赵洪雨，孙连生，张凡敏，陈艳辉
( 山东钢铁股份有限公司莱芜分公司炼铁厂，山东莱芜271104)
摘要: 莱芜分公司炼铁厂3 座1 000 m3高炉生产通过采取加强原燃料管理、调整送风制度和优化炉前出铁组织等措施，逐步提高了顶压使用水平，从而提高了生铁的产量和质量，同时吨铁发电量有了明显提高，燃料比有了大幅度降低，取得了显著的经济效益。
关键词: 高炉; 顶压; 送风制度
1 引言
国内钢铁市场阶段性低迷，降低生产成本是目前提高钢铁企业市场竞争力的重要手段。一方面高炉要提高产量，降低固定费用消耗，另一方面要降低吨铁的原燃料消耗。提高产量就需要增加风量，近几年随着原燃料条件变化，高炉操作也发生了一些改变，风口的进风面积逐步缩小，但风速、动能提高，高炉稳定性变差。同时，高炉燃耗也没达到较好的水平。在综合研究国内同类型高炉操作特点的基础上，莱芜分公司炼铁厂决定通过提高顶压来改善高炉操作。
2 现状调查分析
2．1 设备现状
2．1．1 高炉实现高压操作需要具备的设备条件
一是风机要有足够的供风能力，以保证在高炉高压状态下提供足够的风量，以满足高炉强化冶炼的需要。二是高炉的整个送风系统和炉顶设备、煤气系统以及高炉本体要有足够的强度和可靠的密封性，以保证在高压状态下正常工作。
2．1．2 现状
能源动力厂银前区共有3 台汽轮鼓风机，其中1#风机为AV56－13 型，2#、3#风机为AV63-14 型，1#风机额定出口风压0．35 MPa，2#、3#风机额定出口风压0．38 MPa。随着高炉冶炼强度逐步提高，顶压的提升，要求风机出口压力达到400 kPa，已超出3台风机的设计压力。
2．2 工艺操作现状分析
通过对比调查分析，结合莱钢在1 000 m3 级高炉在顶压使用中的经验和问题，提高顶压后，会降低风口前鼓风动能，中心和边缘煤气流重新分布。提高顶压后，炉缸内的压力提高，将会带来出铁速度的变化。高顶压操作对原燃料条件要求更加严格，特别是对料柱的透气性有更高的要求。通过对操作过程和工艺条件进行研究和分析，影响顶压使用的主要问题如下。
2．2．1 提高顶压后，鼓风动能降低，边缘气流发展
提高炉顶压力，风口前的阻力增大，风量和风口面积不变的情况下，高炉内的煤气流速降低，特别是边缘降低幅度较大，从而促进边缘气流发展，煤气流分布失常，冷却壁渣皮滑落，边缘形成局部小管道，最终造成高炉炉况顺行度下降，指标降低，严重时甚至炉况长期失常。
2．2．2 提高顶压后，对原燃料质量要求更加严格
提高顶压是通过调整高压阀组阀门开度来实现的，当炉顶的煤气流不足时，要想达到设定的顶压值，调压阀组阀门会不断关小，以达到设定值，当阀门关的过小时，会影响煤气的上升，使高炉处于憋风状态，导致高炉加风困难，引起炉况长期不顺。因此高顶压条件下，料柱的透气性要好，入炉粉末量低，冶金性能好。
2．2．3 提高顶压后，炉前出铁受到较大影响
提高炉顶压力后，高炉内整个压力都会提高，铁水对铁口炮泥冲刷速度加快，当铁口对面的渣铁不能流到铁口处时，炉缸煤气会从铁口处喷出，形成铁口假喷现象，导致渣铁不净，同时增加了铁口维护的难度。
3 技术方案的确定及实施
经技术人员多次论证，确定最终方案: 针对影响顶压提高的主要因素风机的耐压能力进行运行参数调整，达到顶压提升后所要求的送风压力。通过提高鼓风动能，促进两股煤气流的合理分布，部分抵消提高顶压带来的影响。逐步增加风口长度，发展中心气流，提高了炉缸活跃度和炉况的稳定性。对外购焦品种进行筛选并分类存放，降低焦炭质量波动对炉况的影响，为高顶压使用打好基础。提高炮泥质量和铁口有效作业率，保证能出净渣铁。
3．1 对风机运行参数调整，提高风机送风压力
3．1．1 实施风机加级提压改造
加级后可以提升机组风压8% ～ 10%，3 台机组风机转子均有预留级，具备风机加级改造条件。加级后1#风机出口风压能达到0．39 MPa，2#、3#风机加级后出口风压能达到0．42 MPa，满足高炉提高风压后的运行要求。三台机组改造后能相互备用，正常切换，可保证风机运行可靠性。
3．1．2 实施风机EPU 技术改造
实施前依次对三台机组进行了改造: 4 月23 日至5 月24 日，6月25 日至7 月24 日，8月8 日至9月10 日完成了3#、1#、2#机组加级加压改造及EPU升级改造，并完成性能试验及曲线重新制定。
3．1．3 改造效果
