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大型高炉合理操作炉型如何控制?

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大型高炉合理操作炉型如何控制?

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  太钢现有2座4000m3级的大型高炉(5号、6号),分别于2006年10月13日和2013年11月7日投产。高炉在生产一段时间后,有一个从设计炉型向操作炉型转变的过程。设计炉型趋于合理,炉内煤气流和料流运动顺利、接触良好,煤气的化学能和热能利用程度高,炉衬侵蚀均匀,炉衬温度分布合理,高炉生产指标好且高炉长寿,即为合理操作炉型。太钢从炉内煤气流分布、炉体各段温度和热负荷分布、冷却水温差,以及炉况稳定性表征参数等,来分析影响其大高炉操作炉型的因素及合理操作炉型的特点,并提出调整操作炉型的措施。太钢大高炉主要设计参数见表1。
 
  大型高炉炉喉面积大(太钢大高炉炉喉面积为86.59m2),在煤气流控制上对炉顶布料要求高,在生产过程中一般将槽下排料、装料制度和送风制度结合起来进行调整,以实现较为理想的炉喉料面形状,达到煤气流合理分布的目的。炉腰面积一般是炉喉截面积的2.3倍~2.4倍(太钢大高炉炉腰面积为201.06m2),大型高炉在炉腰直径变大和炉料软熔后,煤气流速在该区域变慢,或是高炉热制度不稳定,易导致炉腰区温度和热负荷的趋势下行。其低到一定程度,将影响到高炉煤气流和操作炉型的稳定性,太钢2座大高炉均曾出现过这种情况。
  合理操作炉型的表征及参数
  通过控制合理的煤气流分布,在设计炉型的基础上,结合相应的冷却制度和热制度等来实现操作炉型的合理控制,是高炉生产操作中的一项重要任务。太钢一般从以下几个方面来对操作炉型的合理性进行评判:
  一是炉内风压稳定,压量关系适应性强,风压波动值在15kPa以内。
  二是压差在10kPa以内波动,透气性指数在0.10~0.25范围内波动。
  三是煤气利用率能稳定在50.5%以上。
  四是炉顶十字测温,总体21点十字测温枪温度分布稳定且呈有规律性的波动,中心温度能维持在580℃~700℃,次中心温度在220℃~300℃,中心气流畅通且稳定,边缘4点温度在80℃~130℃,且收敛性较好。
  五是炉顶温度,炉顶煤气上升管4点温度平均值在200℃以下,不超过220℃,且4点温度偏差小于20℃。
  六是探尺,3个炉顶探尺下降均匀,料尺偏差在0.5m以内,料速均匀,正常生产时炉顶打水2次/班~3次/班。
  七是炉缸物理热充沛,炉温水平稳定,各铁口炉温均衡稳定,同一炉铁前、后期铁水测温偏差≤40℃,出铁后期铁水测温≥1500℃。
  八是炉体各层温度能合理分层,相互之间不交叉,温度不呆滞,并与炉内冶炼五带相匹配。
  九是炉体各段热负荷分布适宜,在正常生产时能将各段热负荷稳定在较低值,从而降低热损失和燃料比。
  十是高炉能保持1年以上不出现退全焦负荷的炉况波动的情况。
 
  操作炉型的管理重点
  1.炉体各段温度
  太钢对炉体温度进行分段式管理,并追求其圆周方向的均匀性和下限值管理。太钢控制炉体各段温度为:炉腹至炉身下部控制在60℃~80℃,炉身下部至炉身上部控制在50℃~80℃较好。须要关注的是,在炉腰区,温度低于50℃、热负荷低于6GJ/h、冷却水温差低于1.0℃时,往往会伴随出现压差和透气性指数K值升高,以及偏尺或崩料的现象,压量关系适应性变差,炉顶4点煤气温度发散,煤气利用率下降,燃料比升高,炉况顺行度变差。从2011年1月开始,5号高炉通过休风定检对炉体温度波动最频繁的炉身中上部进行硬质压入、炉衬再造处理,有利于稳定边缘煤气流和炉衬温度,规整炉型。
 
  2.炉体各段热负荷和水温差的分布
  对炉体热负荷进行分段式管理,是大型高炉生产操作中须要重点关注的地方。太钢2座大高炉炉腹至炉身上部均为铜冷却板结构。这在一定程度上容易使形成的操作炉型不平滑、不规整。根据太钢大高炉生产经验,要特别控制好炉腰和炉身下部这两个区域的热负荷,其有利于稳定操作炉型和提高炉况接受能力。太钢大高炉炉况较好时炉体各段热负荷及水温差分布情况见表2。
  表2 太钢大高炉路况较好的炉体各段热负荷及水温差情况
  由表2可知,太钢高炉炉况较好时,炉体总热负荷控制在90GJ/h~110GJ/h、水温差控制在2.5℃~3.5℃较好。太钢高炉经过多年的生产实践摸索,炉体各层热负荷的控制得到加强。太钢认为,对炉身中上部的热负荷控制,主要是通过调整布料时的边缘焦炭负荷来完成,炉腰区热负荷控制须要配套调整送风制度、热制度和造渣制度来进行。
 
