占世梅

(上海梅山鋼鐵股份有限公司)

摘  要  針對梅鋼5號高爐生產(chǎn)過程中原燃料條件不穩(wěn)定的問題,從原燃料質量管理和高爐操作管理等方面有效對策。認為,在原燃料方面雖然不要追求極致的精料,但需要結合自身的實際條件,在管理上做到提前策劃，保障在一定的時間內持續(xù)穩(wěn)定,同時結合市場的變化,適度提高配煤配礦成本,最終通過高爐的高效低耗來實現(xiàn)鐵水成本的降低。

關鍵詞  大型高爐  原燃料  操作制度

梅鋼5號高爐(4070 m3) 2012年開爐以來,不斷強化冶煉操作,爐況整體順行。但在生產(chǎn)過程中,面臨的一個主要問題就是原燃料條件不穩(wěn)定。為此,我們積極有效應對,特別是2017年通過改變配煤配礦思路,優(yōu)化高爐操作制度,實現(xiàn)了5號高爐的長期穩(wěn)定順行。

1  高爐生產(chǎn)概述

(1)2013年,高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定性有所欠缺,管道氣流頻發(fā),直接威脅到各項技術經(jīng)濟指標的改善。

(2)2014年,通過在上下部制度、原燃料管理、爐型管理、標準化作業(yè)等方面開展工作,找到主要矛盾并制定有效的措施,扭轉了生產(chǎn)的被動局面。

(3)2015年,高爐產(chǎn)量大幅提升,燃料比大幅降低。

(4)2016年,由于入爐原燃料結構不穩(wěn)定,經(jīng)常受外圍條件影響改變入爐原燃料結構,每次調整爐料結構后,高爐爐況都會有不同程度的波動,導致技術經(jīng)濟指標劣化。

(5)2017年,改變配煤配礦思路,抓住了主要矛盾,輔以上下部制度的調整,實現(xiàn)了爐況的長期穩(wěn)定順行。

5號高爐的主要技術經(jīng)濟指標見表1。

2  面臨的主要問題

5號高爐投產(chǎn)以來,面臨的一個主要問題就是原燃料條件不穩(wěn)定。

(1)2014年8月,因青奧會焦爐限產(chǎn),燒結停機及限產(chǎn),外購焦、球團礦、落地燒結礦用量增大,時常出現(xiàn)燒結倉位偏低,且球團礦品種增加,切換頻率頻繁,月度達到4到6種球團礦,加之操作應對不當, 不時會出現(xiàn)低爐溫情況,誘發(fā)高爐軟熔帶改變,導致爐墻大幅波動。11-12月,又因冬季環(huán)保限產(chǎn),燃料結構變化較大,外購焦75%,球團礦15%,塊礦15%,使用落地燒結礦,導致爐身下部銅冷卻壁產(chǎn)生兩次大波動,只得退負荷保順行。

(2)2015年,基于降低鐵水成本的考量,以及統(tǒng)物料平衡的結果,高爐爐料結構進行了大幅度調整。下半年開始,球團礦比例持續(xù)減少,由10%至2%甚至停用,塊礦比例持續(xù)提升,由13%提升19%左右。因高爐產(chǎn)能較高,外購焦比例持續(xù)提升，在應對外部原燃料條件的變化的同時,操作制度調整出現(xiàn)不匹配,導致爐況產(chǎn)生波動,未能長期做到穩(wěn)定順行。

(3)2016年,再次受爐料結構頻繁變化的影響，單月球團礦切換品種達到5種。因切換頻率過高，使爐況剛適應當前爐料結構的情況下,又趕上一次爐料結構的切換,導致爐況波動,高爐不得不退負荷保順行。上半年,在自產(chǎn)干焦無法保證的基礎上，被迫提高外購焦比例,種種原因疊加,形成惡性循環(huán);下半年,雖然提高了自產(chǎn)焦炭的比例,但焦碳質量嚴重惡化,焦炭灰分上行明顯,降低了高爐透氣性等,劣化了焦炭的骨架作用,進而影響產(chǎn)量與煤比提升。為了發(fā)揮產(chǎn)能,甚至刻意提高球團礦使用比例,但未能達到預期目標,反而導致2016年度高爐技術經(jīng)濟指標下滑(見表1)。

