大型高爐合理操作爐型如何控制
太鋼現(xiàn)有2座4000m3級的大型高爐（5號、6號），分別于2006年10月13日和2013年11月7日投產。高爐在生產一段時間后，有一個從設計爐型向操作爐型轉變的過程。設計爐型趨于合理，爐內煤氣流和料流運動順利、接觸良好，煤氣的化學能和熱能利用程度高，爐襯侵蝕均勻，爐襯溫度分布合理，高爐生產指標好且長壽，即為合理操作爐型。太鋼從爐內煤氣流分布、爐體各段溫度和熱負荷分布、冷卻水溫差，以及爐況穩(wěn)定性表征參數(shù)等，來分析影響其大高爐操作爐型的因素及合理操作爐型的特點，并提出調整操作爐型的措施。太鋼大高爐主要設計參數(shù)見表1。
大型高爐爐喉面積大(太鋼大高爐爐喉面積為86.59m2)，在煤氣流控制上對爐頂布料要求高，在生產過程中一般將槽下排料、裝料制度和送風制度結合起來調整，以實現(xiàn)較為理想的爐喉料面形狀，達到煤氣流的合理分布。爐腰面積一般是爐喉截面積的2.3倍～2.4倍（太鋼大高爐爐腰面積為201.06m2），大型高爐在爐腰直徑變大和爐料軟熔后，煤氣流速在該區(qū)域變慢，或是高爐熱制度不穩(wěn)定，易導致爐腰區(qū)溫度和熱負荷的趨勢下行。其低下到一定程度，將影響到高爐煤氣流和操作爐型的穩(wěn)定性，太鋼2座大高爐均曾出現(xiàn)過這種情況。
合理操作爐型的表征及參數(shù)
通過控制合理的煤氣流分布，在設計爐型的基礎上，結合相應的冷卻制度和熱制度等來實現(xiàn)操作爐型的合理控制，是高爐生產操作中的一項重要任務。太鋼一般從以下幾個方面來對操作爐型的合理性進行評判：
一是爐內風壓穩(wěn)定，壓量關系適應性強，風壓波動值在15kPa以內。
二是壓差在10kPa以內波動，透氣性指數(shù)在0.10～0.25范圍內波動。
三是煤氣利用率能穩(wěn)定在50.5%以上。
四是爐頂十字測溫，總體21點十字測溫槍溫度分布穩(wěn)定且呈有規(guī)律性的波動，中心溫度能維持在580℃～700℃，次中心溫度在220℃～300℃，中心氣流暢通且穩(wěn)定,邊緣4點溫度在80℃～130℃，且收斂性較好。
五是爐頂溫度，爐頂煤氣上升管4點溫度平均值在200℃以下，不超過220℃，且4點溫度偏差小于20℃。
六是探尺，3個爐頂探尺下降均勻，料尺偏差在0.5m以內，料速均勻，正常生產時爐頂打水2次/班～3次/班。
七是爐缸物理熱充沛，爐溫水平穩(wěn)定，各鐵口爐溫均衡穩(wěn)定，同一爐鐵前、后期鐵水測溫偏差≤40℃，出鐵后期鐵水測溫≮1500℃。
八是爐體各層溫度能合理分層，相互之間不交叉，溫度不呆滯，并與爐內冶煉五帶相匹配。
九是爐體各段熱負荷分布適宜，在正常生產時能將各段熱負荷穩(wěn)定在較低值，從而降低熱損失和燃料比。
十是高爐能實現(xiàn)1年以上、不出現(xiàn)退全焦負荷的爐況波動。
操作爐型的管理重點
爐體各段溫度。太鋼對爐體溫度進行分段式管理，并追求其圓周方向的均勻性和下限值管理。太鋼控制爐體各段溫度為：爐腹至爐身下部控制在60℃～80℃；爐身下部至爐身上部控制在50℃～80℃較好。須要關注的是，在爐腰區(qū)，溫度低于50℃、熱負荷低于6GJ/h、冷卻水溫差低于1.0℃時，往往會伴隨出現(xiàn)壓差和透氣性指數(shù)K值升高，偏尺或崩料的現(xiàn)象，壓量關系適應性變差，爐頂4點煤氣溫度發(fā)散，煤氣利用率下降，燃料比升高，爐況順行度變差。從2011年1月開始，5號高爐通過休風定檢對爐體溫度波動最頻繁的爐身中上部進行硬質壓入、爐襯再造處理，有利于穩(wěn)定邊緣煤氣流和爐襯溫度，規(guī)整爐型。
爐體各段熱負荷和水溫差的分布。對爐體熱負荷進行分段式管理，是大型高爐生產操作中須要重點關注的地方。太鋼2座大高爐爐腹至爐身上部均為銅冷卻板結構。這在一定程度上容易使形成的操作爐型不平滑、不規(guī)整。據(jù)太鋼大高爐生產經驗，要特別控制好爐腰和爐身下部這兩個區(qū)域的熱負荷，其有利于穩(wěn)定操作爐型和提高爐況接受能力。太鋼大高爐爐況較好時爐體各段熱負荷及水溫差分布情況見表2。
由表2可知，太鋼高爐爐況較好時，爐體總熱負荷控制在90GJ/h～110GJ/h、水溫差控制在2.5℃～3.5℃較好。太鋼高爐經過多年的生產實踐摸索，爐體各層熱負荷的控制得到加強。太鋼認為，對爐身中上部的熱負荷控制，主要是通過調整布料時的邊緣焦炭負荷來完成，爐腰區(qū)熱負荷控制須要配套調整送風制度、熱制度和造渣制度來進行。
