摘要：本文对马钢4000m3 B高炉长周期稳定及指标强化生产实践进行了总结。通过采取上部装料制度调整与下部送风制度匹配、焦炭整粒入炉、优化出铁制度、改善炉缸工作状态、建立体检预警机制等措施，B高炉至2018年实现了1400余天的长周期稳定顺行，并在稳定顺行的条件下实现月均煤比170kg/t以上的突破。
关键词：稳定顺行；指标强化；煤比；体检预警
Production under Stable Smooth Operation and Index Strengthening In Masteel’s 4000m3 B BF
NIE Yi WANG A-peng HAO Tuan-wei
(Maanshan Iron & Steel Company Ltd.)
Abstract: The paper summarizes the production practice under the long period stable smooth operation and index strengthening in Masteel’s 4000m3 B blast furnace. Through a series of measures taken by the exploration of the upper charging system and the matching of the lower blow system, coke grading, mechanism of physical examination and early warning, improving the working state of the herath, innovation of operating system and the change of management thought, a long period of more than 1400 days’ stable smooth operation is achieved by the B blast furnace. And the monthly average coal ratio above 170 kg/t is also broken.
Key words: stable smooth operation; index strengthening; coal ratio; physical examination and early warning
马钢新区B高炉（4000 m3）于2007年5月24日投产，运行多年，始终无法实现冶炼强度与稳定顺行的双向突破。2014年以前，B高炉虽阶段有过较好指标，但难以长期维持，冬季生产、雨季生产、干湿焦转换、炉墙结厚等内外部条件始终威胁着高炉顺行，高炉数次陷入失常，损失巨大；2014年以后，铁前树立“高炉长周期稳定顺行”为核心的经营理念，通过内部 “高炉体检”为核心的基础管理和外部“预警机制”为核心的高效协同，保证高炉长周期稳定顺行，再通过学习借鉴国内外先进操作理念与总结自身成熟操作技术相结合，逐步摸索出了一条适用于马钢4000m3高炉高冶炼强度下稳定运行生产的道路，至2018年初，高炉已实现稳定顺行1400余天，煤比顺利突破至170kg/t以上水平。
1 上部装料制度调整
B高炉在2014年7月前长期采用“中心加焦”的布料模式，典型布料矩阵如表1所示。中心加焦量在10~28%，主要根据中心气流发展情况调整，边缘气流较弱。这也直接造成了2014年初高炉在冬季高产条件下炉墙粘接最后引起失常。
表1 B高炉布料矩阵变化表
2014年7月布料矩阵开始向“平台+漏斗”转变，逐步取消中心焦，利用矿石在布料及料面下降过程中的推焦作用来保证中心气流，同时适当疏松边缘，坚决保证一定的边缘气流强度，实现“两道气流的合理分布”，通过不断摸索，寻找到不同冶炼条件下合适的矿、焦平台，形成了合适的高炉基本料制，其典型布料矩阵如表1所示。
2 下部送风制度匹配
2012年以前B高炉风口面积维持0.4425m2，风量上限6650m3/min，送风制度追求高风速及鼓风动能，以打透中心和吹活炉缸为目标；随着布料模式的转变，以及焦炭质量的下降，高炉逐步改变送风制度：保持上限风量、逐步扩大风口面积、适当降低风速及鼓风动能至合适水平，减少风口前焦炭破损的同时[1]，配合上部装料制度适当发展边缘气流。
同时为了提高煤粉在高炉内的燃烧效率，在煤比处于不同水平时对应调整富氧率，保持过氧系数在1.05以上，提高煤粉燃烧率[2]；由于煤比、富氧率提高时炉腹煤气量也会相应增加，为维持合理的炉腹煤气水平，采取以氧换风的方式，保持炉腹煤气指数在62~64的水平，稳定气流的一次分布，与国内资料[3]显示炉腹煤气指数控制在58~66相适应。