3  對策

3.1  加強原燃料質量管理

(1)含鐵原料。2017年全面反思整個配礦思路,提前策劃,對高爐全年的用礦結構定下基本方案。明確球團礦使用品種及切換周期,嚴格按照制度方案執(zhí)行;對塊礦含粉率提出明確要求,通過增加離線篩分系統(tǒng),提前備足周期使用量,雨季更是重點監(jiān)控;對燒結礦的關鍵指標要求進行排序,對重點指標優(yōu)先關注和保障,同時在配礦的策略上,對大料、輔料的庫存提出約束條件。

加強燒結配礦技術的研究。燒結配礦結構、工藝參數(shù)均為影響燒結礦質量的主要因素。探索梅鋼用礦結構下的燒結液相行為規(guī)律,優(yōu)化配礦結構,適度提高燒結配礦成本,而不是一味追求經(jīng)濟爐料及低成本配礦,通過高爐技術經(jīng)濟指標的改善來降低鐵水成本。燒結在基本滿足高爐對燒結礦成分要求的同時,更加關注燒結礦的冶金性能,為高爐冶煉提供支撐。從原燃料準備、燒結過程控制等方面開展工作,燒結礦質量得到明顯改善(見表2),轉鼓指數(shù)達到80%以上,RDI+3.15達到70%，槽下返礦率降到10%;同時,化學穩(wěn)定性增強,堿度波動范圍趨窄,基本滿足了大高爐生產(chǎn)對燒結礦質量的需求。

2  面臨的主要問題

5號高爐投產(chǎn)以來,面臨的一個主要問題就是原燃料條件不穩(wěn)定。

(1)2014年8月,因青奧會焦爐限產(chǎn),燒結停機及限產(chǎn),外購焦、球團礦、落地燒結礦用量增大,時常出現(xiàn)燒結倉位偏低,且球團礦品種增加,切換頻率頻繁,月度達到4到6種球團礦,加之操作應對不當, 不時會出現(xiàn)低爐溫情況,誘發(fā)高爐軟熔帶改變,導致爐墻大幅波動。11-12月,又因冬季環(huán)保限產(chǎn),燃料結構變化較大,外購焦75%,球團礦15%,塊礦15%,使用落地燒結礦,導致爐身下部銅冷卻壁產(chǎn)生兩次大波動,只得退負荷保順行。

(2)2015年,基于降低鐵水成本的考量,以及統(tǒng)物料平衡的結果,高爐爐料結構進行了大幅度調整。下半年開始,球團礦比例持續(xù)減少,由10%至2%甚至停用,塊礦比例持續(xù)提升,由13%提升19%左右。因高爐產(chǎn)能較高,外購焦比例持續(xù)提升，在應對外部原燃料條件的變化的同時,操作制度調整出現(xiàn)不匹配,導致爐況產(chǎn)生波動,未能長期做到穩(wěn)定順行。

(3)2016年,再次受爐料結構頻繁變化的影響，單月球團礦切換品種達到5種。因切換頻率過高，使爐況剛適應當前爐料結構的情況下,又趕上一次爐料結構的切換,導致爐況波動,高爐不得不退負荷保順行。上半年,在自產(chǎn)干焦無法保證的基礎上，被迫提高外購焦比例,種種原因疊加,形成惡性循環(huán);下半年,雖然提高了自產(chǎn)焦炭的比例,但焦碳質量嚴重惡化,焦炭灰分上行明顯,降低了高爐透氣性等,劣化了焦炭的骨架作用,進而影響產(chǎn)量與煤比提升。為了發(fā)揮產(chǎn)能,甚至刻意提高球團礦使用比例,但未能達到預期目標,反而導致2016年度高爐技術經(jīng)濟指標下滑(見表1)。

