八鋼歐冶爐處理爐缸堆積的生產(chǎn)實(shí)踐

季書(shū)民

(寶鋼集團(tuán)八鋼公司碳中和辦公室)

1 背景介紹

八鋼歐冶爐2015 年6月18日點(diǎn)火開(kāi)爐，自開(kāi)爐后通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新、工藝優(yōu)化，歐冶爐實(shí)現(xiàn)了安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，2020年歐冶爐各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到開(kāi)爐以來(lái)的最優(yōu)。

2021年，為了進(jìn)一步提高歐冶爐的燃料經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低生鐵成本、減少碳排放，2021年1月7日歐冶爐休風(fēng)進(jìn)行風(fēng)口噴煤銜接，實(shí)施風(fēng)口噴煤，由于對(duì)風(fēng)口噴煤的風(fēng)口小套裝置的進(jìn)風(fēng)方式及噴煤風(fēng)口的工況參數(shù)認(rèn)識(shí)不足，歐冶爐風(fēng)口小套頻繁破損，引發(fā)氣化爐爐缸堆積，氣化爐爐況失常。筆者對(duì)此次歐冶爐氣化爐爐缸堆積的原因及特征進(jìn)行梳理，介紹處理措施，以更好地指導(dǎo)歐冶爐的生產(chǎn)。

2 氣化爐爐缸堆積的原因

2021年1月7日歐冶爐休風(fēng)進(jìn)行風(fēng)口噴煤銜接，時(shí)間較長(zhǎng)歷時(shí)52.97h，開(kāi)風(fēng)后又因風(fēng)口小套損壞、漏水于1月13日休風(fēng)更換，之后又出現(xiàn)煤氣補(bǔ)償器泄露、原料供給不平衡、處理煤螺旋卡組等問(wèn)題造成頻繁休風(fēng)。2021年2月4日8時(shí)利用原料供給不平衡休風(fēng)檢修同時(shí)更換噴煤風(fēng)口，休風(fēng)69.58h，休風(fēng)前鐵水含硅最高PT1520℃，硅2.17%，復(fù)風(fēng)后開(kāi)始快速降硅，同時(shí)為適應(yīng)原料供給不平衡，進(jìn)行限產(chǎn)、低熔煉率減氧操作，爐缸開(kāi)始出現(xiàn)堆積，至2月15日累計(jì)破損10個(gè)風(fēng)口小套，休風(fēng)進(jìn)行集中更換，歷時(shí)12.75h，在此次更換風(fēng)口過(guò)程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)口渣鐵堆積嚴(yán)重，判斷為爐缸不活躍，出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。風(fēng)口漏水后，爐內(nèi)進(jìn)水多，進(jìn)而使渣鐵變得粘稠，排放不暢，逐漸形成爐缸堆積。2月16日至2月19日陸續(xù)出現(xiàn)風(fēng)口小套破損現(xiàn)象，2月19日休風(fēng)更換,復(fù)風(fēng)后繼續(xù)提爐溫處理爐缸渣鐵，爐前渣量波動(dòng)大(理論渣量約180～250t)。2月19日至2月21日通過(guò)加螢石和錳礦繼續(xù)化爐缸，在處理爐缸堆積期間，風(fēng)口破損6個(gè)，休風(fēng)更換。圖1為2021年1-2月歐冶爐氣化爐月休風(fēng)時(shí)間。

由圖1可知，因休風(fēng)較多，時(shí)間較長(zhǎng)造成歐冶爐氣化爐爐缸的堆積，熔煉率持續(xù)下降，由2021年初的平均150t/h(峰值180 t/h)，2月份下降到130 t/h(谷值80 t/h)，產(chǎn)量損失嚴(yán)重。

