曹旭博，曾慶良，蔡思維
（中南鋼鐵中南股份煉鐵廠，廣東 韶關 512123）
摘 要：基于韶鋼 7 號高爐大修后（第二代爐齡）兩年高產條件下的操作數據，重點對高爐的風量、風壓和壓差水平，頂壓使用，透氣性指數范圍，中心和邊緣指數范圍，富氧水平，風口面積和鼓風動能等參數進行探討，7 號高爐生產實踐表明，當富氧率≤6.5%，理論燃燒溫度控制在 2330±30℃，爐腹煤氣量控制在 60-62m/min,鼓風動能維持在 110-115kj/s，中心溫度在 400℃以上，邊緣指數 W 值在 0.6-0.7 時，有利于維持爐況穩定，可以達到高產低耗的目標，每一座高爐都可以在生產實踐中找到適合本高爐的生產工藝參數，及時調整，同時控制合適的爐溫和穩定爐渣成分，可維持高爐長周期的穩定順行。
關鍵詞：工藝參數；穩定順行；高產低耗
1.概述
韶鋼煉鐵廠 7 號高爐（2200m³）第二代爐齡大修后于 2022 年 3 月 18 日點火開爐，設有南北兩個出鐵場，3 個鐵口，30 個風口，采用 PW 串罐式無鐘爐頂，陶瓷杯加全炭復合爐底，鑄鐵冷卻壁加銅冷卻壁結合的冷卻結構，全軟水密閉冷卻系統，頂燃式熱風爐，底濾法水渣系統，采用了爐頂煤氣在線回收，重力除塵器氣力輸灰等先進的環保設備。
為了維持高爐長周期的穩定順行，在高產的前提下，高爐日常操作中一些基本工藝操作參數是否有規律可循，是本文探討的重點。
2.風量、風壓、頂壓和壓差的使用情況。
風壓是煤氣在高爐內料柱阻力和爐頂壓力的綜合表現，因此風壓也間接地表示高爐料柱透氣性的變化。在正常情況時，風壓是隨著風量的增減而增減的，即風壓和風量成正比關系。7 號高爐通過實踐表明，熱風壓力在 420kPa 以下，頂壓使用 240kPa，標準的壓差在 180kPa 以下，風量在 4850±50m³/min,爐況都是處于比較理想的狀態，下料也是比較順暢的。
以下表 1 是不同風量和風壓的對應情況。
從以上表中可以看出風壓在 420kPa 以上時，增加風量后風壓增長幅度明顯升高，不利于繼續上風量。
3.中心溫度和邊緣氣流指數
合理的煤氣流分布,就是采用合適的送風制度和裝料方法,控制好兩股煤氣流(邊沿和中心)的發展程度,達到煤氣利用最好和燃料消耗最低的目的。日常操作中,引人了邊沿氣流指數取值:即值=邊沿四點的溫度平均值/爐頂煤氣溫度。平均值邊沿氣流發展,會造成爐體熱負荷升高,煤氣利用率差,能耗升高,即值與爐身熱負荷具有很好的相關性。
7 號高爐通過日常的生產實踐，對比了不同爐況下的中心溫度情況和邊緣氣流指數情況，生產實踐中發現，當值<0.5,爐身的溫度下降較多,熱負荷偏低，壓量關系偏緊，透氣性不好，冷卻壁水溫差下行,總體爐況較差。當 W 值>0.7,邊沿氣流有所發展,壓差較低,容易出現渣皮大面積脫落爐溫比較難控制，燃料消耗明顯增多。
發現中心溫度在 400℃以上，邊緣氣流指數在 0.6-0.7 區間，氣流是處于比較合理的狀態，日常操作中，結合爐身溫度變化和邊緣起來指數綜合判斷，可以定性的分析邊緣的發展情況，為氣流的調整和爐況的分析提供分析依據。下圖表 2是取爐況順行狀態下一段時間的中心和邊緣氣流指數趨勢圖。
4.富氧率和理論燃燒溫度
富氧對高爐強化冶煉來講是極為重要的一種介質，同時也是提高煤比降低生產成本必不可少的一個重要手段。大幅度使用富氧，首先需要清除富氧鼓風對高爐冶煉的影響，清楚了解富氧對高爐的影響，然后調整富氧量的使用范圍，7 號高爐是將工業高壓富氧減壓后加入冷風管道，經熱風爐預熱后再送入高爐，富氧鼓風的好處就是在不增加風量、不增加鼓風機動力消耗的情況下, 達到大幅度提產的目的。
日常操作中,富氧率/的計算公式可簡化如下: f=(a-0.21)xW，c--工業氧中氧含量,%;W--1m³ 鼓風中的氧氣含量%。
