王國(guó)鈞
(甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司 煉鐵廠，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)
摘 要: 近年來(lái)，煉鐵廠通過(guò)高爐大中修、技術(shù)改造和“四新”技術(shù)引進(jìn)提升高爐裝備水平。建立相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)市場(chǎng)情況調(diào)整配料，降低生鐵成本，在原燃料條件持續(xù)劣化，鋅負(fù)荷和堿負(fù)荷居高不下的情況下，高爐基本保持了爐況的穩(wěn)定順行，高爐生鐵成本居國(guó)內(nèi)前列。
關(guān)鍵詞: 煉鐵; 高爐; 裝備; 技術(shù); 成本
1 引言
目前酒鋼本部煉鐵廠共有 7 座高爐，分別為1 800 m3 兩座、1 000 m3 一座、450 m3 四座。自“十二五”以來(lái)，受資源條件限制，本部高爐的原燃料條件處于持續(xù)劣化的趨勢(shì)，特別是鋅負(fù)荷和堿負(fù)荷居高不下，煉鐵廠通過(guò)建立相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，跟蹤原燃料成本的變化并及時(shí)應(yīng)對(duì)，各高爐基本保持了爐況的穩(wěn)定順行，高爐生鐵成本居國(guó)內(nèi)前列。
近年來(lái)，煉鐵廠始終堅(jiān)持逢修必改的原則，利用高爐大中修的機(jī)會(huì)對(duì)高爐裝備水平進(jìn)行提升，每年通過(guò)技術(shù)改造和“四新”技術(shù)引進(jìn)提升高爐裝備水平。其中 1、2、3、5、7 號(hào)高爐分別經(jīng)過(guò)改造性大修，裝備水平明顯提高; 4、6 號(hào)高爐經(jīng)過(guò)恢復(fù)性大修和中修，在高爐自動(dòng)化水平和高爐監(jiān)控技術(shù)上有了一定提升。
2 裝備水平提升
通過(guò)跟蹤煉鐵裝備的發(fā)展，立足現(xiàn)實(shí)條件，利用高爐大中修、技術(shù)改造、“四新”技術(shù)引進(jìn)等途徑，不斷引進(jìn)成熟可靠的技術(shù)和設(shè)備，著重提高裝備的信息化、智能化和綠色化水平，使高爐裝備水平明顯提升，為高爐生產(chǎn)提供了可靠的設(shè)備保障。
2．1 通過(guò)高爐大修提高 1、2 號(hào)高爐裝備水平
2013 年 1、2 號(hào)高爐通過(guò)改造性大修，裝備水平與上一代爐役相比有了大幅度提升，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
⑴對(duì)高爐爐型重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)。由瘦高型改為矮胖型，為高爐強(qiáng)化冶煉創(chuàng)造條件。
⑵除塵設(shè)施升級(jí)換代。將原有的三套環(huán)境除塵系統(tǒng)由電除塵工藝改造成布袋除塵工藝，除塵風(fēng)量分別由原來(lái)的 30 萬(wàn) m3、71 萬(wàn) m3、63 萬(wàn) m3 增加到 55 萬(wàn) m3、95 萬(wàn) m3、75 萬(wàn) m3，提高除塵能力。將原有的濕法煤氣除塵系統(tǒng)改造為干法煤氣除塵系統(tǒng)。
⑶將 1、2 號(hào)高爐原有的干渣處理系統(tǒng)改為熱轉(zhuǎn)鼓法渣處理系統(tǒng)，增加生產(chǎn)安全性，降低環(huán)境污染，產(chǎn)生的水渣還可增加經(jīng)濟(jì)效益。
⑷用干式 TRT 發(fā)電機(jī)組代替濕式 TRT 發(fā)電機(jī)組，有效提高發(fā)電效率量。
⑸將前幾代爐役采用的工業(yè)水開(kāi)路循環(huán)改為軟水密閉循環(huán)，減少了高爐冷卻水量，降低高爐運(yùn)行成本，提高高爐冷卻強(qiáng)度。
⑹在兩座高爐的爐腹、爐腰及爐身下部采用三段銅冷卻壁，充分利用銅冷卻壁的高導(dǎo)熱性及較強(qiáng)的“掛渣”能力，在爐腹、爐腰銅冷卻壁上形成穩(wěn)定的渣皮，提高高爐壽命。
⑺進(jìn)行“三化”改造。增加了軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)、風(fēng)口自動(dòng)檢漏裝置、風(fēng)口成像技術(shù)以及將原有天車(chē)改造為遙控天車(chē)，減少了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了崗位職工對(duì)異常情況的發(fā)現(xiàn)和處置能力。
