楚強，陳霞，劉鐵龍

（濟南鋼鐵股份有限公司第一煉鐵廠，山東濟南250101）

摘要：為提高冶煉強度，濟鋼第一煉鐵廠350 m³高爐實施富氧鼓風冶煉，針對高富氧率對冶煉進程的不利影響，采取增加噴煤量，調(diào)整送風制度與布料矩陣，利用多種手段處理堿金屬危害等措施，2008 年高爐利用系數(shù)達到了4.08 t（/ m³·d）。

關(guān)鍵詞：高爐；鼓風冶煉；富氧率

1 前言

濟鋼第一煉鐵廠現(xiàn)有6 座350 m³高爐，1#~4#高爐為BT 型無鐘爐頂，5#、6#高爐為雙鐘爐頂，爐體冷卻系統(tǒng)采用軟水閉路循環(huán)。爐料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦66%+球團24%+酸性塊礦10%，焦炭80%外購。由于風機裝備能力低，入爐風量小，平均風量只有950m³/min 左右，嚴重制約了高爐的強化冶煉。2002 年濟鋼20 000 m³/h 制氧機投產(chǎn)，為高爐富氧提供了條件，高爐工藝操作克服富氧增加初期爐況穩(wěn)定性差，有害元素循環(huán)富集，爐渣Al₂O₃含量高等困難，在原燃料質(zhì)量下降的情況下，探索出高富氧冶煉特點和合理的操作制度。

2 提高富氧率對高爐冶煉的影響

2.1 富氧鼓風的作用

高爐富氧鼓風是向高爐鼓風中加入工業(yè)氧，使鼓風含氧超過大氣氧含量，達到提高冶煉強度，增加高爐產(chǎn)量和提高煤粉在風口前燃燒率的目的。其最突出的優(yōu)點，就是在不增加風量和鼓風機動力消耗的情況下達到提高產(chǎn)量的目的。

2.2 提高富氧率對高爐強化冶煉的影響

提高富氧率對高爐強化冶煉的促進作用有以下方面。一是從根本上解決了高爐風機能力不足的矛盾，改善了爐缸工作狀態(tài)，爐缸活躍程度提高；二是鼓風中含氧量增加，加快了焦炭燃燒速度，高爐冶煉強度得到明顯提高；三是風口區(qū)理論燃燒溫度升高，按照理論計算，富氧率升高1%，風口前理論燃燒溫度提高35 ℃，實際采取富氧鼓風后，風口前溫度明顯提高，渣鐵溫度充沛，有利于增加噴煤量，在充分利用高風溫基礎(chǔ)上，有效提高了噴煤比；四是富氧后煤氣中N₂含量減少，CO 濃度提高，促進了間接還原，CO₂含量由18.61%提高到19.28%；五是在爐渣Al₂O₃含量超過17%的條件下，高富氧率對改善爐渣流動性作用較明顯，渣溫充沛，能夠降低高Al₂O₃爐渣對爐缸的不利影響^［1］。

2.3 提高富氧率的實際效果

根據(jù)理論計算，富氧率提高1% ，可以增產(chǎn)4.76%。但實際生產(chǎn)中由于影響因素很多，很難達到理論計算值。濟鋼的生產(chǎn)實踐表明，在焦比不變的情況下，富氧率提高1%的增產(chǎn)效果為：鼓風中含氧21%～25%，富氧率提高1%，增產(chǎn)3.9%；鼓風中含氧25%～27%，增產(chǎn)3.2%。隨著富氧率提高，增產(chǎn)率呈遞減趨勢。

表1 為濟鋼第一煉鐵廠2005～2008 年高爐富氧率和主要技術(shù)指標，達到全國同類型高爐先進水平。

3 高富氧率對冶煉進程的不利影響

鼓風中氧的濃度增加，燃燒單位碳所需要的風量減少，鼓風中氮的濃度則降低，使生成的煤氣量減少，煤氣中CO 和CO₂濃度都有提高，這些變化，對冶煉過程產(chǎn)生多方面的影響。

