一高炉强化冶炼实践
杨锐 炼铁厂一高炉
【摘要】一号高炉年休后通过采取加强原燃料管理、装料制度的调整、高风温高富氧大喷吹、大风量高压差操作及加强日常管理和设备检查维护等措施，提高了冶炼强度，各项生产经济指标得到了很大的提高。
【关键词】高炉，强化冶炼，措施
1 前言
攀钢高炉的主要炉料是以大部分高钛型钒钛磁铁矿精矿和部分普通矿粉为原料的钒钛烧结矿，炉渣中含有较高的TiO2，给高炉冶炼带来一系列与冶炼普通矿不同的特点，这主要是由于TiO2在炉内还原所引起的，所以如何减少在炉内的TiO2还原是确保冶炼钒钛磁铁矿高炉顺行的关键。炉料和渣铁在炉内停留时间长，会使TiO2的还原产物增多，进而影响高炉顺行，所以冶炼强度低时，则高炉的顺行状况不好，技术经济指标不理想，而冶炼强度较高时，则炉况比较易稳定、顺行，技术经济指标也较好。因此，较高的冶炼强度是冶炼高钛型钒钛型磁铁矿高炉稳定顺行的必要条件[1]。
攀钢一高炉有效容积1200m3，设有1个出铁口，2个渣口，18个风口，采用SS布料器，并罐式无料钟炉顶，采用4座内燃式热风炉。近段时间来，由于冷却设备、炉前设备事故多、操作制度等原因，始终不能稳产高产，技术经济指标没能得到优化，公司于2011年4月初对1号高炉进行了检修。
表1 2010年12月—2011年6月1号高炉主要经济指标
月份 利用系数
/t·(m3·d) -1 风量/
m3·min-1 风温/℃ 综合冶炼强度/
t·(m3·d) -1 焦比/kg·t-1 煤比/
kg·t-1 富氧/m3·h-1
2010.12 2.662 3100 1193 1.426 436 122.06 6845
2011.1 2.613 3050 1186 1.376 429 118.11 6280
2011.2 2.615 3069 1192 1.411 435 122.25 6590
2011.3 2.599 3043 1196 1.426 451 123.95 6795
2011.4 2.660 3095 1191 1.458 465 122.64 6760
2011.5 2.643 3057 1194 1.436 455 124.17 6866
2011.6 2.691 3153 1193 1.452 438 129.39 6950
注：2011年4月、5月休风时间未在统计内，6月统计到上旬 高炉恢复后，高炉坚持以强化冶炼为基础开展各项工作，采取了各种研究实践，抓好入炉原料质量，实现精料入炉；调整风口面积、规范高炉操作，优化操作参数，及时出尽渣铁，力争维持全风操作，高炉各项技术经济指标不断提高，高炉稳定运行，指使冶炼强度逐渐提高，指标得到较大提高。2010年12月到2011年6月的主要指标见表1。
2 强化冶炼措施
2.1 加强原燃料管理
焦炭在高炉内不仅提供冶炼所需的大量热量，更是高炉内必不可少的支撑骨架。随着冶炼强度的提高，焦炭在炉内的骨架作用越来越重要。一号高炉现在使用的是四期捣固焦，较之前使用的二期焦炭，其理化性质都有很大的提高，改善入炉焦炭质量，使迸一步强化冶炼得到了保障。攀钢二、三、四期焦炭主要指标如表2。
表2 攀钢二、三、四期焦炭主要理化指标（%）
项目 M40 M10 灰分 挥发分 水分 CRI CSR
二期焦炭 87.23 7.32 12.63 1.15 0.25 33.62 57.55
三期焦炭 89.54 5.47 12.57 1.15 0.31 28.48 64.38
四期焦炭 87.56 5.89 13.06 1.15 0.20 33.41 57.95
同时，高炉要求及时检测水分。攀钢焦炭有部分采用水熄焦工艺，在天气变化和生产波动时，焦炭水分往往波动较大，严重影响了高炉的稳定顺行。为了及时了解焦炭的含水量，以便相应的调整负荷，稳定炉况，规定每2小时检测一次入炉焦炭水分，高炉工长根据水分变化相应的进行焦炭负荷的调整，以保持炉况的稳定顺行。
