高爐冶煉是一個(gè)連續(xù)、不間斷的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,冶煉條件越穩(wěn)定,越有利于高爐穩(wěn)定順行[1]。高爐從生產(chǎn)到休風(fēng),再?gòu)男蒿L(fēng)到復(fù)風(fēng)恢復(fù)生產(chǎn)的過(guò)程,爐內(nèi)均伴隨著煤氣流與溫度場(chǎng)的劇烈變化與重新分布,高爐休風(fēng)后操作不當(dāng)極易發(fā)生爐況失常事故,不利于高爐復(fù)風(fēng)進(jìn)程的發(fā)展[2]。為避免休復(fù)風(fēng)過(guò)程中由于不規(guī)范操作造成爐況恢復(fù)過(guò)程反復(fù),需研究改進(jìn)當(dāng)前高爐休復(fù)風(fēng)操作制度,并通過(guò)對(duì)高爐進(jìn)行熱量補(bǔ)充及上下部適應(yīng)性調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)將爐況恢復(fù)至正常生產(chǎn)冶煉狀態(tài)[3],從而減弱休風(fēng)對(duì)爐況的不利影響,有利于高爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排,促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行。1 高爐休復(fù)風(fēng)操作難點(diǎn)當(dāng)前國(guó)內(nèi)部分高爐出現(xiàn)休風(fēng)后復(fù)風(fēng)困難的問(wèn)題,具體表現(xiàn)為爐況恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng),且狀態(tài)不佳。因此,對(duì)國(guó)內(nèi)不同鋼企的10余座高爐休復(fù)風(fēng)操作案例進(jìn)行總結(jié)歸納,發(fā)現(xiàn)高爐休復(fù)風(fēng)操作難點(diǎn)在于3點(diǎn)。由于高爐休風(fēng)后失去熱源,加之自身熱量大量散失,導(dǎo)致?tīng)t缸溫度降低;此外,由于復(fù)風(fēng)后煤氣流在高爐內(nèi)重新分布,煤氣利用率低,高爐直接還原度增加,還原反應(yīng)需大量吸熱,進(jìn)一步加劇爐缸熱量損失,因此對(duì)高爐休風(fēng)后熱量的控制與補(bǔ)充顯得尤為重要[4,5]。然而熱量補(bǔ)充與周?chē)h(huán)境、高爐密封程度、冷卻強(qiáng)度、休風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)短等諸多因素密切相關(guān)[6,7],導(dǎo)致對(duì)因爐缸熱量提高而添加的物料量的控制難度加大[8]。1.2復(fù)風(fēng)過(guò)程中爐況恢復(fù)進(jìn)度的控制從現(xiàn)實(shí)角度考慮,休復(fù)風(fēng)操作對(duì)高爐生產(chǎn)冶煉狀態(tài)的影響顯而易見(jiàn),但高爐休復(fù)風(fēng)又不可避免[9]。因此,研究改進(jìn)高爐休復(fù)風(fēng)操作制度,最大程度減弱休復(fù)風(fēng)對(duì)高爐順行的不利影響,爭(zhēng)取用最短的時(shí)間使?fàn)t況恢復(fù)正常狀態(tài),是煉鐵工作者不懈追求的目標(biāo)[10]。但由于高爐進(jìn)行休復(fù)風(fēng)操作時(shí)對(duì)應(yīng)的原燃料條件、休風(fēng)前爐況、爐內(nèi)外環(huán)境等影響條件存在差異,導(dǎo)致同一高爐每次休復(fù)風(fēng)操作制度的制定與爐況恢復(fù)進(jìn)度都不盡相同,因此,若對(duì)高爐休復(fù)風(fēng)過(guò)程中爐況恢復(fù)進(jìn)度不了解,操之過(guò)急則易導(dǎo)致?tīng)t況恢復(fù)反復(fù),延緩恢復(fù)進(jìn)程,造成鐵水產(chǎn)量降低的同時(shí)燃料比升高,不利于高爐節(jié)能減排[11,12]。
由于當(dāng)前鋼鐵企業(yè)成本壓力加大,高爐使用的原燃料已經(jīng)由“精料”向“經(jīng)濟(jì)物料”轉(zhuǎn)變,導(dǎo)致高爐入爐料的質(zhì)量下降[13];加之高爐休風(fēng)后爐內(nèi)剩余熱量不斷散失,高爐內(nèi)部塊狀帶和軟熔帶溫度逐漸降低,造成燒結(jié)礦局部易破碎粉化,當(dāng)高爐復(fù)風(fēng)后爐內(nèi)重新建立煤氣流管道時(shí)全爐壓差增大,使得爐內(nèi)料柱透氣性惡化,復(fù)風(fēng)時(shí)爐況易出現(xiàn)波動(dòng)[14,15],此時(shí)若操作不當(dāng)易引發(fā)爐況失常,不利于爐況恢復(fù)[16]。