投產兩年來通過不斷地嘗試，進行了富氧大噴煤的攻關，7 號高爐的富氧率逐步的由原來的5%增加至目前的 6.5%左右，煤比從 160kg/t 提高到了175kg/t，產量由7200t/d提高并穩定在7500t/d，實現了階段性的提高，提煤降焦及增加冶煉強度的效果明顯，以下表 3 是富氧量和產量情況。
在提高富氧率的情況下，仍然可以達到高產的模式，主要原因是爐況的穩定性保持較好,全年未發生大的爐況波動。在富氧的使用上,要綜合考慮爐況的穩定性,冶煉強度和爐前渣鐵的排放節奏要匹配。遵循攻、守、退的原則，以高爐爐況為首要條件，以風為綱，氧隨風而動,有風而后追求合適的富氧率。當出現爐前渣鐵未及時排放、憋爐等情況時,要及時控氧,避免后期風量大幅波動。
理論燃燒溫度是指風口前焦炭和噴吹物燃燒所能達到的最高的絕熱溫度，即假定風口前燃料燃燒放出的熱量(化學熱)以及熱風和燃料帶入的物理熱全部傳給燃燒產物時達到的最高溫度，也就是爐缸煤氣尚未與物料進行熱量傳遞前的原始溫度。
影響理論燃燒溫度的因素主要有鼓風溫度、鼓風富氧量、噴吹燃料和鼓風濕度等。日常操作中,主要依靠這些因素相互結合使用,控制合適的理論燃燒溫度,發揮綜合冶煉效率。理論燃燒溫度過低,會使煤粉的置換比下降,爐料加熱和還原不足,進而導致爐況惡化。理論燃燒溫度過高,爐內煤氣壓差升高，使爐內尤其是爐腹部位爐料下降的條件變差，爐子下部溫度過高，會使 SiO2大量還原并揮發，煤氣將它帶往上部，并且在爐腹凝聚，在焦塊間隙分解成固態，料柱的透氣性變差，高爐下部壓差升高,對爐況順行不利。
理論燃燒溫度T的計算公式 :
T=1559+0.839xBT-0.6033xBH+4972xV0/VB-3150x1000xWC/WB
式中 BT--熱風溫度℃;BH--鼓風濕度 g/m³;V0--富氧量 m³/h;VB--風量(含氧量)m³/h;WC--噴煤量,/h。
7 號高爐在日常的生產操作中發現，理論燃燒溫度在 2330℃±30℃時，爐況較穩定，爐缸活躍，各項指標良好，對于理論燃燒溫度高于 2380℃ 以上,爐溫向熱時,透氣性會變差，可臨時開加濕增加鼓風濕度,退風溫以降低理論燃燒溫度,使風壓、壓差下降,爐況平穩過渡。
5.爐腹煤氣流指數和透氣性指數
高爐內煤氣的通過能力是限制高爐強化冶煉的重要因素，從煤氣流分布及爐缸傳質傳熱角度考慮,煤氣的通過能力存在一定的限度值,而爐腹煤氣量指數就是反映爐缸區域通過煤氣狀況的指數。從氣體力學的方面來看，高提高爐腹煤氣量指數，就必須改善料柱的通過能力，改善透氣性、提高原燃料的質量，改善高爐煤氣分布；爐腹煤氣指數的簡易計算公式為：
ψ=BOSH/F；
式中 ψ--爐腹煤氣量指數 m³/min；BOSH--爐腹煤氣量 m³/min;F--爐缸截面積㎡
由以上公式可知,爐腹煤氣量指數由爐腹煤氣量決定,而爐腹煤氣量主要受風量、氧量的影響較大。7 號高爐投產兩年期間月平均爐腹煤氣流量如下圖表 4。
從上圖可以看出 7 號高爐的爐腹煤氣流指數在 60-62m/min，通過日常的實踐得出，當原燃料條件變好時，爐腹的煤氣流指數可以達到62m/min 以上，目前在降低鐵水成本為目標，以經濟爐料為主，從長周期的順行角度來看，合適的爐腹煤氣流是保證爐況順行的一個重要前提。
高爐透氣性是高爐監控的重要參數之一。在現代高爐生產中，高爐透氣性指數可以迅速判斷爐況的指標。保持較高的高爐透氣性指數對穩定爐況、安全生產、節能降耗非常重要。料柱具有良好的透氣性，使上升煤氣流均勻與穩定而且順利的通過，是保證下料順行和充分發揮上升煤氣流的還原和傳熱作用的基本前提。
韶鋼高爐使用的透氣性指數的簡化公式為：
K=Q/ΔP，注：K——高爐透氣性指數，Q—風量（m³/min）ΔP 為爐內全壓差。7 號高爐把透氣性的指數作為判斷爐況非常重要的參數，透氣性太高或者太低都說明爐況會出現一定的問題，日常的控制范圍一般在 75-90，低于或者高于范圍都必須查找原因采取應對措施，杜絕爐況出現波動。