改造后由于供风压力升高，进一步提高了高炉的冶炼强度，使风机特性进一步优化，1#风机改造后的指标变化见表1，2#风机改造后的指标变化见表2，正常运行情况下，电动放风阀全关，消除了风机正常供风情况下存在放散的问题。
3．2 对炉顶装料系统设备和煤气系统设备检修处理
在提压之前，组织设备检修，对密封设备进行检查更换。炉顶装料设备采用的是密封垫密封，提压后改进了密封垫质量，波纹补偿器、炉顶煤气封罩和煤气管道的检修人孔，都是薄弱环节。在提压前都对这些设施进行检查，对于腐蚀变形的进行更换，对于设计压力达不到提压要求的也进行更换，以满足提压需要。
3．3 对操作制度进行调整优化
3．3．1 提高鼓风动能活跃炉缸
提高高炉炉顶压力会引起炉内压力升高，同时炉腹煤气量因压力作用会有所缩小，需要对送风制度进行调整，保持炉缸活跃程度。从公司要求提升产能后，入炉风量显著提高，5#高炉由2 200 m3 /min提高到2 500 m3 /min，6#高炉由2 200 m3 /min 提高到2 400 m3 /min，5 # 高炉鼓风动能提高了500kg·m/s左右，6#高炉提高了1 000 kg·m/s 左右。1#高炉的动能达到8 000 kg·m/s ，高炉炉缸活跃程度显著提高。各高炉送风参数调整见表3。
在提高鼓风动能的同时，为了更好的吹透中心，同时采取了增加风口长度的措施，由450 mm 调整到465 mm，再由465 mm 调整到480 mm，这样炉缸死焦堆的死区减少，透液性提高，促进中心气流发展，抑制边缘气流发展，能部分抵消提高顶压带来的影响。
在当前经济炉料结构冶炼条件下，高炉的原料质量大幅降低，原燃料含粉量增加和焦炭强度的降低引起炉况频繁波动，煤气流紊乱。通过及时改变风口的布局，增加鼓风动能，促使炉缸初始气流分布更加合理。
3．3．2 优化装料制度
高炉的炉顶压力、风量、热风压力增加后，为适应新的操作参数，逐步对装料制度进行了调整，按“发展中心气流为主、稳定边缘”的操作思路，扩展了布料平台，二区两座高炉矿角角差由原来的8°左右增加到9° ～ 9．5°。老区1#高炉布料平台扩展1环，矿角角差由原来的8°增加到9．5°，有效提高了煤气利用率，有利于提高煤比、降低焦比、降低燃料比、低Si 冶炼，有效避免了风量增加后可能造成的小管道气流，保证了高炉长期稳定顺行。
3．3．3 高富氧、高风温、高顶压、低硅冶炼相结合
高风温不仅可以使高温区下移，增加炉缸的热量收入，而且能提高鼓风动能，改善炉缸工作状态，有利于活跃炉缸。高炉在风温使用上，通过优化热风炉烧炉换炉制度，使风温由原来的1 150 ℃提高到1 200 ℃左右; 同时对工长贯彻全风温操作思想，尽量不用风温调节炉况，富氧能有效地改善煤粉燃烧的性能，提高风口理论燃烧温度，有利于提高煤比。以稳定理论燃烧温度为主，将富氧量由4 000m3 /h 提高至6 000 m3 /h，富氧率达3．5%，控制理论燃烧温度在2 200 ～ 2 300 ℃，十字测温边缘60 ～ 80℃，中心500～600 ℃，铁水温度1 480 ～ 1 500 ℃，稳定喷煤量，逐步提高喷煤比。
3．3．4 加强原燃料管理，改善料柱透气性
⑴对现有焦炭品种进行筛选，保留使用效果好的焦炭。从焦炭的强度、水分、粒度以及高炉使用情况考虑，对现有的焦炭品种进行了优选，保留使用效果好，供应充足的焦炭厂家。
⑵对成分和性能接近的焦炭品种进行归类划分。由于高炉只有2 个焦炭仓，并且料场场地受限，无法做到每种外购焦单独打堆，为规范、稳定入炉焦炭质量，选择成分相近、质量接近的焦炭品种混合打堆，避免了因焦炭质量波动影响炉况。
⑶结合原燃料性能，分析高炉的工况条件，有针对性地调整操作参数。总结各种因素对炼铁燃料比的影响，根据焦炭性能变化情况，定量调整操作参数。
⑷根据焦炭的冶金性能，制定燃料比结构调整标准。焦炭在高炉冶炼中主要起料柱骨架的作用，焦炭强度的细微变化都会带来焦炭负荷和燃料结构的改变。日常生产中如果蜂窝状、有裂纹的焦炭数量增加，那么焦炭的强度很可能变差，再结合检测结果进行焦炭负荷调整。制定燃料比结构调整标准如表4。
当焦炭和其它原燃料条件变差时，通过及时调剂参数，定量控制，达到了原料条件变化只影响指标提升，而不影响高炉顺行的目标。
