莱钢5#1080m3高炉提高煤比实践

陈建巧 戴宪涛 徐爱波 徐春玲

摘要：通过提高风温、提高富氧率、提高喷吹均匀率、提高透气指数等改进措施，莱钢5#1080m3高炉有效提高煤比最高177.5kg/t，全年可产生直接经济效益430万元。

Abstract： By improving the air temperature， increasing the oxygen enrichment rate， improving the uniformity of injection， and improving the gas permeability index， Laiwu Steel's 5#1080m3 BF effectively increase the coal ratio to the highest value of 177.5kg， and directly generate annual economic benefits of 4.3 million yuan.

关键词：高炉;煤比;喷煤;焦炭

Key words： BF;coal ratio;spraying pulverized coal;coke

中图分类号：TF54                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）15-0129-04

0  引言

高炉煤比，指的是高炉冶炼吨生铁所消耗的喷吹煤粉量。对2017年莱钢5号1080m3高炉煤比完成情况进行统计分析发现：2017年5号高炉煤比累计完成164.4kg/t，与先进企业煤比180kg/t以上相比还有较大改善空间（受原燃料条件及炉容大小影响）。为适应山钢集团发展要求，按照“生铁综合成本与行业平均水平相比优势再扩大30元/吨铁”的目标，在全力提高产量的同时，如何进一步优化高炉各生产指标，提高高炉煤比，优化煤焦结构，持续降低高炉炼铁成本成为具有重要意义的研究课题。

1  现状分析

1.1 实际指标

对2017年5号高炉煤比完成情况按月度完成情况进行了统计分析（5月6月高炉停炉大修57天），根据2017年的月度完成情况（见图1）：2017年8月份最高170.4kg/t，最低160.5kg/t，平均164.4kg/t，制定2018年煤比目标为：168kg/t，挑战目标170kg/t。

另外，5号高炉自2017年大修以来，消除了生产上的重大安全隐患，高炉炉况水平得以逐步恢复，具备了进一步优化指标的安全基础。

1.2 原因分析

采用头脑风暴法、现场调研、对比试验等方法，查找造成高炉煤比低的原因，从人、机、料、法、环、测六个方面进行原因分析，按照“二八法则”（见图2），确认了影响高炉煤比的主要因素有：

①风温低;

②富氧率低;

③喷吹不均匀;

④料柱透氣性差。

1.3 制定对策

确定要因后，通过多次试验和技术攻关，综合考虑影响原料生产的各因素，最终经过多次会议论证，确定最终方案（见表1）。

2  实施改进

2.1 提高风温

与永锋对标发现，永锋高炉一直采取定风温操作，风温稳定在1250℃的较高水平。对标发现：一是永锋煤气压力高，在9-12.5kPa之间，拱顶温度15分钟即可烧到1350℃，增加了热风炉的蓄热时间;二是烟道温度控制高，达到390℃，有利于提高蓄热量，三是换炉频次执行比较好，每班8次。分析影响风温提高的因素主要是煤气压力波动大（最低达4kPa左右，不可控因素较多），热风炉操作标准化还存在一定差距。

2.1.1 残氧检测  建立烧炉模型。将3座热风炉本体、预热器、烟囱、各种管道等当做一个密闭的系统。通过对系统能源流的梳理，找出能源输入2项、输出1项、损失5项（见图3）。

在确定能源输入项、输出项、损失项以后，通过统计数据、现场实测、查找资料、公式推导等方式得出每项的具体数值，确定了各能源分项的具体数值后完成了热风炉热平衡计算，得出5号高炉热风炉当前的利用效率为69.13%。根据热平衡计算结果，利用便携式氧气、一氧化碳检测仪对热风炉烧炉情况进行跟踪，根据烟气中残氧和一氧化碳含量探寻每座热风炉的最佳空燃比，倒推出空燃比控制曲线。再根据测算结果制定5号高炉热风炉烧炉标准化操作模型（见表2）。

2.1.2 建立烧炉模型，提高烧炉效率

建立准时化烧炉模型（见图4），准时化烧炉就是将烧炉、焖炉、充压、送风的时间定点化，送风时间1个小时，焖炉时间5分钟，充压时间10分钟，烧炉时间105分钟，所有操作误差在±1分钟之内。烧炉的准时稳定促进了煤气燃烧效率的提高，保证了风温的稳定。

