柳钢1号高炉在贫化原燃料条件下的高产低耗生产实践

雷发荣 黄金堂 钟 波 国志华 袁武均 劳成鹏

(柳州钢铁股份有限公司炼铁厂)

柳钢1号A高炉有效容积1 500 m3，设有22个风口，2个铁口，陶瓷杯炉缸。该高炉系统主要包括：高炉本体采用三段式铜冷却壁和炉身钢冷却壁的薄壁炉衬技术，软水密闭循环系统，国产PW标准型串罐式无料钟炉顶、双均排压系统，皮带输送机上料，轴流式鼓风机，4座大型顶燃球式热风炉，传统的水冲渣工艺和全干法除尘等。1号A高炉2009年10月扩容中修，投产已达11年，后期炉役设备老化、热风炉风温低和自产焦不够吃制约高炉经济技术指标的改善。文章总结了柳钢1号A高炉在贫化原燃料条件下，通过加强入炉原燃料质量管理，设备零故障攻关，大风量、高富氧冶炼技术，大角度、大角差、半中心加焦布料，大批重，精准布料技术，低硅稳硅操作，量化炉前管理等措施，抓住了高炉生产的关键点，实现了高炉长期稳定顺行，生铁年产量161.8万t，取得了良好的技术经济指标。

1 高炉原燃料质量情况

1.1 焦炭质量

由于自产焦不够，1号A高炉长期配用外购焦，2020年受疫情影响采购优质焦炭困难，焦炭质量波动较大。干熄焦炉轮流检修，期间焦炭全水熄，高炉配用外购焦的同时，还要配用水焦。2020年1号A高炉水焦、外购焦平均配用量33.2%，最高配用量达80%，焦炭质量长期波动，影响高炉产能释放和指标优化，焦炭质量指标平均值见表1。

表1 焦炭质量指标平均值 %

1.2 烧结矿质量

2020年烧结矿SiO2含量偏高，导致品位偏低；烧结矿碱度R波动大，烧结检修前为了平衡烧结矿使用量，上调碱度，造成炉料结构大幅度波动；烧结矿转鼓指数偏低，冷强度稳定性欠佳。为了保证烧结矿有一定的冷强度，高炉要求烧结矿FeO含量底线控制在8.5%～9.5%，烧结矿质量指标平均值见表2。

表2 烧结矿质量指标平均值

1.3 球团质量

2020年球团矿质量较稳定，平均品位63.6%，具体情况见表3。

表3 球团质量指标平均值

1.4 喷吹煤粉质量

2020年柳钢主要喷吹煤有进口贫瘦煤、混合煤和无烟煤。进口贫瘦煤灰分较低(8.0%～11.0%)，固定碳较高(76%～80%)，发热值高；无烟煤灰分较高(12.0%～14.5%)，发热值偏低；混合煤灰分居中(10.0%～13.0%)，固定碳偏低(74%～78%)，发热值偏低。无烟煤、混合煤质量波动较大，由于进口煤采购量有限，进口煤配比在0%～50%之间动态调整。2020年1号A高炉喷吹煤粉发热值波动大，2020年3月进口煤配用量为0%，发热值降至24 733.37 kJ/kg，喷吹煤粉质量情况见表4。

表4 喷吹煤粉质量指标平均值

1.5 块矿质量

柳钢使用天然铁矿石有国内矿、澳矿、巴西矿、伊朗矿、南非矿、越南矿，通过优化均匀配矿后入炉，2020年块矿品位波动较大，其平均值见表5。

表5 块矿质量指标平均值 %

1.6 入炉原燃料有害元素

2020年入炉原燃料有害元素控制在底线范围内，主要是硫负荷和碱负荷波动较大，其平均值见表6。

表6 入炉原燃料有害元素负荷 kg/t

2 高产低耗生产的措施

2.1 加强原燃料质量管理

(1)加强原燃料检测工作

原燃料是高炉冶炼物质基础，提高原燃料管理水平是高炉高效稳定生产的保障。按《高炉原燃料管理制度》的要求继续抓好原燃料管理工作，加强原燃料质量检测，为以后炉料条件变化可能引起的炉况变化提供基础数据支持。

①焦炭检测。焦炭常规全分析每班由焦化厂提供，可通过柳钢生产管理系统查询；技术科每周对每座焦炉的焦炭做一次热性能分析，并将结果报厂调度室，由调度室报给高炉；生产的高炉每两小时对其槽下焦炭做一次水分分析。