2．2 450 m3 高爐裝備水平的提升
鑒于現(xiàn)實(shí)條件和國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，450 m3 高爐在大修時(shí)只對(duì) 3、5 號(hào)高爐的爐型重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，裝備進(jìn)行了升級(jí); 4、6 號(hào)高爐僅進(jìn)行了恢復(fù)性大修。
即便如此，近年來(lái) 450 m3 高爐也不斷引進(jìn)成熟技術(shù)對(duì)高爐裝備進(jìn)行技術(shù)改造，通過(guò)安裝爐頂成像系統(tǒng)、風(fēng)口檢漏系統(tǒng)、風(fēng)口成像系統(tǒng)、水溫差在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和爐缸溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)提高高爐“三化”水平。通過(guò)近年來(lái)的不斷改造，對(duì)高爐的監(jiān)測(cè)水平明顯增強(qiáng)，為分析判斷高爐提供了數(shù)據(jù)支撐，在高爐出現(xiàn)溜槽脫落、風(fēng)口燒穿等事故時(shí)均能提早發(fā)現(xiàn)，減少了損失。450 m3 高爐自建成以來(lái)，頻繁出現(xiàn)大套燒穿的情況，對(duì)高爐的安全生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。為解決該問(wèn)題，在 3、5 號(hào)高爐大修時(shí)對(duì)大套重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從根本上杜絕了大套燒穿的危險(xiǎn)。對(duì) 4、6 號(hào)高爐的大套進(jìn)行了改造，減少了無(wú)冷區(qū)面積，母體由鑄鐵改為鑄鋼，也取得了一定的效果。
2．3 通過(guò)技術(shù)改造提升各系統(tǒng)裝備水平
2．3．1 熱風(fēng)爐系統(tǒng)
高風(fēng)溫是高爐降低焦比和強(qiáng)化冶煉的有效措施，提高風(fēng)溫也對(duì)促進(jìn)爐缸活躍性的提升有顯著效果，因此提高風(fēng)溫使用水平一直是高爐努力的重要方向。煉鐵廠一直通過(guò)對(duì)熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，不斷提高高爐風(fēng)溫使用水平。近 10 年來(lái)，煉鐵廠在熱風(fēng)爐技術(shù)改造方面主要做了以下工作。
⑴將 1、2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐的管式換熱器變?yōu)榘迨綋Q熱器，傳熱能力提高了 1 ～ 3 倍，煙氣工作溫度可達(dá) 800 ℃以上。
⑵對(duì) 5 號(hào)高爐 2#熱風(fēng)爐進(jìn)行升級(jí)改造。450 m3高爐目前采用的懸鏈線拱頂落地球式熱風(fēng)爐存在球床壽命短、阻力損失大、熱風(fēng)出口和燃燒口大墻容易開(kāi)裂等問(wèn)題。每隔 2 ～ 3 a 就需要更換一次耐火球，采用高效格子磚替代耐火球，解決了耐火球在高溫作用下發(fā)生蠕變或粘結(jié)，孔隙度減小甚至堵塞的問(wèn)題，降低了運(yùn)行費(fèi)用，也可避免每年換球?qū)Ω郀t風(fēng)溫的影響。
⑶利用兩年時(shí)間將 1 ～ 6 號(hào)高爐的熱風(fēng)爐系統(tǒng)進(jìn)行改造，全部采用自動(dòng)燒爐專家控制系統(tǒng)，提高了風(fēng)溫水平，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。
⑷450 m3 高爐煤氣干法除塵由刮板機(jī)變?yōu)闅饬敾?，避免二次揚(yáng)塵，減輕了卸灰職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。
⑸在 1、2 號(hào)高爐熱風(fēng)爐采用廢氣充壓法，減少了熱風(fēng)爐放散廢氣量，熱風(fēng)爐充壓時(shí)風(fēng)壓波動(dòng)降低、充壓時(shí)間縮短，降低因熱風(fēng)爐充壓對(duì)高爐爐況影響。
2．3．2 原料系統(tǒng)
