牛西园１，２，张晓冬２，李福民１
（１．华北理工大学冶金与能源学院河北唐山０６３００９；２．河北钢铁集团承德钢铁公司，河北承德０６７００２）
关键词：冶炼钒钛矿高炉；装料制度；送风制度；低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶炼；煤气利用
摘 要：装料制度是当前高炉炼铁的关键技术难题之一，也是影响高炉技术经济指标的重要因素。承钢４＃高炉改变原有的中心加焦型装料制度，率先在全国冶炼钒钛矿高炉中采用“平台＋漏斗”型装料制度，实行大α角、大矿角、矿焦同角、大角差、大矿批技术，并探索相匹配的技术措施，有效提高了煤气利用率，降低了燃料消耗。
０ 引言
承钢４＃高炉的有效容积为２５００ｍ３，是目前世界上冶炼钒钛矿的最大高炉。自２００８年９月点火投产以来一直冶炼钒钛矿。由于原燃料条件的限制，入炉品位不足５６．５％，渣比高达４４０ｋｇ／ｔ，且存在钒钛烧结矿的转鼓指数低、软熔性能差、渣铁粘等问题，高炉开炉以后主要以中心加焦型装料制度为主，炉况未能保持长期稳定顺行，技术经济指标与国内先进高炉有较大差距［１，２］，优化高炉操作制度成为必然选择。
１ 中心加焦型与“平台＋漏斗”型装料制度的特点
中心加焦型装料制度是在中心炉料内布入１５％～３０％的焦炭，在炉墙附近区域的炉料布入较小比例的焦炭，用来发展中心气流，抑制边缘气流。其优点是对原燃料的质量要求略低，对原燃料变化适应能力较强［３］。但这种装料制度会导致风氧量不足，煤气利用率低于４８％，需要控制较高的［Ｓｉ＋Ｔｉ］才能保证正常的脱硫要求，因而其燃料比较高，一般在５３０ｋｇ／ｔ以上［４］。
“平台＋漏斗”型装料制度是使炉料在靠近炉墙区域内形成一定宽度的平台，在中心区域形成一定锥度的漏斗，通过调整漏斗锥度和平台区域内炉料的矿焦比，充分发展中心气流，适度抑制边缘气流。结合送风制度，这种装料制度可获得较高的煤气利用率，但对原燃料质量的要求较高，对人员的操作水平要求较为苛刻［３］。
２ 装料制度对高炉冶炼的影响
４＃高炉开炉后采用中心加焦型装料制度，中心炉料中布入１５％～３０％的焦炭，用来确保强劲的中心气流，同时采取较轻的边缘负荷来发展边缘气流，形成“Ｗ”形的软熔带，由于当时钒钛烧结矿的碱度较低，碱度中值为１．９，风量一直维持在４６００～４７００ｍ３·ｍｉｎ－１，中心气流时有时无，一旦中心气流消失，则会出现边缘管道行程、偏尺塌料、铜冷却壁结厚等现象，高炉炉况未能达到长期顺行，各项技术经济指标较差，而且，此种装料制度必须控制较高的炉温才能保证渣铁流动性，因而燃料比较高。２种装料制度的料面形状如图１所示。
图２为２种装料制度的炉内图像。自２０１２年以来，随着焦炭质量逐步稳定，烧结矿碱度逐渐提高至２．１０，原燃料质量得到保证，已具备改变装料制度的条件。因此，通过试验逐步采用“平台＋漏斗”型装料制度，通过调整漏斗锥度和平台区域内的矿焦比，充分发展中心气流，适度抑制边缘气流，形成倒“Ｖ”形的软熔带，优化了煤气流的分布［３，５－７］。２种装料制度的软熔带形状如图３所示。
３ 布料角度的确定
自２０１２年以后，优化了“平台＋漏斗”型装料制度，优化过程如表１所示。通过实行大α角、大矿角、矿焦同角、大角差、大矿批技术，增加了矿石环带的宽度，在炉喉部位形成布料平台，同时加重边缘负荷，抑制边缘煤气流，稳定了高炉内煤气流的分布。
自２０１３年以来，根据布料方程，结合现场测角结果，在固定料线情况下，计算出不同角度时矿石落点与炉中心、炉墙的距离，如表２所示。
根据布料方程，结合现场测角结果，在固定料线情况下，计算出不同角度时焦炭落点与炉中心、炉墙的距离，如表３所示。
由计算结果可知，自２０１３年以来，矿石的平台宽度为１．１～１．３ｍ，距离炉喉炉墙为０．２～０．４ｍ，距离炉喉中心为３．８～４．０ｍ，考虑矿石的滚动，实际矿石环带宽度为２．５ｍ左右。焦炭的平台宽度为１．６～１．８ｍ，距离炉喉炉墙为０．３～０．５ｍ，距离炉喉中心为２．１～２．３ｍ，平台宽度及漏斗大小符合要求，可以形成稳定的焦炭平台，并可满足冶炼钒钛矿的炉况要求。
“平台＋漏斗”型布料制度的料面初始形状如图４所示。经过生产实践，得出了“平台＋漏斗”型装料制度的控制要点：