②烧结矿检测。烧结矿常规全分析、转鼓强度等每班由烧结厂提供，可通过柳钢生产管理系统查询；技术科每周对每台烧结机的烧结矿做一次低温还原粉化率检测，并将结果报厂调度室，由调度室报给高炉；技术科清称班每班对烧结矿粒度组成进行监测，供料车间当班皮带工配合，测定结果由清称班分别报给厂调度室和各高炉车间；化验室每班对每台烧结机的烧结矿碱度进行检测，清称班负责取样，检测结果由化验室输入柳钢生产管理系统；技术科每周对每台烧结机的烧结矿质量(物理和化学性能)进行一次抽查，并将结果报厂调度室和科领导，由调度室报给高炉。

③球团矿检测。球团矿常规全分析、抗压强度、筛分指数等由烧结厂提供，可通过公司生产管理系统查询；技术科每周对球团矿质量(物理和化学性能)进行抽查，并将结果报厂调度室和科领导，由调度室报给高炉。

④块矿和钢渣检测。准备车间化验室每周对每种块矿和钢渣取样，做一次常规分析，结果输入柳钢生产管理系统。

⑤喷吹煤粉检测。进厂原煤的水分分析由准备车间化验室检测，每天一次，结果输入柳钢生产管理系统；新进厂的原煤由技术科负责检测其可磨性指数，并报给喷吹车间和公司物质部，可磨性指数<80%可建议公司停止采购； 混合喷吹煤粉全分析以及煤粉粒度组成由化验室检测分析，每天一次，结果输入柳钢生产管理系统。

(2)焦炭、烧结矿留样管理

为了有效地监控焦炭、烧结矿的实物质量，提高高炉应对原燃料质量变化能力，厂部决定对焦炭、烧结矿进行留样管理，要求高炉车间按班自行在高炉槽下系统进行取样并保留。高炉留样桶置放于高炉值班室附近，摆放整齐有序、并标识管理牌，最好放置于显眼处(一般放在出铁场，尽量与渣铁留存样放置于一个地方)，易于高炉操作人员和管理人员查看、对比。每个样留存三天，各留样桶依次循环使用，每次取桶时，把料倒回上料皮带进行回收，杜绝浪费。

(3)混焦使用管理

焦化厂经过近几年的技术改造，实现了全干法熄焦生产。受全干法熄焦工艺影响，系统每年都要进行检修。在检修或发生突发事故时，由干法熄焦改水法熄焦，造成焦炭质量下降，焦炭水分含量升高。为了减少由干法熄焦改水法熄焦对高炉炉况的影响，高炉制定混焦使用管理规定。

①加强与焦化厂联系，执行使用水焦预案。

②加强焦化厂相关部门联系，及时了解焦化厂生产情况，在焦化厂由干法熄焦改为水法熄焦时，立刻把信息传递至高炉值班工长，启动混焦预案。

③高炉有4个焦炭仓，有水焦或外购焦时，规定1号焦炭仓装水焦或外购焦，2号、3号焦炭仓装干熄焦，4号焦炭仓装焦丁。水焦使用量超过50%后，2号焦炭仓改装水焦，高炉按厂部规定配用水焦或外购焦。

④随着水焦配用量增加，逐步下调焦炭负荷，同时炉温逐渐往上限调整，做好低炉温风险控制，使用混焦负荷调剂与炉温控制见表7。

表7 使用混焦负荷调剂与炉温控制

⑤高炉计算使用水焦后每批料的加焦量时，要考虑热强度下降对高炉燃料比的影响。水熄焦含水分10%，而干熄焦只有0.5%，水熄焦反应后强度较干熄焦低4%～5%，热强度每降低1%影响燃料比0.4%～0.5%。