對(duì)于高爐生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，“七分原料，三分操作”，由此可見(jiàn)原料對(duì)于高爐生產(chǎn)的重要性。本部煉鐵由于地域限制，以使用周邊劣質(zhì)原料為主，主要表現(xiàn)為種類多，數(shù)量少，有害成分高，高爐變料頻繁。原燃料條件保供能力弱對(duì)高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)造成了很大的困擾。煉鐵廠在積極協(xié)調(diào)改善原燃料條件，合理搭配現(xiàn)有資源的同時(shí)，對(duì)原料系統(tǒng)進(jìn)行了改造，提高原料系統(tǒng)的保障能力。
⑴引進(jìn)了中燃公司的環(huán)保自清篩，提高了篩分效率，減少了揚(yáng)塵對(duì)環(huán)境造成的污染。
⑵為解決外購(gòu)焦水份大，在冬季影響過(guò)篩的問(wèn)題，對(duì)焦倉(cāng)進(jìn)行保溫和通風(fēng)改造，降低了入爐焦炭的水份，提高了過(guò)篩效率。
⑶根據(jù)爐容大小將焦篩篩條間距由 20 mm 調(diào)整為 22 mm 和 25 mm，改善過(guò)篩效果，為高爐穩(wěn)定創(chuàng)造了有利條件。
燒結(jié)礦入爐粉末對(duì)高爐透氣性影響很大，煉鐵廠從原料系統(tǒng)設(shè)備的改造和工藝優(yōu)化著手降低入爐粉末，取得了明顯效果。1、2 號(hào)高爐通過(guò)采取提高篩子振幅和給料機(jī)能力、上層篩網(wǎng)短棒條進(jìn)行人工擴(kuò)齒、改造返礦出料口、加裝擋料板、增設(shè)分料器等措施，將 入 爐 粉 末 由 3% 以 上 降 低 到 2% 以 下。
450 m3 高爐采取改變振篩的給料方式、增加給料機(jī)、燒結(jié)礦給料方式變?yōu)榻o料機(jī)均勻給料、改變燒結(jié)礦在振篩篩面的分布、提高燒結(jié)礦振篩振幅、增加擋料板、增加篩子使用數(shù)量以及延長(zhǎng)振料時(shí)間等措施，將入爐粉末由 3%左右降低到 2%以下。入爐粉末降低后，各高爐的順行狀況得到了明顯改善。
2．3．3 噴煤系統(tǒng)
根據(jù)噴煤需要，煉鐵廠先后建立了一噴煤系統(tǒng)、 二噴煤系統(tǒng)和三噴煤系統(tǒng)，分別滿足 1、2 號(hào)高爐、 450 m3 高爐和 7 號(hào)高爐的噴煤要求。一噴煤系統(tǒng)由于建成時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備老化，無(wú)法滿足高爐對(duì)煤種的要求，也存在安全隱患，2020 年對(duì)全廠噴煤系統(tǒng)進(jìn)行了整合優(yōu)化，停用一噴煤系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)有三噴煤系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)化提升設(shè)計(jì)及安全性改造，實(shí)現(xiàn)全煙煤安全噴吹及高爐自動(dòng)噴吹，完善檢修設(shè)施，新增客貨兩用電梯 1 臺(tái)及清灰設(shè)施。在 1 號(hào)高爐附近新建煤粉噴吹站，利用煤粉輸送系統(tǒng)將二噴煤和三噴煤的富裕煤粉輸送到噴吹站滿足 1、2 號(hào)高爐噴吹煤粉的需求。通過(guò)噴煤系統(tǒng)的優(yōu)化，噴煤系統(tǒng)對(duì)煤種的適應(yīng)能力大大增強(qiáng)，其中三噴煤系統(tǒng)具備全煙煤噴吹的能力，噴煤系統(tǒng)的自動(dòng)化水平明顯提高。
3 高爐技術(shù)進(jìn)步
近年來(lái)，本部煉鐵各高爐立足現(xiàn)有原燃料條件，消化周邊資源，努力降低生鐵成本。在保證高爐基本順行的前提下，積極優(yōu)化指標(biāo)，具體指標(biāo)見(jiàn)表 1 和圖 1。
從表 1 中可以看出，高爐的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平相比均有較大差距，但考慮到原燃料條件差，原料有害元素高的現(xiàn)狀，指標(biāo)與先進(jìn)企業(yè)可比性不高。通過(guò)合理配礦，提高周邊低價(jià)原燃料的使用量，生鐵成本始終控制在較低水平，部分年份處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。
3．1 多環(huán)布料技術(shù)的應(yīng)用
