S如何边缘控制_【技术文摘】宝钢1号高炉炉缸温度控制实践

最新推荐文章于 2020-11-22 11:24:06 发布

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王波宋文刚

(宝山钢铁股份有限公司)

摘要 宝钢1号高炉2017年以来炉缸温度出现4次异常升高的现象，认为主要是炉体热负荷波动及崩滑料、炉前作业状况不稳定、处理上不够果断等引起的。通过采取改善炉缸状态消除局部不均匀侵蚀、优化炉前作业制度稳定铁口区工作状态、建立炉缸温度异常预警机制等措施，高炉技术经济指标改善，同时炉缸温度处于安全、稳定受控范围。炉缸温度2号铁口侧壁温度由最高的680℃下降至130℃，3号铁口侧壁温度由最高的615℃下降至150℃。

关键词 大型高炉炉缸温度侵蚀操作制度顺行

宝钢1号高炉(三代)大修后扩容至4966m3，并首次采用了全国产的并罐式无料钟装料工艺，风口以上采用了5段镶砖铜冷却壁，于2009年2月15日点火投产，6天后就达产。 2017年以来，炉缸温度(正常在200℃以下)出现4次异常上升，温度超过600℃，对生产指标和铁水成本造成了较大影响，为此，对1号高炉炉缸温度异常上升的原因进行分析，并重点阐述控制炉缸温度、实现长寿的对策，生产实践证明这些做法取得了明显效果，1号高炉实现了炉况稳定顺行、并且在产量等经济技术指标提高的情况下，炉缸温度安全、稳定受控。

1 炉底炉缸结构及侵蚀情况

(1)耐材及冷却结构。1号高炉炉缸直径14.5m，炉缸高度5.5m，死铁层深度3.5m，采用了热压小块炭砖、大块炭砖加陶瓷杯相结合的新型复合炉底炉缸结构，炉底第1层采用石墨砖，第2、3、4层采用普通大炭砖，第5、6层为陶瓷垫[1]。风口以下采用5段冷却壁，H1段采用光面灰铸铁冷却壁，H2、H3段位于象脚侵蚀区，采用铜冷却壁来加强该部位的冷却，H4段设在出铁口环带，在每个铁口的周围及两铁口之间设置铜冷却壁。炉缸侧壁象脚侵蚀区及铁口区采用热压小块炭砖NMD，炉缸侧壁的其余部位采用热压小块炭砖NMA。炉底炉缸及铁口保护砖主要是刚玉砖和莫来石砖，炉缸内壁为黏土质保护砖，铁口区域为炭化硅质保护砖[1]。H5段采用光面灰铸铁冷却壁，在风口处设40块光面灰铸铁冷却壁。 (2)侵蚀情况。大型高炉开炉后，随着日产量和煤比等生产指标的提升，大多数高炉炉缸温度不断攀升，这也是当前大型高炉所要面对的共性问题[2]。宝钢1号高炉自2012年以后，每年都会出现由于炉缸侧壁温度升高，制约高炉产量等指标的发挥。高炉炉缸温度升高由铁口区域开始，逐步向下扩展，并向炉底延伸，而且是不均匀侵蚀，局部侵蚀很严重，炉缸热负荷最高上升至2500×104kJ/h，其中2017年以来，炉缸温度就出现4次异常上升。

2 炉缸温度上升的原因

炉缸、炉底部位的耐材内衬是一种缓蚀炉衬，即侵蚀掉一层，就减薄一层，不易修补，不易再生。其侵蚀机理主要是铁水渗透侵蚀、铁水环流冲刷以及800℃左右温度区域的炭砖脆化。生产中，造成耐材侵蚀的应力有：热应力、机械冲击、生铁和渗碳的侵蚀、CO对粘土砖的侵蚀、渣铁对炉缸侧壁的侵蚀、碱对炭砖的侵蚀等[2]。炉缸维护的基本理念就是要控制耐材的侵蚀速度在适当的程度，在耐材表面形成稳定的凝铁层，并尽量减少炉缸工况的波动。 1号高炉炉缸温度升高主要是由于炉体热负荷波动及崩滑料导致未充分还原的熔融物进入炉缸，熔融物(FeO含量高)对炉温、硫磺、焦炭粒度等均有影响。随着时间推移，炉缸状态逐渐变差，铁水环流逐渐加剧，不利于炉缸凝铁层的稳定存在，炉缸温度快速上升；且炉缸状态变差又对炉前作业的稳定性产生影响，若炉前作业应对不好，会进一步导致炉缸温度升高及不受控；另外在炉缸温度异常上升情况下，如果采取减产、退负荷等措施不果断，则会造成炉缸温度长时间不受控。因此如何保持炉况稳定顺行、稳定热负荷、减少崩滑料；炉前如何适时调整作业方针，扭转被动局面，采取措施改善铁口区工作状态，包括改善见渣率、稳定铁口状态，为炉缸温度控制创造条件；建立有效的炉缸温度异常预警机制，确保在炉缸温度异常情况下及时采取减产、退负荷、堵风口等措施值得思考，也是下文讨论的重点。

