首钢股份高炉浇注后合理操作炉型的维护

张猛超，贾 新，王荣刚，李志海，韩红伟

(北京首钢股份有限公司，河北迁安064400)

首钢股份1号高炉2004年投产，2019年降料面放残铁后进行炉缸炉底整体浇注，经过炉缸重塑的炉型较原设计炉型有所不同。开炉以来为确保高炉顺稳运行，各项经济指标不断提高，首钢股份积极对高炉的装料、冷却及热制度等进行了科学优化，同时积极应对原燃料质量波动带来的不利影响，逐步建立了适应新炉型条件下的科学操作制度，使1号高炉维持合理操作炉型与强化冶炼有机结合，实现首钢股份高炉在炉缸整体重塑后的长周期顺稳及低耗运行。

1 首钢股份高炉炉型变化情况

1.1 浇注后炉型的变化

高炉设计炉型对开炉后煤气流分布影响较大，对以后的操作炉型维护起关键性作用［1-2］，科学合理的设计炉型是高炉操作顺行的保障。

表1 浇注前后1号高炉炉型的变化Table 1 The fur nace shape change before and after pouring of No.1 BF

表1为1号高炉浇注前后部分炉型参数变化，原设计炉型非铁口区域厚度1143 mm，浇注后非铁口区域平均厚度为1258 mm，铁口区域由原来的1714 mm加厚至2214 mm，主要为了延缓铁口区域的侵蚀。在原炉缸象脚区侵蚀严重部位采用与侧壁和炉底成45°的斜面浇注，在炉缸敏感区域加厚保护。

1.2 边缘热负荷波动

1号高炉炉身六、七、八段冷却采用铜冷却壁，九段之上为镶砖冷却壁，受边缘气流不稳定影响，炉身的水温差变化较大，温差有时一天之中在1.5～3.5℃的较大范围波动，表明炉腰及炉腹处的渣皮脱落重建加快，边缘气流的稳定性较难控制，进而不利于高炉的进一步强化。

1.3 炉顶料罐偏析影响

首钢股份1号高炉采用并罐无钟式炉顶布料装置，并罐布料器在布料过程中会发生粒级及质量偏析现象［3］，当使用北罐装焦炭时中心透气性较好，当南罐装焦炭时边缘气流发展，中心气流受到抑制，透气性下降。整体透气性在一段时间内呈现周期性变化，此时炉内关系随之波动。

2 高炉合理操作炉型的维护

2.1 上部装料调整

从2019年受到烧结提产的影响，烧结矿的质量明显下滑，粒级无法达到要求控制标准；焦炭的粒级也不断地下滑，使高炉的整体压量关系恶化，导致高炉强化受到制约。

图1 首钢股份1号高炉近期焦炭粒级趋势图Fig.1 The trend chart of recent coke grade of No.1 BF in Shougang co.,ltd

1号高炉入炉焦炭平均粒级如图1所示，整体上干焦平均粒级不断地劣化，最低时为48 mm，为应对焦炭劣化引起的焦炭骨架透气性减弱，炉内压量关系恶化现象，高炉积极以“守住中心，疏导边缘”的思路调整装料，一定程度遏制不断变差的压量关系，为稳定炉况起到了较好效果。

2.2 炉身热负荷的控制

边缘煤气流波动可以引起炉身热负荷变化，冷却水温差变动是二者变化的直接反应，图2为1号高炉近期的炉身水温差变化趋势。

图2 首钢股份1号高炉中修后炉身水温差走势图Fig.2 The trend chart of furnace shaft water temperature difference after mediumrepair of No.1 BFin Shougang co.,ltd

如图2所示，从去年到今年年初可以看出1号高炉炉身水温差不稳定，水温差上升下降波动频繁，数值不能在一个平稳范围内，证明炉身热负荷不稳定。

煤气流在边缘没有固定的通路，导致边缘的热负荷不稳定，反映在水温差上数值时高时低。边缘气流频繁波动不利于炉身及炉腹铜冷却壁上渣皮的稳定，引起铜冷却壁渣皮的频繁脱落和重建，降低铜冷却壁的使用寿命，渣皮脱落进入炉缸消耗较多热量，使炉缸工作稳定性变差。边缘气流不稳易造成炉内压量关系趋紧，影响高炉顺行，在保证中心气流稳定的前提下，通过上部调剂增加边缘焦炭比例，减少边缘矿焦混料区的产生，疏导边缘以稳定炉况。

同时合理控制边缘气流有利于软熔带根部稳定在炉腰和炉腹部位。对于七层铜冷却壁而言，软熔带根部稳定在此处附近能使渣皮波动控制在一个合理的范围，避免软熔带位置上下波动带来的炉腰渣皮结厚。

