高炉，因为大高炉对焦炭质量要求更高，所以3号高炉承担着消化中块焦的任务。同时3号高炉还要配用一部分焦丁来减少返焦率。3号高炉用焦炭的粒级分布如表4和表5所示。

表4 3号高炉用大块焦粒级分布

表5 3号高炉用中块焦和焦丁粒级分布

3号高炉的入炉焦炭组成基本为56%中块焦+6%焦丁+38%大块焦。为了在高比例小粒级焦炭下维持炉缸的活跃，3号高炉优化了焦炭的入炉方式。

3.1.1 料头平铺焦丁法

为了避免焦丁集中入炉造成焦层局部透气性差引起气流分布不均匀，3号高炉通过把焦丁排在矿石层头部的办法来“变废为宝”，把焦丁粒级小的劣势变为提高边缘矿石层孔隙度的优势。提高矿石层的孔隙度后减弱了矿石层和焦炭层孔隙度相差大，对煤气流阻力不同的特点。混装以后增加了煤气和矿石接触的机会，有助于提高煤气利用率。焦丁混装有利于扩大间接还原区，使高温区下移，降低直接还原比例。焦丁粒级小，容易气化，较早参与溶损反应，减少大块焦的溶损反应，能提高风口前焦炭的平均粒级，炉缸的焦炭强度提高，很好地起到料柱骨架作用。实现这个技术需要突破两个难题。一个是怎样保证焦丁开始布到矿石层上的位置是固定的；一个是怎样保证焦丁结束布料时在矿石层上的位置是固定的。为了解决第一个难题，太钢通过皮带的运行速度和排在料头的矿石仓下料嘴到焦丁仓下料嘴的距离两个参数计算出了焦丁仓开闸门比料头矿石仓开闸门的延后时间，利用自动控制系统实现了第一个目标。为了解决第二个难题，太钢改造了焦丁仓下料嘴的结构，提高了下料嘴的高度，有效地防止了闸门开度过小时卡料现象的发生。增加了可增减料流棒的装置，通过调整料流棒的多少来控制料流的大小，最终实现了第二个目标。但是这样做增加了槽下职工的工作量。为了减少调整料流棒的次数，太钢把焦丁的用量控制在300～500 kg/批左右。这样能够保证焦丁能均匀地平铺在矿石层的前1/3位置左右，基本布在边缘的位置。通过休风时风口取样分析看，焦丁在进入风口以前就已经全部还原消失，即使有残余也被风口区的风氧燃烧掉，避免了小粒级焦炭对炉缸活跃性的破坏。同时通过在炉边缘堆放焦丁还能起到隔热效果，抑制边缘气流的发展，降低炉墙温度，减缓炉衬的化学侵蚀，提高高炉寿命。

3.1.2 使用3+1+中心加焦的焦炭布料组合

为了避免大比例中块焦造成炉缸不活跃，3号高炉创造了3+1+中心加焦的焦炭布料组合。具体方法就是在以4批为一个周期的焦炭排料中，3批使用70%中块焦（靠近炉墙边缘）+30%大块焦（靠近炉芯），1批使用100%大块焦，同时中心加焦量占到焦批的27%～29%。这种组合的好处是：70%中块焦（靠近炉墙边缘）+30%大块焦（靠近炉芯）降低了边缘焦层的透气性，提高了中心料柱的孔隙度，能够避免在炉腹煤气量偏小时边缘气流发展，中心气流不足现象的发生。降低了边缘煤气流的通过量，起到保护冷却壁的作用；100%大块焦能够避免边缘气流过重造成炉况不顺，促进了下料的均匀顺畅，同时有助于提高炉缸前焦炭的粒级，便于初始煤气流向炉心吹透，活跃炉缸；炉缸中心死焦堆的焦炭粒级大，炉缸边缘的粒级小能够抑制环流，促进炉缸的活跃。使用大比例的中心加焦时在炉料的中心处有一个有焦无矿的煤气通道，在此通道内不存在矿石的还原过程，所以煤气中的CO2含量相对较低，发生焦炭的气化反应明显不足，有效地保护了焦炭的强度和粒级，这种强度高，粒级大的焦炭能够提高死焦柱的透气透液性，便于渣铁的排出和初始气流向炉心吹透，改善炉缸的活跃性。低产时炉腹煤气量少，软熔带过于平坦，会造成风压偏高。通过中心加焦和适当放松边缘，打开较窄的煤气通路，既能够降低风压，又能够保证较高的煤气利用率。同时可以增加高炉煤气中锌蒸汽的排出量，减少锌的循环富集，避免风口和2套上翘后改变初始煤气流的合理分布，影响炉缸的活跃性。