⑥实际使用水焦后每批料加焦量

每批料加焦量=Q焦×A×10%+K燃×A×2%×Q铁

水焦比例A=每批料水焦用量×水焦中水分比例÷每批料用焦总量×100%

式中：Q焦为每批料配用水焦前用焦量(焦丁+焦炭)；A为水焦比例；K燃为配用水焦前理论燃料比；Q铁为每批料理论出铁量。

(4)筛分管理

①装入原燃料粉率管理：烧结矿-5 mm<5%，焦炭-15 mm<2%，根据取样(1次/班)结果判断、调整筛网的给料速度。

②筛网管理：当装入粉率不能满足目标管理值时，进行筛网的更换；大于8 mm的烧结矿被筛下时，要及时更换筛网；筛网被粉末堵塞超过30%时必须清理筛网，通过烧结仓振料前空振3 s，振料后延迟10 s停止振动筛，烧结筛增加自动清筛装置等措施，保持烧结振动筛不积料，以确保烧结矿的筛分效果。

③筛网点检管理：目视点检焦炭及烧结矿筛下粉的产生情况，1次/班；点检焦炭及烧结矿筛网的磨损、破损情况，1次/班。

(5)优化装料顺序，抓好混料

通过混料实践统计，找到合理的原燃料装料顺序，降低焦丁斗放料速度，尽量使焦丁与矿石混合均匀；调整好烧结仓与焦炭的放料顺序，稳定边缘与中心气流，改善料柱透气性。

2.2 抓好设备基础管理，进行设备零故障攻关

(1)强化全员设备、全过程管理

明确车间主任是车间设备设施基础管理的第一责任人，明确目标，落实责任人，以抓好“6S”管理(整理、整顿、清洁、素养、规范和安全)和“6源”(污染源、清扫困难源、故障源、浪费源、缺陷源和危险源)为切入点，推行全员设备、全过程管理，以点检、润滑、清洁标准化可视化管理为手段，确保各项基础工作落实到现场。同时结合设备完好率攻关，车间内部开展督查工作，点检站开展督导工作，提高员工对设备基础管理的积极性，为全员设备管理营造出良好的氛围，真正体现岗位作为设备第一责任人的理念。

(2)强化关键设备隐患闭环管理

车间组织认真开展好设备日常点检、巡检工作、查找缺陷及隐患源活动，建立关键设备缺陷、劣化台账并开展对应攻关工作；对检查发现的设备隐患，均要制定隐患监控方案，确定监控措施、明确周期、落实监控责任人，并实行动态闭环管理，并视发展趋势采取相应的应急措施，防止隐患升级，引发事故。对可能导致高炉休慢风的隐患或影响生产指标的隐患要实时通报，充分利用工艺休风等机会安排隐患处理，降低设备故障休风率。

(3)持续推进PDCA循环管理

要针对典型设备故障、系统性动力故障或较大设备风险、隐患，找准改善攻关课题。对设备风险、隐患进行分级管理，重大设备风险、隐患，厂部介入管理，一般设备故障风险、隐患，由车间进行管理。在设备管理中，要善于运用PDCA管理持续改善的方法，借助各专业力量，做好原因分析，开展有针对性的改善攻关工作。

(4)加强设备点检、维护保养、应急操作等培训学习

开展“改规程、学规则、守规程”活动。一是车间要全面核查设备维护检修规程，对设备维护、检修规程进行完善优化，并组织学习落实，强化设备操作、检修作业的规范执行，规避误操作等不规范行为，确保设备稳定运行；二是要强化生产车间安全操作的主体责任，加强岗位操作技能培训，建立班组级应急操作台账并有针对性地开展操作安全应急演练，不断提高岗位工的操作水平和应急处理能力；三是以班组为单元成立设备知识培训小组，每周开展设备点检、运行维护知识培训并做好相应记录。

(5)推进可视化培训攻关

以技能复制为目标，以“培训是为了使用”为原则，参与设备运行、检修管理的设备主任、技术员每季度完成1个关键设备(或系统、岗位操作等)的教学视频录制，鼓励点检员、班组长、大学生等参与。要求从设备结构、原理、点检、维护、故障处理、定修及检修过程等方面出发，日常积累素材，将PPT、图片、短视频、语音相结合最终以视频的方式展现。

2.3 大风量、高富氧技术

(1)稳定风口参数，稳定初始煤气流分布

为了相对发展边缘气流，高炉采用了“短”风口，即统一风口小套规格(小套长430 mm，Φ118 mm)后，接受大风量的能力大大加强。

(2)大风量操作

大风量能吹透中心，所以坚持以风量为纲的原则，保持连续稳定的大风量是活跃炉缸的关键。1号A高炉通过挖掘风机能力增加风量、提高风温、提高富氧率等手段，获得了适宜的回旋区深度，炉内煤气流分布均匀，高炉压差下降，炉况稳定性增强，产量稳步提升，具体参数如表8。