圖1 2021年1-2月歐冶爐氣化爐休風(fēng)時(shí)間

2021年1-2月的風(fēng)口破損后造成氣化爐爐況失常，對(duì)爐缸的活躍程度判斷不足，分析認(rèn)為造成爐缸的堆積的主要原因有：(1)歐冶爐自開(kāi)爐以來(lái)，第一次發(fā)生如此嚴(yán)重的爐缸堆積，操作者和技術(shù)人員對(duì)氣化爐爐缸堆積認(rèn)識(shí)不足，對(duì)非高爐氣化爐爐缸堆積處理方法不熟悉；(2)風(fēng)口噴煤工程銜接后，為了盡快降硅，下調(diào)燃料比較過(guò)快，造成爐缸內(nèi)部的渣鐵得不到充足的熱量熔融，開(kāi)風(fēng)后爐缸已有堆積征兆，技術(shù)人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)；(3)對(duì)風(fēng)口噴煤的認(rèn)識(shí)不夠,對(duì)于風(fēng)口噴煤的技術(shù)論證不充分，同時(shí)在此情況下為了完成風(fēng)口噴煤試驗(yàn),在爐缸不活躍以及低焦比的情況下，忽視了焦炭作為氣化爐料柱骨架的透液透氣性的作用，試驗(yàn)風(fēng)口噴煤，未能掌握煤粉燃燒反應(yīng)的規(guī)律，造成煤粉在爐缸堆積；(4)開(kāi)風(fēng)口順序過(guò)快；(5)頻繁休復(fù)風(fēng)，造成爐缸進(jìn)一步堆積加劇，同時(shí)休風(fēng)前后未采取洗爐措施；(6)燒結(jié)礦比例由40%提高到60%，豎爐原料配比球團(tuán)礦少，造成入爐粉末增多。

3 歐冶爐氣化爐爐缸堆積的特征

3.1 低物理溫度PT,高化學(xué)熱生鐵含[Si]

2021年2月4日原料供給不平衡休風(fēng)檢修，休風(fēng)69.58h，開(kāi)風(fēng)后生鐵[Si]=4%，與其對(duì)應(yīng)的PT只能達(dá)到1345℃(見(jiàn)圖2)，充分說(shuō)明爐缸堆積后造成嚴(yán)重虧熱。同時(shí)由于渣鐵物理熱不足，造成渣鐵流動(dòng)性變差，渣鐵溝積渣積鐵嚴(yán)重，增加了爐前工作量。

圖2 生鐵2021年2月氣化爐[Si]和PT對(duì)比

3.2 產(chǎn)生高硅高硫鐵

2月11日后,氣化爐爐缸嚴(yán)重惡化,產(chǎn)生高硅高硫鐵。出鐵過(guò)程中鐵水溫度逐漸降低，鐵水中的硅含量和硫含量的波動(dòng)大起大落，超過(guò)正常的水平，鐵水和爐渣均變的粘稠，爐渣中帶鐵較多。具體見(jiàn)圖3。

圖3 2021年2月歐冶爐氣化爐鐵水[Si]和[S]對(duì)比

3.3 氣化爐料位波動(dòng)無(wú)序

氣化爐有5組核源料位計(jì)LIR-04621、LIR-04622、LIR-04623、LIR-04624、LIR-04625，其中要求氣化爐料位控制每班LIR-04625料位有顯示，出鐵后LIR-04624料位有波動(dòng)。LIR-04625料位60%為滿(mǎn)值，該料位顯示時(shí)間不超過(guò)2h。氣化爐料柱受爐缸堆積及爐缸空間的影響，向下運(yùn)動(dòng)的速度不均勻，得在同一時(shí)間內(nèi)加入的爐料不會(huì)同時(shí)到達(dá)爐缸，另外沿料柱高度上某斷面處的爐料有超越其它爐料而先下降到下層料柱斷面的現(xiàn)象，造成氣化爐料位波動(dòng)不均勻。

3.4 氣化爐爐底溫度

由2月1-17日爐底的第四層碳磚溫度趨勢(shì)可知(參考圖12),在爐缸底部第四層碳磚沿圓周均布，2月7日前溫度明顯下降，呈現(xiàn)出爐缸不活躍，堆積征兆明顯。

3.5 氣化爐總氧量波動(dòng)

氣化爐的氧量波動(dòng)頻繁，打開(kāi)鐵口時(shí)，由于爐缸堆積，爐缸空間減小，鐵口壓力較大，受鐵口壓力大的影響，要及時(shí)減少風(fēng)口氧量以配合工廠(chǎng)壓力的降低，當(dāng)鐵口堵上時(shí)，氧量逐漸復(fù)原。