2.2 建立合适的装料制度
选择装料制度的目的，在于从上部炉喉截面的合理布料来调控煤气流的合理分布，并与高炉下部煤气流相结合，做到“上稳下活”，充分利用煤气热能和化学能，实现高炉炉况稳定顺行。
攀钢钒钛矿炉料特点是含铁品位低，堆比重小，烧结矿粒度细，粉化率高，软化温度高，焦炭粒度大，热强度差，炉料的分布规律与普通矿有一定区别，为了实现合理的布料，开发出了适合高强度冶炼钒钛矿的综合布料技术。
钒钛矿冶炼的重要特点：烧结矿软化温度高，成渣带低且渣层薄，料柱的阻力小，透气性好，高炉易受风，有利于高炉的顺行，允许高炉适当加重边缘气流，但同时要求软熔带根部要具有较好熔化能力，且过热度要高于普通矿，因此边缘要有适当气流，而不能过重。 一高炉是无料钟式炉顶，采用的SS环形布料器，布料方式以多环布料和中心加焦相结合。在生产实践中，通过不断摸索，总结出了比较适合一高炉强化操作的思想，即“适当维持边缘气流，打开中心气流”，同时适当考虑中间环带的矿焦比对煤气流的阻力因素，中心焦碳适宜在30％，边缘矿石宜在50～60％，这样能保证稳定顺行[2]。如表3所示的装料制度，中心焦炭保持在30%，边缘矿石在50%。随着冶炼强度的提高，矿石批重由原来的23.3t，逐渐加到现在的24t，促进了煤气流的均匀分布，稳定了高炉上部气流，改善了煤气流利用率。
表3 一高炉布料制度
布料角度α/° 36.5 35.5 34.5 28
布料圈数 矿石（O） 0 5 5 0
焦炭（C） 3 0 3 4
2.3 调整合适的鼓风动能，活跃炉缸
选择送风制度的目的，在于保证均匀而活跃的炉缸状态，及初始煤气流均匀合理分布，对钒钛磁铁矿冶炼的防稠与消稠有较大的影响。对冶炼钒钛磁铁矿具有重要意义。
鼓风动能是高炉下部调节的重要参数之一，鼓风动能适宜，则高炉炉缸工作状态均匀活跃，炉内初始煤气流分布合理，炉况稳定顺行。在上部调节的配合下，适宜的鼓风动能可使煤气热能、化学热能得以充分利用，对高炉节能降耗、强化冶炼以及延长使用寿命都十分有利。就冶炼高钛型钒钛磁铁矿的高炉而言，采用合适的鼓风动能以保持均匀活跃的炉缸工作状态，对于降低高钛渣的粘度，改善渣的流动性，进而降低铁损，节焦增产和强化高炉冶炼，效果尤为明显。
攀钢用钒钛烧结矿的品位低、高炉渣量大，并且钒钛烧结矿的低温还原粉化率高、软化温度高、高炉软熔带位置低、料柱透气性差，由于钛渣粘度大使得中心不易吹透。因此必须维持大风量操作，配之合适的风口面积，以保证维持较高的鼓风动能吹透中心活跃炉缸。
送风制度的主要标志，以鼓风参数－鼓风动能（风速）来表示，即在一定的冶炼条件下，欲达到一定的冶炼强度，必须选择适宜的风口数目，风口直径、风量、风温、富氧率、喷煤比等，才能获得良好的炉缸工作状态。
一号高炉风口直径和数目为Φ130×5+140×13，风口总进风面积为0.266m2，5月休风后对5号风口加圈，所以现在风口直径分布为Φ110×1+130×5+140×13，风口总进风面积为0.263m2。同时鼓风机由原来的2号换至现在的4号鼓风机，鼓风能力有所提高。风口面积缩小，风量增加，鼓风动能逐渐增加，炉缸逐渐活跃，中心气流充足，炉况顺行，下部更容易易接受风量，强化了高炉冶炼，如表4所示。
表4 2011年上半年风量和风口面积变化情况
月份 风量/
m3·min-1 风口面/
m2 风速/
m·s-1 煤比/
kg·t-1 综合冶炼强度/
t·(m3·d) -1
2011.1 3050 0.266 191 118.11 1.426
2011.2 3069 0.266 192 122.25 1.376
2011.3 3043 0.266 191 123.95 1.411
2011.4 3095 0.266 194 122.64 1.426
