赵 成

(河钢集团宣钢公司)

摘 要 宣钢两座2500m3高炉均出现了炉墙结厚现象,原燃料条件变差是炉墙结厚的诱因,入炉焦炭质量的劣化是炉墙结厚的主要原因。通过采取控料线集中加焦热洗、配加锰矿萤石洗炉、堵风口等措施处理炉墙结厚,炉况恢复正常。认为保证良好的原燃料条件、避免长时间休风及频繁休风、适宜的风速及鼓风动能、充沛的炉缸热量等是炉缸活跃与高炉稳定顺行的重要保证。

关键词  高炉 结厚 焦炭 料线  边沿气流 装料制度

宣钢1号2号两座2500m3高炉分别于2008年3月15日、2010年9月18日投产,入炉焦炭结构为55%左右自产干焦与45%左右外进焦炭。2017年10月,两座高炉先后出现了炉墙结厚现象。因处理方法得当,措施到位,处理效果较好。

1 炉墙结厚的征兆

1.1  1号高炉

为了提高产量,2017年4月28日, 1号高炉风口面积由0.3375 m2扩大至0.3393 m2,风量由4600 m3/min提高到4850 m3/min以上,7月、8月日产量分别为6068 t/d,6021 t/d,生产指标较好。然而,进入9月后炉况逐步变差(见表1)。

(1)炉况顺行基础受到了破坏。9月初,公司炼铁、炼钢、烧结、焦化联合大检修,焦化厂干焦系统检修10天,9月1日干焦比例由60%最低减至20% ,增配湿焦,入炉焦炭质量下降。9月4-14日,1号烧结机年修11天,配加落地烧结矿,最多达到400t/h,且落地料和一烧、二烧混合使用,三种烧结矿冶金性能存在一定的差异。入炉原燃料条件变化后,高炉软熔带位置产生波动,导致高炉压差高、进风能力减弱,煤气流分布不稳定,炉体热负荷波动大,燃料消耗升高,焦炭负荷降低、产量下降。高炉被迫采取降负荷、退矿批、抑制边沿气流等措施稳定炉况,经过调整,风量维持在4550 m3/min左右,鼓风动能下降(如图1所示),高炉顺行基础受到了破坏。

(2)风量水平低、崩悬料频繁。9月7日开始,高炉计划检修72h。复风后边沿温度波动大,进风能力较差,经过调整操作制度,至14日全开风口作业。15日由于焦化J312皮带故障,不能供焦,又被迫休风32min,堵7、23号风口送风。再次送风后,根据炉况恢复进程,16日捅开23号风口。17日开始、炉况稳定性变差,料动不好、崩悬料增多,边沿温度波动较大,风量水平进一步降低,风量3000 m3/min左右,中心小焦角圈数被迫由3.2圈增加至4圈,18日被迫退矿批至60t。通过制度调整,23-26日,风量短期恢复至4000 m3/min左右,但27日之后风量又萎缩至3000 m3/min左右。

(3)炉体热负荷显著降低。9月底外进焦炭质量下降,灰分升高,进入10月后自产焦炭灰分也出现升高现象,炉况继续恶化,进风能力进一步变差,崩悬料频繁,并出现了长时间的深尺作业,上部制度调整效果不佳,10月16日后炉体热负荷由20000x4.18kJ/h左右下降至5000x4. 18kJ/h左右(如图2所示),炉墙结厚形成。

1.2  2号高炉

为了提高产量,2017年5月4日,2号高炉风口面积由0.3285m2扩大至0.3321 m2,7月和8月操作上执行“稳定边沿气流,保中心气流”的操作方针,上部气流规整,热负荷稳定,日产量分别为5938t/d和5920t/d,燃料比分别为507kg/t和519kg/t,生产指标较好。然而,进入9月后炉况也逐步变差。

(1)炉况稳定性变差。9月初同1号高炉一样,公司联合大检修,焦化厂干焦检修10天,2号高炉减配干焦,最低减至20%,增配湿焦,入炉焦炭质量下降,同样1号烧结机年修11天,配加落地烧结矿及落地料和一烧、二烧三种料混合使用。入炉原燃料条件变化后,导致炉内气流不稳,上部温度波动大,整体热负荷水平高,燃料比大幅上升、焦炭负荷降低。调整上部装料制度后,炉况有所好转,但稳定性明显减弱,大减风频繁,炉况勉强维持顺行。

(2)风量水平低、崩悬料频繁。10月16日炉况顺行开始明显变差,料动不好、崩悬料增多,边沿温度波动较大,进风能力明显下降,风量降至3500m3/min右.22日进一步恶化,风量萎缩至3000m3/min左右(如图3所示)。

(3)炉体热负荷显著降低。9月底同1号高炉一样,外进焦炭质量下降,灰分升高,进入10月后,自产焦炭灰分也出现升高现象,炉况恶化,进风能力下降,上部制度调整效果不佳,炉体热负荷由15000x4. 18KJ/h左右下降至5000x4. 18KJ/(如图4所示),炉墙结厚形成。