3.6 工廠(chǎng)壓力

工廠(chǎng)壓力趨勢(shì)可以看出，出鐵前后，受鐵口壓力的影響，加減工廠(chǎng)壓力頻繁，2月20日鐵次7404工廠(chǎng)壓力由310kPa減至220kPa，2月22日鐵次7413的受最大鐵流影響工廠(chǎng)壓力由300kPa減至220kPa，見(jiàn)圖4。

圖4 2021年2月氣化爐工廠(chǎng)壓力

3.7 爐前出渣鐵

從爐前出渣量的大幅波動(dòng)可以看出，爐缸內(nèi)有大量冷態(tài)渣凝固，在爐溫上行時(shí)，爐缸內(nèi)堆積的渣鐵融化，渣量和鐵水增多，出渣量和最大鐵流均超過(guò)正常值。如圖5、6所示2月2日鐵次7404出鐵54t，出渣量800t，2月22日鐵次7413的最大鐵流達(dá)到22t/min。

圖5 2021年2月氣化爐最大鐵流

圖6 2021年2月氣化爐出渣量

此次爐缸堆積的主要特征還存在爐前南北鐵口在出鐵過(guò)程排出的渣鐵比例不同(圖7),南鐵口2月22日—28日處理爐缸堆積期間共計(jì)出鐵10800t，出渣5779t(折干)，北鐵口共計(jì)出鐵7123t，出渣4397t(折干)。其中南鐵口在2月22日—23日初期排出大量渣鐵，其中出鐵3861t，出渣1765t(折干)，由此判斷南鐵口較北鐵口堆積嚴(yán)重，并排出大量冷態(tài)渣鐵。同時(shí)由于爐缸中大量冷渣鐵的排出，鐵水溫度低于其液相線(xiàn)后導(dǎo)致大量的石墨碳析出，由此可以看出歐冶爐長(zhǎng)期冶煉高硅鐵，爐渣堿度控制過(guò)高，形成石墨碳堆積。堿金屬的富集使得渣鐵流動(dòng)性變壞，造成爐缸堆積的另一原因，爐渣排堿效果明顯。

圖7 2021年2月南北鐵口出渣鐵量

4 爐缸堆積的處理措施

在確認(rèn)歐冶爐爐缸堆積后，歐冶爐調(diào)整操作方針，按照爐缸堆積原理進(jìn)行處理。爐缸堆積是一個(gè)處理周期相對(duì)較長(zhǎng)的過(guò)程,按照降硅進(jìn)程及爐缸活躍度、爐前出渣出鐵等關(guān)鍵操作分七個(gè)階段進(jìn)行處理。

4.1 根據(jù)氣化爐爐況情況調(diào)整豎爐爐料結(jié)構(gòu)

為了減少入爐粉末及調(diào)整爐渣堿度，爐渣以酸性渣為主，豎爐的爐料結(jié)構(gòu)由爐缸堆積前的燒結(jié)礦比例60%+40%的球團(tuán)礦的爐料結(jié)構(gòu)，處理第一階段調(diào)整為100%的球團(tuán)礦+錳礦的爐料結(jié)構(gòu)，提高焦丁比例，增加焦丁比例以提高豎爐的透氣性，降低豎爐壓差，保證處理氣化爐爐況失常時(shí)豎爐爐況的穩(wěn)定。第一階段加入12批100%的球團(tuán)礦+錳礦,之后依次按照燒結(jié)礦比例10%、15%、30%、35%、40%、40%的比例與氣化爐洗爐缸進(jìn)程及降硅梯度的燃料結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，分7個(gè)階段分布實(shí)施。具體實(shí)施的階段豎爐的爐料結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 豎爐爐料結(jié)構(gòu)

4.2 優(yōu)化氣化爐燃料結(jié)構(gòu)

