陈志焕，樊建业
摘 要：对兴澄3200m3大型高炉开炉31个月以来的生产实践进行了总结，通过2年多的努力探索，操作技能和管理能力稳步提高，高炉生产稳步发展，无炉况严重失常情况出现，高炉技术经济指标长期稳定在较高水平。
关 键 词：大型高炉；煤气利用率；燃料比
兴澄特钢在2002年—2009年9月共有3座小高炉生产，分别为2座450m3高炉和1座530m3高炉。2009年9月底，第一座全国产化装备的3200m3高炉投产，但仍然无自己炼焦生产，原燃料全部外供。通过2年多的努力探索，操作技能和管理能力稳步提高，高炉生产稳步发展，无炉况严重失常情况出现，高炉技术经济指标长期稳定在较高水平。
1 高炉生产情况
1．1 高炉配套情况
3200m3高炉于2009年9月25日投产，设置4个铁口，32个风口。单烧高炉煤气，煤气及助燃空气双预热，采用具有专利技术的旋切顶燃式热风炉；炉底—炉缸采用微孔炭砖+陶瓷杯结构，炉缸2段及炉腰、炉身中下部第6～9段采用铜冷却壁，炉底水冷管、风口大中套与冷却壁采用软水密闭循环，风口小套为工业水开路循环；皮带运料和串罐无料钟炉顶；炉前液压开口机和泥炮；重力除尘+布袋干法煤气除尘净化系统；TRT余压发电系统；汽动鼓风机；底滤法水冲渣系统及烧结分级入炉等新工艺、新技术全部国产化。
1．2 高炉生产发展状况
3200m3高炉操作人员年轻，没有任何大型高炉操作经验。虽然在同行专家的指导下，快速掌握了大型高炉操作的技术，高炉技术经济指标持续提升，但由于操作经验欠缺，与国内兄弟单位同级别高炉比较，兴澄大型高炉不管在操作还是技术经济指标方面还存在诸多差异。为此，我们一直在努力寻求优化高炉操作的方法。以下就高炉投产以来(2009年10月—2012年4月)的生产操作实践做简要回顾总结。
(1)生产指标情况。投产以来3200m3高炉利用系数变化如图1所示，入炉焦比、煤比、焦丁比以及燃料比变化如图2所示，炉顶温度与TRT吨铁发电量变化如图3所示。
3200m3高炉投产31个月以来，无炉况失常情况出现。2009年12月之后，利用系数稳定在2．35~2．50，焦比及煤比指标稳步提升，分别维持在300~320kg／t及165~175kg／t，燃料比维持在510～520kg／t。2011年12月后，高炉利用系数进一步提高，平均达到2．50以上，焦比295~305kg／t，燃料比505~510kg／t。2011年4月，高炉计划年修3天，当月利用系数降低较多。TRT吨铁发电量平均为44．46kW·h／t，扣除两次出厂检修影响，平均发电量为45．61kW·h／t。2011年10月之后，随着煤气利用率大幅度提高，炉顶温度下降明显，TRT吨铁发电量有所降低，维持在42．0~43．5kW·h／t。
(2)生产条件变化情况。由于没有自己的矿山以及焦化厂，造成入炉品位及焦炭质量不稳定。通过烧结矿混匀料场的扩容改造，换堆时间由4天延长到7天，并配入一定比例预换堆混匀料，降低换堆引起烧结矿质量波动的幅度；焦炭采用船上直供高炉矿槽，减少倒运过程中的破损；同时，严格控制T／H值，加强筛面的清理，减少粉末入炉等一系列强化管理措施，将原燃料波动幅度控制在最小范围内。2009年10月—2012年4月，3200m3高炉入炉品位及焦炭强度、富氧率及风温变化趋势如图4、5所示。
焦炭结构中捣固焦使用比例高，造成整体焦炭指标表观上升，高炉使用捣固焦比例根据炉况稳定顺行状况逐步提高(如图6所示)。入炉品位2011年11月前维持在59．0％以上，后因矿石价格因素的影响，对入炉料结构做出比较大的调整，大幅度提高生矿使用比例，造成入炉品位呈现明显下降趋势，综合入炉品位平均下降1．2％。但由于提高操作水平，改善煤气利用率，并未造成燃料比升高。富氧率逐步提高，维持在3．0％～4．0%。尽可能发挥热风炉潜力，保证送风温度在1200±10℃。
