淺析高爐低頂溫的應(yīng)對方法

魯新生，余三友，馬連政

（河鋼集團唐鋼公司，河北 唐山 063000）

就目前國內(nèi)情況而言，高爐煤氣主要采用的除塵系統(tǒng)是干法布袋除塵系統(tǒng)，利用布袋除塵的優(yōu)勢在于節(jié)能環(huán)保且除塵效率高。然而，如果高爐煤氣的溫度處在低溫水平，布袋的輸灰管等就容易發(fā)生堵塞的現(xiàn)象，使其無法繼續(xù)運行。除此外，布袋的使用壽命也和煤氣溫度有著很大關(guān)聯(lián)，煤氣溫度過高時會導(dǎo)致布袋燒毀，無法工作；煤氣溫度過低會導(dǎo)致堵塞、糊袋情況的產(chǎn)生，最終使布袋變形、損毀，無法繼續(xù)使用[1]。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，由高溫造成的布袋除塵系統(tǒng)故障問題較為少見，普遍存在的故障多為高爐頂溫偏低造成的。近年來，為提高生產(chǎn)效率，高爐燃料配比不斷優(yōu)化，但煤氣低頂溫的情況愈發(fā)嚴(yán)重，多地統(tǒng)計的高爐頂溫月平均值均不足90℃。為幫助解決這一問題，以下將對高爐低頂溫的原因展開分析，并提出應(yīng)對方法。

1 高爐頂溫的影響因素分析

根據(jù)對唐鋼新區(qū)1#高爐的相關(guān)數(shù)據(jù)記錄，得到如下所示的“2020年10月～2021年6月頂溫月平均變化圖”。根據(jù)高爐煤氣濕度可計算得出露點約為90℃，加上布袋入口處的溫降，可得爐頂?shù)睦碚摐囟戎祽?yīng)為120℃。由圖1可知，去年下半年的高爐頂溫較低，低于理論安全值120℃，隨著佳華焦化廠的全面投產(chǎn)，干焦配比提高，從2021年3月份開始持續(xù)走高，恢復(fù)常規(guī)水平。

圖1 2020年10月～2021年6月頂溫月平均變化圖

1.1 水當(dāng)量對頂溫的影響

爐頂煤氣溫度的計算公式為：tg=tge-Ws/Wg×(tse-ts)。其中tge為煤氣在空區(qū)的溫度，為常數(shù)值，單位為℃；tse為爐料在空區(qū)的溫度，為常數(shù)值，單位為℃。Wg為煤氣水當(dāng)量，單位為J/℃；Ws爐料水當(dāng)量，單位為J/℃；ts為原燃料的入爐溫度，單位為℃。

由該公式可得，影響頂溫的因素有 Ws/Wg以及原燃料的入爐溫度。提高Ws/Wg或降低原燃料入爐溫度均能降低頂溫。降低Ws/Wg主要途徑有：提高富氧率，提高風(fēng)溫或增加鼓風(fēng)濕度等。

1.2 煤氣流分布對頂溫的影響

但從理論計算公式分析并未考慮到熱損失這一因素，在實際情況中，高爐內(nèi)的煤氣流分布存在不勻的情況，在爐內(nèi)邊緣的氣流流速、大小等與處于爐內(nèi)中心的煤氣流有所差別，故煤氣流的分布情況也將影響高爐頂部的溫度。據(jù)相關(guān)調(diào)查研究，國內(nèi)某座大型高爐在冬季出現(xiàn)頂溫偏低的情況，相關(guān)技術(shù)人員通過改變原燃料配比和裝料制度將爐內(nèi)中心煤氣流提高了20%，頂溫同比提高了20%。

對煤氣流分布的影響因素主要是原燃料中焦炭的粒度大小和中心加焦的比例，以及焦丁比的大小。如果想通過調(diào)整煤氣流的分布來提高頂溫，主要有兩個途徑。首先。如果邊緣氣流偏強，可以采取發(fā)展中心氣流的手段來抑制邊緣氣流，邊緣氣流強度降低后，高爐的冷卻速度也會減緩，頂溫將隨著熱損失減少而得到提升。其次，還可以選擇提高直徑大于40毫米的焦炭的占比，使焦炭的燃燒反應(yīng)速率降低，并同步增加焦丁用量，以達到強化中心氣流的效果，從而使頂溫升高[2]。

