邯钢东区3200m3高炉降焦增煤的实践与探索.doc

邯钢东区3200m3高炉降焦增煤的实践与探索张永丽 李志明（河北钢铁集团邯钢公司）摘 要 高炉装备的大型化不但客观上对原燃料的质量、生产组织提出了更高的要求，而且也需要高炉操作理念不断创新，操作技术不断进步，以适应高炉的大型化需求。邯钢东区3200m3高炉2010年以来，通过对标学习、改善焦炭质量、创新操作制度、采用趋势管理控制等措施，高炉在保持长期稳定顺行的基础之上，利用系数、焦比、煤比等主要经济指标实现新的飞跃。关键词 高炉 焦炭热性能 煤气分布 趋势管理1 概况邯钢东区3200m3高炉是炼铁部第一座3200m3以上炉容的大型高炉，有效容积为3200m3。高炉炉体采用砖壁合一的全冷却壁结构，其中炉腹、炉腰及炉身下部为4段铜冷却壁，炉体冷却系统全部采用软水密闭循环系统。炉前设有4个铁口，嘉恒环保渣粒化处理系统；配有三座卡鲁金顶燃热风炉，煤气回收除尘系统首次在邯钢大型高炉上采用了干式布袋除尘技术。高炉于2007年5月开始动工建设，2009年7月6日建成投产。高炉达产后转入正常生产阶段，由于对大型高炉内在规律认识的不足和缺乏大型高炉的操作经验，到2009年11、12月，利用系数、焦比、煤比等主要经济指标仅达到2.30t/m3.d、360kg/t和130kg/t的较低水平，与国内同类型先进高炉有较大的差距。高炉装备的大型化不但客观上对原燃料的质量、生产组织提出了更高的要求，而且也需要高炉操作理念不断创新，操作技术不断进步，以适应高炉的大型化需求。2010年以来，通过采取对标学习、改善焦炭质量、合理煤气流分布、采用趋势管理控制等措施，高炉不但保持了长期的稳定顺行，而且主要经济指标持续改善。从5月起焦比达到340kg/t，煤比达到160kg/t，从9月起达到煤比165kg/t，从10月起日产稳定在7800t/d，焦比330kg/t以下，煤比165kg/t以上，进入国内先进行列。 表1 3200m3高炉主要经济指标变化情况月份利用系数t/m3.d焦比kg/t煤比kg/t燃料比kg/t风温【Si】%休风率%09年11月2.228 365.6 125.3 52411570.39 4.08 12月2.363 362.4 134.3 53211580.35 0.20 10年1月2.370338.5148.952511500.346.322月2.397346.3142.052611750.340.283月2.336370.1141.554311990.370.294月2.343357.8143.353011460.4010.485月2.417342.9161.753511990.3906月2.308389.2136.056312000.380.817月2.357367.3147.255211990.418.38月2.406341.9155.054112010.3909月2.355325.1164.252612010.374.2810月2.419328.9165.153011920.370.7511月2.435325.0166.052812020.370.9112月2.439340.0147.052211950.405.492 改善原燃料质量，实施精料方针高炉生产“七分原料、三分操作”，说明精料对高炉生产的基础性作用。其中，焦炭在炉内起到很好的料柱骨架作用，它的热强度指标对于改善高炉下部的透气性，尤其是炉缸“死焦柱”的透气性和透液性起着至关重要的作用。不同炉容级别的高炉对焦炭质量要求是不同的。随着东区炼铁部高炉装备水平的大型化，焦炭质量也逐步得到改善。2.1改善自产焦炭热性能指标表2 2010年自产焦热性能指标项目1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月CRI27.228.12826.124.42424.624.324.324.723.725.1CSR63.763.16364.466.866.66665.966.3666765.8图1 2010年自产焦炭热性能变化趋势图2.2 提高入炉焦炭粒度邯钢自产焦产量不足，外进焦炭进量大并且全部汽车倒运容易破碎，含粉率高，成为3200m3高炉提升指标的制约因素。针对这种情况，主要采取高炉料仓仓位管理制度，控制仓位高度，减少焦炭摔落破碎；针对不同炉容级别的高炉，合理制定不同焦炭筛分标准，优化分配结构，实现大焦、中焦、焦丁分级入炉。