天铁高炉减少风口破损操作实践
谢文飞
（天津天铁冶金集团第一炼铁厂）
摘 要 本文对天铁第一炼铁厂高炉风口破损严重的问题，通过优化配料工作，针对循环物料，均匀配吃，防止配料波动，以自主研发的中型高炉无钟多环布料煤气流转型理论，指导布料操作，突破原有操作模式，全开风口恢复炉况，使高炉风口的破损数目大幅降低，降低了设备的休风率，提升了高炉的经济技术指标。
关键词 高炉;优化配料;多环布料;全开风口;风口破损
1 前言
天津天铁集团第一炼铁厂现有4座700 m3高炉，每座高炉配置16个风口。2011-2013年，累计风口破损642个，低品质料的使用，使烧结矿中的碱金属、Zn升高，导致风口大量破损（见表1）。通过采取各种措施，2014年风口损坏68个。在钢铁市场形势日趋严峻，进一步降低生铁成本过程中取得较好的效果。
2 风口破损原因
2.1 有害元素含量高
在烧结矿配料方面，考虑低成本因素，混合料配用了布袋灰、烧结机头灰,在烧结矿配矿的比例中，混合料、钢泥配加比例较大，使烧结矿中的碱金属、Zn含量升高，高炉碱负荷、锌负荷较重。2011-2013年锌负荷最高达到0.8kg/t。一方面碱金属造成焦炭粉化，Zn在炉缸大量吸热，使炉缸向凉，透液性和透气性变差，造成高炉出现排碱、排Zn现象频繁，导致风口大量破损；另一方面，碱金属和锌渗入炉衬中，导致砖衬膨胀，炉体长高、长胖，导致风口及二套变形、上翘。
2.2 高炉上下部调剂
由于外部条件变化，上部调整装料制度不到位,导致中心或边缘气流过于旺盛或不足，造成渣皮脱落，使炉缸透液性大幅下降，炉缸的工作状态变差，不活跃，死区较多，炉缸堆积现象较为频繁，易造成风口大量破损。
2.3 高炉休风恢复炉况
高炉生产中60天左右需要一次10-12小时的定修，在恢复炉况过程中，均采取花堵3～4个风口。目的是为了维持适宜的风速及鼓风动能，保证吹透中心，以快速恢复炉况。每次炉况恢复的过程中，都出现堵泥风口两侧的风口损坏，每次破损风口3-5个，甚至出现风口二套烧坏，需要组织休风更换。
2.4 渣皮脱落
由于原燃料质量变化或大量使用焦丁后，使高炉煤气流发生变化，导致炉墙渣皮脱落，富集在局部风口处，使风口烧坏。
3 采取的措施
3.1 优化配料工作
3.1.1 燃料控制
由于焦炭入库后存放时间较长，没有及时使用，造成强度降低，造成炉况波动风口损坏。根据入库时间，季节特点，合理安排出库。及时了解焦炭配煤比的变更情况，加强热强度、水分的监控。及时调整焦比、煤比，确保炉况稳定。
针对部分酸性球团含钛偏高，造成渣铁粘稠，类似炉缸堆积的情况，采取要求供应商提供的球团钛含量小于0.04%。在给高炉取料时，将含钛偏高的球团与含钛低的球团各取50%，进行混合后供给高炉，同时将高炉球团的配加比例控制在10-15%，降低了渣铁的粘度，提高了渣铁的流动性。
第一炼铁厂长期使用南非块矿，由于南非块矿冶金性能较好，但碱金属含量较高，钾含量在0.25-0.35%，钠含量0.13%左右。针对块矿长期使用南非块矿，品重单一的情况，采取拓宽块矿的品种，配加了麦克块、纽曼块、恰那块、PB块等有害元素含量低的块矿品种。块矿配加比例控制在17%左右，既确保了高炉炉况稳定顺行，又减少了碱金属的带入量。
通过配料技术控制有害元素的含量，要求锌负荷＜0.5kg/t，碱负荷K2O+Na20≤3.5kg/tFe。针对碱金属含量高的烧结机头灰不再直接配吃，与锌含量高的布袋除尘灰合并流程，经脱除锌、钾、钠等有害元素后再回混匀料堆，根据循环物料的产量，均匀配吃，防止配料波动。对含锌高的干钢泥的配加由5%调整到3%，既保持了经济料的使用，又降低了高炉炉料的锌负荷，避免了干钢泥集中配加带来的锌负荷急剧升高，造成的炉况失常；烧结矿的白云石的配加量由8%提高到8.5%，高炉炉渣的镁铝比由0.63%提高到0.65-0.68%的范围，镁铝比提高以后，使高炉的排碱、排锌的能力得到提高，稳定的碱负荷、锌负荷使高炉炉况平稳，降低了风口的破损。
3.2 通过炉况调剂，保持合理的操作炉型
在焦丁的使用上，我们对配加焦丁发展边缘气流的作用没有得到充分的重视，配加焦丁后3-5天后出现炉墙渣皮脱落，造成炉凉，炉缸渣铁透液性急剧下降，造成焦比上升，风口频繁损坏。因此在使用焦丁时，装料制度采用适度加重边缘的措施。向边缘加一圈矿或减一圈焦，或布料角度调整0.5°等措施，使高炉布料平台中心和边缘的矿焦比保持稳定，确保了中心和边缘气流的稳定，进而稳定了炉墙渣皮。确保了炉况的长周期稳定顺行，减少了风口的损坏。采用此项措施后，未再出现吃焦丁后渣皮脱落、风口损坏情况的发生。
