崔晓冬，胡金波，司新国，甄常亮，客海滨
( 河钢集团唐钢公司炼铁厂，河北唐山063016)
摘要: 分析了高炉入炉原料结构变化对高炉冶炼的影响，并提出了应对措施。通过合理匹配入炉资源结构、实施铁前物料筛分系统改造、改进高炉日常操作等措施，提高了高炉的适应能力，为高炉稳定顺行创造条件，并且实现了较好的经济技术指标。
关键词: 高炉; 原料结构; 筛分系统; 日常操作
0 引言
河钢唐钢炼铁厂高炉系统2#高炉( 2 000 m3 )于2017 年底限产停炉，目前，在线运行3 # 高炉( 3 200 m3 ) 、4#高炉( 3 200 m3 ) 2 座［1］。近两年来，环保形势日益严峻，受市场及运输等环节的影响，高炉入炉原料结构稳定性变差，一定程度上制约了高炉指标的优化［2］。
1 高炉入炉原料结构变化及影响
2017 年下半年以来，尤其是冬春季采暖期，受限于地域和气候条件等因素，唐山地区空气污染较为严重［3 － 4］。期间为缓解环境压力，环保部门对相关行业实施环保限行、限产政策。限行、限产期间，高炉面临的最大变化是入炉原料结构频繁波动，尤其是烧结限产，导致高炉阶段性配吃部分或全部落地烧结矿; 同时受车辆限行影响，炼铁厂汽运球团资源紧张，球团品种和配比调整较频繁。入炉烧结矿和球团资源结构变化情况见图1、表1。
由图1 可以看出，高炉入炉烧结矿配比最低为62． 71%，最高为75． 53%，波动范围高达12． 82%。
落地烧结矿包含部分外购烧结矿和自产烧结矿，外购烧结矿因多次倒运、长时间放置，强度和粒度指标较差，转鼓指数70% 左右、RDI － 3． 15 40% 左右，且成分波动大; 自产部分的质量相对稳定，但也在一定程度上存在这方面问题。
炼铁厂高炉使用的球团矿主要依靠汽车运输，由于环保限行政策的影响，汽车运输受限，虽启动火车运输，但资源仍难保证，需阶段性地采购部分外购球团矿。据统计， 2017 年至2018 年上半年，共配加10 个不同品种球团矿，高炉入炉球团配比频繁调整，且不同品种球团矿成分及冶金性能等存在一定差异。
入炉原料条件的稳定与否，对高炉顺行和指标改善至关重要［5，6］。高炉入炉烧结矿和球团矿配比、配入时间以及调整幅度，在不同程度上影响高炉顺行。高炉大量配吃落地烧结矿，频繁调整炉料结构、变换矿种，对高炉冶炼的负面影响主要表现在［7］: 首先，大量配吃落地烧结矿会恶化高炉料柱透气性，影响煤气流分布，容易造成边缘气流不稳，出现炉墙粘结、窜气、塌料等炉况，进而影响高炉顺行;其次，短时间内大幅度地加减落地烧结矿的用量，容易引起煤气流短时间急剧变化，导致热量剧烈变化，高炉燃耗大幅度波动，如果控制不及时，容易引起高炉的炉况波动; 第三，外购的烧结矿和球团矿的成分与自产矿相比，差别较大，并且稳定性也有一定差距，不利于碱度控制，直接影响铁水质量和炉缸活跃程度，最终影响高炉的冶炼过程。
2 高炉入炉原料变化的应对措施
随着对原料条件变化的深入研究，在高炉操作上，通过摸索、总结经验，应对手段不断完善，高炉适应能力逐步提升。炼铁厂针对入炉矿石的变化制定相应的生产组织方案，降低外围因素影响，为高炉稳定创造基础条件，保证高炉顺行，实现较好的经济技术指标。
2． 1 原料的综合评估及质量管控
首先，对外购球团矿、烧结矿的主要成分、冶金性能、有害元素含量进行入炉前的系统检测，并对不同物料的每项参数设定最低控制标准，建立与供应方的反馈机制，对其质量问题提出改进意见。
其次，外购矿品种较多，各品种外购矿不但与自产矿石之间存在差异，其质量也不尽相同，入炉前要进行综合评估。根据矿石供货来源、性能优劣、成分稳定性将其分档。与自产矿石相当的第一档可以直接配入; 对于质量性能较差的第二档，设置专用矿仓，分仓入炉，并根据矿种供应量，控制入炉比例，条件允许的情况下，减小配比，延长配入时间，降低其对高炉的影响。