鑒于此,本文通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)多座復(fù)風(fēng)效果較佳的高爐休復(fù)風(fēng)操作制度進(jìn)行分析,依據(jù)不同的休復(fù)風(fēng)操作制度,包括短期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)、長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)與長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng),從休復(fù)風(fēng)操作制度的制定原則與實(shí)施等方面入手,對(duì)高爐復(fù)風(fēng)過(guò)程的爐況狀態(tài)進(jìn)行研究,期望可以為優(yōu)化高爐休復(fù)風(fēng)操作制度提供一定借鑒,使高爐從休風(fēng)迅速恢復(fù)至正常冶煉。
短期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作主要是在臨時(shí)檢修設(shè)備或外部條件發(fā)生變化時(shí),高爐需暫時(shí)停止生產(chǎn)所采用的一種制度。安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱安鋼)6 號(hào)高爐進(jìn)行短期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作時(shí),首先避免在高爐生產(chǎn)冶煉狀態(tài)不好時(shí)休風(fēng),并在休風(fēng)前使?fàn)t溫保持在適宜水平,休風(fēng)后通過(guò)逐步減小風(fēng)量、風(fēng)壓,排盡渣鐵,合理控制水壓、水量及爐頂溫度等措施為復(fù)風(fēng)操作時(shí)處理好布料制度,逐漸恢復(fù)富氧噴煤打好基礎(chǔ)。最終在短期休風(fēng) 108 min 后開(kāi)始進(jìn)行復(fù)風(fēng),并在復(fù)風(fēng)后 33 min 恢復(fù)全風(fēng)作業(yè),做到了在短期休風(fēng)后快速恢復(fù)爐況[17],操作要點(diǎn)如表 1 所示。(1)休風(fēng)前出凈渣鐵。在高爐休風(fēng)前將爐內(nèi)渣鐵全部出凈是短期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)的操作原則,其保證爐缸下部空間充裕,為后續(xù)焦炭等休風(fēng)料的加入打好基礎(chǔ),有利于高爐實(shí)現(xiàn)快速?gòu)?fù)風(fēng),且渣鐵出凈可有效避免休風(fēng)時(shí)因爐缸渣鐵堆積嚴(yán)重或爐溫過(guò)低時(shí)風(fēng)口被灌的風(fēng)險(xiǎn)[18]。
(2)休風(fēng)時(shí)逐步減風(fēng)。借鑒安鋼 6 號(hào)高爐的短期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作,即高爐休風(fēng)前爐況良好,休風(fēng)操作時(shí)需逐漸減小通入爐內(nèi)的風(fēng)量、風(fēng)壓,不僅利于配合高爐出凈渣鐵,還可避免由于快速減風(fēng)導(dǎo)致壓差過(guò)大,引起爐內(nèi)物料崩落驟降,造成爐內(nèi)料柱透氣性惡化或虧料線過(guò)深的情況發(fā)生。休風(fēng)后待渣鐵全部出凈再停止噴煤與富氧鼓風(fēng),并向爐頂通入蒸汽或氮?dú)?使?fàn)t內(nèi)總壓平穩(wěn)降到最低水平,為高爐復(fù)風(fēng)操作打好基礎(chǔ)。
(3)復(fù)風(fēng)時(shí)注意料動(dòng)與料線變化。高爐開(kāi)始復(fù)風(fēng)操作時(shí)需加大風(fēng)量快速加風(fēng),使?fàn)t內(nèi)休風(fēng)料快速降落,避免其堆積在風(fēng)口區(qū)域,有利于吹活料柱,改善爐內(nèi)透氣性[19]。隨著復(fù)風(fēng)進(jìn)程的發(fā)展,爐內(nèi)風(fēng)量上升,爐頂溫度升高,在提高休風(fēng)料下降速度的同時(shí)需加速料線下降,即觀察爐頂與爐缸溫度是否滿足后續(xù)操作條件,再緩慢添加休風(fēng)料至正常料線后開(kāi)始進(jìn)行噴煤與富氧鼓風(fēng)操作,使高爐從休風(fēng)狀態(tài)逐漸恢復(fù)至全風(fēng)作業(yè)。
