吴官印¹，姜彦冰²，蒋益²，李伟伟²，何冲¹，龚继兵²，赵华¹，张智勇¹

（1. 鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；

2. 鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁 营口 115007）

摘要： 针对鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司 4038 m³ 高炉高比例使用中块焦炭后出现的风量萎缩、顺行变差，尤其是高炉休送风恢复过程中炉缸活跃性差、煤气流中心通道打不开、频繁崩滑料现象，提出采取合理匹配上下部调剂、组织好炉前渣铁排放、小焦布料制度以及改善休风料结构等措施。 实践后，高炉实现了中块焦比为 90 kg/t 情况下的长期稳定顺行，休送风恢复未出现超时现象，适应了高比例使用中块焦炭的生产。

关键词： 高炉；中块焦碳；罐焦；中心通道

鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司 （以下简称“鲅鱼圈”）由于焦化产能供不应求，且此时料场库存有大量落地中块焦炭， 为缓解焦炭供应紧张问题， 探索高比例中块焦炭生产的可行性，于2018 年 9 月开始尝试在 2 号高炉（4038 m³）生产中提高中块焦比，最高中块焦比达到 110 kg/t。 随着中块焦炭使用量的增加，高炉出现风量萎缩、顺行变差情况，尤其是高炉休风后送风恢复过程，出现炉缸活跃性差、煤气流中心通道打不开、频繁崩滑料现象。为了最大限度降低高比例使用中块焦炭给 2 号高炉带来的影响，提出了一系列工艺改进措施，并进行了生产实践。

1 中块焦炭性能分析

焦炭在高炉内的反应可视为符合未反应核模型， 即碳的气化反应依靠焦炭表面与煤气接触发生， 因此焦炭的平均粒度与反应速度必然有很大关系^［1］。鲅鱼圈 2 号高炉使用中块焦炭粒度组成如表 1 所示。

由表 1 可以看出， 中块焦炭的平均粒径为35.8 mm，高炉使用的大块焦炭平均粒径为 51.5 mm， 大块焦炭与中块焦炭体积比为 （51.5/35.8）3≈3.0， 即 3.0 粒中块焦炭的质量相当于 1 粒大块焦炭。相 同 质 量 的 两 种 焦 炭 的 表 面 积 比 为 3.0×（35.8）2/ （51.5）2≈1.45，即同质量的两种焦炭，中块焦炭的表面积是大块焦炭表面积的 1.45 倍。 表面积大意 味着反应时和气体的接触面积大， 中块焦炭的反 应速度和能力都将高于大块焦炭。 通过实验室进行不同粒度焦炭的矿石还原试验证实， 粒度少量 变化造成的焦炭气化能力变化很大。 小粒度焦炭与大粒度焦炭相比，在高炉上部失碳率较高，产生 的粉末量也多^［2］。

2 中块焦炭使用现状

2 号高炉正常生产时的中块焦比一般维持在40 kg/t 左右， 从 2018 年 9 月初开始增加使用中块焦炭，具体使用情况如图1 所示。 由图 1 可以看出， 到 9 月 30 日中块焦比已经增加至 110 kg/t， 并维持了近两个月高中块焦比生产。

在焦炭布料制度不变的情况下，中块焦比增加必然会造成布入高炉中心的中块焦炭量的增加，具体情况如表 2 所示。 由表 2 可以看出，当中块焦比达到 110 kg/t 时，每天约消耗 880 t 中块焦炭，布入中心的中块焦炭量约为 264 t， 是原来的 2.9 倍，每天布入高炉中心的中块焦炭量大大增加。

由于 2 号高炉高比例使用中块焦炭之后，焦炭平均入炉粒径由以前的 50 mm 左右下降到 47 mm，整体焦炭粒级下降； 且中块焦炭落地料场时间较长，经过长时间风吹日晒，粉末含量增加且水分含量高，导致焦炭质量劣化，存在反应能力强、平均粒度小、粒度衰减大的缺点。 因此，高炉高比例使用中块焦炭后， 大量中块焦炭从炉顶布入高炉中心， 随着高炉冶炼进程最终进入炉缸成为炉芯焦的一部分，必然会导致炉芯死料堆焦炭粒度减小， 透气透液能力下降，高炉顺行变差。