下圖表 5 為 2024 年 2-3 月的風壓和透氣性指數趨勢
從以上趨勢圖可以看出，透氣性指數和熱風壓力波動比較大，K 值明顯偏低，說明爐內的透氣性較差，主要原因是 2-3 月份韶鋼煉鐵廠燒礦線和焦炭線進入檢修期，大量的使用落地燒礦和成品倉燒礦，焦炭集中大量的使用水熄焦，原燃料的質量出現了大幅度的下滑，導致了高爐的透氣性下降。為此，7 號高爐利用休風機會，調整了風口面積，適當的控制冶強，同時也不斷的優化和調整裝料制度，增加中心加焦量（比例由20-22%）維持，同時適當的縮小了 0.5°的整體布料角度，槽下加強篩分工作，及時的清理篩網，盡量減少粉末入爐，保證了爐況的穩定順行。
6.爐溫和爐渣成分
爐溫的穩定合適是高爐爐況順行的重要條件，近年來 7#高爐爐溫控制標準逐步以鐵水物理熱為主，同時兼顧生鐵中硅含量,要求鐵水溫度在1505～1525℃，鐵水含 Si 在 0.3~0.55%，始終堅持長期保持中上限物理熱的方針，堅決減少過低鐵水溫度的現象出現，目標就是要保證爐缸工作長期處于均勻﹑適度活躍的狀態；堅持定量和過量調劑相結合的方針，堅持標準化操作，加強數據統計與分析，用數據說話，使爐溫處于比較穩定的狀態。
采取穩定爐溫的主要措施有：制定合理的操作方針,加強四班統一操作，嚴禁操作自由化，處理好局部和整體的關系；通過對日常操作過程的監控，來保持操作指標的合理，通過每日爐長制定工藝操作卡來統一操作人員的操作方針，通過監控料速、熱負荷、煤氣利用率的變化來進行趨勢判斷，做到勤調、微調、提前調整。由于這一系列管理機制的約束，使高爐操作者能統一在既定方針下，即保證了爐況的順行，又保證了爐溫穩定。下圖表 6 是進一年來鐵水含硅與物理熱的月平均趨勢圖
合理的造渣制度是保證高爐順行,改善生鐵質量,降低燃料消耗,提高冶煉強度的基本條件，生鐵質量的主要指標是含硫符合標準,而爐渣的脫硫效果不僅取決于爐渣堿度,而且還取決于爐渣的流動性以及爐缸溫度等因素。
7 號高爐首先是提高鐵水和穩定的物理熱水平，充足的爐渣溫度是改善渣流首要條件，其次調整爐渣堿度范圍，在原燃料成分出現波動或爐料結構調整時，及時取渣樣進行化學分析，對比結果對堿度及時進行校正，R2 范圍從原來 1.18～1.23 提高到1.23～1.28 范圍，鐵水含[S]大部分時間保持在0.018%～0.025%的水平，雖然鐵水含 S 有所下降，但鐵水的物理熱較足，爐渣流動性仍比較好，通過細節的調整，使造渣制度趨于合理，對爐況的長期穩定順行起到了重要作用；同時鐵水含 S 偏低的情況下，對爐缸的沖刷程度進一步減輕，對保護爐缸也起到重要的作用。
下圖表 7 為 7 號高爐 2023 年以來的爐渣二元堿度趨勢圖。
7. 結束語
1.7 號高爐的生產實踐表明，同類型的高爐由于設計爐型、原燃料條件、設備條件等因素的不同，生產操作參數也不盡相同，每座高爐都可以找到符合自身條件的操作參數和調控規律，及時的調整工藝操作參數，可以達到長周期穩定順行和高產低耗的目標。
2.高爐生產應以風量為基礎，以風為綱，在穩定入爐風量的前提下來提高富氧量強化冶煉和優化經濟指標。
3.生產中理論燃燒溫度的控制非常重要，要匹配好富氧、噴煤和濕度等參數，配合發揮好綜合冶煉效能。
4.爐腹煤氣指數爐缸煤氣狀況的體現，生產中應盡量接近最大爐腹煤氣量指數；透氣性是高爐反應高爐順行狀態最直接的參數，超出控制范圍，應及時采取措施保證爐況穩定。
5.穩定的爐溫和爐渣成是高爐爐況順行的基礎，努力減少爐溫波動，保證爐渣的脫硫能力和良好的流到性是爐況順行的重要條件。
參考文獻
[1] 項鐘庸 王筱留 張建良 徐萬仁.高爐高效低耗煉鐵理論與實踐 [J]. 煉鐵高爐 , 2020(5): 120-125.
[2] 李 熠. 武鋼 8 號高爐強化冶煉若干參數調控規律初探 [J]. 煉鐵高爐, 2023(5): 11-14.