第三，强化入炉后矿石的跟踪检测，对于外购矿石，特别是第二档矿石，提高检测频率，每天检化验的次数为常规检测的2 倍。对质量波动较大，或者质量下滑的矿石，及时减量或者停止配吃。原料、高炉区域的技术人员现场看料，重点关注，及时了解外观变化，包括强度、粒度、水分，并做出反馈。在高炉配料计算中，自产矿石成分取值为最近3 次检测的平均值，而对第二档矿石则增加至5 次，以减小其成分波动对高炉配料的影响，稳定炉渣碱度及铁水成分。
2． 2 筛网系统的改造及筛分的管理
落地烧结矿由于长时间存放，并且数次倒运，粉化严重［7］，粒度比直送烧结矿差，＜ 10 mm 比例高于直送烧结矿。一般直送烧结矿该粒度区间比例在20% ～ 25%，而落地烧结矿在40% 左右，经过高炉槽下筛分，比例35% 左右，与入炉标准＜ 28% 相差较大。该粒度比例过大，将影响炉内块状带矿层透气性，不利于煤气流的稳定。
为应对频繁配加落地烧结矿造成的不利影响，对高炉槽下烧结矿筛网进行改造。高炉烧结矿仓下筛网为单层双面筛，改造前筛网尺寸为5 mm /3． 5mm，能满足直送烧结矿粒度筛分要求，将＜ 5 mm比例控制在5%以内; 对落地烧结矿粒度分布，筛分效果不好，虽＜ 5 mm 比例可以控制，但5 ～ 10 mm比例偏大。
为防止高炉全部配吃直送烧结矿筛分时造成不必要的资源浪费，对比分析了落地烧结矿的筛上物、筛下物筛分数据，并结合其配比和调整频率，将高炉烧结矿槽下5 套筛网中的2 套( 即4#、5#仓下的筛网) 尺寸改为8 mm /4． 5 mm。改造后落地矿的筛分效果，＜ 5 mm 比例满足＜ 5% 要求，5～ 10 mm 比例控制在25% 以内，＜ 10 mm 比例在30% 以内，基本接近高炉的控制标准。
同时，严格管理落地烧结矿的配入。将落地矿装入4#、5#仓( 筛网已改造) ，根据落地烧结矿存放时间的长短、料场的粒度状况、倒运次数的多少，严格控制仓下筛网过料量，在满足高炉料速、不卡料的前提下，过料量控制到最小，保证筛分充分。
2． 3 高炉炉内操作应对
配吃落地烧结矿以及频繁改变炉料结构期间，不同矿石冶金性能不同，高炉料柱透气性不稳定; 不同矿石软化区间有区别，软熔带高度起伏大，最终都会影响高炉的煤气流稳定［7］。炉况波动具体表现为: 炉身静压不稳定，渣皮脱落频繁并且容易粘结，壁体砖衬温度波动大，炉况极其脆弱，可能造成极端炉况。
首先，高炉操作要从根本上将大幅度、长时间配吃落地矿，炉料频繁变换品种与短时间的原料质量波动的区别开来。虽然采取了一系列措施，但是最终入炉的炉料质量呈现下滑趋势，而以往高炉炉料质量波动是短暂的，且范围小。以往高炉针对燃料变化采取的措施是被动应对，在原料整体较好的情况下，部分或者暂时变化，高炉的反应是短暂的压量关系紧或者燃料比上升，甚至变化不明显，高炉的应对基本上以负荷为主，针对出现的炉况具体变化小幅度调剂。大范围的炉料质量变化，对高炉的影响幅度大、时间长，一旦顺行遭到破坏出现极端炉况，诸如管道、悬料、崩料等，处理起来难度大，成本高，特别是大高炉更是如此。因此，与顺行出现问题后处理炉况相比，提前退守保证高炉稳定更为经济。