3 控制炉缸侵蚀的对策

3.1 改善炉缸状态，消除局部、不均匀侵蚀

(1)改善炉况顺行。主要从高炉日常操作制度上着手调整。送风制度上：根据大型高炉生产的特点，选取合适的理论燃烧温度、鼓风动能、合适的综合送风比、炉腹煤气量指数(图2所示)，标准风速230～240m/s，以保证下部煤气流初始分布在适应当前高炉操作冶炼条件下的合理范围之内，使高炉操作炉型接近理想状况，高炉各项技术经济指标在较好的范围之内。主要采取适当缩小风口面积、动态调整风量，提高富氧率(图1所示)，提高顶压，控制煤气流速；富氧率选择兼顾矿焦比、炉腹煤气量和顶温。

装入制度上：设定合适的溜槽倾角，特别是起始角度，以及相应的料线配合，使炉料在炉内分布过程中形成比较稳固的料面平台和合适的中心漏斗；适当调整布料档位以及批重，以改变不同区域的焦炭负荷，达到优化煤气流分布的目的；保证一定焦层厚度，平台宽度与圈数结合控制，达到稳定料面，改善透气性，稳定三次煤气流分布；采取“焦包矿”的布料模式，利用并罐布料的优势，边缘和中心有一定焦炭量。上下部制度的匹配调整，既确保充沛的中心气流，又适时发展了边缘气流，最终达到高炉内两股气流的相对合理分布，实现炉况顺行改善(图3、4所示)。

炉温控制上：目标铁水温度：天均PT：1510±10℃，单炉堵口前铁水温度大于1500℃，[Si]:0.30～0.40%参考。高炉操作基础是稳定炉温，炉温也为炉前作业创造良好的基础；采取适当控制铁水温度等措施，也对控制炉内高温区有利，可以减轻因炉料结构和性能变化对高炉顺行的影响；控制、平衡好燃料比，班与班之间偏差不超过3～5kg/t，热负荷突然上升，可以临时用风温及湿度控制，加热宜放慢节奏，一旦热负荷稳定，撤热要迅速到位，以免操作炉型再次破坏。造渣制度上：炼铁先炼渣，稳定造渣制度，为高炉炉料顺利下行提供条件，造渣制度应该适合于高炉冶炼的要求，有利于稳定顺行，炉渣良好的流动性和稳定性很重要，目标：C/S：1.20～1.27；Al2O3：≤15.5%，MgO：≥5.5%，同时控制铁水硫含量≦0.030%，既保证了炉渣的良好流动性能，又确保了炉渣的脱硫性能。冷却制度上：通过操业制度的调整来实现对炉体热负荷的管控，并制定纯水Ⅱ系统铜冷却壁冷却强度控制规定，日常主要采取中等偏下的冷却强度，水速1.6～1.8m/s，需要可临时调整到2.0m/s。 (2)选择合理操作指标以炉况稳定顺行为原则，控制好高炉压差，不强攻操作指标，客观评估，阶段性可持续稳定的矿焦比、产量，操业重点放在维持操作炉型、稳定炉体热负荷、保持良好的炉缸状态上。尽可能减少、消除崩滑料，崩滑料指数≤9/天，减少顶压冒尖、料难行、热负荷大幅波动、炉温大幅波动、以及炉缸温度异常上升等现象。 (3)稳定原燃料质量从2017年4月开始，宝钢2台烧结机对应4座高炉，烧结矿比大幅下降，球团矿比大幅提高，孰料率也有所下降，同时球团矿质量不稳定，加上限煤的影响，外购焦炭增加且质量不稳。针对原燃料条件不利影响，首先，从稳定焦炭质量入手，以改善炉缸死料柱内焦炭粒度组成和空隙度，使其具有良好的透气透液性，引导煤气流往炉缸中心方向发展[2]，主要维持焦炭的CRI：20.8～25.1%，CSR：67.5～73.3%，DI15：87.9～88.7，焦炭的抗碎强度(M40)：88.5～90.5%，焦炭的抗磨指数(M10)：4.6～5.9%。其次，减少粉末入炉，为炉况顺行创造条件，控制锌负荷、碱金属负荷在标准范围。再次，均分各高炉烧结矿比，有利于稳定碱度，提高入炉品位，如遇炉况原因需要调整，最大比例不大于5%，物流异常除外。最后，相对稳定炉料结构，特别是球团矿，减少矿石品种切换，有利于操作炉型稳定，保持较低的渣比，达到炉缸状态稳定的目的。