2  炉墙结厚的原因

高炉炉墙结厚时,表现为顺行变差,接受风量困难,严重时,管道行程情况增多,滑料、偏尺、崩料频繁出现,易出现悬料,坐料后难以坐彻底,且一般在恢复过程会出现多次悬料,宣钢两座2500 m3高炉,均有以上表现,综合分析,炉墙结厚的主要原因如下：

(1)两座高炉为了提高产量而增加入炉风量, 在操作上都不同程度地扩大风口面积,1号高炉风口面扩大至0.3393m3.2号高炉风口面积扩大至0.3321 m3,短期内高炉产量得到提升。但是,随着时间的推移,原燃料条件变差,风口面积扩大后的副作用逐渐显现,高炉抵抗外围条件变化的能力下降,炉况稳定性变差,整体风量水平降低,鼓风动能降低。同时高炉风温也处于较低水平,1号高炉由1130℃降低至1100 ℃,2号高炉由1090℃下降至1040℃,导致鼓风动能进一步降低,炉缸活跃度下降、中心气流减弱,边沿气流不稳定,壁体温度波动大,再加上低风温造成软熔带位置上移,为上部结厚提供了条件。

(2)9月上旬的联合检修,两座高炉减配干焦配加湿焦,同时大量配加落地烧结矿及不同冶金性能的烧结矿,高炉稳定顺行的条件遭到了破坏,致使2号高炉稳定性下降,1号高炉在炉况不好的前提下长时间休风,再加上后续的无计划休风,高炉频繁休风,致使1号高炉炉况恢复难度增加,恢复时间延长,炉况长期不顺。原燃料条件变差是本次炉墙结厚的诱因。

(3)在处理炉况的过程中,9月底-10月初外进焦质量出现较大波动,灰分由12.7%左右升高至15.2%左右,10月自产焦炭灰分由12.8%左右升高至13.2%左右。高温状态下,灰分与焦炭的膨胀不同,灰分颗粒会产生裂纹,使焦炭高温强度降低高温区焦炭骨架作用明显降低[2],入炉焦炭质量的劣化是炉墙结厚的主要原因。

(4)7-8月1号高炉在追求产量的过程中,忽视了对铁水[Si]含量的控制, [si]较长时间处于下限(如图5所示),导致炉缸中心堆积,是炉况恢复过程进一步延长的一个原因。11月1日2号高炉集中加焦消除炉墙结厚后,风量长时间维持3000 m3/min的水平,到11月9日才休风堵6个风口,没有及早采取多堵风口提高鼓风动能的操作措施,导致炉况处理时间延长。

3  炉墙结厚的处理

3.1  1号高炉

(1)发展边沿气流,集中加焦热洗,消除炉墙结厚[3-4],10月3日采取轻负荷、退矿批、调整布料矩阵等措施发展边沿气流,并配加锰矿、萤石处理炉墙黏结,效果不明显,决定控料线加焦热洗。

第一次集中加焦热洗。10月7日休风堵2、9、17号风口,借机控料线8.5m打开炉顶人孔观察炉墙结厚情况,从料面看上少部分结厚脱落,约5m料线以下除东侧外均有不同程度的结厚,南侧偏厚。送风后集中加焦160t,并采取循环焦热洗恢复炉况,逐步捅开2、17号风口,继续采取发展边沿气流的制度,第一次集中加焦热洗后,冷却壁温度10段由97℃上升至147℃,12段温度由93℃升高至118℃,但料尺动作改善不明显,风量维持3500 m3/min左右,进一步增加风量困难。

第二次集中加焦热洗。10月12日14:22-15:42,休风堵1、9、17、25号风口,并控料线11. 1 m,送风前后累计加焦371.4t,上部装料制度疏导边沿稳定中心气流,下部风量稳步提升恢复炉况,17日风量达到了4100m3/min, 10月18日08:08,捅开1号风口,堵9、25号两个风口作业,第二次空料线集中加焦后,冷却壁温度大部分出现波动。但19日后炉体温度呆滞,冷却壁温度呈下降趋势,8段由73℃下降至61℃,9段由147℃下降至67℃, 10段由166℃下降至71℃,12段由148℃下降至71℃,炉墙又重新结厚,用风仍然困难。

第三次集中加焦热洗。10月26日控料线至11.4 m。堵2、17号送风,送风前后累计加焦

422. 7t。烧焦炭过程中,炉体8段以上各点温度都升高,其中8段温度达到了71℃,9段温度148℃,10段温度163℃, 12段温度133℃,均达到了正常水平,虽然风量水平偏低,但料动基本正常,已能够形成正常的煤气流分布,炉墙黏结彻底消除。

(2)控制边沿气流,改善焦炭质量,提高风量水平。第三次控料线后,炉内制度调整上“以控制边沿,疏导中心”为主思路,逐渐规整煤气流分布。考虑慢风时间长、炉缸工作状态差,炉况接受风的能力低,分阶段逐步提升风量,并摸索不同风量水平的上部装料制度,炉况逐步趋稳,顺行状况螺旋式上升, 炉内压量关系逐渐缓解，料尺动作逐步改善；炉外降低自产焦炭配煤灰分,停止高灰分外进焦炭进厂,降低入炉焦炭灰分,11月15日炉况完全恢复正常。