3 高炉高比例使用回装中块焦炭的影响

3.1 高炉日常顺行影响

高炉炼铁原燃料质量的变化， 尤其是焦炭质量的变化，对高炉生产的影响是巨大的^［3］。 随着中块焦比提高，2 号高炉顺行状态出现明显变化。2018 年 8~12 月高炉风量、透气性、风压、压差变化趋势分别如图 2 所示。

由图 2 可以看出，随着高炉中块焦比增加，高炉风量由 8 月下旬的 6 300 m³ /min 左右锐减到12 月初的 6 000 m³ /min 左右，风量逐渐萎缩；风压由390 kPa 升高至 400 kPa 左右，且后期由于炉况稳定性差，气流存在窜气现象，风压波动加大，稳定性变差； 透气性指数由 38 降低到 36 左右；压差由 8 月下旬的 165 kPa 左右升高到 11 月初的 176 kPa，尽管高炉主动采取降低压差操作，但由于气流稳定性差，压差依然波动较大。 后期高炉还出现利用率波动较大，炉温不受控，操作上热量上下浮动大，撤风温操作增多，风口烧坏频次增加等现象。

小块焦在高炉下部大量粉化使下部透气性和透液性显著恶化，是高炉风压和压差升高、整体透气性下降的主要原因^［4］。 中块焦粒度小，反应能力强，布入中心的中块焦炭在中心气流的作用下，自身反应速度非常快， 到达炉缸时粒度已经减小到非常小的程度，相对大块焦炭，中块焦炭进入炉缸会使炉芯焦的平均粒度减小， 恶化炉芯焦的透气透液能力，弱化炉缸活跃程度，影响中心气流稳定性，从而出现高炉不接受风量，顺行变差的现象。

焦炭质量劣化导致炉芯焦的透气透液能力下降，直接影响到炉缸内渣铁排放工作；中块焦比提高一段时间后，对铁口的影响开始显现，出铁时铁口出现喷溅大、出铁过程铁口出现卡焦、出铁时间变短现象。 高炉高比例使用中块焦炭后，全天出铁次数由 7~8 次增加到 9~10 次， 有效出铁时间由22.5 h 减少到了 21.5 h，炉温波动大，两场出铁偏差大。

3.2 对休送风的影响

高炉高比例使用中块焦炭后休送风情况如表 3所示。 生产中发现，高炉 3 次休风恢复时都出现了一些共同现象， 如休风前顺行状态不佳， 气流发闷，燃耗低；送风后透气性指数逐步降低到 30 以下，中心气流通道打不开，边缘气流波动，容易出现急返热现象，下料差，频繁崩滑料，休风恢复严重超时等。 从工业实践角度来看，高比例使用中块焦炭对休风后送风恢复的影响最为显著。

由于高比例使用中块焦炭后， 进入高炉中心的中块焦炭量增加，造成炉芯焦的粒度变小，炉缸活性变差。 当休风时炉缸焦炭彻底坐下来后颗粒间空隙收缩，渣铁液运动停滞，炉缸活跃性降至最低，高炉送风前期，风量少、动能低，气流很难一下突破透气透液性变差的炉芯焦，中心气流打不开，透气性持续降低，气流被迫流向边缘，造成壁体波动、水温差上升。 同时软熔带根部上移，下料失去支撑，崩滑料频繁，整体上形成类似炉缸局部冶炼的效果，炉温出现急返热的现象。 随着中块焦比的提高，风口烧坏的现象也变得较为突出，高炉被迫短期内连续休风更换坏风口。

4 改进措施及实践效果

4.1 合理匹配上下部调剂，保障高炉稳定顺行

大量中块焦炭入炉， 导致高炉顺行出现一系列不好的变化，本质原因是炉缸活性降低，炉芯死料柱透气、透液能力降低。 因此，操作方面要以活跃炉缸为目的进行上下部调剂。 上部调剂要建立“以风为纲”的操作理念，以活跃炉缸为目的的操作思路，强调中心加焦占比，发展中心气流，稳定边缘热负荷；下部调剂采取缩小风口面积，增加鼓风动能，适当降低煤比，减轻焦炭负荷等措施。