2 高爐低頂溫原因分析

2.1 對高爐技術(shù)指標(biāo)的改善

為提高高爐的利用產(chǎn)出率，解決其邊緣氣流不穩(wěn)定、爐溫不易控以及水溫差過于懸殊等諸多問題，使高爐爐況更加穩(wěn)定，需要對高爐的部分技術(shù)指標(biāo)進行調(diào)整，例如適當(dāng)增加高爐的邊緣負荷，調(diào)整原燃料入爐配比和排料順序等。經(jīng)過一系列調(diào)整后，邊緣氣流更加穩(wěn)定，渣皮活躍度降低，整個高爐的爐況較之前有所好轉(zhuǎn)。但與此同時，高爐的部分指標(biāo)：風(fēng)溫、鐵水物理熱及富氧率等，均發(fā)生變化，導(dǎo)致爐頂溫度隨著熱流比的升高而降低。另一方面，如果在干焦比已經(jīng)偏低，原燃料溫度本身不高的情況下，爐頂溫度將有更加嚴(yán)重的下降。上述涉及的技術(shù)指標(biāo)主要有以下四點[3]。

2.1.1 煤氣利用率的提高

若調(diào)整原燃料配比而提高煤氣利用率，則燃料比將會下降，噸鐵煤氣量減少，從而導(dǎo)致頂溫下降。爐況穩(wěn)定后，邊緣氣流與渣皮趨穩(wěn)，高爐煤氣利用率逐漸升高。以具體案例而言，若將礦批從85噸提升至90噸以上，則可提高約3%的煤氣利用率。與此同時，高爐頂溫也降至低于100℃，詳情如圖1所示。

縱坐標(biāo)數(shù)值調(diào)整為45%～49%。

2.1.2 風(fēng)溫的提高

風(fēng)口前燃燒碳量減少，煤氣和爐料水當(dāng)量比值下降，頂溫降低。爐況穩(wěn)定后風(fēng)溫接受水平提升，將風(fēng)溫從1150℃逐漸提高到1220℃左右水平。

圖2 料制調(diào)整前后頂溫與煤氣利用率變化趨勢圖

2.1.3 鐵水硅含量的降低

燃料比下降，噸鐵煤氣量減少，頂溫降低。大型高爐追求低能耗高產(chǎn)能，適宜低硅冶煉，通過提高煤氣利用率保證鐵水物理熱在1510℃以上，保證低硅時良好的渣鐵流動性；適當(dāng)提高爐渣堿度，R2由1.15提高到1.25左右保證脫硫效果等措施，高爐鐵水硅含量從0.4%以上降到0.30%～0.35%,成功實現(xiàn)了低硅冶煉。

2.1.4 富氧率的提高

在總?cè)霠t風(fēng)量不變的情況下，富氧率越高，料速越快，爐料水當(dāng)量增加，頂溫降低。隨著投產(chǎn)后對產(chǎn)能的要求漸高，高爐不斷強化冶煉，在保持入爐風(fēng)量不變的基礎(chǔ)上，富氧量從最初的5000m3/h 提高到20000m3/h以上。

2.2 原燃料的影響

原燃料對于高爐頂溫的影響主要基于以下三方面因素：

第一點，高爐原先的焦炭整體水分較大。受限于前期自產(chǎn)干焦產(chǎn)能不足，高爐焦炭結(jié)構(gòu)中，濕焦占比40%,且平均水分在8.6%，大量入爐后的濕焦水分揮發(fā)，吸收了爐頂煤氣熱量，導(dǎo)致頂溫下降，且濕焦整體溫度偏低進—步降低了頂溫。

第二點，含鐵物料溫度低。1#高爐含鐵物料結(jié)構(gòu)是65%燒結(jié)礦+10%生礦+35%自產(chǎn)球團，主要的燒結(jié)礦溫度較低，生礦與球團礦處于室溫水平，偏低的含鐵物料溫度也是頂溫偏低的重要原因。

第三點，生礦配比高。為了達到降低成本的目的，提高高爐生礦配比到10%以上，大量生 礦取代熟料后，料溫下降、爐料水分增加，頂溫下降。

3 提高頂溫的對策研究

3.1 增加料溫、降低焦炭水分

對于提高頂溫，增加料溫與降低焦炭水分是最快捷的措施，且對爐況影響小。高爐釆取這些措施后，頂溫下降勢頭很快就得到了扭轉(zhuǎn)，平均頂溫從90℃以下升高到95℃以上，布袋正常放灰得到了保障。