(3)生产操作控制变化情况。煤气利用率直接表征高炉冶炼吨铁燃料消耗水平，在3200m3高炉生产过程中，一直将提高煤气利用率作为主要课题进行研究，一直追求低硅冶炼，[Si]控制在0．35％～0．40％，严格控制硅偏差在0．12以内。在原燃料质量逐步下降的不利因素下，通过操作制度的优化，煤气利用率由44．5％提高到49．5％～50．5％，保证燃料比不升高。煤气利用率变化情况如图7所示，铁水中[Si]及硅偏差变化情况如图8所示。
冶炼强度整体控制在0．70～0．75，综合冶炼强度控制在1．10～1．20，高炉生产过程中不以单纯的增加冶炼强度来优化操作指标，过高过低的冶炼强度都不利于燃料消耗指标的优化。3200m3高炉冶炼强度与燃料比关系控制在尚好的范围区间内，但出现个别月份有较大偏离的情况。
2 高炉操作基本原则及技术路线
2．1 高炉操作基本原则
(1)以高炉稳定顺行为最基本原则。
(2)以燃料消耗为中心，任何强化冶炼的措施都不能以牺牲燃料比为代价。
(3)降低吨铁炉腹煤气量，提高煤气利用率，充分利用高炉煤气的热能和化学能，降低燃料比。
(4)调整高炉用料结构，降低原料成本。确保焦炭质量前提下多配捣固焦，降低焦炭成本。
2．2 高炉操作基本技术措施
(1)全风量、高风温操作。
(2)疏通中心控制边缘，寻求合适的两股气流。
(3)坚持低[Si]冶炼。
(4)大矿批厚料层布料，减少矿焦界面层，降低压差。
(5)通过合理配矿杜绝各类熔剂入炉。
2．3 高炉生产操作管理
(1)高炉生产过程中，设备管理执行点检员制度，坚持全员参与，“操检合一”。
(2)高炉生产执行标准化作业，坚持计划作业值制度，推行岗位作业观察制度。
(3)设备管理及生产操作执行“三精”方针。
2．4 高炉操作实况
(1)送风制度的调整及改进。①风口面积和长度的选择及调整。3200m3高炉开炉时选用风口为Φ120mm×550mm×32，送风面积为0．3619m2；后逐步调整风口配置为以Φ130mm×600mm为主，Φ120mm×600mm作为调整风口面积的手段，送风面积长期保持在0．417m2左右。②风温、湿度、氧量及喷吹量。3200m3高炉生产过程中坚持使用高风温；通过脱湿或加湿系统的运行，稳定鼓风湿度在10～12g／m3；操作过程中不追求过高的富氧量，稳定吨铁炉腹煤气量为出发点；追求适当高的煤比，但在煤比达到180kg／t以上时，节焦效果明显下降，煤比160～165kg／t时，焦比及燃料比同时下降。③风口前理论燃烧温度Tf。适应的理论燃烧温度可以限制硅元素在风口前的还原，是影响低硅冶炼的一个重要因素。Tf控制在2200～2300℃，方法主要以加湿或脱湿、富氧及喷煤相结合。
(2)装料制度的调整及改进。①矿焦批重调整。大矿批布料，增加了焦层厚度，改善了气流分布，提高了煤气利用率。开炉至今一直执行烧结矿分级入炉，在装料时采用同重量矿批。以2011年调整情况为例，调整前，焦炭批重≤16．2t，负荷≤5．33；调整后，焦炭批重≥17．3t，负荷≥5．57。调整步骤：第一，在维持焦炭负荷不变的情况下，将矿石批重逐步由85t加大到95t，焦炭批重逐步扩大到17．0t；第二，在维持焦炭批重不变条件下，逐步增大矿批到95～105t，加重负荷到5．57(调整前后相关参数对比情况见表1)。随着矿石、焦炭批重的扩大，料层的加厚，料柱界面数由44层减少到34层，高炉压差降低，焦层厚度加大，使气流通路顺畅，煤气利用率提高，为增加负荷创造了有利的条件。②挡位角度及矩阵变化。3200m3大型高炉布料矩阵设置方向是边缘和中心保持较轻负荷，维持“两条通路、保持中心”。开炉后将2m料线区间的角度适当调整，布料角度增大后，料流质心半径范围南原来不足第9挡位到接近第10挡位，达到了调整的目的。布料矩阵变化如下：
为找到最经济的装料制度，先后采取增加边缘焦炭、减少矿石放边缘的装料制度，增加中心焦炭、减少矿石疏松中心的装料制度，及边缘中心同时收缩发展两道气流的装料制度，但都带来高炉炉况的波动。采取以第5挡位内中心区域加焦代替中心加焦技术，通过焦炭在炉喉区域分配环数及分配量的调整，中心焦炭加入量由21．2％减少到14．75％，有效地控制了3200m3高炉中心气流的强度，中心点温度由650℃下降到550℃。同时，炉顶温度南140℃降低到90~110℃，煤气中CO，含量由20．5％提高到21．5％以上，煤气利用率达到48．5％以上。
