高炉高比例兰炭喷吹条件下提高煤比实践

张均宾，刘春伟，宫学峰

（山东钢铁股份有限公司莱芜分公司，山东 莱芜271104）

1 前 言

山钢股份莱芜分公司炼铁厂为达到国家政策要求，完成煤炭消耗指标，2020 年开始探索用兰炭末替代高炉喷吹煤。自2020年5月初开始，兰炭配加比例在6 月底已达到47%。随着兰炭的高比例配加，炼铁厂逐步摸索设备改造和高炉参数调整，煤比逐步提升，特别是4#高炉月平均煤比指标达到200 kg/t，并长期保持在190～200 kg/t，燃料比控制在525 kg/t以内。

2 喷吹兰炭条件下的可行性分析

2.1 兰炭喷吹的特点

兰炭（又称半焦、焦粉）结构为块状，粒度一般在0～80 mm，颜色呈浅黑色。兰炭具有低灰、低硫、低磷、低铝、高固定炭比、高化学活性、高比电阻等特点。兰炭固定炭高，在高炉内可作为热量、还原剂、渗碳剂，替代焦炭节焦降耗。兰炭低灰、低硫的特性，在提高高炉产量、降低焦比、减少脱硫能耗等方面能发挥良好效果。兰炭的高化学活性，能对大块焦炭起到很好的保护作用，减小碳消耗，在提高高炉的透气性、铁矿石的还原率、高炉的生产能力方面也有积极的作用。高炉喷吹兰炭最大的制约点就是制粉难，易磨损喷吹管道和风口小套，造成休风机率增加。

2.2 提煤比的可行性条件分析

4#炉喷吹管道改造后喷吹量提升，焦炭质量比较稳定，为煤比提升创造条件。2020 年4 月份以来，由于烧结矿紧张，烧结比例62%左右，理论渣比310～320 kg/t，较 2019 年 380～400 kg/t 相比，渣比下降明显，炉内憋渣铁情况缓解。2020 年以来，受喷吹量限制，2月份开始进行喷吹管道改造，将喷煤主管道高炉侧由Φ80 mm 改为Φ108 mm，3 月10 日定修合茬，喷吹量由22～23 t/h 提升到25～26 t/h，为焦比降至315 kg/t创造条件。

原燃料条件好转，特别是配加480 烧结矿后，压量关系宽松，为加负荷奠定了基础。通过105烧结矿和480 烧结矿对比看，480 烧结矿外观质量及粒度要优于105烧结矿。高比例配加后，压量关系显得比较宽松，数据对比热风压力下降5～10 kPa，透气性指数较以往上升。分析认为，透气性指数变好的根本原因在于480烧结矿冶金性能好，软熔区间较窄，从而使得料柱透气性更好，压差下降。

边缘煤气流保持稳定，水温差2～2.5 ℃，利于渣铁热量的保持，从而实现降耗的目的。通过4#高炉近几年来的调整发现，水温差在2016 年以前经常性3～4 ℃波动，冷却壁波动幅度大，损坏的几率大。2016年5月，通过扩大布料角度，使用大矿批、高顶压等一系列措施，水温差逐步降低至2.5～3.0 ℃调剂，高炉燃耗、指标保持较好。2019年下半年以来，通过下部风口的调整和上部料制的探索，结合炉况的实际表现，水温差2～2.5 ℃更利于炉况的稳定、渣铁热量的保持和指标的提升。特别是4#高炉2019年12月18日更换4个Φ465×115风口，3月 10 日缩短 2 个风口为 Φ465×110（原 Φ480×110）后，a角由最初的 37～37.5°扩大到 39～39.5°，料线由1.4 m调整至1.45～1.5 m使用，炉况稳定性提高。

保持渣系的稳定，概括为降R2，稳R4，稳定MgO/Al2O3。5 月份以来，入炉料硫负荷降低，铁水硫较低，硫低于0.01%较多，容易粘沟。因此，摸索降低配料碱度，R2自5月中旬以来逐步由1.32降低至1.16。R2降低后，考虑炉渣的流动性和稳定性，通过配加蛇纹石将R4保持在1.0 左右，并严格控制MgO/Al2O3为0.5 左右。生产中关注渣沟及主沟的炉渣流动性，并保证渣铁热量达到1 480 ℃左右。