3.1.1 提高燒結(jié)礦料爐溫

通過對供應(yīng)高爐的燒結(jié)環(huán)冷機出口溫度的調(diào)控實驗發(fā)現(xiàn)，由于燒結(jié)礦粒度不均勻，有較多粒徑大于60mm的燒結(jié)礦，料溫波動很大，當(dāng)平均溫度提高到100℃時，部分大塊燒結(jié)礦溫度超過180℃，甚至有部分未冷卻的高溫紅礦，會嚴(yán)重燙傷輸送皮帶。通過反復(fù)試驗，最終將燒結(jié)環(huán)冷機出口燒結(jié)礦平均溫度的標(biāo)準(zhǔn)提升到80℃～100℃。標(biāo)準(zhǔn)提高后，高爐入爐燒結(jié)礦溫度從未采取措施3月份的18℃提高到5月份的35℃，6月份達到40℃以上，提高了22℃以上。

3.1.2 降低焦炭水分

高爐濕焦水分偏大，通過與焦化廠聯(lián)合攻關(guān)，通過改進熄焦打水系統(tǒng)，優(yōu)化熄焦水量曲線，控制晾焦臺打水量等措施，濕焦水分從8.6%下降到6.5%左右。同時，隨著佳華產(chǎn)能的全面投入，高爐配吃干焦比例從60%提高到85%以上，焦炭的加權(quán)平均水分從3.8%下降到2.05%。

3.1.3 其他原燃料的改進措施

提高自產(chǎn)焦炭的溫度，自產(chǎn)濕焦溫度提高到超過室溫 10℃，自產(chǎn)干焦從30℃提高到60℃左右。同時在生礦料倉下方增加生礦烘干系統(tǒng)，引高爐 200℃左右的冷風(fēng)到料倉給料口處，吹入料倉內(nèi)烘干加熱料倉內(nèi)的生礦，降低生礦水分的同時提高生礦溫度。

3.2 提高煤比

高爐焦炭配比頻繁變動，焦炭質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致高爐爐況順行較差，煤比只有100kg左右。高爐干焦比例增加到65%以上，焦炭質(zhì)量有所改善，高爐趁焦炭好轉(zhuǎn)與爐況順行較好的機會，開始逐漸提高煤比110kg以上，21年3月份后煤比穩(wěn)定在130kg左右。

3.3 降低風(fēng)溫、控氧加風(fēng)

通過以上措施，頂溫有所提升，下限頂溫提高到95℃以上，平均頂溫100℃左右。但是仍然沒有達到下限頂溫大于100℃的生產(chǎn)要求，尤其是進入冬天后由于爐溫下降，煤氣到布袋系統(tǒng)的溫降增加，迫切需要進一步提高頂溫。高爐加大了提頂溫力度，通過降低風(fēng)溫、控氧增加風(fēng)量與臨時減生礦配比等措施，達到了下限頂溫大于100℃的目標(biāo)，基本上滿足了高爐生產(chǎn)需要。

高爐熱風(fēng)爐以燒高爐煤氣為主。首先，降低風(fēng)溫，可以節(jié)省煤氣消耗、平衡公司內(nèi)部煤氣消耗，還可以提高頂溫。當(dāng)高爐試驗將風(fēng)溫從1220℃降低到1170℃,結(jié)果是燃料升高成本超過高爐煤氣成本的降幅，之后逐漸提高了風(fēng)溫，通過多次試驗最終將風(fēng)溫降到1205℃左右，可以保證成本最優(yōu)的基礎(chǔ)上促進頂溫提升。

其次，適當(dāng)降低富氧量，提高風(fēng)量。高爐在下部較大風(fēng)口面積的基礎(chǔ)上，風(fēng)量逐步從6022m3/min提高到6220m3/min，適當(dāng)減少富氧量，降低富氧率，富氧上限由23000m3/h降低到18000 m3/h。同時在頂溫將低于100℃時，增加臨時加減氧的措施，以確保頂溫不低于100℃。

最后，控制生礦配比。髙爐生礦配比在15%左右，為提高頂溫，釆用的控氧措施如果超過8小時，在頂溫仍然持續(xù)偏低，高爐將進一步采取下調(diào)生礦配比，但最低不低于10%的提頂溫措施。

4 結(jié)論

綜上所述，導(dǎo)致高爐頂溫變化的因素主要是水當(dāng)量和煤氣流的分布，而導(dǎo)致其低溫的原因則是煤氣利用率的提高、風(fēng)溫的提高、鐵水硅含量的下降以及富氧量的升高等技術(shù)指標(biāo)變化。此外，原燃料的溫度和配比也有一定的影響。

在眾多應(yīng)對措施中，提高料溫與降低爐料水份是提高頂溫最實用的措施。不但提頂溫效果明顯，還不用改變爐內(nèi)氣流分布，不影響高爐爐況。而采取降低富氧率、降低風(fēng)溫、減少生礦配比將可能導(dǎo)致高爐生產(chǎn)成本升高，只能作為臨時提高頂溫的措施。