3.1 對焦比的實際影響

隨鼓風中氧含量的提高，煤氣中CO 濃度增加，煤氣的還原能力提高，有助于間接還原過程的發(fā)展。但因煤氣量減少，在某種程度上擴大了低于700 ℃的低溫帶，又限制了間接還原的發(fā)展。所以，提高富氧能否降低燃料消耗，要由實際生產(chǎn)結(jié)果來定，不同冶煉條件，結(jié)果也不相同。目前國內(nèi)外沒有高富氧率可以降低焦比和燃料消耗的確切經(jīng)驗數(shù)據(jù)。濟鋼實踐表明，富氧鼓風對焦比的影響，存在有利和不利兩種因素。一是增加富氧后鼓風量相對減少，減少了熱風帶入爐內(nèi)的熱量，不利于降低焦比。二是由于煤氣CO 濃度提高，煤氣量減少，煤氣帶走的熱量也減少，有利于焦比降低。實踐表明對于采用難還原的礦石冶煉，風溫較低，富氧量較少時，因熱能利用改善，焦比將有所降低。而采用還原性好的礦石冶煉，風溫較高，富氧率較高時，熱風帶入爐內(nèi)的熱量大幅度降低，將可能使焦比升高。濟鋼高富氧對焦比的影響主要表現(xiàn)出后一種效果，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，富氧率超過4%，每升高1%，實際焦比升高3～5 kg/t。

3.2 對熱制度以及爐況的影響

高富氧鼓風改變了爐內(nèi)溫度場的分布，其規(guī)律與高風溫相似，即風口前的理論燃燒溫度升高，高溫區(qū)下移，爐身溫度和爐頂溫度下降，其影響程度比高風溫要大，嚴重時會造成爐身熱平衡緊張。隨著富氧率逐步增加，尤其是2007 年達到5%以上后，出現(xiàn)了入爐風量萎縮，實際鼓風動能降低，易在邊沿出現(xiàn)局部氣流。爐況表現(xiàn)為爐頂煤氣爆震，滑料以及崩料出現(xiàn)頻率多，爐況穩(wěn)定性較差。另一表現(xiàn)是爐溫波動幅度增大，尤其下行狀態(tài)下較難控制，處理不當易發(fā)生爐涼。

3.3 有害元素循環(huán)富集加劇

富氧鼓風能夠提高理論燃燒溫度，造成爐缸半徑方向的溫度梯度分布不合理，由于燃燒溫度過高，產(chǎn)生大量SiO ₂氣體，在塊狀區(qū)重新凝結(jié)沉積，降低料柱透氣性，從而破壞順行，可能引起難行、懸料、結(jié)瘤等事故。富氧到一定程度以后，由于風量降低，單位生鐵帶入的熱量減少，減少了高爐冶煉的熱量來源。2008 年以來，由于爐料有害元素與堿負荷同時升高，其中有害元素負荷達到4.05 kg/t，堿負荷3.36kg/t。高爐有害元素循環(huán)富集現(xiàn)象比較突出，爐墻尤其是爐身上部粘結(jié)比較嚴重，并且處理完后很快又重復(fù)出現(xiàn)粘結(jié)。除高爐休風后發(fā)現(xiàn)爐喉有明顯的有害元素粘結(jié)外，更換風口時也經(jīng)常有液態(tài)的鋅從風口流出，甚至出現(xiàn)煤氣取樣孔堵塞無法取煤氣樣情況。多次化驗粘結(jié)物成分，其中堿金屬含量較高。2008 年7 月30 日2#爐爐喉粘結(jié)物化驗成分為：K₂O8.60% ，Na₂O 2.08% ，Pb 0.19% ，SiO₂ 7.58% ，CaO8.60% ，MgO 6.22% ，Al₂O₃ 1.32% ，F(xiàn)eO 9.10% ，S0.44%，C 16.76%。從成分組成看，堿金屬元素總量達到10.87%，是造成爐墻粘結(jié)的主要原因。

4 應(yīng)對措施

通過分析富氧增加后鼓風動能、初始煤氣流分布變化，結(jié)合爐況運行狀況，以及爐體溫度參數(shù)的波動，制定了針對性的調(diào)劑措施，以消除高富氧帶來的不利影響，最大限度發(fā)揮增產(chǎn)提高噴煤有利的一面。