表8 送风参数与产量

(3)大富氧喷煤

1号A高炉的用氧量由8 000 m3/h提高至10 500 m3/h左右，富氧率从2.5%提高至3.5%，加快了氧向煤粉表面的传递速度，促进煤粉燃烧，提高煤粉燃烧率。富氧鼓风虽然不能为高炉带来额外的热量收入，但其减少高炉煤气量(鼓风N2比例降低)、提高理论燃烧温度、促进煤粉在风口前燃烧等作用对高炉强化冶炼具有极其重要的作用[1]。随着富氧水平的提高，1号A高炉的喷煤量从26 t/h逐步提高到29 t/h，2020年各月高炉煤比与富氧率的对应关系见表9。

表9 2020年各月高炉煤比与富氧率

2.4 大角度、大角差、半中心加焦布料

此后，高炉以稳定基础布料矩阵为主，边沿偏重时，将矿焦角度整体内移。根据高炉顺行状况，灵活调节中心加焦角度，在高炉因各种因素引起憋风时，中心加焦角度内移，保障中心气流更加通畅，增加透气性，缓解憋风现象，保障炉况顺行。在中心过于强盛，十字测温次中心温度高于350 ℃时，将中心加焦角度外移，杜绝中心管道气流，提高煤气利用率，稳定炉况。

2.5 大批重

1号A高炉根据料层厚度及冶炼强度选择合适批重：以炉腰焦层厚度大于200 mm，炉喉大于500 mm为原则确定焦批；在此基础上，根据炉腹煤气量、料速适当选择矿批。增大风量强化冶炼时，炉腹煤气量大，适当扩大批重，可加重中心并压抑边缘气流，但大矿批总体上是压制气流。在风压高、透气性不好时，必须要适当缩小矿批，疏松整个料柱的透气性，使矿批与冶炼强度、原燃料质量、喷煤比、炉况相适应。大煤比时，矿焦比的大幅度提高，炉内焦窗变薄，不利于气流通过。采用大料批能确保焦窗厚度，提高炉料透气性，稳定气流。1号A高炉随着风量的增大，矿批逐步加大，2020年从38 t增加至41 t，保持了高炉良好的透气性，稳定了煤气流。通过应用大批重，提高高炉的炉况稳定性，实现了长期的稳定顺行，提高了煤气利用率，2020年1号A高炉煤气中CO2平均质量分数由18.87%提高到20.44%。

2.6 精准布料技术

(1)精准的中心集中布焦技术

之前溜槽倒数第二环倾动角度α1向倒数第一环倾动角度α2下降过程中，中间环带倾动角度约100°～120°，倾动时间约7～10 s，期间一直在布焦炭，中间环带布了1～1.5环焦炭(溜槽倾动一环7 s)。中心加焦量增加，造成中心煤气流过大，煤气利用率降低。为了使高炉中心煤气通路更集中，提高煤气利用率，在中心加焦技术基础上，研发了精准的中心集中布焦技术。设计精准中心集中布焦程序，即倒数第二环倾动角度α1向倒数第一环倾动角度α2快速下降时(即溜槽进入中间环带)，料流阀以最大运行速度由开度γ1关至γ2，因焦炭受到料流阀闸板的挤压， 停止向炉内布焦炭。当倾角实际值αACT≥α2+X°时(X°为提前量)，料流阀恢复到开度γ1，开始中心环的布料[4]。

(2)精准的中心布矿技术

之前溜槽倾动到最后一环是最低矿角，料罐放料计时为零时料罐雷达料线显示数据一直在0.5～1.5 m波动，程序设定料罐料流阀全开时间10 s，料罐料流阀全开时将剩余矿石放完，最小矿角布矿量一直在波动，不利于中心煤气流的稳定。为了稳定中心煤气流，研发了精准的中心布矿技术。设计矿石往复布料程序，即布完最小矿角后，溜槽倾动角度抬至中间环带布料角度，料流阀以最大运行速度由开度γ1关至γ2，因矿石受到料流阀闸板的挤压，停止向炉内布料。当倾角实际值为中间环带角度时，料流阀恢复到开度γ1开始布最后一环料。