2.3 稳定炉渣成分

在炉渣碱度适宜，渣中Mg O含量在5%～10%范围，Al2O3含量控制在15%以下时，炉渣稳定性较好［3-4］，当含量低于某数值时会引起熔化性温度的升高。4月份高炉渣Mg O含量下降比较明显，最低时含量为5.43%，在Al2O3含量基本上稳定的情况下渣中镁铝比下降较多，使炉渣的熔化性温度升高、影响炉渣黏度的稳定性。

图3 1号高炉炉渣中镁铝比趋势图Fig.3 Thetrend chart of Mg/Al ratioin slag of No.1 blast furnace

从图3中可以看出三月份开始1号高炉渣中镁铝比逐渐降低，最低时为0.40。渣中Mg O含量的降低导致镁铝比降低，引起炉渣的流动性变差，引起高炉的压量关系恶化，同时脱硫效果变差，这种关系在焦炭提硫，焦炭质量劣化的同时会显现得更加明显。同时炉渣的流动性变差，会使炉渣及铁水下渗过程的平衡被打破，引起风口回旋区工作条件恶化，威胁风口寿命。从图3看出从4月中旬左右逐步改善烧结矿成分后炉渣镁铝比恢复到之前的正常值范围，同时积极调整炉温水平至0.45%左右，以减弱Mg O含量降低给炉渣性能带来的影响。整体来看1号高炉炉渣中Mg O含量控制在6%～7.5%的范围之间，炉渣的流动性相对稳定，对黏度的影响不大。

2.4 合理的下部调节

鼓风动能决定煤气流的初始分布，适宜的鼓风动能可以保证充足的炉腹煤气量，改善煤气流的分布，鼓风动能增加后回旋区加深，边缘气流逐渐减弱，中心气流逐渐加强。保持一定的鼓风动能可以吹透中心，控制中心焦堆的数量和更新速度，保证较好的炉缸活性。相应炉腹煤气量不足会导致边缘发展，炉身热负荷波动，进而影响炉缸的活性。根据实践调整表明1号高炉的鼓风动能在10 000～11 000 kg·m/s，炉腹煤气量指数在57～59.5 m/s之间，高炉整体的稳定性较高，更利于强化冶炼。

2.5 其他调整

并罐式炉顶布料首先在炉顶料罐内会产生炉料偏析，由于两个料罐的中心线与炉喉中心线不重合，炉料在沿中心喉管下降的过程中落点不在炉喉中心点，在此也产生偏析［5］。结果呈现不是圆形的料面，粒级也不是均匀分布。

根据倒罐对煤气流影响适时调整南北罐装焦批数，减弱倒罐对炉内压量关系影响，尽可能地稳定高炉工作状态。

3 合理操作炉型的积极效果

严格抓好原燃料的质量，积极应对原燃料劣化带来的不利影响，对装料制度不断的优化，保证好“中心开、边缘稳”的煤气流效果。对于炉渣成分波动引起的炉渣熔化性温度及流动性的变化，积极采取提高炉温及物理热等办法去应对，保证好炉况的顺行［6］。在原燃料质量劣化的不利状况下1号高炉取得了较好的经济技术指标，如表2所示，高炉利用系数不断提高，第一季度入炉焦比控制在350 kg/t以下。在之后烧结矿及焦炭质量劣化较明显的状况下，4月份利用系数2.562 t/m3·d，燃料比控制在495 kg/t以下。前4个月整体指标达到近期来最好水平，控制合理的操作炉型实现了1号高炉优化指标、降本增效的目标。

表2 2020年1号高炉技术经济指标Table 2 Technical and economic index of No.1 blast furnacein 2020

4 结语

(1)对于1号高炉而言，合理的操作炉型是上部布料调剂、热负荷控制、稳定渣铁组分及下部送风控制等相互作用的有机整体，保证各项操作制度与高炉强化相匹配是重点。

(2)1号高炉克服原燃料质量劣化的不利影响，调整上部布料制度，保证中心气流，疏导边缘气流，稳定炉身热负荷。根据1号高炉实际炉况调整，将鼓风动能控制在10 000～11 000 kg·m/s，炉腹煤气量指数控制在57～59.5 m/s之间，高炉保持了较好的稳定性。

(3)针对渣中镁铝比波动影响炉渣的性能，通过提高炉温水平至0.45%左右，调整烧结矿中Mg O含量等手段来改善。在炉渣碱度控制合理范围内，1号高炉渣中Mg O含量控制在6%～7.5%的范围之间，Al2O3含量在14%以下，炉渣性能能满足生产的要求。经过对1号高炉操作炉型的维护，逐步适应了浇注炉型变化和原燃料质量劣化的状况，取得了较好的经济技术指标。