3  對策

3.1  加強原燃料質量管理

(1)含鐵原料。2017年全面反思整個配礦思路,提前策劃,對高爐全年的用礦結構定下基本方案。明確球團礦使用品種及切換周期,嚴格按照制度方案執(zhí)行;對塊礦含粉率提出明確要求,通過增加離線篩分系統(tǒng),提前備足周期使用量,雨季更是重點監(jiān)控;對燒結礦的關鍵指標要求進行排序,對重點指標優(yōu)先關注和保障,同時在配礦的策略上,對大料、輔料的庫存提出約束條件。

加強燒結配礦技術的研究。燒結配礦結構、工藝參數(shù)均為影響燒結礦質量的主要因素。探索梅鋼用礦結構下的燒結液相行為規(guī)律,優(yōu)化配礦結構,適度提高燒結配礦成本,而不是一味追求經(jīng)濟爐料及低成本配礦,通過高爐技術經(jīng)濟指標的改善來降低鐵水成本。燒結在基本滿足高爐對燒結礦成分要求的同時,更加關注燒結礦的冶金性能,為高爐冶煉提供支撐。從原燃料準備、燒結過程控制等方面開展工作,燒結礦質量得到明顯改善(見表2),轉鼓指數(shù)達到80%以上,RDI+3.15達到70%，槽下返礦率降到10%;同時,化學穩(wěn)定性增強,堿度波動范圍趨窄,基本滿足了大高爐生產(chǎn)對燒結礦質量的需求。

燒結礦質量的改善,為高爐工序有效降低熔劑加入量、降低渣比、改善爐內透氣性、增加焦炭負荷提煤比創(chuàng)造了積極的條件。

2)焦炭。在梅鋼現(xiàn)有裝備條件下,在煤比未達到150kg/以上時,5號高爐若要維持較高利用系數(shù)、必須配用一定比例的外購焦(20%左右),而每逢干媳焦年修,外購焦的比例最高達到50%。隨著外購焦用量比例的增加,以及自產(chǎn)焦的干濕轉換,都會引起高爐爐況波動。通過對高爐原燃料需求的認識、堅持問題導向,進而根據(jù)自身條件制訂以下兩項有針對性的措施

一是優(yōu)化配煤,不同容積高爐應用不同質量的焦炭。大型高爐需要更好的原燃料條件,小型高爐對焦炭質量承受能力更強。根據(jù)這一特點,重點保障大高爐的配煤結構,同時對自產(chǎn)焦炭的各項指標也進行排序,年度配煤方案根據(jù)指標需求統(tǒng)籌策劃,尤其在2017年下半年實現(xiàn)了連續(xù)4個月焦炭灰分小于12%的實績。小高爐全部使用外購焦和大高爐的返中焦。5號高爐近幾年使用的焦炭質量指標見表3。

二是優(yōu)化焦炭物流組織。對現(xiàn)有焦炭堆場進行優(yōu)化調整,增加焦炭堆存量,同時通過接卸優(yōu)化等工作,實現(xiàn)高爐分品種使用外購焦。適度減少大高爐中焦比例,保證大高爐的大焦入爐率,大高爐返中焦供應給小高爐或燒結使用,總體維持焦炭物流平衡從2017用料實績來看(如圖1.2所示),全年度基本保持入爐用礦結構的高度穩(wěn)定性,從根本上保持了入爐料綜合治金性能。在保持較高煤比的條件下,在3月前沒使用外購焦,之后被迫使用一定比例外購焦,但在通過保證入爐大焦比例的情況下,保持高爐的較好透氣性,維持了爐況的長期穩(wěn)定順行。