2.7 低硅稳硅操作

从燃料消耗角度考虑，铁水中[Si]越低，消耗的燃料少，有利于降低燃料比。柳钢1号A高炉通过低硅稳硅操作，即[Si]控制在0.35%～0.45%，在降低燃料消耗方面取得了较好的效果。

炉温控制的方法：①综合负荷稳定是炉温稳定的基础；②料速稳定是检测炉温稳定的标准。调节炉温原则最好早动少动，甚至不动。日常调节首先是稳定料速为主，料速变化要及时分析、调节。根据料批计算燃料比及时调节煤量或负荷。炉温异常升高，必要时可临时降温20～50 ℃。如果渣皮大量脱落导致炉温快速下行，要及时放慢料速及插补焦炭加净焦等进行提温。

日常操作通过控制综合负荷来稳定炉温：①找准综合负荷后控制其变化范围为±0.01；②当炉温达到上限，将综合负荷提高0.01；③当炉温达到下限，将综合负荷降低0.01；④接班发现交班综合负荷连续高0.02就要防凉；⑤接班发现交班综合负荷连续高0.03，要减氧控料速，防凉滑料；⑥班中根据料速及时控制煤量，保证炉温稳定，当班[Si]偏差控制小于0.12%；⑦煤气利用临时性提高，炉温达到上限，减煤不加负荷；当煤气利用逐步提高，且煤已调到下限，炉温仍在上限，减焦加负荷0.02～0.03。

2.8 量化炉前管理

量化炉前出铁，要求工长对出渣铁的进度进行判断，以及根据出铁流速的具体情况制定开铁口时间，避免炉内出现憋风。炉前作业要求出铁间隔时间≤15 min；铁水流速3.5～4.5 t/s；出铁次数15～16次/d；统一钻头直径45 mm；使用承包专制炮泥，每炉打泥量150～190 kg，铁口深度稳定在2 800～3 000 mm。以此来稳定铁口深度和均匀出铁，使炉缸渣铁排放干净，减少渣铁对料柱的支撑作用，促进炉料顺行，为高炉稳定顺行提供保证。

尽一切可能缩短修沟时间，减少单边出铁的风险和对炉内操作的影响。各环节的修沟进度要在控制范围内，出现偏差及时协调处理，争取在放残铁后60 h能具备出铁条件。针对铁口高度不足，修沟后出铁泡铁口的情况，重视浇筑沟的过程中测量沙坝与龙沟头的高度，并要求副工长、垫沟人员都要掌握具体的测量方法和尺寸，通过多层把关来确保修沟尺寸的精准。在修沟前进行各方面检查，尤其重视铁口泥套的重新制作，确保单边出铁的顺畅。

3 效果

在贫化原燃料条件下，1号A高炉通过管理、操作和技术改进等一系列措施，保持炉况长期稳定顺行，各项经济指标也逐渐向好，2020年12月平均日产量突破4 588 t。1号A高炉在后期炉役设备老化、热风炉风温低和自产焦不够吃的情况下，2020年生铁年产量达到161.8万t，实现了高炉稳产高产低耗的高效冶炼，技术经济指标见表10。

表10 2020年1号A高炉主要技术经济指标

4 结语

(1)大风量能吹透中心，保持连续稳定的大风量是活跃炉缸的关键。

(2)中心集中加焦技术减少了中间环状带布焦炭, 中心焦更集中，中心气流更集中；精准的中心布矿技术，稳定了最小矿角的布矿量，保持中心煤气流稳定。

(3)1号A高炉采用“大角度、大角差、半中心加焦”布料方式，其核心是适当抑制边沿气流，确保中心气流，使炉况长期稳定顺行。中心开放后逐步将中心加焦角度外移，提高煤气利用率，达到降低燃料比的目的。

(4)视原燃料条件采用大批重，矿石的批重控制在高炉产量的1.1%左右。批重的扩大提高了高炉的炉况稳定性及煤气利用率，实现了长期的稳定顺行。

(5)抓好设备基础管理是高炉生产稳定的前提。抓好设备零故障攻关，一是要强化全员设备、全过程管理，明确车间主任是车间设备设施基础管理的第一责任人，明确好目标，落实好责任人；二是要强化关键设备隐患闭环管理；三是要持续推进PDCA循环管理；四是要加强设备点检、维护保养、应急操作等培训学习，开展“改规程、学规则、守规程”活动；五是要推进可视化培训攻关。