3.2 优化矿石排料方式

合理的矿石排料方式有助于炉料分布稳定，稳定的炉料分布能够起到稳定气流的作用。气流的合理稳定可以防止炉况失常，避免滑尺，崩料、悬料、管道等异常炉况的发生，有效保护炉缸的活跃性。为此3号高炉优化了球团和烧结的入炉顺序。球团比例低时采用“烧结+球团+烧结”的布料方式。但是生产实践证明这种布料方式由于球团比例的增加，整个料段中间的流动性增加，从而炉喉处料层不稳定，影响了气流的二次和三次分布，顺行变差。运用化整为零的思路创造了“球团+烧结+球团+烧结+球团+烧结”的布料方式。这种布料方式的优点是将易于流动的球团分割，减少了大量球团集中布入后对高炉料面稳定性的冲击，大大降低了料面的流动性，促进了气流分布的稳定性。同时焦丁排在矿石前部，与球团矿混合后有效地降低了球团矿的滚动性，有利于在边缘形成一个小斜坡，提高边缘的透气能力，能够起到降低压差，促进顺畅下料的作用。

改变矿焦同角的装料方式，改为最外两环焦炭比矿石向外0.5°的装料方式。常用的布料模式如表6所示。

表6 3号高炉常用布料模式 圈

这样的料制表面上看边缘疏松了，但是实际上煤气利用率并没有下降，热负荷并不高。而且这个料制具有很强的适应能力，产量在3 500～4 100 t波动时基本没有改变料制就可保证炉况顺行。一般根据气流的变化把焦炭的总圈数在13.8和14圈之间调整即可。这个料制保证了边缘、中间和中心气流分布的合理稳定，即实现了边缘和中心两股煤气流，又通过中间部位的充分还原改善了煤气化学能和热能的利用。适当比例的边缘气流可以避免铜冷却壁高炉边缘结厚，减少渣皮脱落对炉缸热量和气流的影响，对保持低产下全风，低产下炉缸热量充沛有促进作用。

4 加强铁口维护

维持适宜的铁口深度和合理的出铁时间可以保证渣铁的顺利排放，能够避免憋风，避免局部气流发展，对维持稳定的炉缸工作状况非常重要。为此3号高炉严格管理铁口状况。控制铁口深度在2 800～3 000 mm；根据炮泥质量调整打泥量；使用45～47 mm的钻头；日出铁炉数在10～11炉；实行出铁竞赛，激发炉前工的积极性；通过开口前30 min预钻铁口深度到1.0～1.5 m，利用煤气火烘烤孔道的办法有效地避免了潮铁口现象；追求一次开口率在75%以上，减少烧铁口次数，维持孔道的完整性；把做泥套的捣打料更换为浇注料，提高泥套的使用寿命；每炉检查泥套和炮唇质量，发现破损必须及时修补或者重新倒模浇筑，避免关门时跑泥或者关不上门被迫减风；每次出铁前必须检查泥套和泥炮炮嘴接触面是否干净完整，并在出铁过程中加强对铁口状况的监控，发现铁口下方有渣铁粘结物时，及时用钢钎桶掉或者用氧气烧化；加强主沟点检，避免因主沟质量问题造成长时间单场出铁；加强开口机，液压炮和移盖机的维护，避免因不能正常开口或者关门造成减风；根据渣铁量和排放速度合理控制沙坝高度，保持大沟内渣铁液面的合理高度，避免因铁口下部被渣铁液淹没而造成关门时铁口跑泥或者焊炮；改善炮泥质量，提高炮泥的抗渣性、快干性、强度、可塑性等指标，保证出铁质量。

5 结论

1）优质的原燃料是高炉顺行的基础，是铁前工序工作的重心。

2）通过优化排料方式可以解决焦炭粒级小的问题。运用分割布料法是解决高比例球团时料面不稳定的一个有效措施。