在進(jìn)行短期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作時(shí),由于高爐在休風(fēng)前爐況處于正常狀態(tài),且休風(fēng)過(guò)程持續(xù)時(shí)間短,故休風(fēng)后通過(guò)逐步減小風(fēng)量、風(fēng)壓,合理控制水壓、水量及爐頂溫度等措施,盡快排凈爐內(nèi)剩余渣鐵,為復(fù)風(fēng)操作打下良好基礎(chǔ)。因此,短期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)的操作要點(diǎn)在于休風(fēng)前出凈爐內(nèi)渣鐵、休風(fēng)時(shí)逐步減風(fēng)操作、復(fù)風(fēng)時(shí)注意料動(dòng)與料線變化,操作難點(diǎn)在于如何有效解決復(fù)風(fēng)后全爐壓差的控制問(wèn)題。
3 長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)
長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作主要是需較長(zhǎng)時(shí)間檢修設(shè)備或爐頂,及清洗煤氣系統(tǒng)時(shí)將煤氣清除所采用的一種操作制度。2016 年 9 月,包鋼 7 號(hào)高爐因生產(chǎn)需要,需完成更換布料器與溜槽、爐頂封罩部位的噴涂工作,因此該高爐被迫進(jìn)行長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作,休風(fēng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 96 h。由于該高爐在休風(fēng)前以維持高爐風(fēng)壓平穩(wěn)、促進(jìn)高爐透氣性良好為操作原則,并通過(guò)保持爐內(nèi)熱量充沛與渣鐵流動(dòng)性良好,使得爐缸溫度適宜、煤氣流分布合理,為逐漸恢復(fù)富氧噴煤打下了良好的基礎(chǔ)[20]。最終在休風(fēng)18h后恢復(fù)全風(fēng)作業(yè),該長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作要點(diǎn)如圖1所示[21,22],可為解決高爐復(fù)風(fēng)后爐缸熱量的控制問(wèn)題提供解決思路。(1)調(diào)整休風(fēng)料的設(shè)計(jì)。由于包鋼 7 號(hào)高爐進(jìn)行長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作,高爐休風(fēng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),爐內(nèi)缺少熱源的同時(shí)熱量不斷散失,導(dǎo)致?tīng)t缸溫度大幅降低,因此需在盡快提高鼓風(fēng)溫度的同時(shí)保持緩慢加風(fēng)。為使?fàn)t內(nèi)物料維持在較低負(fù)荷水平,待爐缸溫度提高后再進(jìn)行復(fù)風(fēng)操作,須通過(guò)調(diào)整休風(fēng)料的設(shè)計(jì)方案與其在爐內(nèi)的分布結(jié)構(gòu),達(dá)到快速提高爐缸溫度的目的[23]。為保證輕負(fù)荷休風(fēng)料可快速降落至爐缸部位,在調(diào)整休風(fēng)料配比時(shí)應(yīng)減少生礦加入量,適當(dāng)降低焦炭負(fù)荷,減小布料角度,將休風(fēng)料設(shè)計(jì)時(shí)長(zhǎng)調(diào)整為高爐正常生產(chǎn)冶煉周期的1.2 ~1.5倍,既可快速提高爐缸溫度,也可改善渣鐵流動(dòng)性,促使?fàn)t缸內(nèi)部渣鐵快速出凈,保證高爐休風(fēng)后爐缸熱量充沛[24]。(2)復(fù)風(fēng)后確保料速均勻、風(fēng)壓平穩(wěn)。由于高爐長(zhǎng)時(shí)間休風(fēng)后爐內(nèi)溫度大幅下降,造成入爐燒結(jié)礦局部易破碎,低溫還原粉化現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)料柱透氣性較差,影響煤氣流合理分布,而高爐復(fù)風(fēng)后爐內(nèi)需重新建立煤氣流管道[25]。