3.2  優(yōu)化上下部操作制度

(1)上部制度。5號高爐爐頂為并罐式設備,且主皮帶與東西料罐的連線呈68.30的夾角,加劇了爐料在料罐的偏析。通過一段時間的摸索、驗證,最終通過調整換罐周期及溜槽換向周期,一定程度上減少了由爐料的偏析而引起的偏尺和氣流波動。從開爐初期至2013年底,5號高爐嘗試過多種上部制度,使用較大角度(外傾角40及以上),形成較大漏斗。但是,高爐風量小、鼓風動能低于100kJ/s,操作壓差長期維持在185 kPa以上,熱負荷波動大、崩滑料多,產(chǎn)量及噴煤比等指標差。也曾使用過小角度窄平臺(外傾角36°左右)操作,高爐表現(xiàn)為熱負荷高、管道氣流多,產(chǎn)量及噴煤比等指標難以提升。無論是大角度還是小角度,在應對諸多爐況不順時,高爐操作者對基本的布料矩陣未能堅守,大幅度調整布料制度,忽視了布料制度三項參數(shù):①爐料的起始點和落點 ②料面的形狀;③徑向和周向分布的量。

2014年吸取了教訓,布料矩陣全面回歸至開爐測料面的基本框架之內,并持續(xù)至今。

(2)下部制度。大高爐因爐缸直徑大,吹透中心、活躍爐缸的難度也明顯增加,直接表現(xiàn)在下部各項送風參數(shù)上,如鼓風動能、風速、風溫、理論燃燒溫度、爐腹煤氣量等。2013年,5號高爐通過較高的風量來活躍爐缸,嘗試擴大風口面積來達到穩(wěn)吹風量的目的,但往往事與愿違。在風口面積擴大的同時,未能在原有風量的基礎上實現(xiàn)突破(實際風速約230 m/s),反而導致了鼓風動能的降低(長期不足130kJ/s),日積月累,在原燃料變差的條件下弊端立即顯現(xiàn),爐況一旦波動就頻發(fā)管道氣流,導致高爐在操作上采取退負荷、撤風溫等措施來應對,無形中又限制了鼓風動能,形成惡性循環(huán),被迫又從調整上部制度來應對。

2014年,通過風口布局的優(yōu)化調整,追求風以鼓風動能大于150k/s、實際風速大于260m/目標,輔以上部制度的配合,確定外擋角度并保持穩(wěn)定,形成了相對匹配的上下部制度。2017年,在原燃料及外圍條件的保障下,加負荷提煤比配合較高富氧率追求大風量,既保持強勁的中心氣流又開放邊沿氣流,實現(xiàn)了鼓風動能及風速的突破（如圖3、4所示),在爐頂溫度保持大于100℃的前提下,實現(xiàn)了較高煤比及較高煤氣利用率,高爐利數(shù)也明顯提高,促進了爐況長期穩(wěn)定順行。

3.3  推進日常標準化操作

通過推進日常的技術管理標準化,量化各項參數(shù)的調整幅度和調整區(qū)間,不斷統(tǒng)計、回歸、分析，最終收窄量化控制的范圍,減少人為干預波動。

重視和完善爐型管理,確定全爐及關鍵區(qū)域熱負荷控制范圍,建立不同產(chǎn)能規(guī)模、不同用料結構下的氣流參數(shù)區(qū)間,做到用數(shù)據(jù)說話。

4  結語

(1)大高爐在原燃料方面雖然不要追求極致的精料,但需要結合自身的實際條件,在管理上做到提前策劃,保障在一定的時間內持續(xù)穩(wěn)定,同時結合市場的變化,適度提高配煤配礦成本,最終通過高爐的高效低耗來實現(xiàn)鐵水成本的降低。

(2)大高爐的順行需建立在爐缸的活躍和爐型的規(guī)整上,根據(jù)自身的原燃料條件,要在滿足布料基本原則的基礎上,尋求下部制度同上部制度的匹配, 并通過較高的鼓風動能和風速實現(xiàn)兩道氣流的合理分布。

(3)高爐操作人員應站在整個鐵前系統(tǒng)來看待高爐的穩(wěn)定順行,拓寬自己的視野,眼光向前,找到影響爐況穩(wěn)定的癥結所在,從而做到有的放矢,將不利于爐況穩(wěn)定順行的因素扼殺在萌芽狀態(tài),實現(xiàn)超前管控。