3.2  2号高炉

(1)发展边沿气流,集中加焦热洗,消除炉墙结厚。10月14日开始降低炉体冷却强度,炉体冷却水量由3600m3/h逐步减至2800m3/h,并提高水温至46℃, 10月16日增加干焦配比至65%,配加质量改善后的文峰焦,提高焦炭质量。17日对边沿、中心进行疏导。18日退矿批、配加锰矿。10月18日休风,16:42-17:41更换14号风口(烧漏),借机堵1、9、20号三个风口作业,风口面积由0.332 1 m2缩小为0. 298 1 m2,提高鼓风动能。19日料动不顺畅、出现悬料、继续疏导边沿,同时配加萤石,效果不明显,决定控料线加焦热洗。

第一次集中加焦热洗。10月23日加焦139.2t未控料线。净焦下达后9-14段后局部单点温度出现波动,热负荷水平有所上升,从风口工作看,有部分渣皮脱落,10段以上温度出现波动。炉内积极用风,25日风量逐步由3 500 m3/min加至4000 m3/min,炉内压量关系逐步走稳,崩滑料现象减少,热负荷上升至7000x4. 18kJ/h,但下部温度仍处于低位状态。

第二次集中加焦热洗。10月26日中班由于干焦量不足,被迫配加高灰分的压车干焦,入炉反应后,炉体温度大幅下降,热负荷下降至4500x4. 18kJ/h左右,压量关系不稳,出现悬料、崩料现象,用风困难,风量萎缩至3000 m3/min左右。10月31日控料线至12.1m,休风堵两个风口(3、12号风口),风口面积0.3076m2。集中加焦425. 1t热洗,11月1日过渡集中加焦,净焦下达9-14段后大部分温度点出现波动,炉墙黏结基本消除,热负荷上升至20000x4.18KJ/h左右,逐步用风至3000 m3/min,但是高炉表现边沿气流不稳、风量难以上升,12段静压频繁分叉、炉顶翻料、料动不好,悬料、崩滑料频繁。

(2)堵风口,恢复炉缸工作。鉴于炉墙黏结消除后,风量恢复困难,为提高鼓风动能,活跃炉缸、打开中心,11月9日17:46-18:22,休风堵1、6、11、16、21、26号风口送风,凤口面积0. 264 2 m2,视料动逐步恢复风量。11月10日风量达到了3400~3500 m3/min,鼓风动能达到了110 ~ 120 kJ/s, 此后,炉况进入快速恢复阶段,11月11日后随着炉况的恢复,逐步开风口,上用风量,扩矿批、提负荷,至 11月15日堵1个风口作业,风量用至4750~4800m3/min,实现全体作业,至此,炉况恢复正常操作。

4  经验与教训

(1)良好的原燃料条件是大型高炉保持长期稳定顺行的基础,是高炉各项技术经济指标改善的前提、炉缸热量充沛是高炉正常冶炼的基础,是影响炉缸活跃的重要冶炼参数。

(2)避免长时间休风及频繁休风是大型高炉长期稳定顺行的工作重点,适宜的风速和鼓风动能是高炉炉缸活跃的重要操作参数之一。因此,当鼓风动能下降时,要分析原因,及时采取减轻焦炭负荷、调整装料制度进一步匹配气流,提高风量;如恢复风量较困难时,应果断堵风口提高风速和鼓风动能。

(3)适当控料线、集中加焦热洗是处理大型高炉结厚的有效手段。1号高炉三次加焦处理炉墙结厚,第一次处理因加焦量少,效果不理想;第二次加焦量仍然不足,导致加焦热性效果也不理想,同时外进焦炭、自产焦炭灰分先后升高,导致了炉墙再次结厚;第三次吸取了前两次的经验,除加焦量充足外,在操作制度的选定及出铁组织上进行了细致而周到的安排,同时改善了外进焦炭与自产焦炭的质量,从而取得了较好的效果。2号高炉二次加焦处理炉墙结厚,第一次加焦量少且未控料线,影响了处理炉况的效果;第二次吸取了1号高炉的成功经验,确保了炉况处理的顺利进行。

(4)强化外围管理,确保为高炉生产创造优良环境,对影响高炉生产的情况,严格做到“零事故、零容忍”。高炉日常操作中强调:炉缸均匀活跃、炉墙干净、煤气流分布合理,三者是高炉稳定顺行、指标提升的前提条件,三者缺一不可。

5  参考文献

[1] 李仁生,赵仕清,黎均红,等.重钢2500 m3高炉炉墙结厚的处理及预防[J].炼铁,2014,33 (5):17-22.

[2] 郭艳玲,胡俊鸽,周文涛,等.焦炭质量对高炉炼铁的影响[J].

上海金属,2014,36 (3):51-55.

[3] 高 峰,张永忠,宝钢3号高炉炉墙结厚的处理[J].炼铁2017,36(5):15-19.

[4] 魏宏强.邯宝1号高炉炉墙结厚的处理[J].炼铁,2014,33(2):37-39.