因此,復(fù)風(fēng)時(shí)為確保料速、風(fēng)壓均勻穩(wěn)定,需對(duì)送風(fēng)制度與裝料制度做出調(diào)整,使?fàn)t料在高爐內(nèi)保持合理有序的層狀結(jié)構(gòu),并均勻下降,有利于高爐在復(fù)風(fēng)后保持爐內(nèi)良好的透氣性,形成合理的軟熔帶形狀,避免因氣流失常紊亂或料速不均等因素引起懸料或塌料現(xiàn)象[26]。在進(jìn)行長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作時(shí),由于高爐內(nèi)提前加入了設(shè)計(jì)合理的休風(fēng)料,故高爐休風(fēng)前爐況良好,再以促進(jìn)高爐透氣性良好為原則,在休風(fēng)后保持鼓入爐內(nèi)的風(fēng)壓、風(fēng)速、風(fēng)溫平穩(wěn),可維持爐內(nèi)熱量充沛,保證爐缸部位渣鐵流動(dòng)性良好,有利于爐缸溫度快速上升、煤氣流合理分布,最終為恢復(fù)富氧噴煤打下良好的基礎(chǔ)。因此,長(zhǎng)期計(jì)劃休復(fù)風(fēng)的操作要點(diǎn)在于休風(fēng)料設(shè)計(jì)的合理性與復(fù)風(fēng)后確保料速均勻、風(fēng)壓平穩(wěn),操作難點(diǎn)在于如何有效解決高爐復(fù)風(fēng)后爐缸熱量的控制問(wèn)題。
4 長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)
長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)主要是高爐生產(chǎn)冶煉過(guò)程中發(fā)生突發(fā)事故且較長(zhǎng)時(shí)間得不到有效解決,高爐不能在計(jì)劃時(shí)間內(nèi)快速?gòu)?fù)風(fēng)恢復(fù)生產(chǎn)時(shí)采用的一種操作制度。2010 年 5 月 8 日首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱首鋼京唐公司)1 號(hào)高爐由于下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)突發(fā)生產(chǎn)事故[27],迫使該高爐于5h內(nèi)緊急休風(fēng),之后由于生產(chǎn)事故擴(kuò)大,高爐休風(fēng)時(shí)間由原計(jì)劃的48h延長(zhǎng)到110 h,高爐被迫進(jìn)行長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作。由于該高爐需從重負(fù)荷生產(chǎn)冶煉狀態(tài)突然轉(zhuǎn)變到長(zhǎng)期休風(fēng)條件,且休風(fēng)持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),存在爐涼的風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重時(shí)甚至可能發(fā)生爐缸凍結(jié)事故。因此,該高爐長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作制度的制定,需以減少休風(fēng)期間熱量損失、送風(fēng)時(shí)促進(jìn)爐缸溫度快速上升、快速出凈爐內(nèi)的冷態(tài)渣鐵等措施為基本原則[28],再搭配正確有效的復(fù)風(fēng)方案,最終使高爐在 88 h 后恢復(fù)了全風(fēng)冶煉狀態(tài),操作要點(diǎn)如圖2所示[29,30]。
(1)爐內(nèi)熱量的把控情況。長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)的操作難點(diǎn)在于爐缸部位的熱量控制,由于高爐進(jìn)行長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作,休風(fēng)前高爐生產(chǎn)負(fù)荷大,非計(jì)劃休風(fēng)持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),爐內(nèi)熱量損失嚴(yán)重,爐缸溫度過(guò)低,此時(shí)需采取保溫措施以減少爐內(nèi)熱量損失防止?fàn)t涼,包括:密封風(fēng)口,避免漏風(fēng);減少爐頂放散閥的開(kāi)啟數(shù)量,減小爐頂抽力;休風(fēng)后全面檢查冷卻設(shè)備的漏水情況,確保無(wú)漏水隱患;降低高爐的冷卻水流量,減少爐體散熱。