王宝海 赵立军 姜彦兵 龚继斌 李伟伟
(鞍钢股份有限公司）
摘 要：鞍钢鱼鱼圈2号高炉中修更换铜冷却壁后，为提高煤气利用率、降低高炉燃料比，开展了取消中心加焦布料制度的实践。通过先调整中心加焦挡位，初步形成了“平台+漏斗”的布料模式，之后再缩小中心漏斗、降低矿焦角位差和综合调整矿焦角位差等手段，2号高炉成功取消了中心加焦，炉况稳定顺行，煤气利用率提高到50%以上，燃料比下降到502kg/t。
关键词：大型高炉 中心加焦 煤气利用率 燃料比
鞍钢站鱼圈2号高炉（4038m3)于2009年4月26日点火送风，投产后一直采用中心加焦的装料制度，顺行状态良好。2014年之后，随着原燃料质量下降，冷却壁破损逐渐加重，煤气利用率逐渐下降，燃料比逐渐上升，并且由于铜冷却壁破损严重，于2016年4月25日降料线中修，更换7~11带铜冷却壁。中修投产后，从第一批料开始，尝试突破多年来的传统理念，改变原来的装料制度，开展取消中心加焦布料实践。
1 中修前布料制度
1991年9月，鞍钢首次在11号高炉（2580m3)开展中心加焦试验，初始中心加焦1圈，中心加焦量为7.7%,之后中心加焦增加到3圈，中心加焦量为25%。试验结果发现，炉顶煤气CO2提高1%、日产量增加74t、燃料比下降5kg/t;高炉休风观测炉顶料面发现，料面中心有直径约为1m圆形凸起部分，凸起部分煤气火较大，说明中心气流活跃[1-2]。从此，鞍钢高炉均采用中心加焦技术，而且中心加焦逐渐增大到5~6圈，中心加焦量增加到30%以上。
为充分发挥无料钟布料优势，准确确定布料溜槽倾角，在2号高炉开炉装料过程中，采用激光料面测试技术，根据料流轨迹测量结果，修订布料溜槽各挡位倾角（见表1)。
2号高炉自投产以来，一直采用中心加焦，加焦挡位维持12°不变，加焦量在20%~35%,其目的是通过加大中心加焦量改善料柱块状带和软熔带的透气性，同时加快中心死料柱置换速度，改善炉缸料柱的透液性，形成中心发展的倒V型软熔带，提高高炉稳定性。2号高炉基本布料矩阵为C1098761（122225）O109876（44322）OS109876（44322）,料线为1.6m,炉况基本稳定，但煤气利用率始终偏低，基本在44.8%~46.0%;燃料比也一直偏高，最低仅达到524kg/t(见表2),而且随着原燃料条件逐渐下降，高炉燃料比逐渐攀升，风量也出现萎缩（见表3),产量逐年下降。
2 取消中心加焦的进程
2014年之后，随着钢铁市场行情的变化，2号高炉逐步压缩产能，并且迫于成本压力，增大低价低质原燃料的用量，造成原燃料质量大幅度下降。同时，自2014年7月开始，2号高炉炉腰和炉身下部铜冷却壁水管出现破损，随着冷却壁破损程度的加剧，高炉技术经济指标更加恶化。依据高炉气流变化，对布料批重、料线、布料矩阵、布料次序等多次进行调整，保证了炉况基本稳定顺行。
但是到2016年，2号高炉铜冷却壁总破损率达到27%,其中第8段铜冷却壁破损率更是达到81%,休风率大幅增加，顺行稳定性恶化，燃料比急剧升高，被迫于4月25日降料线中修，整体更换炉腹到炉身下部所有铜冷却壁。
2号高炉中修开炉后，考虑到目前中心加焦布料模式在高炉中心形成无矿区过大，高温煤气不与矿石接触，造成热交换效率降低，煤气利用率变差[3-5]。借鉴其他钢铁企业取消中心加焦的成功经验，计划调整布料制度，逐渐形成“平台+漏斗”的布料模式，提高煤气利用率，降低高炉燃料比。
2.1 调整中心加焦挡位
考虑到在高炉生产中取消中心加焦，会对原中心发展型的高炉煤气流分布造成很大影响，为此，利用中修开炉的机会，在2号高炉重新装料时就取消中心加焦。