2011.5 3057 0.263 194 124.17 1.458
2011.6 3153 0.263 200 129.39 1.436
2.4 大风量高压操作
在正常生产过程中，风口直径确定后，为此和适合稳定的风量操作，是保持炉缸工作状况均匀活跃、煤气流合理分布的重要手段。
高压操作是强化高炉冶炼的有效措施，既能提高冶炼强度又能改善煤气利用率，降低焦比，从而提高产量。
实际生产中，一号高炉保证风量维持在3100~3200m3/min，高炉压差维持在0.150MPa~0.160MPa。实现大风量高压操作后，炉况稳定，炉顶煤气中的CO2含量提高。风量增加提高了风速和鼓风动能，有利于活跃炉缸和打通中心气流，可以吹出较多的原、燃料带入的粉末，改善料柱的透气性，提高冶炼强度，改善高炉各项技术经济指标。
2.5 富氧大喷煤操作
富氧和喷煤是高炉冶炼钒钛磁铁矿控制炉温的最有效手段，有利于稳定炉况，强化冶炼。高炉喷吹煤粉可以活跃炉缸工作，促进高炉富氧率和风温使用水平的提高，推动高炉冶炼的强化。高炉加大喷煤后，矿焦比增加，料柱自身增重，可适当加大风量提高压差操作，炉温发生波动时，使用喷煤进行调节也灵活可行。
富氧鼓风后，由于鼓风中含氮量相对减少，冶炼单位生铁所需的风量和产生的煤气量减少；对于同体积的鼓风量来说，则可多烧碳量，生成的煤气量也增加。因此大富氧鼓风可以提高高炉冶炼强度，增加产量。富氧加速煤粉的燃烧，活跃炉缸，改善渣铁流动性，降低铁损，提高风口前理论燃烧温度，补偿因喷煤引起的炉缸气化和顶温升高的影响，减少渣中未燃煤粉，提高冶炼强度，降低焦比。一般富氧1%，可提高理论燃烧温度35~45℃，增加喷煤率4%。
在操作上，炉内实行高富氧大喷煤方针，富氧维持在最为合理的7000m3/h，除1#﹑18#铁口上方两风口外，其余16个风口全部喷煤，喷煤瞬时速率能达到20t/h，在操作调剂上，尽量避免停煤操作，减少煤量波动，规定喷煤上下限，早动少动。在设备维护上做到“勤检查，早发现”，杜绝了因为堵枪而造成的煤量损失。
2.6 稳定的高风温操作
当前强化高炉冶炼生产，发展高风温冶炼技术是有力推动冶炼技术发展的动力，是高炉炼铁节能降耗的有效措施。高炉热平衡计算表明，热风带入的热量约占全部热量收入的15%~20%，并且基本能被全部利用。因此，高风温冶炼技术是高炉强化冶炼的需要。
根据攀钢高炉生产实践表明，每提高100℃风温，可降焦比4%左右，增加4%左右的产量[3]。一号高炉配有4座高温内燃式热风炉，实行的是“两烧两送”的送风制度，能稳定提供1200℃以上的高风温。
一号高炉一方面强化烧炉工作，加强设备管理，减少事故率，提高蓄热能力；另一方面要求工长统一操作思路，操作上坚持使用高风温，风温水平能够保证在1180℃以上（如图1所示），以提高煤粉燃烧率，保证炉缸充沛的热量。高风温的使用不但活跃了炉缸，提高了渣铁物理热，改善了渣铁流动性及炉渣脱硫能力、及时出净渣铁、保持炉况稳定顺行，而且有利于节焦降耗，改善技术经济指标。
图1 一号高炉近期风温使用情况
2.7 合理的炉缸热制度和造渣制度
热制度是指在工艺操作制度上控制高炉内热状态的方法的总称。热状态是用热量是否充沛、炉温是否稳定来衡量，即是否有足够的热量以满足冶炼过程加热炉料和各种物理化学反应，渣铁的熔化的过热到要求的温度。高炉生产操作者特别重视炉缸的热状态，因为决定高炉热量需求和燃料比的是高炉下部，所以常用说明炉缸热状态的一些参数作为热制度的指标。
充沛的炉缸热制度是高炉顺行的基础，冶炼强度高时，炉料在炉内停留时间短，因此要求对炉料加热熔化的热量传输要快，这就要求有一大的温度梯度，即提高炉缸温度。富氧大喷煤时，如果炉温低，中心易堆积，顺行不好，滑料，风压高，造成风不全或炉况失常，所以在高冶炼强度、富氧大喷煤时，炉温应控制