此举，不但提高了3200m3高炉入炉焦炭的平均粒度，而且提高焦炭资源使用效率。2.3 完善原燃料质量检测和管理（1）对原燃料的管理实现关口前移，由过去的事后分析转向事前预警。主要包括自产焦炭配煤的变化和结焦时间的变化对冷热性能的影响及烧结矿配料的变化对低温还原性能、滴落性能、转鼓指数等指标的影响。（2）炼铁部内部建立了焦炭热性能检测仪器，对入炉焦炭热性能进行检测，为高炉操作提供了及时有效地数据。（3）对入炉原燃料中的K2O、Na2O、ZnO等有害元素及铁中钛进行定期平衡计算与分析，建立长效预警机制。3 合理煤气流分布，提高煤气利用率煤气流分布是否合理是决定高炉煤气利用率高低的根本因素, 因此必须根据不同时期炉况的需要, 选择合理的煤气流分布, 其主要控制措施是选择合理的送风制度和装料制度,但同时炉况稳定是提高煤气利用的基础。3200m3高炉通过创新操作制度，上部调剂采用“大矿批、厚焦层、平台加漏斗，去中心焦”的操作理念，下部调剂采用“大风量、高风速、高风温”的操作思路，全面引入炉腹煤气量和理论燃烧温度综合监控制度，实现了煤气流的合理分布，炉况在保持稳定顺行的基础上，通过优化布料矩阵、扩大矿批，改善了煤气利用率，达到降低焦比的目的。3.1上部调剂上部装料制度的目的是通过控制布料参数，形成合理的料面形状，达到煤气流的合理分布，最终达到改善透气性和煤气利用的目的。3200m3高炉上部调剂通过采用“大矿批、厚焦层、平台加漏斗、去中心焦”的操作理念，实现了“平台+漏斗”料面形状，达到了煤气流的合理分布。大矿批、厚焦层可以稳定煤气分布提高煤气利用，通过计算确定最小焦批，在保证最小焦批的前提下，矿批的大小要紧密跟随顶温和料速的关系，适当调整矿批，争取料速稳定，降低顶温，改善煤气利用。目前，3200m3高炉最小焦批稳定在1819吨，由此确定矿批稳定9598吨，料速在5.56批/批，炉况运行效果较好。布料矩阵则通过调整布料档位和圈数，即边缘矿焦负荷，最终形成“平台+漏斗”的料面形状。通过监测气流分布，布料矩阵O44433C444331运行稳定，改善料柱透气性，压差降到175185kPa，降低10kPa。通过优化上部调剂，煤气中CO2由19.95%提高到21.0%，顶温由170180降到135150，降低焦比约20kg/t。3.2下部调剂下部调剂通过优化风量、风压、顶压、风温、风口配置等参数，控制风速和鼓风动能，确保吹透炉缸中心。通过对标发现，国内3200m3级高炉基本上配套7.0m大型焦炉的干熄焦，而邯钢东区3200m3高炉焦炭为4.3m焦炉生产的水熄焦，而且受焦煤资源采购影响，焦炭质量波动较大，与国内同类型高炉相比，3200m3高炉焦炭质量条件总体要差。为了保持炉缸中心活跃，适当维持较小进风面积和较长的风口长度，来获得较高的风速和鼓风动能。风口直径为130mm和120mm，风口长度以600mm为主，逐步增加643mm，进风面积在0.400.41m2，实际风速控制在265270m/s，鼓风动能控制在1500015500kg.m/s。（1）合理风氧使用。日常生产采取定风定氧操作，目标设定值控制在一个合理区间。不追求风氧量实时最大化，以实现风氧量的上下调整和波动留有余量，最大限度的保证炉腹煤气量和初始煤气流分布的稳定性。根据炉况现状和风口布局，风量在60006050m3/min区间，短时期即使炉况接受更高风量也不能追高，根据目标风量调整风压，留给压差合理波动区间，维持风量和煤气量长期的稳定性。富氧量也以适应目标煤比对理论燃烧温度和炉缸热量的需求，富氧量控制在12000-14000m3/h，富氧率在2.53.0%，维持下部送风参数的稳定。（2）提高顶压提高顶压可以稳定煤气分布，降低煤气流速改善煤气利用，降低燃料比。3200m3高炉视炉况透气性改善,压差降低的特征，在保持冶强稳定的情况下，将顶压由210kPa提高到220kPa，炉况反应良好，燃料比降低明显。（3）提高风温风温是廉价的资源，高炉提高风温，可以降低燃料比。2009年底，由于煤比较低，高炉对风温需求低，风温在维持1160。2010年初以来，随着煤比的提高，高炉接受风温的能力也增强。高炉通过技术创新与改造，实施助燃空气和煤气双预热、配烧转炉煤气，及自动烧炉，实现风温由1160提高到1200。