此次處理氣化爐爐缸堆積，氣化爐燃料第一階段采用氣化爐料柱全焦冶煉+拱頂噴煤的燃料結(jié)構(gòu)，焦比由160 kg/t鐵調(diào)整至550kg/t鐵，拱頂噴煤由150 kg/t鐵下調(diào)至100 kg/t鐵，停止配加焦沫和沫煤，同時(shí)配加69kg/t鐵的硅石用以降低爐渣堿度；配加30kg/t鐵的螢石用以改善爐渣黏性及流動(dòng)性；配加全Fe為83%的300kg/t鐵的粒鋼，粒鋼的作用為在氣化爐吸收很少的熱量，產(chǎn)生更多鐵水，進(jìn)入爐缸后融化堆積渣鐵的作用；拱頂噴煤造氣確保豎爐還原煤氣量(頂煤氣單耗)足夠，使金屬化率達(dá)到50%以上，為下部爐缸提供充足的熱量熔融冷態(tài)渣鐵。為了提高渣鐵的透液性，減少粉末進(jìn)入爐缸，氣化爐停止沫煤和焦沫的配比，以大焦替代沫煤和焦沫。焦炭是氣化爐料柱的“骨架”，使用全焦冶煉，置換氣化爐爐缸內(nèi)的部分碎焦沫及沫煤塊，形成新的爐缸爐芯焦，提高氣化爐焦炭層的透液性，使熱的渣鐵順利到達(dá)爐缸。氣化爐的爐料結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。

表2 氣化爐的爐料結(jié)構(gòu) kg.t-1

4.3 提高爐溫，保證渣鐵物理溫度充沛

爐缸堆積后須提高爐溫進(jìn)行熱洗爐，在熱洗爐過(guò)程中要適當(dāng)調(diào)低堿度，改善爐渣流動(dòng)性。操作上以燒為主，以洗為輔。氣化爐采用全焦冶煉，減輕焦炭負(fù)荷等手段為冶煉進(jìn)程提供足夠的熱量，提高爐缸溫度。為防止堆積的加劇，氣化爐焦炭退守必須到位，補(bǔ)熱足夠。

鐵水溫度控制 1510～1560℃，保證氣化爐爐缸物理熱充足。爐內(nèi)加強(qiáng)爐況綜合判斷，做好氧量及氣化爐煤線(xiàn)燃料調(diào)劑，[Si]控制3%～4%，穩(wěn)定熱制度。第一階段根據(jù)爐溫上行情況、PT大于1560℃以上及爐缸活躍情況，爐前渣鐵排放情況，經(jīng)過(guò)綜合判斷后調(diào)整大焦比。

例如：2月22日鐵次7413，生鐵[Si]=5.64%，[Mn]=1.5%，PT=1564℃調(diào)整大焦比10kg；2月22日鐵次7426，生鐵[Si]=3.09%，[Mn]=1.09%，PT=1600℃，調(diào)整大焦比210kg。爐缸堆積基本緩解，加沫煤和焦沫，抽大焦，風(fēng)口陸續(xù)噴煤氣，調(diào)整氣化爐燃料結(jié)構(gòu)，開(kāi)始加快降硅節(jié)奏，同時(shí)調(diào)整錳礦配比，降硅進(jìn)度見(jiàn)圖8。

圖8 2021年2月22～28日降硅趨勢(shì)

4.4 調(diào)整造渣制度

歐冶爐爐渣性能不僅影響生鐵成分，而且影響爐缸熱制度，通過(guò)降低爐渣二元堿度(圖9)，改善渣的流動(dòng)性，保證爐內(nèi)渣鐵的正常排放。由于氣化爐全焦冶煉，全氧風(fēng)口冶煉，風(fēng)口理論燃燒溫度較高，[S]還原加劇，鐵水[Si]高，為保證良好渣鐵流動(dòng)性，第一階段爐渣二元堿度R降至0.85位，因爐渣R=CaO/SiO2在0.8～1.2時(shí)的粘度最低，鐵水含S質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.030%～0.050%，提高爐渣和鐵水的流動(dòng)沖刷能力。例2月23日鐵次7416，生鐵R=0.89、[S]=0.036%。

圖9 2021年2月?tīng)t渣堿度控制趨勢(shì)