3.2 优化炉前作业制度，稳定铁口区工作状态

合适的铁口深度(3.6～3.8m)和合适的打泥量是稳定作业和出好渣铁的关键，日常炉前工作尽可能保证炮泥质量稳定、炉前设备稳定、操作上杜绝开漏、杜绝冒泥、杜绝顶流堵口等。炉况顺行与炉前作业相互影响，炉况顺行变差，热负荷波动及崩滑料导致生料易下到炉缸，铁水温度波动，炉缸状态逐渐变差，透液性不良，铁水环流加剧，不利于炉缸凝铁层的稳定，并且炉前作业也发生变化。在某一段时间内铁口经常发生开漏、断流等现象，铁口深度也不稳定，致使铁口泥包不能得到有效维护，在炉缸凝铁层熔化后，炭砖不断受到侵蚀，从而进一步导致炉缸温度升高；相反活跃的炉缸状态有利于炉缸凝铁层的稳定，也有利于炉前作业状态的稳定。炉前作业必须以出尽出好渣铁为原则，尽量为高炉的稳定顺行提供必要的支持，操作制度上注重解决炉缸状态差的问题，为炉前作业的稳定提供了保障。为了更好出尽出好渣铁、降低铁水环流、降低劳动强度、降低吨铁成本等目的，一高炉于2017年底开始，炉前出铁采用对角两个铁口对出的方式，日常作业则控制好储渣储铁趋势线，出尽渣铁，在热负荷波动较大或者崩滑料多方向，结合铁口休止的时间，强化炉前作业，为炉况顺行及炉缸侧壁温度控制起到关键作用，炉前作业稳定受控，其中出渣率月均达到93%以上、铁次下降至月均8次，铁次变化及出渣率变化趋势见图5所示。

对炉前作业从以下几个方面进行规定。 (1)钻杆选择。钻杆选择φ60mm或以上，杜绝间隔、连出等现象；开口60min不见渣，及时打开下一铁口重叠，重叠出铁见喷堵口，严禁顶流堵口；出铁时间一般控制在3.5小时以内； (2)二个铁口对角出铁，控制好储渣储铁趋势线，出尽渣铁； (3)铁口维护方面：确保打泥压力和打泥量，维护好铁口深度，铁口深度控制在3.6m～3.8m； (4)炉前设备维护方面：维护好炉前设备，加强点检；铁口泥套吹扫干净，保持泥套面平整，杜绝冒泥现象；按照规定检查沟子状况，加强三通、四通、沟头、摆动、混铁车的点检，发现问题，提早汇报处理； (5)加强主沟、渣沟及铁沟的管理，确保一个铁口处于备用状态。

3.3 合理组织产量，建立炉缸温度异常预警机制

(1)控制高炉合理产量水平，分季节的组织产量分配，欠产后不超高炉能承受的上限追产，利用系数维持在2.2t/(m3·d)以下。 (2)建立预警机制。炉缸侧壁温度日均上升多或铁口区域绝对温度高、非铁口区域温度超过正常多则开始预警；一旦发现炉缸温度上升趋势明显，改善炉前作业无效果，果断早减产，力争最终少减产，必要时采取堵风口，或者缩小侧壁温度高方向上方的风口直径及增加焦比等措施。 (3)利用每次定修进行压浆维护，以封堵风口与铁口之间气路、气隙，保证炉内热量传导通路畅通。由于压进去的炭质浆料，大部分是炭质，会沉淀下来，小部分会挥发掉或蒸发掉，导致风口与铁口之间又有窜气通道，所以压浆维护是长期的，一代炉龄内需要多次做的事情。而且在进行炉缸压浆过程中必须注意相关作业管理，一方面，需设法将炭质浆料填充进去；另一方面，又需防止压力过高，致使填充层气隙贯通，造成气隙进一步提高[2]。 (4)为避免炉缸冷却强度不足，有必要提高外部冷却效果，目前主要措施是设法降低冷却水温，尤其是防止夏季水温过高，同时还要加强水质管理。另外风口或冷却设备的过量漏水，也易导致铁水凝固层消失，因而防止冷却水渗入炉缸也是日常重要的工作内容[2]。

4 效果

通过采取以上对策，1号高炉炉况顺行良好，风压波动小，压差受控，高炉崩滑料减少，热负荷波动减小且较稳定，技术经济指标改善，高炉产量增加明显。同时炉缸温度安全、稳定受控，详见下图6～10所示，其中炉缸温度情况：2018年3月份主要标高10.03m至11.105m，64.5～115.5度方向侧壁上升，其中88.5度方向315052最高超过600℃，4月、5月、6月、7月侧壁温度均匀上升，炉缸均匀性改善，总体侧壁温度下降并受控。