（4）控制喷煤量喷煤量是高炉下部调剂的一个非常重要的手段，不但是调整炉温的一个有效手段，也是影响炉腹煤气量的一个重要因素。调剂原则是在某一阶段服从高炉煤比设定目标的需要，3200m2高炉喷煤量调剂原则如下：（a)、以稳定炉温为核心，日常操作对喷煤量小幅度调整和临时调整，但不能长期偏离煤比目标值，出现长时间偏离时应采取调整焦炭负荷的方式将煤比水平恢复到目标控制范围。（b)、煤比165170kg/t是下一阶段的一个长期控制目标，是以每日煤比水平为参考。即使短时期观察炉况有接受更高煤比的能力，必须“不贪、不顶、不追”，不应出现在某一阶段因为煤比水平低而在下一个阶段提高喷煤量来实现全月煤比指标。应确保把煤比稳定在一个固定水平上，再通过其他手段促进高炉焦比的下降。（c)、因外界原燃料变化或者炉况不稳定需要稳定炉况而降低煤比控制值时，也应当设定好阶段性的煤比控制目标值，并按（a）的要求调整煤量，在炉况好转可以接受更高煤比时应分台阶按计划增煤，杜绝随意性。高炉大喷煤操作模式下各种操作制度适应了大喷煤，煤量变化太大也非常容易导致气流分布改变过大而使炉况产生波动，根据前期生产状况和经验，在一般情况下，减煤调整炉况时最低煤比也应该控制在140150kg/t，减煤过多反而不利炉况的操作和恢复。4、合理控制热制度和造渣制度，确保炉缸热量充沛炉温控制必须加强铁水物理热和【si】的双重控制，并且【si】控制标准必须满足物理热标准。3200m3高炉铁水物理热控制在15101520，尽可能避免小于1500的情况，出现低物理热时应当尽快采取措施恢复到合理控制区间。为了降低燃料比的需要，铁水物理热也不易过高造成浪费，同时对物理超过1540的现象也应该注意控制。以此对应目前合理的【si】控制区间应当在0.35%-0.45%，并避免【si】小于0.3%的情况。炉渣碱度根据炉缸热量和生铁脱硫需要，二元碱度控制在1.181.20，（MgO）9.5010.50，（Al2O3）15.5%16.5%，炉渣流动性良好，炉缸热充沛。5 高炉主要参数采用趋势管理控制大型高炉炉容大，炉喉直径大，操作中具有炉顶布料控制要求高、炉子惰性大(滞后性)、气流控制较难、原燃料条件要求高、设备性能要求稳定等特点。尤其是在炉温调节或气流分布调节等方面，由于炉容大,高炉难以在较短时间内起作用达到预期目的,而现状情况会持续一定时间,因此操作特大型高炉必须采取趋势管理,做到早动、少动、尽量使高炉保持稳定。趋势管理一是要做好长线判断，加强对炉况变化的敏感性，及时掌握风压、风量、煤气利用率、顶温、水温差、热负荷等关键参数的长线变化，从而分析判断高炉炉况的走向，及早采取措施，确保路况良性发展态势和适应性。3200m3高炉常用的几种关键参数的趋势判断示例如下：图2 顶温趋势判断示例图3 煤气利用率趋势判断示例图4 水温差趋势判断示例6 加强炉外出铁管理，适应高炉产能的提高。3200m3高炉设有四个铁口，南北两个矩形出铁场，具备两场同时出铁的前提条件。随着高炉产能的不断提高，渣铁量的增大，炉内压差维持在较高水平，高炉对炉前出铁的依赖性增强。为了及时排净炉缸渣铁，3200m3高炉创造性地采用了“负间隔”出铁，极大地缓解了炉内操作压力，减少了铁前减风现象。7 完善基础技术管理，实现精细化操作（1）建立和完善高炉标准化操作体系。注重基础技术工作研究和应用，制定生产量化管理，不断优化高炉操作和管理制度，推进高炉生产组织向标准化、精细化、数据化、科技化方向发展，保证高炉生产长期稳定。（2）日常操作精细化。在外界原料条件恶化时，能够采取退守措施守住炉况，且能兼顾产量、燃料比等主要指标，把握住炉况发展趋势。通过对标准化操作的深入学习和理解，细化高炉操作，逐步完善各种日常操作，使高炉操作纳入规范化、标准化的范畴，实现了指标持续改善。（3）逐步完善各项突发事故应急预案。结合各高炉自身特点，逐步建立、完善各种突发事故应急预案，比如低炉温操作预案、预防风口灌渣预案、炉前倒场制度等预案，做到突发事故处理遇事不慌，有章可循，最大限度保持了炉况的平稳运行。 8 结语（1）焦炭质量，尤其是焦炭热强度是大型高炉生产稳定，指标改善的基础。随着喷煤比的提高,焦炭质量指标控制更应注重焦炭反应性和反应后强度两个指标的改善。在高炉喷煤比达到165kg/t或以上时, 焦炭反应性和反应后强度两个指标分别控制在26%以下和65%以上。（2）大矿批和平台加漏斗的料面形状，可以