同時(shí)配加螢石，CaF2能顯著降低渣的熔化溫度和粘度，促進(jìn)CaO的熔化，同時(shí)還能與CaO形成低熔點(diǎn)(1386℃)的共熔體，消除渣中難熔的組成。因此含氟的爐渣熔化性溫度低，流動(dòng)性好，在爐渣堿度很高時(shí)(R=1.5～3.0)，仍能保持良好的流動(dòng)性。

錳礦洗爐，渣中(MnO)對(duì)堿性渣粘度影較大，對(duì)難熔爐渣MnO具有較強(qiáng)的稀釋作用，去除堆積在爐缸內(nèi)的難熔爐渣，渣中錳含量為2%～3%。

降低爐渣堿度，改善渣鐵流動(dòng)性，增加了鐵水含錳量及渣中MnO含量，提高渣中CaF2含量，達(dá)到清洗爐缸的目的。從渣樣斷面來(lái)看，基本上都為全玻璃渣，具體爐渣堿度控制，根據(jù)爐缸恢復(fù)情況確定，表3為爐缸堆積處理進(jìn)程。

表3 爐缸堆積處理進(jìn)程

4.5 裝料制度控制

豎爐布料調(diào)整:處理爐缸堆積時(shí)，全球團(tuán)12h，取消燒結(jié)礦比例，檔位調(diào)整為1.2m檔，相對(duì)厚度由0.1提至0.6，2.8m檔由0.4降至0.1，布料時(shí)間由260s調(diào)整至240s，見(jiàn)表4。

表4 礦布料器的布料檔位控制

堅(jiān)持“平臺(tái)-漏斗”的布料模式，通過(guò)布料制度調(diào)整平臺(tái)的寬窄、位置和漏斗的深淺來(lái)平衡邊緣和中心氣流的分配，礦布料檔位調(diào)整的總體趨勢(shì)是邊緣發(fā)展、照顧中心，根據(jù)爐缸好轉(zhuǎn)情況，逐漸提燒結(jié)礦比例，每提高10%，中心檔位減0.2，邊緣加0.1，以提高豎爐金屬化率，從而提高降硅速率。

4.6 送風(fēng)制度控制

必須保證一定的氧量水平，提高鼓風(fēng)動(dòng)能活躍爐缸，利于活躍爐缸。風(fēng)口風(fēng)速控制在185～195m/s，同時(shí)保證氣化爐風(fēng)口投入數(shù)不小于18個(gè)。開(kāi)風(fēng)口順序?yàn)椴宦┧南乳_(kāi)，再開(kāi)風(fēng)口時(shí)，要根據(jù)渣鐵排放情況、風(fēng)口附近冷卻壁溫度、已開(kāi)風(fēng)口的活躍程度及靠近鐵口的風(fēng)口優(yōu)先開(kāi)啟的原則，由已開(kāi)風(fēng)口向未開(kāi)風(fēng)口逐步擴(kuò)開(kāi)。

4.7 冷卻制度控制

6段7段銅冷卻壁溫度穩(wěn)定在43±3℃，穩(wěn)定冷卻水量。爐底溫度適當(dāng)提高20℃，降低爐缸的冷卻強(qiáng)度，控制稍高的爐缸水溫差，由原來(lái)的2℃逐漸調(diào)至3℃，減少爐缸熱量損失，促進(jìn)消除爐缸堆積。

4.8 爐前出鐵管理

在洗爐的同時(shí)，加強(qiáng)爐前出鐵的管理。(1)縮小出鐵間隔，保證鐵口間隔在10分鐘之內(nèi)；(2)保證了出鐵的連續(xù)性和均衡性；(3)同時(shí)用Φ55mm的鉆頭，提高日平均出鐵次數(shù)；熱洗期間，日平均出鐵次數(shù)在12次左右，加強(qiáng)了爐缸鐵水的循環(huán)。制定了嚴(yán)格的出鐵重疊標(biāo)準(zhǔn)，從鐵口入手，做好鐵口的維護(hù)。