（１）平台宽度应具有合适的范围，平台过窄或过宽均会造成气流不稳定。焦炭平台宽度是合理料面形状的根本，焦炭档位数多于矿石，各档位上的焦炭环数倾向于平均分配，形成１．５～２．０ｍ 的焦炭平台，焦炭层厚度应确保不小于５００ｍｍ，既能保证炉料及软熔带的透气性，又能够形成深度为２ｍ 左右的布料漏斗，稳定中心气流。
（２）最大矿角时矿石落点不能碰撞炉墙，根据原燃料质量状况维持在３００～４００ｍｍ的距离，最小矿角时矿石落点与炉喉中心的距离应达到炉喉半径的６５％，以保持一定的边缘气流通路。
由表４可知，经过装料制度的优化，煤气利用率显著提高，热负荷逐渐降低。虽然自２０１３年以后入炉品位逐步下降，各项技术指标却取得了较大突破。２０１５年的平均燃料比为４８９ｋｇ·ｔ－１，平均煤比为１３３．９ｋｇ·ｔ－１，达到全行业的先进水平。
４ 装料制度的配合措施
４．１ 送风制度调整
针对高炉上部装料制度的特点，对送风制度进行调整，如表５所示。维持风速在２７０～２８０ｍ·ｓ－１，送风比提高至１．８３，以保证初始煤气流能充分深入中心，保证炉缸活跃。生产实践表明，在满足风速和鼓风动能的情况下，适当降低高炉入炉风量，增加富氧量，既能控制合适的炉腹煤气指数，满足透气性Ｋ 值要求，又能保证炉况顺行，提高煤比［４，８］。
４．２ 低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶炼
“平台＋漏斗”型装料制度对炉腹煤气量及体积非常敏感，难以接受高［Ｓｉ＋Ｔｉ］和物理热。实施低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶炼，物理热控制在１４７０℃以上，降低软熔带位置，减小滴落带高度，降低硅钛的还原，［Ｓｉ＋Ｔｉ］维持在０．３０％～０．４０％，有效缓解了炉渣粘稠的问题［５，９］。２０１５年高炉的物理热平均为１４７６℃，［Ｓｉ＋Ｔｉ］平均为０．３５５％，达到全国先进水平。
５ 结论
（１）采用“平台＋漏斗”型装料制度，使炉料在边缘区域形成一定宽度的平台，在中心区域形成一定锥度的漏斗，形成倒“Ｖ”形的软熔带，提高了煤气利用率，降低燃料比，满足冶炼钒钛矿的炉况要求。
（２）采用高风速、高动能的送风制度，送风比提高至１．８３，透气性明显改善，匹配上部装料制度的优化。
（３）“平台＋漏斗”型装料制度为低［Ｓｉ＋Ｔｉ］冶炼打下了良好基础，高炉物理热控制在１４７０℃以上，［Ｓｉ＋Ｔｉ］控制在０．３０％～０．４０％，可有效缓解炉渣粘稠的问题，使炉缸状态明显改善。
（４）通过装料制度的优化，２０１５年在入炉品位５６．３５％的条件下，４＃高炉全年平均燃料比４８９ｋｇ·ｔ－１，平均煤比１３３．８ｋｇ·ｔ－１，达到全行业先进水平。
参 考 文 献：
［１］ 毕婕，高斌，陈党杰．承钢４＃高炉调整煤气流分布的实践［Ｊ］．河北冶金，２０１４，（４）：２５－２９．
［２］ 李海军．承钢２５００ｍ３高炉钒钛磁铁矿冶炼新技术［Ｊ］．河北冶金，２０１４，（８）：４２－４５．
［３］ 韩健，柳祎．邯宝炼铁厂３２００ｍ３ 高炉操作制度的优化［Ａ］．２０１１年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集［Ｃ］，２０１１：３６０－３６５．
［４］ 岳富伟，武靖喆，高斌．２５００ｍ３高炉装料制度移形实践［Ｊ］．河北冶金，２０１３，（２）：２６－２９．
［５］ 赵东铭，田中明，王光伟，等．鞍凌２６００ｍ３ 高炉取消中心加焦装料制度实践［Ｊ］．炼铁，２０１４，３３（６）：４７－５０．
［６］ 盛亚，陈德权，章铭明．武钢５号高炉取消中心加焦工业试验［Ｊ］．钢铁研究，２０１５，４３（２）：１０－１３．
［７］ 韩旺学，武连海．酒钢２５００ｍ３高炉操作制度探讨［Ｊ］．河北冶金，２０１２，（８）：３２－３３．
［８］ 胡金波，王伟国，魏广斌，等．唐钢３２００ｍ３高炉煤气流分布的调整与控制［Ｊ］．河北冶金，２０１１，（７）：２８－２９．
［９］ 陈党杰，杨博，李海东，等．降低２５００ｍ３高炉铁元素消耗的生产实践［Ｊ］．河北冶金，２０１５，（９）：３１－３４．