4.2 组织好炉前渣铁排放

针对铁口出现的问题，加强炉前出铁组织，使用更抗喷溅的无水炮泥，合理调整打泥量，保证铁口深度在 3.3~3.6 m 之间，适当缩小钻头，保证有效出铁时间不低于 22.5 h，渣铁排放及时，避免出现炉缸憋压现象，为炉况尽早改善创造了条件。

4.3 采取小焦布料制度， 避免中块焦炭布入高炉中心

为了避免中块焦炭布入中心，高炉采取了小焦布料制度（C 大块中心），即将原本应该布入中心的中块焦量用大块焦炭代替，单独使用中心加焦料制进行布料，在布料程序中使用单独指针；同时将大块焦炭和中块焦炭分批入炉，中块焦批使用非中心加焦料制布料，在布料程序中使用单独指针，大块焦炭单独采用中心加焦的料制布料，在布料程序中使用单独指针。 为了维持炉顶料面的稳定，根据大块焦、中块焦、小焦、矿石等矿批在炉顶形成的料面厚度，使用不同的料线控制翻料。高炉高比例使用中块焦炭时期高炉布料制度如表 4 所示。

4.4 改善休风料结构，保障中心气流通道

针对高比例使用中块焦炭后， 高炉休风恢复困难、严重超时的问题，从改善炉缸活跃状态，即提高透气透液能力上着手。 短期休风时，提高入炉焦比，降低休风料焦炭负荷 6%，休风前 3~4 h 把两罐焦炭布入中心， 保证送风后中心通道容易打开；控制休风前热量使用，根据炉况提前 4 h 减少或停止喷煤， 保证休风前 0.3%~0.4%左右的炉温水平。 长期休风时,只需要根据实际情况调整休风料焦炭负荷和布入中心罐焦数量即可。

采取上述改进措施后，在高炉使用中块焦比为90 kg/t 的情况下，高炉顺行依然维持较好状态，风量稳定在 6 200 m³ /min 左右， 透气性指数稳定在 36 左右，风量风压逐渐平稳，铁口状态得到有效改善，全天出铁有效时间平均达到 22.5 h，高炉休风后恢复过程也变得顺利， 中心气流得到充分保障，未再出现恢复困难现象，高炉逐渐适应了高比例使用中块焦炭的生产，生产稳定顺行。

5 结语

由于高比例使用中块焦炭会导致焦炭实际入炉粒度下降，且中块焦炭的比表面积大，反应能力强，进入炉缸会恶化炉芯焦的透气透液性，鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司 2 号高炉在尝试高比例使用中块焦炭生产初期，高炉日常顺行、炉前出铁和休送风均受到了影响。 通过采取合理匹配上下部调剂、组织好炉前渣铁排放、小焦布料制度以及改善休风料结构等措施， 在后期使用 90 kg/t中块焦比的情况下， 高炉依然维持了较好的顺行状态，休风后送风恢复也未出现超时现象，高炉逐渐适应了高比例使用中块焦炭的生产， 实现了稳定顺行。

参考文献

［1］ 李肇毅, 储滨, 吴胜利. 小块焦对高炉焦比的影响［J］. 宝钢技术, 2013（6）: 1-5.

［2］ 吕青青, 杜屏, 周俊兰. 高炉块状带焦炭劣化机理 ［J］. 钢铁，2016, 51（1）: 13-17

［3］ 曾琦, 李明, 贾彬. 唐钢南区 3200 m³ 高炉焦炭质量劣化对策［J］. 河南冶金, 2015, 23（4）: 43-45.

［4］ 徐万仁, 张龙来, 张永忠, 等. 高小块焦比操作对高炉透气性和煤气流分布的影响［J］. 炼铁, 2005, 24（5）: 27-30.