對(duì)于高爐來(lái)說(shuō)上部裝料制度在其他基本操作制度穩(wěn)定后是控制煤氣流分布，充分利用熱能和化學(xué)能，保證爐況穩(wěn)定順行和指標(biāo)優(yōu)化的主要手段。上部裝料制度是否合理決定了高爐的順行狀況和指標(biāo)的優(yōu)劣。為應(yīng)對(duì)原燃料條件的劣化，提高高爐適應(yīng)能力以及優(yōu)化指標(biāo)，煉鐵廠一直沒(méi)有停止對(duì)裝料制度的探索。
3．1．1 450 m3 高爐多環(huán)布料技術(shù)的應(yīng)用
450 m3 高爐自投產(chǎn)以來(lái)，一直采用單環(huán)抽焦的布料方式。由于單環(huán)布料沒(méi)有充分利用爐頂設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，造成礦帶窄，煤氣流穩(wěn)定性差，煤氣利用率低，高爐表現(xiàn)出渣量鐵溫度不足，爐內(nèi)難行、懸料頻繁，多次出現(xiàn)爐缸大涼、爐缸凍結(jié)等事故，影響正常生產(chǎn)秩序。為解決上述問(wèn)題，從 2011 年開(kāi)始在 450 m3 高爐進(jìn)行多環(huán)布料試驗(yàn)，在試驗(yàn)期間經(jīng)過(guò)多次調(diào)整， 最終取得成功。多環(huán)布料在 450 m3 高爐的成功實(shí)施，使 450 m3 高爐爐況的穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，煤氣利用率由 36%提高至 40%左右，鐵水溫度由 1 430 ℃提高到 1 450 ℃以上，爐缸活躍程度提高，爐況順行狀況改善。
3．1．2 平臺(tái)+漏斗裝料制度的探索
酒鋼高爐受原燃料條件、設(shè)備水平的影響，煤氣利用率與行業(yè)同級(jí)別高爐差距較大。經(jīng)過(guò)開(kāi)展對(duì)外技術(shù)交流，借鑒寶鋼的技術(shù)思路，引進(jìn)了平臺(tái)+漏斗的布料理念，2013 年開(kāi)始在各高爐陸續(xù)嘗試取消中心加焦并取得成功。取消中心加焦后，高爐煤氣利用率明顯上升，1 號(hào)高爐最高達(dá)到 47%，2 號(hào)高爐最高達(dá)到 45%，450 m3 高爐達(dá)到 42%。
3．1．3 裝料制度再優(yōu)化
由于生產(chǎn)條件處在不斷變化的過(guò)程中，對(duì)高爐裝料制度的探索也始終沒(méi)有停止。最近幾年由于高爐生產(chǎn)條件呈現(xiàn)持續(xù)劣化趨勢(shì)，使得高爐料柱透氣性下降，風(fēng)量回縮。為保持較高的煤氣利用率，高爐在邊緣和中心均保持較高的礦焦比，造成爐況順行狀況變差。
2019 年四季度到 2020 年一季度的生產(chǎn)實(shí)踐表明，原有的裝料制度已經(jīng)很難適應(yīng)當(dāng)時(shí)的原燃料條件，需要對(duì)裝料制度進(jìn)行優(yōu)化。2019 年 11 月份在1、2 號(hào)高爐先后采用中心加焦的多環(huán)布料模式，配合下部送風(fēng)制度的調(diào)整，爐況的穩(wěn)定性逐步改善，高爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯進(jìn)步。2020 年 3 月 份450 m3 高爐也先后采用了中心加焦的多環(huán)布料模式，配合下部送風(fēng)制度的調(diào)整，各高爐逐步走出了爐況長(zhǎng)期失常的狀態(tài)，高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)持續(xù)優(yōu)化。
3．2 高風(fēng)溫使用
高風(fēng)溫是降低焦比和強(qiáng)化冶煉的有效措施，風(fēng)溫在 950～1 350 ℃時(shí)，風(fēng)溫每提高 100 ℃，可降低焦比 8 ～ 20 kg /t，增產(chǎn) 2% ～ 3%。近年來(lái)經(jīng)過(guò)技術(shù)改造，各高爐熱風(fēng)爐裝備水平不斷提升，為高爐使用高風(fēng)溫提供了保障。各高爐風(fēng)溫使用水平基本保持在1 150～1 200 ℃的水平，對(duì)高爐保證爐缸的活躍性，消化周邊高堿高鋅資源創(chuàng)造了有利條件。
3．3 高比例球團(tuán)的應(yīng)用