2.1.3 提高空气预热效率

利用高炉大修机会，更换板式空气预热器，为了有效提高板式换热器的换热效率，减少粉尘对换热的影响，发明了在线清洗装置，可实现24小时不间断在线清洗，不需要停机;同时设计研发了低阻值换热片，开发了多种形式组合的换热元件，低阻值可有效提高助燃风风速，提高效率，组合换热件具有换热效率好，占地空间小的优点。板式空气预热器的改造应用，助燃空气温度将由原来空气预热温度120℃提高到220℃，提高空气理论燃烧温度约30℃-40℃，风温水平约提高约15℃-20℃，节约了高炉燃料消耗，降低了高炉的成本，提高了热风炉烟气的余热利用率。

2.1.4 优化热风炉烧炉焖炉操作

热风炉烧炉采取分步调节操作方式。为均衡烧炉、稳定煤气压力，对相关的操作行为进行规范：①为了减小高炉煤气总管压力大幅度波动，热风工烧炉时严禁把调节阀一次性全部打开操作。②热风工烧炉时要严格执行岗位操作规程，在高炉煤气压力的情况下采用固定煤气量，调节空气量的操作方式：首先把空气调节阀和煤气调节阀开到点火角度;待燃烧炉阀门全部正常开启后，把煤气调节阀开到30%根据各个热风炉的空燃比情况及时调节空气调节阀开度;待拱顶温度正常上升后再把煤气调节阀开到50%及时调节空气调节阀开度;依次轮推把煤气调节阀开到70%、90%。调节阀整个开启过程一定要分4-5步缓慢操作从而使拱顶温度达到快速上升的目的。

热风炉焖炉采取分步调节操作方式。为了减小高炉煤气总管压力大幅度波动，热风工焖炉时严禁把调节阀一次性全部关闭操作。热风工焖炉时要严格执行岗位操作规程。在关闭煤气调节阀时要分步操作：①把煤气调节阀关到70%及时调节空气调节阀开度维持拱顶温度;②依次轮推把煤气调节阀关到50%、30%、0%及时调节空气调节阀开度。调节阀整个关闭过程一定要分4-5步缓慢进行操作。③及时联系平衡高炉煤气总管压力，热风炉换炉过程中为了减小高炉煤气总管压力大幅度波动，热风炉换炉时要通过监控画面观察并确认本区域各车间热风炉燃烧及换炉情况，避免两个及两个以上的高炉出现同时换炉操作。

通过从设备、工艺和操作等方面的调整改进，5号高炉热风风温由原来的1183℃逐步提升至1195℃以上，2018年下半年风温长期稳定在1200℃左右。同时，制定烧炉标准化模型，在提高风温的同时，也确保了煤气消耗可控。

2.2 提高富氧率

2.2.1 强化富氧鼓风，提高富氧流量

提升高炉富氧率，可有效提升高炉冶炼强度，可达到高产、稳产、节焦、优质的目的，降低生产成本，取得良好经济效益。目前钢铁市场良好，产量便是效益。因此，提升高炉富氧率，提升高炉铁水产量，符合公司战略要求。烧结矿品位、焦炭CRI、渣中Al2O3比例含量，对高炉富氧率均有较大影响，为控制高炉富氧流量8000-1000m3/h，要求焦炭CSR不高于28%、烧结矿品位不低于53%、渣中Al2O3不高于16%。2018年实际完成富氧率指标见图5。

2.2.2 稳定理论燃烧温度在2250℃-2350℃

理论燃烧温度是煤粉燃烧效率的保障，只有理论燃烧温度保持在合理范围内，才能确保煤粉充分燃烧，而且不至于对高炉产生不利影响。

通过提高富氧流量，匹配并稳定风口理论燃烧温度，实现了富氧率由大修后的3.2%逐步提升至5.3%。

2.3 提高喷吹均匀率

定期检查并调整喷枪结构，确保喷枪嘴处于风口中心位置。喷枪嘴的位置偏会导致煤粉流向产生偏移，不利于煤粉的燃烧，同时会对风口小套造成异常磨损。制定喷枪检查管理办法，每半小时巡检一次风口，对喷枪进行检查。当发现喷枪偏斜时，及时调整喷枪角度。