4.1 增加噴煤量

增加富氧后風口前理論燃燒溫度升高，靠近爐墻處的有害元素分解速度加快，隨著較盛的邊沿氣流進入上部爐墻低溫區(qū)后，快速冷凝粘接，不斷循環(huán)富集。理論計算煤比每增加10 kg/t，風口前燃燒溫度降低約20～25 ℃。因此增加煤粉噴吹量，降低風口前燃燒溫度，能減少爐墻邊沿的有害元素分解量。

4.2 調(diào)整送風制度

隨富氧率的提高和噴煤量增加，一方面風口前煤氣體積膨脹，爐缸徑向溫度梯度變陡，造成爐缸工作不均勻，因此應(yīng)適當擴大風口面積^［2］。另一方面焦炭負荷逐漸加重，料柱透氣性降低，必須有較高的鼓風動能，才能滿足煤氣流合理分布和爐況順行的要求，應(yīng)相應(yīng)縮小風口面積，以保持適宜的回旋區(qū)深度。濟鋼經(jīng)驗是當富氧率超過5%時，風口面積應(yīng)縮小1%～1.4%，風口長度增加20 mm。

4.3 調(diào)整布料矩陣

由于有害元素熔點低于400 ℃，邊沿氣流過分發(fā)展以及過分抑制都可能造成有害元素在爐墻粘結(jié)，前者高位粘結(jié)，后者易在爐腹爐腰處低位粘結(jié)。因此應(yīng)控制適宜的煤氣流分布，從長期實踐經(jīng)驗看，保證邊沿和中心兩道煤氣流分布模式能夠?qū)崿F(xiàn)既減輕爐墻有害元素粘結(jié)，又保持爐況穩(wěn)定的目的。具體措施：1）布料矩陣實施大焦礦角差；2）爐墻邊沿CO₂與中心CO₂含量差值控制在1%～3.5%；3）根據(jù)爐體溫度參數(shù)變化，結(jié)合風口前溫度狀況，不定期采取單環(huán)布料等措施疏導(dǎo)邊沿氣流，減少有害元素在爐墻上的粘結(jié)。

4.4 利用多種手段處理堿金屬危害

1）爐渣排堿。采取降低爐渣堿度為1.0~1.05，控制生鐵含硅0.4%~0.6%，保持鐵水物理熱1 470~1 510 ℃。連續(xù)2 爐以上出現(xiàn)高硅低硫，應(yīng)采取置換部分酸料手段。2）對燒結(jié)礦使用的化工廠廢棄物鉻渣、高爐污泥和瓦斯灰等廢棄物，實施定期開路循環(huán)，高爐同時配合加大排堿力度，減輕堿金屬帶來的危害。3）在爐料中增加白云石使用量，保持爐渣MgO 含量10%~12%，對爐渣排堿有很好的效果。

5 結(jié)語

1）高富氧率冶煉能達到大幅提高產(chǎn)量的效果，但隨著富氧率提高，增產(chǎn)率呈遞減趨勢。另一方面提高富氧率可以使煤粉燃燒率有所改善，但煤比不會有明顯的提高。

2）富氧的合理控制應(yīng)根據(jù)高爐冶煉條件和冶煉狀態(tài)決定，沒有可以通用的最佳值。

3）高富氧鼓風可能對順行產(chǎn)生不利影響，應(yīng)針對具體情況對操作制度進行必要的調(diào)節(jié)。尤其在高負荷有害元素和堿金屬情況下，其危害更不可忽視。

4）高富氧高冶強條件下的高爐技術(shù)操作，務(wù)必在高產(chǎn)時具備防涼意識和應(yīng)對措施。保持中心煤氣流暢通，適當抑制邊緣氣流，有利于高爐穩(wěn)定順行。

參考文獻：

［1］ 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2002：367-368.

［2］ 王筱留.高爐生產(chǎn)知識問答［M］.2 版.北京：冶金工業(yè)出版社，2004：298.