综合考量，权衡利弊，制定应对方针: 提前足量，稳定为主，灵活调整。响应应急预案时，根据原料变化幅度和变化的具体情况，结合前期对落地矿或新料种的综合评估情况，主动提前退负荷，保持疏松压量关系，采取抑制边缘、疏导中心的装料制度，稳定边缘，防止出现局部气流。热量控制上限，［Si］较正常操作提高0． 05 ～ 0． 1，物理热保证充足，控制在1 510℃以上，防止燃料比大幅度上升后炉缸热量不足。后续根据炉料入炉后高炉的反应进一步调节应对，如前期的应对过量，炉况反应良好，关系稳定疏松，适当进攻，顺序为先通过装料制度调整边缘中心的气流改善煤气利用，有条件进一步负荷调剂，优化指标; 如果高炉表现为应对力度不足，炉况出现小幅度波动，采用料制调整方式，坚决控制边缘，疏导中心气流，防局部边缘气流过分波动导致高炉窜气崩塌料等，必要时进一步退负荷，维持高炉稳定顺行。
其次，炉前是高炉各岗位中的重点，渣铁排放质量的好坏，直接影响高炉的稳定顺行。高炉渣铁顺利排出是高炉炉内腾出空间的主要途径之一，也是保证高炉冶炼能够稳定持续进行的必要条件，一旦渣铁排放速度和高炉的冶炼速度不匹配，炉缸内积存的渣铁过多，炉缸内部分焦炭被渣铁托起，煤气通道被改变，造成炉内的憋压。出铁不畅造成的憋压从某种程度上改变煤气的初始分布，这对煤气流稳定极其不利，加剧了稳定边缘气流的难度，在原料大幅变差期间，更容易造成局部气流，诱发窜气、塌料等现象。如果炉缸内渣铁长时间的排放不畅，进一步积压，会导致风口进渣甚至风口小套的烧损，造成恶性事故。所以在原料变差的期间，高炉气流稳定性较差，炉前的出铁组织至关重要，渣铁的及时排出，能提高高炉对原料的适应性，有效地减少炉况的波动。目前高炉炼铁厂在线生产的2 座3 200 m3高炉，均设有4 个铁口，一般为相对的2 个铁口轮流进行出铁作业，另外2 个铁口修补待用。高炉日常出铁组织严格遵守两次铁间隔不大于20 min，一般要求在10 min 左右，本次铁根据上次铁出铁状况( 即出铁时间长短、铁量多少、出铁的下渣情况等) ，灵活调节出铁方针。如上次出铁不亏铁，本次出铁正常组织; 如果亏铁，视亏铁程度，当轻微亏铁时要求调整开机的钻头尺寸，亏铁严重时缩短铁间隔，必要时取消铁间隔( 在上次铁后期组织本次出铁) ，两出铁场同时作业重叠出铁，最大程度保证高炉及时排出渣铁。并且规定当有铁口难开现象或者铁间隔大于20 min，无论有无憋压都果断要求炉前另一铁口做好出铁准备，组织2 个铁口重叠出铁，避免过度亏铁影响高炉炉况。
第三，高炉上料作业是高炉生产的关键。上料作业区负责高炉的炉料装入工作，设备点检维护要精心到位，筛网及时清理保证筛分效果，防止上料故障，严防亏料线。同时保证炉料装入精准，装料的圈数、角度严格按照设定执行，一般要求布料参数实际值和设定值的角度误差在0． 2°之内，小时平均圈数误差在0． 2 圈以内。角度误差和设备精度有关，同时对气流影响较小，下料圈数的误差如果过大对气流分布影响明显，故在原料变差期间对其要求更为严格，规定半小时( 约3 批料) 确认平均圈数，根据结果及时调整料流阀修正干预，小时误差平均小于0． 1 圈，杜绝因炉料装入误差过大引起的气流波动进而影响炉况。
3 实施效果
经过几个月的摸索和总结，炉内操作的应对措施逐步完善。在高炉入炉原料结构变化期间，高炉的适应能力逐步提升，通过系列的技术和管理手段，原料条件波动的影响相对弱化，高炉顺行状态基本稳定，指标持续改进，见表2。
4 结语
在可预知的原料长时间变化时，高炉首要问题是维持稳定，其应对具有不确定性，“过”与“不足”二者相权，总体来说前者的损失要小，故应提前采取措施保证高炉稳定顺行。在原料大幅度变化时，日常操作上需小心谨慎，高炉炼铁是一个系统工程，特别是在外围因素不稳定时，炉况脆弱，抗干扰能力差，任何环节的差错都可能造成炉况波动或者失常，要求高炉管理者一定要统筹兼顾，细致全面，为高炉的稳定顺行提供保障。
参考文献
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