2016年5月11日2号高炉开炉装料时，装料布料矩阵把原有中心焦炭挡位12°平移到24.5°,即由第1挡位移至第3挡位，同时增加边沿焦炭圈数，把第10挡位焦炭由原来的布1圈改为布3圈；第10挡位和第9挡位矿石由原来的布4圈改为布3圈，适当疏通边沿，矿焦角位差由9.5降至2.3°,具体布料制度为C1098763（332223）O109876（33222）OS109876（33222）。
由于开炉恢复初期炉喉温度比较高，边沿气流不稳定，改变布料制度后，效果不佳，至风口全部打开、恢复全风量以后，煤气流分布逐渐稳定，初步形成了“平台+漏斗”的料面形状，高炉顺行状态良好，改变布料制度取得初步效果。
2.2 缩小中心漏斗
开炉恢复过程中，2号高炉炉喉温度均高，气流控制不住，考虑到矿焦平台角差2.3°过小，容易造成平台偏窄。因此，于5月15日改变布料制度，把布料挡位扩至5挡，第5挡位矿焦均布2圈，同时加宽矿石和焦炭平台宽度；同时将矿焦角位差降至1.96°,缩小漏斗面积，抑制中心气流，采用的布料制度为C10987653（3322223）O1098765（332222）OS1098765（332222）。
在2号高炉稳定顺行有保证后，逐步减少第三挡位的焦炭，5月19日减至2.5圈，5月27日减至2圈，进一步降低矿焦角位差到1.50°。
通过调整，虽然炉喉温度圆周方向不均匀、不稳定，但是平均炉顶温度逐渐下降，煤气利用率升高且稳定在47%左右，燃料比下降到520kg/t,达到开炉以来最好的水平，取消中心加焦实践取得成效。
2.3 降低矿焦角位差
(1)2016年6月调整过程。为进一步提高煤气利用率，减少中心焦炭量，抑制中心气流。6月上旬逐步将第3挡焦炭向第4挡移动，矿焦角位差进一步降至1.29°,取消小粒度矿石第5挡位布料，布料制度为C10987654（3322222）O1098765（332222）OS109876（44222）至此，取消中心加焦的布料矩阵基本形成，高炉进入稳定期，利用系数逐步上升，燃料比进一步降低。
中心加焦由第3挡位向第4挡位移动后，煤气流分布没有得到太大改变，高炉顺行能保证，煤气利用率略有升高，但炉喉温度仍不稳定。从6月中、下旬开始，进一步微调布料矩阵，寻找边沿和中心气流的相互平衡的布料制度，主要调整方向为进一步缩小矿焦角位差，以矿焦角位差为0调整目标。将矿焦角位差降至1.12°,同时将第4挡位焦炭减少到1.5圈。
随着矿焦角位差的减小，高炉煤气利用率逐步升高达到50%左右，燃料比稳定在520kg/t,高炉顺行情况良好，全月无休风或减风。但炉喉温度仍不稳定，圆周方向分布不均，同时炉身水温差开始上升，由月初的2.5℃上升至3.5℃。高炉仍存在焦炭负荷较轻、不接受风温、煤比较低等问题需要解决。
(2)2016年7月调整过程。为进一步降低矿焦角位差，7月初尝试继续减少中心焦炭量，减去第4挡位焦炭，将矿焦角位差降低到0.25左右。但实践效果并不好，中心焦炭减少后，中心气流明显受阻，炉身水温差急剧上升，由4℃上升至7℃，高炉顺行也出现波动，7月8日和13日，发生风压冒尖、悬料事故。为了保证高炉基本顺行，第4挡位焦炭又恢复到2圈，将矿焦角位差也调回1.0°左右。
经过讨论决定本着继续疏松边沿的指导思想调整布料矩阵，增加第9挡位焦炭圈数，由原3圈增加到4圈，并逐步缩小角位差到0.64。
由于布料制度调整过于频繁，整个7月高炉顺行稳定情况较差，炉身水温差波动大，基本在5~7℃，出现几次边沿管道和崩料，减风率增加到3.21%,但高炉煤气利用率基本能够稳定在50%左右，燃料比降至510kg/t。