(3)造渣制度的调整。造渣制度的调整主要基于以下原则：①当渣量大、碱金属含量高时，炉渣碱度R2适当降低，控制在1．05～1．10，在保证生铁质量的同时兼顾排碱；当渣量小、碱金属含量不高时，炉渣碱度R2适当提高，控制在1．10～1．15。②炉渣中(MgO)含量控制在8．0％～9．0％，(Al2O3)含量控制在15．5％以内，(MgO)／(Al2O3)比值控制在0．55～0．65之间，(Al2O3)／(SiO2)比值控制在0．35～0．45的范围，[Si]一般0．35％~0．4％，铁水温度一直维持1490℃左右。
(4)提高捣固焦比例。2011年8月，取消特级焦炭使用后，二炼铁分厂对焦炭进行“精细化”管理。每天下达焦炭使用配比单，提前采取预防措施并对焦炭使用情况进行跟踪，保证高炉用焦结构稳定。由于管理措施到位及公司的支持，在取消特级焦及增加捣固焦比例不利的条件下，二炼铁大型高炉操作人员克服了捣固焦在大型高炉上存在的一系列难题，取得4．3m捣固焦在3200m3高炉长期使用的成功，在最短时间内快速摸索出一套适合本厂大型高炉使用高比例捣固焦的操作方法及技巧，实现高炉稳产高产，生产指标持续提升。
进入2012年，3200m3大型高炉生产继续保持稳定顺行势头，各项指标再上新的台阶：铁水平均日产8200t／d以上，利用系数2．56以上，焦比304kg／t，煤比163kg／t，燃料比500～510kg／t，[Si]保持0．35％～0．40％，硅偏差0．066，炉顶煤气中CO2含量达到23．0％以上，平均煤气利用率达到50．5％。
3 高炉投产以来存在的问题
(1)非计划休风率高。以2011年为例，由于各种原因高炉休风次数高达34次，年平均休风率达到3．316％，高于同内同行将近2．0％～2．5％，造成实际日产量高，但月平均日产量偏低的现象。休风率高，严重制约了高炉生产指标的提升。
(2)原燃料批次间质量波动大。没有自己的焦化企业及矿山，生产所需原燃料全部外购，基本上是“吃百家饭”。各种原燃料质量参差不齐，且波动非常大，使用量无法实现稳定供应。烧结矿混匀造堆堆量能力仍显不足，烧结矿生产换堆频率高，造成烧结矿质量周期性波动；球团矿用精矿粉成分波动大、粒度粗、黏结剂使用量大，品位一直处于低水平。
(3)炉体温度不稳定。高炉自投产以来，炉体温度尤其是第10～12段冷却壁温度始终无法稳定，波动幅度非常大，目前依然没有找到解决的办法。
(4)捣固焦质量评价无标准。少量使用时可以借用顶装焦标准，但高比例使用后再借用顶装焦标准则无法指导生产操作，表现为焦炭指标情况与生产实际指标的背离。如捣固焦粒度小，平均粒径比顶装焦炭粒径小8～10mm，高炉压差高于用顶装焦的高炉，做M40强度检验连试样都难以取出，只能用M25来评价，与M40无法对照。
(5)大型高炉品位基底不确定。由于市场变化因素影响，中小型高炉都大幅度降低入炉品位，3200m3高炉入炉品位也降低到了58．0％左右，目前尚未破坏高炉顺行及燃料消耗，但基底线需要进一步探索。
4 结语
(1)兴澄3200m3大型高炉投产后生产稳定，技术经济指标持续改善提高。
(2)大型高炉设备全国产化是可行的，设备运行是稳定可靠的。
(3)小焦炉捣固焦在大型高炉上成功使用是可行的。3200m3大型高炉在短时间内成功摸索出一套适合本厂大型高炉使用高比例捣固焦的操作方法及技巧，实现高炉稳定生产，取得了良好的经济效益。
(4)在原燃料质量下降的情况下，通过优化操作及合理配矿，可以实现高炉既强化冶炼，又不升高燃料比。
(5)通过追求炉内煤气流的合理分布，进一步提高煤气利用率，降低高炉炼铁燃料消耗是完全可以实现的。
(6)大矿批布料，增加了焦层厚度，改善了气流分布，提高煤气利用率是降耗节能的根本措施。