借助上述保溫措施,當(dāng)鐵水溫度大于 1 450 ℃時(shí)排出渣鐵,可有效避免休風(fēng)后因爐內(nèi)物理熱過(guò)低,造成渣鐵黏度大且流動(dòng)性差,而導(dǎo)致高爐休風(fēng)后爐內(nèi)渣鐵不能排凈,燒壞風(fēng)口,引起高爐爐況恢復(fù)過(guò)程反復(fù)的現(xiàn)象。(2)爐缸狀態(tài)的判定。高爐休風(fēng)后需根據(jù)爐缸部位硅含量和物理溫度的大小判斷爐缸所處狀態(tài),爐缸所處狀態(tài)判定的準(zhǔn)確與否,直接影響高爐操作者選擇排出剩余渣鐵的具體時(shí)間,因此,長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作過(guò)程中對(duì)爐缸狀態(tài)的把控十分重要,若打開(kāi)鐵口過(guò)早,此時(shí),爐缸溫度偏低,渣鐵量少且渣鐵流動(dòng)性差,可能造成渣鐵出不凈,易堵死渣鐵溝;若打開(kāi)鐵口時(shí)間過(guò)晚,爐缸部位堆積嚴(yán)重,鐵水環(huán)流勢(shì)必增加,造成爐缸部位侵蝕加劇,對(duì)高爐長(zhǎng)壽極為不利,同時(shí)影響后續(xù)高爐復(fù)風(fēng)操作,不利于爐況快速恢復(fù)[31]。(3)送風(fēng)制度的把控。高爐長(zhǎng)期非計(jì)劃休風(fēng)后由于爐內(nèi)溫度過(guò)低,爐墻內(nèi)壁可能粘連部分休風(fēng)料,送風(fēng)開(kāi)始后休風(fēng)料不斷脫落,造成高爐內(nèi)壓差波動(dòng)大,因此向爐內(nèi)送風(fēng)時(shí)應(yīng)控制初始風(fēng)量為正常風(fēng)量的40%~60% ,保持風(fēng)速大于240m·s- 1,鼓風(fēng)溫度大于1050 ℃,使?fàn)t缸溫度迅速上升并達(dá)到要求,再配合焦炭等物料的投放,可有效改善渣鐵流動(dòng)性與料柱透氣性,有利于爐況快速恢復(fù)。若送風(fēng)時(shí)機(jī)與送風(fēng)量把控不好,易導(dǎo)致送風(fēng)后爐內(nèi)出現(xiàn)懸料或塌料現(xiàn)象,甚至造成風(fēng)口灌渣,引起高爐爐況恢復(fù)過(guò)程反復(fù)[32]。在進(jìn)行長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)操作時(shí),由于高爐從重負(fù)荷生產(chǎn)冶煉狀態(tài)突然進(jìn)入長(zhǎng)期休風(fēng)狀態(tài),爐內(nèi)未添加休風(fēng)料,且休風(fēng)持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),因此,有爐涼的風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致?tīng)t缸發(fā)生凍結(jié)事故。所以,高爐需以減少休風(fēng)期間熱量損失、送風(fēng)時(shí)促進(jìn)爐缸溫度穩(wěn)定上升、快速出凈爐內(nèi)的冷態(tài)渣鐵為原則,并搭配合理有效的復(fù)風(fēng)方案,使?fàn)t況盡快恢復(fù)正常。因此,長(zhǎng)期非計(jì)劃休復(fù)風(fēng)的操作要點(diǎn)在于控制爐內(nèi)熱量快速回升、精確判定爐缸工作狀態(tài)與送風(fēng)制度的合理把控,操作難點(diǎn)在于如何有效解決高爐休復(fù)風(fēng)過(guò)程中爐況恢復(fù)進(jìn)度的控制問(wèn)題。
5 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)高爐休復(fù)風(fēng)過(guò)程中的操作難點(diǎn)及部分企業(yè)的優(yōu)秀操作經(jīng)驗(yàn),可總結(jié)為:在休風(fēng)時(shí)采取保溫措施減少爐內(nèi)熱量損失,同時(shí)逐漸減小風(fēng)量、風(fēng)壓,調(diào)整休風(fēng)料的設(shè)計(jì)方案與其在爐內(nèi)的分布結(jié)構(gòu),在復(fù)風(fēng)時(shí)加大風(fēng)量快速加風(fēng),保持料速均勻、風(fēng)壓平穩(wěn)等可實(shí)現(xiàn)高爐快速休復(fù)風(fēng),且效果良好。這些優(yōu)秀操作經(jīng)驗(yàn),在優(yōu)化高爐休復(fù)風(fēng)操作制度,促進(jìn)高爐合理休風(fēng),快速達(dá)產(chǎn),降低鐵水產(chǎn)量損失的同時(shí),為提高高爐休復(fù)風(fēng)過(guò)程的能量利用效率提供理論支撐,有助于實(shí)現(xiàn)高爐生產(chǎn)冶煉過(guò)程節(jié)能減排。