(3)2016年8月调整过程。8月高炉的调整思路是进一步疏通边沿，逐步缩小矿焦角位差，角位差最小降至0.19°,增加第10挡位焦炭圈数，由原来的3圈增加到4圈，相应地减少第10挡位矿石圈数，由原来的3圈减少到2圈。调整后取得了一定效果，高炉4点炉喉温度曲线集中且下行，炉顶温度也有所下降，炉身水温差逐步稳定，炉体热负荷逐步稳定，壁体温度不再波动。
通过逐步扩大矿批的方式，保证焦层厚度，逐步加重焦炭负荷到5.16。高炉顺行情况稳定，冶炼强度提高，利用系数稳定在2.0以上，煤气利用率上升至50.7%且比较稳定，燃料比下降至502kg/t。
(4)2016年9月调整过程。9月上旬开始，2号高炉炉身水温差再度上升，基本在5~7℃之间波动，最高时甚至上升到10℃。为稳定炉身水温差，又对布料制度重新调整，寻找边沿和中心两道气流相互平衡。采取先疏通边沿后疏通中心的调整思路，共计调整布料矩阵25次，但效果均不明显，边沿煤气流仍然分布不均，炉身水温差仍高位波动，导致气流不稳，高炉顺行波动。
因此，先将矿焦角差降至0.04°,第4挡位焦炭由2圈减少到1圈，目的是疏松边沿气流，并将焦炭负荷降至4.9;由于效果不明显，之后将矿焦角差增加到0.67°,第4挡位焦炭又恢复到2圈，目的是适当发展中心气流，又没有取得效果；又重新将矿焦角位差持续向0·调整，虽然高炉不接受热量的问题有所改善，但煤气利用率下降到48.1%,燃料比有所升高；边沿气流仍不稳定，高炉不接受风压和压差，易出边沿管道、水温差波动，严重影响高炉的顺行和铁水质量。同时，由于长时间风压维持下限，鼓风动能不足，以及炉温不足，炉底中心温度持续下降，炉缸活跃程度大幅降低。
2.4 综合调整矿焦角位差
鉴于矿焦角位差对改善煤气流分布的重要性，综合分析9月所采取的仅通过调整第4挡位焦炭布料圈数、调整第10挡位和第9挡位矿石、焦炭布料圈数等措施，高炉生产效果没有得到根本性改善的情况，制定以下操作方针：一是高炉下部操作以吹活炉缸为主；二是布料制度以适当疏通中心，增强中心气流为主。
根据中修时对炉顶料面形状的观察，料面稍呈“M”型，表明布料溜槽倾角偏小，因此，首先调整所有挡位溜槽的倾角，第2到第11各挡位溜槽倾角各增加0.4°,第1挡位保持不变，调整前后的溜槽倾角见表4。
布料制度调整为第10挡位到第5挡位矿石和焦炭比例保持一致，最内挡位焦炭选择第4挡位和第3挡位，分别布2圈和1圈焦炭，矿焦角位差增加到1.54°,具体布料制度为C33322210332220533322通过调整布料矩阵，将焦炭向中心转移，以疏通中心气流，矿焦角位差逐渐增大。中心气流逐步变强，高炉稳定性有所增强，水温差波动逐步减小。高炉减风率大幅降低。边沿气流得到控制，炉身水温差逐步下降，煤气利用率又上升至50%左右，高炉长期稳定顺行。
3 结语
鲅鱼圈2号高炉取消中心加焦实践，经历7个多月的时间，基本上实现了“宽平台+深漏斗”的布料模式，过程艰难、代价沉重，但是最终取得了成效，也积累了布料制度调整的经验。
(1)虽然2号高炉顺行产生了波动，但是煤气利用率大幅度地提高，在原燃料质量下降前提下，燃料比低于历史最好水平，为降低生铁成本作出了巨大的贡献。
(2)本次取消中心加焦实践过程中，每次炉况波动均与原燃料质量有关，尤其是干焦比例下降、混匀料变堆阶段，炉况波动最为明显。因此，在原燃料质量下降、风量萎缩阶段，不宜取消中心加焦，保证原燃料优质和稳定是取消中心加焦的必要条件。
(3)取消中心加焦需要一个长期的实践过程，不能急于求成，每一步布料制度调整都要有足够的观察时间，待气流变化稳定后再进行下一步动作，避免调整过程中出现反复。
4 参考文献
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