加喷枪测温点报警装置，降低堵枪发现及处理时间，确保喷吹均匀率。加强对过程参数研究控制，定期对操作控制参数运行情况进行督查，喷吹出现异常，及时组织分析处理。

通过从设备工艺操作等方面的调整改进，5号高炉热风风温由原来的1185.3℃逐步提升至1197.8℃。

2.4 保持高炉稳定顺行，提高透气指数

2.4.1 提高鼓风动能

保持适宜的鼓风动能是初始煤气流合理分布的必要条件，通过对高炉风口尺寸和布局进行了优化和调整，维持鼓风动能在7000-9000kJ/s。

2.4.2 及时调整布料制度

加强槽下管理，提高布料合格率，控制矿批在37-40t/p之间。采用“大矿批、大角度”的操作思路，减少炉内矿石与焦炭的料批数，减弱矿焦层的界面效应，提高料柱的透气性，并对边缘气流进行合理抑制;坚持顶压与风量相匹配的原则，风量增加后中心气流过分发展，而高顶压有利于边缘气流发展，两者互补，控制炉内两股气的合理分布，达到提高煤气利用率、稳定炉型的目的。

造渣制度和热制度不合适时，会影响煤气流分布和炉缸工作状态，从而引起炉况不顺。大矿批冶炼后，高炉的煤气利用必然会发生变化，也会影响高炉的热状态，从而会导致造渣制度的变化。因此5号高炉总结以往操作实践经验，摸索出大矿批冶炼的热制度和造渣制度（见表3），规定碱度物理温度如下。

2.4.3 适当扩大角差

实行“大ɑ角、大矿角”装料，在使用大ɑ角的同时增大矿角，创造中心畅通、边缘稳定的煤气流。使矿石环带整体外移，即在ɑ（最大矿）外移的同时，ɑ最小矿也随之外移。为了保持一定的边缘通路，最大矿角的矿石初始落点，距炉墙大约0.5m。为了降低炉喉矿石层的厚度，改善料柱透气性，矿角差确定为9度。

2.4.4 提高焦炭质量，特别是焦炭的热性能

高喷煤比对焦炭质量的要求是：M40在80%以上，M10小于7%，灰分小于12.5%，硫分小于0.65%，热强度CSR>60%，热反应性CRI<30%。采取改进措施有：主控室加强看料，及时调剂，适当扩大矿批，保证焦窗面积;严格筛分管理，高炉侧小焦筛12mm，合理保证焦炭分级利用加强对焦炭热强度、反应性、M40、M10、S、水分、-25mm等关键指标的检验频次，并优化取样检验方式，客观真实及时的发现问题，督促整改，改善焦炭质量，降低焦炭消耗;对不同品种外购焦，根据成分质量不同，采取分堆存放，集中使用的方式，合理使用，保证高炉焦炭结构稳定;协调采购及物流部门，根据市场变化，通过调节库存量，选择性价比较好的焦炭品种，降低焦炭采购价格;合理控制焦炭有效库存，制定采购进厂计划，提高焦炭周转效率，同时避免焦炭打堆存放造成的碾压破损损耗等。

通过系列制度的调整，高炉炉况稳定性得以提升，抗波动能力增强，同时，料柱透气指数由原来的13.5提升至14.5，压量关系充分释放。

3  改进效果

2018年5#高炉煤比最高177.5kg/t，最低164.3kg/t，累计完成170.3kg/t，较2017年提高了5.9kg/t，全年可产生直接经济效益430万元。

4  结论

总结莱钢5#1080m3高炉提高煤比亮点措施有：

制定了准时化烧炉管理办法，提高热风炉效率。

通过上下部调剂形成了高煤比状态下高炉长期稳定顺行模型。

煤比指標纳入车间业绩对话，实施日跟踪制度。

将“炉缸运行参数表”、“岗位操作要求表”纳入主控岗位职责。

参考文献：

[1]王筱留.高炉生产知识问答[M].北京：冶金工业出版社.

[2]周传典.高炉炼铁技术手册[M].北京：冶金工业出版社.

[3]孙永方.高喷煤比下的高炉操作[J].鞍钢技术，1998（01）.