由于燒結(jié)和煉鐵產(chǎn)能不匹配，高堿度燒結(jié)礦不足，周邊塊礦存在有害雜質(zhì)高、資源量不足的問(wèn)題，無(wú)法大量使用，進(jìn)口塊礦受地域限制，運(yùn)距長(zhǎng)、運(yùn)費(fèi)高，長(zhǎng)期使用成本難以承受。高爐爐料結(jié)構(gòu)基本為高堿度燒結(jié)礦+球團(tuán)礦，間斷性小比例配加塊礦。除 2015 年～2017 年由于部分高爐停爐，煉鐵產(chǎn)能下降，球團(tuán)礦配比較低外，其余年份球團(tuán)礦配比均在30%以上( 圖 2) ，與國(guó)內(nèi)高爐球團(tuán)礦配比普遍在20%以下的情況形成明顯對(duì)比。與燒結(jié)礦相比，球團(tuán)礦冶金性能差，在爐內(nèi)易粉化，布料時(shí)易產(chǎn)生滾動(dòng)。球團(tuán)比例增加后邊緣和中心有加重現(xiàn)象，對(duì)爐況的穩(wěn)定順行產(chǎn)生不利影響。通過(guò)對(duì)基本操作制度進(jìn)行調(diào)整以及采取調(diào)整裝料順序，將球體料布在中心環(huán)帶，球團(tuán)礦中混入焦丁等措施，使高爐在使用高比例球團(tuán)生產(chǎn)期間爐況處于可控狀態(tài)，適應(yīng)了公司資源條件的要求。
3．4 配煤結(jié)構(gòu)優(yōu)化
噴吹煤粉是現(xiàn)代高爐煉鐵降本增效的重要手段，酒鋼周邊煤資源豐富，但質(zhì)量、價(jià)格差異較大。2011 年以來(lái)，本部煉鐵充分利用周邊資源，不斷優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)，高爐噴吹煤種達(dá)到了 10 多種，先后試驗(yàn)噴吹了蘭炭、馬克煤、改質(zhì)煤、工藝粉焦等多種燃料，通過(guò)合理搭配，尋找煤粉燃燒性能、安全性與成本的最佳結(jié)合點(diǎn)。通過(guò)優(yōu)化配煤結(jié)構(gòu)，使噴煤在滿足高爐生產(chǎn)的同時(shí)對(duì)降低高爐生鐵成本起到了明顯的促進(jìn)作用。
3．5 高鋅、高堿礦冶煉
受周邊資源條件限制，酒鋼高爐入爐堿負(fù)荷、鋅負(fù)荷一直處于行業(yè)較高水平。高爐入爐堿負(fù)荷約6．5 kg /t水平，最高達(dá)到 8．0 kg /t，鋅負(fù)荷在 0．8 kg /t以上，最高達(dá)到了 1．5 kg /t。堿、鋅等有害元素對(duì)高爐生產(chǎn)的影響主要有以下幾個(gè)方面，見(jiàn)圖 3 和圖 4。
⑴堿金屬和鋅在爐內(nèi)循環(huán)富集，造成爐料在爐內(nèi)破碎、粉化，對(duì)高爐的順行和指標(biāo)的優(yōu)化均造成不利影響。
⑵加大高爐冷卻設(shè)備的維護(hù)難度，風(fēng)口破損量增多、爐體破損加劇。
⑶對(duì)高爐熱制度造成破壞，高爐易出現(xiàn)堿富集造成爐缸熱量急劇下降，渣鐵排放困難。
通過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，制定了高爐排堿、排鋅標(biāo)準(zhǔn)，基本保證了在現(xiàn)有條件高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定。
3．6 護(hù)爐技術(shù)進(jìn)步
通過(guò)開(kāi)展技術(shù)交流，引進(jìn)國(guó)內(nèi)先進(jìn)的護(hù)爐技術(shù)，煉鐵廠近年來(lái)在高爐護(hù)爐技術(shù)上取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。依據(jù)爐體破損和爐缸侵蝕的狀況，在爐役后期的高爐通過(guò)采用安裝微型冷卻器和異型冷卻器、硬質(zhì)壓入造襯、破損冷卻壁水管穿管、安裝管道泵、使用新水、釩鈦礦護(hù)爐、爐皮爐缸灌漿、爐缸溫度在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)，高爐壽命明顯提高。特別是 7 號(hào)高爐自 2013 年開(kāi)始護(hù)爐以來(lái)，通過(guò)采用上述技術(shù)，爐體破損速度得以延緩，高爐一直生產(chǎn)到 2017 年實(shí)現(xiàn)安全停爐。
4 結(jié)語(yǔ)
近年來(lái)，煉鐵廠高爐的設(shè)備裝備水平和高爐技術(shù)水平均取得了一定進(jìn)步，但與先進(jìn)企業(yè)相比，無(wú)論在裝備水平、技術(shù)理念等方面仍有明顯的差距。需要立足現(xiàn)有條件，追蹤行業(yè)先進(jìn)技術(shù)，不斷更新技術(shù)思路，確保高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，優(yōu)化主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低生鐵成本。