通过调剂布料制度，在边缘气流过旺的情况下，采取向边缘增加布矿的环数或减少布向边缘焦炭的环数，增加布向中心的焦炭比例；情况较严重时，调整布矿或布焦的角度0.5-1度；根据焦炭质量和落地矿的多少调整矿石和焦炭的批重。3-5个冶炼周期煤气流转型后，再巩固效果。以自主研发的中型高炉无钟多环布料煤气流转型理论，指导布料操作。通过以上的调剂手段，使中心气流狭长而锐利，边缘气流通畅，形成一个狭窄的边缘通路，使中心气流强于边缘，达到合理的煤气流分布，煤气利用率由36%-39%提高到42-44%，使操作炉型规整，使炉墙渣皮保持相对稳定，保持炉缸工作正常活跃，炉缸的透液性良好，使风口的工况条件改善，避免局部窝渣、窝铁现象。
在下部调剂中，由于第一炼铁厂高炉风口布局，原来为直径120mm×3＋110mm×13配置，风口面积0.1574m2，配置不够理想。后来逐步调整到直径110mm×16个，面积0.1520m2，配置较为均匀但风口面积又相对偏小，炉缸边缘存在死区；经过计算、研究、探讨、比对，根据各高炉不同的风机能力，扩大风口面积，三高炉风口面积由0.1520m2扩大到0.1573m2，其中6个风口直径由100mm扩大到115mm；一、二高炉风口面积由0.1520m2扩大到0.1555 m2，各有4个风口直径由100mm扩大到115mm，风量提高了100-150m³/min。风口面积适度扩大后，减少了炉缸死区，活跃了炉缸边缘，使得渣铁的流动性得到较大改善。
炉缸热制度不稳定，化学热和物理热波动较大。通过高炉日常操作中严格控制生铁含硅[Si]在0.25％-0.45％之间，炉温的稳定率（0.25％-0.45％之间）由56%提高到80%左右，铁水物理热保持在1480℃左右，炉缸的热制度充沛稳定。
3.3 采用快速恢复炉况技术
经过研究，在高炉长期休风后的恢复过程中，根据渣铁环流理论和操作实际，针对现有的工况条件，对原有的操作方式，进行了大胆革新，采用全开风口作业，快速提高风量，依靠大风量增大鼓风动能。保证了炉况恢复过程中初始煤气流分布合理，避免了由于高风压条件下，堵风口作业造成的对炉缸圆周渣铁环流的阻断作用，基本杜绝了此种情况下风口的熔烧破损。
复风初期，为确保料动，且尽快形成煤气流，抓住时机，积极稳妥用风。送风后根据压量关系在30～60分钟左右将风压加至160kPa左右，压差维持在90～100kPa。在风量偏大时，压差控制在80～90kPa。用较低的压差，提高高炉煤气流的稳定性，减少崩塌料、悬料的产生，缩短恢复时间。下料后逐步赶料线。
风量加至正常风量的80％，则放缓加风节奏，一方面稳定气流；另一方面，防止炉温大幅下跌，进而影响料尺正常动作，形成崩、悬料。随煤粉作用，热量回升，逐步加全风量。复风初，由于重建煤气流，尤其在O／C比较高的高炉，前期风压高，风量小，透气性差，不吃风。而对于大型高炉，风量达不到一定水平，风口前料不动，而此时，不能因为憋压、高压就不加风。
优化操作前后送风曲线和送风风压、风量、顶压变化见图1、图2。
该技术推广后，每次长期休风炉况恢复时间由2-3天缩短到7小时左右；风口基本无损坏。通过表2、表3、表4，优化后（如2013年8月28日）三高炉计划休风及恢复期间与优化前（如2013年3月28日）三高炉计划休风及恢复期间指标对比，综合焦比降低66.78kg/t，减少焦炭量360.58t，产量增加近1955t。2013年3月28日三高炉计划休风及恢复期间损坏风口3个，二套1个，二次休风即30日8:35～11:50更换损坏的风口及二套，直到30日风口全开，炉况恢复正常，增加了炉况恢复到正常的时间。
4 实施效果
通过优化配料工作，炉况调剂保持合理的操作炉型，快速恢复炉况技术等措施，烧结矿碱金属K2O含量由0.15%下降到0.10%，Na2O含量由0.05%下降到0.04%。重力除尘灰碱金属K2O含量由0.58%下降到0.33%，Na2O含量由0.79%下降到0.14%，Zn含量由1.8%下降到0.43%。高炉经济技术指标得到了大幅提升（见表5），2014年综合焦比下降到511.43kg/t，休风率由3.59%下降到2.82%，风口破损数目由2012年的273个（月平均损坏22.75个）,2013年的202个（月平均损坏16.83个），下降到2014年68个（月平均损坏5.67个），取得显著效果。
5 参考文献
[1] 由文泉．实用高炉炼铁技术[M]．北京：冶金工业出版社，2004．350-351．
[2] 周传典．高炉炼铁生产技术手册[M]．北京：冶金工业出版社，2008．443-451．