調整操作爐型的太鋼經驗
對爐體溫度的調整和控制。送風制度對爐缸工作狀態(tài)和高爐順行起主導作用，裝料制度是高爐操作的核心技術。在一定原燃料質量基礎上，通過優(yōu)化裝料制度，并與送風制度相結合，使高爐獲得順行及相對較高的煤氣利用率，從而獲得穩(wěn)定的熱制度，是實現(xiàn)操作爐型穩(wěn)定的基礎。
太鋼對爐體溫度的調整措施包括：一是通過調整焦炭負荷來改善料柱透氣性，緩和爐內壓量關系；二是確保穩(wěn)定、充沛的渣鐵物理熱量，出鐵后期鐵水測溫≮1500℃，并要重點防止爐腹、爐腰溫度持續(xù)低下情況的出現(xiàn)；三是減輕邊緣焦炭負荷，增強邊緣煤氣流和適當降低爐渣堿度；四是控制合理的風速和鼓風動能，通過維持一定的爐腹煤氣量來維持適宜的煤氣流速和透氣性指數(shù)K值等，都有利于合理操作爐型的建立。
根據(jù)太鋼經驗，爐腰溫度控制在60℃～80℃比較適宜。對操作爐型進行管理，主要是在中心煤氣流穩(wěn)定暢通的情況下控制好邊緣煤氣流，一旦爐腰溫度低于50℃且伴隨著透氣性指數(shù)K值和壓差異常升高的現(xiàn)象，就一定要注意邊緣煤氣流強弱的適當性。
對爐體熱負荷的分段式管理和調整。高爐5段爐型結構是與高爐煉鐵工藝原理相適應的，具體爐型尺寸比例是由高爐冶煉規(guī)律決定的。高爐在正常生產過程中不但要重視爐內壓量關系的適應性，而且要長期關注爐腹至爐身上部各段熱負荷和水溫差分布情況及趨勢，尤其是爐腰區(qū)的熱負荷和水溫差情況，要將熱負荷分布及波動情況與爐內壓差、下料和熱制度穩(wěn)定性等主要爐況表征參數(shù)結合起來判斷操作爐型的合理性。
太鋼高爐在爐腹、爐腰區(qū)的熱負荷和水溫差持續(xù)走低后（熱負荷最低降至8.0GJ/h，水溫差在1.0℃以下），其壓差和透氣性指數(shù)K值開始明顯升高，并伴隨偏尺、崩料現(xiàn)象，爐況穩(wěn)定性變差。經分析認為，這是操作爐型發(fā)生了改變引起的，須要從煤氣流分布、熱制度、造渣制度和冷卻制度等幾個方面來進行調整。一是煤氣流分布的調整，通過調整布料檔位，包括料線、角度和邊緣焦炭負荷來調整邊緣煤氣流強弱，改善爐內壓量關系。二是熱制度和造渣制度的調整，將鐵水含硅量由0.30%～0.5%提高到0.50%～0.7%，堅持出鐵前期鐵水測溫不低于1480℃、后期鐵水測溫不低于1510℃的爐熱控制方針，調整爐渣堿度二元堿度由1.18～1.24降低到1.12～1.18，并改善渣鐵流動性，著眼于熱制度和造渣制度的長期均衡、穩(wěn)定。三是冷卻制度的調整，杜絕爐腰部位冷卻水溫差低于1.0℃，即根據(jù)爐體各段冷卻強度，適度調整爐腹至爐身中部各段冷卻水量分配和進水溫度。四是加強爐前作業(yè)，減少憋風次數(shù)、降低憋風程度，加強設備和生產操作管理，減少減、休風次數(shù)等，都有利于維護合理操作爐型的長期穩(wěn)定。
合理操作爐型的控制及探討
操作爐型的穩(wěn)定要以原燃料質量的穩(wěn)定為基礎，操作爐型來源于設計爐型、煤氣流分布和各項操作制度的綜合作用。高爐操作和管理者只有針對各種冶煉條件的改變適時地調整煤氣流分布，才能實現(xiàn)操作爐型的有效控制。
綜合來看，對合理操作爐型的控制，可從以下幾個方面來進行：一是建立合理操作爐型和爐況順行性評價標準。據(jù)此將爐體各段溫度、熱負荷和冷卻水溫差控制在一定的范圍內，使爐體熱負荷值與邊緣煤氣流的強弱相宜，并要重點防止爐腰結厚。太鋼大高爐在操作爐型的中長期控制上，一般將爐腰區(qū)的溫度控制在60℃～100℃，爐身溫度控制在60℃～90℃，爐腹和爐腰熱負荷分別控制在15GJ/h～20GJ/h和8GJ/h～10GJ/h，水溫差控制在2.0℃～3.0℃。二是實現(xiàn)爐腰區(qū)工作狀態(tài)的活躍和穩(wěn)定，是大型高爐實現(xiàn)操作爐型穩(wěn)定的重要內容，須要維持一定的邊緣焦炭負荷和煤氣流分布，以及穩(wěn)定的造渣制度及熱制度。三是既保證一定的邊緣煤氣流，使爐身中上部熱負荷穩(wěn)定，又能提高爐腰區(qū)的溫度，且爐內壓量關系好，煤氣利用率高，爐頂溫度低，爐況長期穩(wěn)定順行，這是大型高爐控制操作爐型的主要內容。四是明確和控制爐內軟熔帶的位置和形狀，穩(wěn)定一定的邊緣煤氣流，實現(xiàn)爐況的長期穩(wěn)定順行，并建立高爐的長壽管理體系和制度，這是維系合理操作爐型的基礎。