3 提高中心区焦炭粒级
2016年2月通过扩大焦炭筛板，提高中心区焦炭粒级，对炉内带来积极的影响，如图1所示。一方面大粒度焦炭分布在中心，对于中心气流的稳定充足有明显作用，同时起到降低炉内压差的作用；另一方面保证了中心焦炭的质量及粒度水平，给中心死料柱带来积极变化，保证下部透气透液性，对稳定炉缸工作状况改善起到促进作用。
图1 B高炉2015-2017年中心区焦炭粒级变化趋势图
4 煤比与渣比协同控制
B高炉入炉原燃料条件波动较大，相对同级别高炉入炉品味相对偏低，在加强T/H值管理减少粉末入炉的同时，调整用料结构：烧结矿72%+球团19%+生矿9%左右，控制熟料率90%以上。有研究表明[4]高炉渣量大，炉缸死料柱焦层中炉渣的积聚量增大，从而会影响高炉下部的煤气流分布和风口煤气流向中心区的穿透，由于随着煤比的上升，未燃煤粉带入的渣比增加造成“概念”渣比升高，根据马钢自身的原燃料条件，对历史数据进行统计回归得出了渣比、煤比和概念渣比的定量关系如图2；根据该定量关系严格执行渣比控制，随着煤比的提高保持概念渣比稳定。
图2 马钢4000m3渣比、概念渣比与煤比关系图
5 优化出铁制度
高炉内渣铁主要通过环流以及穿过死料柱流向铁口，B高炉炉缸工作状态一直是困扰高炉指标提升的难题，受困于中心死料柱透气透液性差的影响，高炉日常生产中出铁时间短、日铁次高、来渣时间晚（炉缸周向工作不均匀）、铁口堵口重开（单铁口出铁不满90min堵上重新打开）及卡焦现象多，渣铁难以大量通过中心死料柱流向铁口，渣铁出不净、炉缸工作不均匀、活跃性差造成炉内时常憋风、憋压，炉温难控制，影响到高炉的整体指标提升。
2016年2月从外部入手通过扩大部分焦炭筛板来提高中心焦粒度，改善中心死料柱透气透液性；2017年6~8月受水泵房冷却能力下降影响，高炉软水密闭循环系统进水温度大幅上涨，直接影响到炉缸冷却系统的冷却能力，高炉炉缸各层侧壁温度升高，炉缸容铁量增加，环流增大。高炉操作上看准机会调整出渣铁制度，调整钻杆，单炉出铁后期加强重叠，抑制环流快速发展的同时显著提高出铁时间，提高透过死料柱排出的渣铁量，进一步改善死料柱的透气透液性，铁口卡焦、堵口重开及来渣晚现象基本消除，日炉次显著下降，如图3所示。
图3 B高炉日均炉次变化趋势图
至9月后随着软水进水温度逐渐可控，高炉部分侧壁温度点开始逐步回落，11月进一步下调1℃进水温度控制中心线，炉缸侧壁温度开始全面回落，但由于死料柱的透气透液性已得到极大改善，高炉出铁仍保持稳定，炉缸工作状态良好，如图4所示。
◆┫DZ
图4 高炉炉缸截面工作状态变化示意图
6 “大矿批、高煤比、定燃料比”综合操作技术
高炉内矿石层的透气性指数与焦炭层差距较大，煤气流向焦炭多的地方发展，而矿批的大小直接影响到煤气流的分布，煤气流的分布又直接影响到炉况顺行及指标强化。随着负荷增加，高煤比时由于矿焦比的显著提高，炉内焦窗变薄，不利于气流通过。有研究表明[5]，矿焦界面层附近的阻力损失相当于每层料总阻力损失的9-26%，而大矿批能够保证焦窗厚度，减少料柱的这种界面效应，进一步提高炉料透气性，优化炉内气流的二次分布，因此使用大矿批是指标强化的必要条件。
B高炉在2017年以前，无论是采用中心加焦还是“平台+漏斗”的布料模式，由于操作理念和认识不足，矿批始终无法突破110t/ch，随着负荷水平的提高，扩批小带来的焦批小炉腰焦层厚度不足的问题也日益凸显。
有研究表明[6]不同炉容对应大矿批的比值系数（比值系数k=矿批（kg）/炉容）一般在28~31，对应我们4000m3的高炉的矿批使用应在112~124t，2017年B高炉开展大矿批实践攻关，如表2所示，在顶温可控的水平下积极扩大矿批，在运用过程中矿批基本控制在该范围内，实践证明大矿批使用后，炉况稳定性明显好转，为进一步提高煤比创造了条件。
表2 B高炉大矿批应用前后参数对比
定燃料比操作则是以“高炉体检预警机制”为基本准则，操作燃料比控制在合理范围作为高炉退守的重要依据，操作燃料比高于高炉体检中操作燃料比上限，炉温仍不稳定则及时退守，低于下限后长时间偏下限则考虑进一步提高冶强，真正做到以炉温为高炉稳定的基础。
通过高煤比、定燃料比操作积极创造上负荷平台，强化冶炼，保持高水平操作。从9月下旬开始实践，在4.35负荷条件下基础矿批由原100t/ch水平提高至108t/ch，如表2所示，加负荷尽量保持焦批稳定，于12月底达到119t/ch，高炉顶温水平显著下降，煤气的热能和化学能得到充分利用，在此基础上，月均煤比达到170Kg/t.Fe，周煤比阶段突破180Kg/t.Fe，取得大矿批实践的突破。
7 高炉体检预警机制