3 煤比提升后分析

3.1 技术指标

（1）煤比提升幅度较大，但燃耗保持总体稳定，在可控范围内上升，实现了提煤降耗增产的目的。

（2）煤比提升后，炉况保持相对稳定。压量关系保持相对平稳，崩塌料较少，冷却壁相对稳定，渣铁热量保持良好。

（3）高炉经济技术指标良好，产量、质量得到提升，煤比连续保持在190～200 kg/t，且燃耗水平没有大幅度上升。

3.2 工艺操作

（1）炉前生产压力大，未净炉次增多。随着负荷的加重，煤比的提升，为保持煤粉燃烧率，T理≥2 200 ℃，富氧量由原先的3 500～4 000 m3/h提升到目前的5 500～6 000 m3/h。产量的提升导致未净炉次增多，炉前操作与管理显得尤为突出。为此，车间加强炉前生产组织管理，采取劳动竞赛，制定相关措施，细化渣铁排放管理。具体措施：①出铁时间按70±10 min 控制；②配罐后10 min 内打开铁口；③铁后流铁时间≤10 min；④尽可能放满罐，提高铁水罐的利用率；⑤加强工长、炉前和调度室之间的信息沟通，合理控制炉内风、氧水平；⑥加强紧急状态下的预案管控，树立止损意识，防止事故扩大化；⑦研制开口机定位装置，降低高产状态下的减风堵口风险。实践证明，炉前生产组织通过以上措施的实施，取得了一定的效果。

（2）中心气流变弱。自5 月10 日以来，高炉一字测温中心点温度频繁降至200 ℃以内，炉内成像系统看不到中心气流。分析认为中心气流的消失，根源上是中心区域积渣，煤气流受阻，造成中心不聚集。而造成积渣的原因有两个方面：一是渣比上升，未净炉次增加，炉内受憋几率增加；二是外购焦粒度小、偏碎，造成中心死角堆变大，外购焦水分较自产干熄焦大，水分蒸发，料柱上部水膜效应。通过缩小矿布料角差，减少中心负荷，中心气流有好转。6 月上旬通过布料矩阵的调整发现，矿角差由9°缩小到7.5°，透指上升至16～17，压量关系宽松，但燃耗上升10～15 kg/t，渣铁热量不好保。为此，在保证炉况顺行的基础上，提煤降耗增产，从以下几个方面摸索参数：①降低渣比。鉴于当前70%～73%的烧结配比，渣比345 kg/t，计划调整蛇纹石为白云石，烧结比例能降低4%～6%，渣比下降12～15 kg/t。②提高鼓风动能，摸索现有渣比下的顶压参数。原鼓风动能8 500 N·m/s，通过调整参数后提高到9 500 N·m/s，稳定了中心。③中心温度控制在450 ℃左右的布料制度。3—4 月份为了排锌排碱，中心温度控制在550 ℃左右，燃耗达到了522 kg/t，上升了10 kg/t左右。④出净渣铁是关键，炉前组织尤为重要。雨季生产风险增大，采取适当退负荷、降煤比、减氧量的措施，优化炉前生产组织。

3.3 需要改善的问题

加强铁水罐的组织调配，进一步减缓炉前渣铁排放的压力。铁后待罐时间超出25 min 的还是偏多，4 个罐出铁的炉次偏多。主要原因铁水罐周转慢，拉重对空没有足够的铁水罐。未净堵口频次多，炉内憋渣铁风险大。

焦炭质量需要得到长期的保证，不光是理化性能指标，外观的粒度也需要加强入厂管理。根据5月份以来长期配加120料场外购焦的表现来看，高煤比状态下，小粒度焦炭的长期配加会造成中心死角堆的变大，不利于炉缸良好状态的保持和气流的稳定。

管道磨损压力大。4#高炉喷吹兰炭以来，车间要求配管工区加强看风口频次，30 min/次，并要求及时调整喷枪角度，并针对不好调整的喷枪及时予以更换，降低磨损风口的风险。

4 结 语

烧结矿质量的提升为高炉指标提升创造了条件，高炉长期稳定顺行的保持在原燃料好转的情况下有机结合。通过对喷吹系统的改造，提升喷吹能力，控制兰炭喷吹条件下的风险，并通过优化炉前渣铁排放和炉型维护，从而推动高炉兰炭喷吹条件下大煤比的顺利实现。