  调整操作炉型的太钢经验
  1.对炉体温度的调整和控制
  送风制度对炉缸工作状态和高炉顺行起主导作用,装料制度是高炉操作的核心技术。在一定原燃料质量的基础上,通过优化装料制度,并与送风制度相结合,使高炉获得顺行及相对较高的煤气利用率,从而获得稳定的热制度,是实现操作炉型稳定的基础。
  太钢对炉体温度的调整措施包括:一是通过调整焦炭负荷来改善料柱透气性,缓和炉内压量关系;二是确保稳定、充沛的渣铁物理热量,出铁后期铁水测温≥1500℃,并要重点防止炉腹、炉腰温度持续低下情况的出现;三是减轻边缘焦炭负荷,增强边缘煤气流和适当降低炉渣碱度;四是控制合理的风速和鼓风动能,通过维持一定的炉腹煤气量来维持适宜的煤气流速和透气性指数K值等,都有利于合理操作炉型的建立。
  根据太钢经验,炉腰温度控制在60℃~80℃比较适宜。对操作炉型进行管理,主要是在中心煤气流稳定畅通的情况下控制好边缘煤气流,一旦炉腰温度低于50℃且伴随着透气性指数K值和压差异常升高的现象,就一定要注意边缘煤气流强弱的适当性。
 
  2.对炉体热负荷的分段式管理和调整
  高炉5段炉型结构是与高炉炼铁工艺原理相适应的,具体炉型尺寸比例是由高炉冶炼规律决定的。高炉在正常生产过程中不但要重视炉内压量关系的适应性,而且要长期关注炉腹至炉身上部各段热负荷和水温差分布情况及趋势,尤其是炉腰区的热负荷和水温差情况,要将热负荷分布及波动情况与炉内压差、下料和热制度稳定性等主要炉况表征参数结合起来,判断操作炉型的合理性。
  太钢高炉在炉腹、炉腰区的热负荷和水温差持续走低后(热负荷最低降至8.0GJ/h,水温差在1.0℃以下),其压差和透气性指数K值开始明显升高,并伴随偏尺、崩料现象,炉况稳定性变差。经分析认为,这是操作炉型发生了改变引起的,须要从煤气流分布、热制度、造渣制度和冷却制度等几个方面来进行调整。一是煤气流分布的调整,通过调整布料档位,包括料线、角度和边缘焦炭负荷来调整边缘煤气流强弱,改善炉内压量关系。二是热制度和造渣制度的调整,将铁水含硅量由0.30%~0.50%提高到0.50%~0.70%,坚持出铁前期铁水测温不低于1480℃、后期铁水测温不低于1510℃的炉热控制方针,调整炉渣二元碱度由1.18~1.24降低到1.12~1.18,并改善渣铁流动性,着眼于热制度和造渣制度的长期均衡、稳定。三是冷却制度的调整,杜绝炉腰部位冷却水温差低于1.0℃,即根据炉体各段冷却强度,适度调整炉腹至炉身中部各段冷却水量分配和进水温度。四是加强炉前作业,减少憋风次数、降低憋风程度,加强设备和生产操作管理,减少减、休风次数等,都有利于维护合理操作炉型的长期稳定。
 
  合理操作炉型的控制及探讨
  操作炉型的稳定要以原燃料质量的稳定为基础,操作炉型来源于设计炉型、煤气流分布和各项操作制度的综合作用。高炉操作和管理者只有针对各种冶炼条件的改变适时地调整煤气流分布,才能实现操作炉型的有效控制。
  综合来看,对合理操作炉型的控制,可从以下几个方面来进行:一是建立合理操作炉型和炉况顺行性评价标准。据此将炉体各段温度、热负荷和冷却水温差控制在一定的范围内,使炉体热负荷值与边缘煤气流的强弱相宜,并要重点防止炉腰结厚。太钢大高炉在操作炉型的中长期控制上,一般将炉腰区的温度控制在60℃~100℃,炉身温度控制在60℃~90℃,炉腹和炉腰热负荷分别控制在15GJ/h~20GJ/h和8GJ/h~10GJ/h,水温差控制在2.0℃~3.0℃。二是实现炉腰区工作状态的活跃和稳定,是大型高炉实现操作炉型稳定的重要内容,须要维持一定的边缘焦炭负荷和煤气流分布,以及稳定的造渣制度及热制度。三是既保证一定的边缘煤气流,使炉身中上部热负荷稳定,又能提高炉腰区的温度,且炉内压量关系好,煤气利用率高,炉顶温度低,炉况长期稳定顺行,这是大型高炉控制操作炉型的主要内容。四是明确和控制炉内软熔带的位置和形状,稳定一定的边缘煤气流,实现炉况的长期稳定顺行,并建立高炉的长寿管理体系和制度,这是维系合理操作炉型的基础。