长期以来，马钢高炉操作上一直存在经验化多于数据化的问题，日常操作中模糊判断居多，数据统计分析及量化偏少，炉况波动时难以第一时间发现“症结”所在，严重时即导致炉况失常。2014年6月起，逐步创建并完善了“高炉体检预警机制”[7]。针对高炉进出两端的参数及指标每日进行全面体检，每周进行趋势分析，每月进行炉况总结，并运用统计分析结合工艺原理选取炉内重要参数建立高炉顺行指数[8]的评价模型，全面监测高炉“健康状态”，如图5所示。外部与上游工序加强联系，建立“高炉-总厂-炼铁技术处”三级预警机制，并根据过往应对得失制定相应应对预案，外部强化信息沟通效率，内部及时有效应对。并特别针对高炉上下部炉型稳定及炉缸安全，做到实时关注，及时预警并针对处理，将内外部变化对高炉顺行的影响降到最低。
图5 B高炉顺行指数趋势图
8 效果对比
经过一系列的措施调整以后，如图6及图7所示，B高炉在维持风量稳定的条件下随着负荷水平的提高，压差不升反降，炉况稳定性改善，煤比水平也逐步提高，炉内可操作性得到明显加强，发生异常炉况的可能性下降；在“平台+漏斗”布料模式下，炉内操作上秉承“稳定中心，适当疏松边缘”的原则，上下部调节相适宜，使高炉炉型得到良好的控制，出现炉墙结厚的可能性也明显下降。
图6 2010~2018年风量、压差水平趋势图
图7 2010~2018年煤比、全焦负荷、顶温、鼓风动能水平趋势图
在一系列攻关措施与制度的推行下，2015年至今B高炉无一起管道、悬料等异常炉况发生， B高炉不仅持续着长周期稳定顺行的现状，指标也逐步得到全面强化，图1可以看出，高炉鼓风动能适配马钢原燃料条件逐步稳定至合适水平，在大矿批实践的作用下高炉顶温明显下降，负荷及煤比水平上升，实现新的突破，攻关效果显著。
9 总结
1）实现高炉的长周期稳定顺行及煤比突破是个系统工程，内部体检制度的推行和外部预警机制的协作是关键，煤比突破过程中无论烧结，球团对品位的提升，以及焦化等各系统所做出的努力都起到了至关重要的作用。
2）高炉的稳定需要上部制度的稳定以及下部制度的合理匹配，炉缸工作状态是取得突破的基础，中心焦粒度的改善是取得气流稳定的关键，煤比上升后渣比也要进行合理匹配以保证软熔带的透气性。同时，在高负荷水平下需要管理制度上的跟进保证操作、技术、设备管理的精细化，尽量杜绝操作、设备事故的发生，提高应急处理能力。
3）一定的原料水平及系统保供条件对应一定的煤比水平，马钢B炉通过提高品位，降低渣比，提高焦炭粒级，加强过程控制，较好的原料保供及预警系统，达到全月170kg/t以上的煤比攻关，但目前制约B高炉煤比继续提升的主要原因是焦炭粒度在同行业大高炉中处于偏低水平，另外，2018年1月受大雪极寒天气影响，外界保供出现严重问题，高炉全焦负荷及时从4.8退至4.4保炉况顺行，从后期顺行情况验证看，外界保供条件稳定是支撑高炉高指标条件下顺行的前提。
4）此次攻关在煤比上升至165kg/t左右后燃料比出现明显下降的情况，主要是参数匹配及上下部制度的调整找到了合适的基准点，提高了煤粉燃烧率。在12月下旬煤比上升至180kg/t水平后，在气流未有明显变化的前提下，虽燃料比提至505kg/t左右水平，但炉缸热状态明显下降，是后续需要解决的问题。
参考文献：
[1] 朱锦明, 王臣. 宝钢高炉送风制度与炉缸维护的探讨[J]. 炼铁, 2015, 34(1): 1-4.
[2] 惠志刚, 丁 晖. 马钢4000m3高炉提高煤比实践[J]. 炼铁, 2009, 28(4): 26~29.
[3] 项钟庸. 以高炉炉腹煤气量指数取代冶炼强度的研究[J]. 钢铁, 2007, 42（9）:16~18.
[4] 朱锦明. 宝钢高炉200kg/t以上喷煤比的实践[J]. 炼铁, 2005, 24(增): 36~40.
[5] 付世敏. 高炉内煤气运动的探讨[J]. 武汉钢铁学院学报, 1980(01): 41-52.
[6] 侯文占, 鲍吉林, 王小文. 大矿批的选择和与之相适应的上下部调剂[C]//中国金属学会. 1997中国钢铁年会论文集. 北京: 中国金属学会, 1997: 489~491.
[7] 陈光伟, 王阿朋. 马钢4000m3B高炉体检体系应用实践[J]. 安徽冶金科技职业学院学报, 2016, 26(S1): 45-49.
[8] 程旺生, 沈云甫. 顺行指数在马钢高炉上的应用[J]. 炼铁, 2016, 35(06): 11-14.
论文作者:聂毅,王阿朋,郝团伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：高炉论文; 稳定论文; 焦炭论文; 水平论文; 气流论文; 操作论文; 制度论文; 《电力设备》2019年第7期论文;