5 處理效果分析

第一次面對(duì)氣化爐爐缸堆積的問(wèn)題，使用錳礦來(lái)處理，無(wú)經(jīng)驗(yàn)可循，通過(guò)理論分析，摸索實(shí)踐，逐步恢復(fù)爐缸狀況，效果顯著。各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)趨于穩(wěn)定，見(jiàn)表5。

表5 氣化爐爐缸堆積處理前后經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

(1)由表5的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)可以看出在2月21日之前維持較低熔煉率生產(chǎn)，其中2月22日為了洗爐，控制熔煉率在100t/h(見(jiàn)圖10)，之后隨著爐缸的不斷活躍，持續(xù)提高產(chǎn)能。在2月21日前采用正常燃料結(jié)構(gòu)，燃料比較高，21日之后使用氣化爐全焦冶煉的處理爐況過(guò)程中，在氣化爐爐缸逐漸活躍，爐況順行的基礎(chǔ)上，隨著大焦比的降低，燃料比逐漸升高，后又隨著降硅進(jìn)程逐漸降低(見(jiàn)圖11)?？傮w經(jīng)濟(jì)指標(biāo)按照計(jì)劃控制，2月26日燃料比已趨于正常。在此次使用全焦冶煉的進(jìn)程中，風(fēng)口小套未燒損，又一次驗(yàn)證焦炭對(duì)于氣化爐料柱透液性的重要性，同時(shí)給我們冶煉操作者及技術(shù)人員提出了警示：氣化爐爐缸堆積征兆表現(xiàn)后，及時(shí)制定洗爐方案，預(yù)判后及時(shí)處理，防止在頻繁燒損小套后，造成爐缸嚴(yán)重堆積，增加了處理難度。

圖10 2021年2—3月氣化爐熔煉率對(duì)比

圖11 2021年2—3月焦比燃料比對(duì)比

(2)爐缸恢復(fù)正常后總氧量趨于平穩(wěn)，鐵口壓力穩(wěn)定，出鐵均勻，減氧減壓情況顯著減少。

(3)從2月27日熱洗結(jié)束，爐況逐步好轉(zhuǎn)。從爐缸碳磚溫度來(lái)看，爐底第四層碳磚的中心溫度從2月中旬的110℃上升到140℃，所以從整體的爐底碳磚溫度來(lái)看，爐缸溫度呈上行趨勢(shì)，見(jiàn)圖12。

圖12 2021年2月氣化爐爐缸碳磚溫度

6 結(jié)束語(yǔ)

(1)此次處理歐冶爐氣化爐爐缸堆積，通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐相結(jié)合解決問(wèn)題，積累了經(jīng)驗(yàn)。通過(guò)采用全焦冶煉處理歐冶爐氣化爐爐缸堆積，效果明顯，說(shuō)明焦炭質(zhì)量對(duì)于爐缸的活躍及爐況順行的重要性，發(fā)現(xiàn)爐缸堆積征兆及時(shí)調(diào)整氣化爐大焦比例，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大；爐前組織到位，勤開(kāi)鐵口，不斷排放冷凝渣鐵，同時(shí)要保證恒風(fēng)堵口率，保證爐前操作無(wú)誤；在處理爐況時(shí)，要防止?fàn)t前設(shè)備發(fā)生故障而影響處理進(jìn)程。

(2)進(jìn)一步規(guī)范了操作要求，如歐冶爐生產(chǎn)常用螢石作洗爐劑，但要避免經(jīng)常使用大量螢石洗爐，以減少對(duì)爐襯的侵蝕；24h以上的休風(fēng)按照1000kg/t—980kg/t—950kg/t—900kg/t—850kg/t的順序,根據(jù)鐵水溫度分階段降低燃料比。

(3)在歐冶爐日常的技術(shù)管理中，需要總結(jié)爐況發(fā)生異常前的征兆、培養(yǎng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)的能力，針對(duì)異常征兆，提前調(diào)劑操作制度，避免爐況惡化，有效、快速處理爐況變化。

(4)氣化爐爐況順行、爐缸活躍是歐冶爐風(fēng)口噴煤的基礎(chǔ)，針對(duì)風(fēng)口噴煤的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)需要持續(xù)攻關(guān)。