⑸控制合理的筛分速度。在保证上料速度的情况下，严格确定筛分时间，保证烧结筛分时间大于20 s /t，焦炭大于1 min / t，如果时间过短应该通过调整振筛电机振幅或者在下料口插挡棍处理，烧结矿筛加插棍和受料面增加挡料器，生矿和球团筛增加挡板，实现矿料筛面均匀薄层平铺，遇到原料偏碎时可以延长筛分时间或临时换较大筛孔的筛子，在不影响正常上料的情况下，定时对各个振筛进行空振。以减少粉末入炉，改善料柱透气性。
⑹强化工长原燃料管理。实行工长和上料工联合督查原料制度，保证入炉原料满足高炉冶炼要求。上料皮带和关键振筛增加监控视频，及时了解各原料质量和粒度状况。高炉工长对槽下振筛情况进行巡查，高炉槽下清理完振筛后，高炉工长进行确认。对槽下筛分、炉料质量变化及时监督作好记录并反馈信息到相关单位。
⑺严格原燃料的仓位管理，正常仓位大于5 m，低于5 m 为低仓位，在减少二次摔碎的同时，防止因原料粒度偏析造成粉末集中入炉。
3．3．5 强化炉前出渣铁生产组织，为高顶压使用创造条件
为适应高顶压操作，对炉前出渣铁操作管控措施进一步细化，对设备维护、铁口维护、炮泥质量、出铁频率都提出了新的要求，确保出渣铁安全、及时、均衡、有序。有意识缩短出铁间隔时间，增加出铁次数，每天从14 次增加到16 次，加快出铁节奏; 严格控制见渣间隔时间在30 min 以内，放渣时间加长，尽量提高炮泥的耐渣性能; 炉前维护好铁口，保证铁口深度在2．2 m 以上，杜绝断、漏铁现象的发生，确保渣铁排净。
4 实施效果
莱芜分公司炼铁厂1 000 m3级高炉自实施高顶压操作以来，统计2016 年1 000 m3高炉每月顶压使用情况( 图1) ，平均顶压达到了195 kPa，最高顶压达到了199 kPa，达到了预期目标。
4．1 对高炉顺行的影响
莱钢1 000 m3高炉在2016 年1 月进行了提顶压实践，提压初期采取缓慢提升的办法，每次提2kPa，观察高炉的变化。边提顶压边对送风制度、装料制度进行调整，顶压逐步由185 kPa 提升到190kPa。高炉各项制度匹配良好，提压后炉内压力升高，压差在提压初期高出提压前，通过各项制度的调整，高炉中心逐步放开，边缘气流也适当发展，料柱透气性逐步好转，压差慢慢接近提压前，运行1 个月后压差略低于提压前，高炉顺行得到改善，抗波动能力增强。
4．2 提高顶压对生铁质量的影响
1 000 m3高炉在提压的同时增大高炉风量，缩小进风面积，风速、动能提高，炉缸活跃度增强，蓄热能力增强，同时提高富氧量，理论燃烧温度提高，渣铁物理热明显提高，脱硫能力增强。在4 月份提压以后，1000 m3高炉逐步尝试降低生铁Si 元素含量，生铁Si 元素约降低0．1%，但是渣铁热量充足，生铁质量较好。
4．3 提顶压后产量的变化
在提高顶压以后加大了入炉风量，入炉风量增大10%左右，同时由于炉况顺行度变好，可以适当提高煤比和富氧量，生铁Si 降低，料速变快，生铁产量大幅提高，自4 月份至6 月份生铁逐月提高，提高幅度约20%。
4．4 提高顶压对高炉燃耗的影响
提高项压后煤气在炉内的时间延长，参与反应的时间延长，煤气利用提高，在提高顶压后煤气利用按统计数据约提高1%，可降低焦比5 ～ 6 kg。提高顶压后，生铁Si 元素降低约0．1%，可降低焦比4 ～ 5kg。综合统计，单位生铁燃耗约降低15 kg /t。
4．5 提压后发电量的变化
TRT 发电量跟煤气发生量、煤气温度、炉顶压力有关，莱钢高炉在提高炉顶压力的同时，加大入炉风量，虽然顶压升高对煤气流速有一定的抑制，但是从检测数据来看产生的煤气量是增加的，煤气温度也有所提高，所以TRT 发电量有明显提高，吨铁发电量提高1～2 度。
5 结语
⑴对高炉送风风机的耐压能力进行运行参数调整，达到顶压提升后所要求的送风压力，是提高顶压的基础条件。
⑵ 通过提升风量、缩小风口面积提高鼓风动能，促进两股煤气流的合理分布，部分抵消提高顶压带来的影响。
⑶ 逐步增加风口长度，发展中心气流，抑制边缘气流，提高了炉缸活跃度和炉况的稳定性，有利于高顶压的使用。
⑷对外购焦品种进行筛选并按照冶金性能分类存放，降低焦炭质量波动对炉况的影响，为高顶压使用打好基础。
⑸提高炮泥质量和铁口的有效作业率，降低因压力提高对出铁组织的影响，才能顺利出净渣铁。
参考文献:
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［4］ 黄日清，李宏玉，蔡毅龙．柳钢高炉“四高一大”集成技术降成本实践［J］．炼铁， 2015( 02) : 43-46．