大型高炉炉前作业的生产调整及特点

唐顺兵

大型高炉炉前作业的生产调整及特点

唐顺兵

4000m3级及以上的大型高炉由于炉容巨大，生产冶炼物流和能流量大，日均生铁和炉渣量在1.0万吨-1.6万吨，因此炉前渣铁排放的安全和顺利作业就显得尤为重要。文章从太钢5号高炉多年的生产实践出发，总结了大型高炉炉前渣铁顺利排放作业的基础措施，为炉况的长期稳定顺行奠定了良好的基础。

大型高炉 生产 物流 炉前作业措施

1.概述

至2016年底，我国已经拥有4000m3级及以上炉容的大型高炉22座。这些大型高炉的有效容积利用系数达到了2.2 t/(m3.d)-2.7t/(m3.d)，在燃料比490kg/t-510kg/t生产时，其每天生产的物流量将达3.5万吨-4.0万吨（含鼓风、富氧量）。如何保证这么大量的物流和能流的稳定有序进行，实现高炉的安全、稳定生产，炉前渣铁的安全、稳定、有序、清洁排放显得非常重要。本文通过太钢5号（4350m3）高炉生产实践，总结了维持大型高炉安全、稳定生产对炉前作业的要求，提出了改善炉前作业的生产组织措施。

太钢5号高炉于2006年10月13日开炉，设有4个铁口、东西出铁场布置，环保INBA水渣处理系统，储铁式主沟，炉前采用TMT液压开口机和泥炮等技术装备。随着煤比和产量的不断提高，特别在煤比180kg/t以上、日产生铁11000吨-12000吨、炉渣处理量在3200吨-3500吨的强化冶炼过程中，炉前作业的工作量加大。一旦炉前渣铁排放不好，必然会影响炉况的稳定顺行。

5号高炉以“有效、安全、稳定、均衡、顺行、清洁，高炉不憋风”为炉前作业的出发点，制定了出铁制度和模式。根据生产实际，具体又分析了炉缸工作状态对炉前作业的影响，以及渣铁热量控制标准；研究出铁过程中铁口工作状态的变化（如铁流速度及见渣时间等）和产生变化的原因；关注出铁过程中对生产调度组织的要求；并开展了对炉前操作人员的开、堵铁口操作技能培训，互相帮扶，共同提高操作水平，减少了炉前作业开口过程中钻漏和堵口跑泥等现象的发生。

2.对炉前作业的要求

2.1 高煤比生产时对炉前作业的要求

完善的出铁场操作、及时合理处理熔渣和铁水是保证高炉顺行，实现“高效、优质、低耗、长寿、环保”的重要手段[1]。在高煤比生产时,焦炭负荷重达5.0以上，炉缸区死料柱的透气性、透液性将会降低，炉缸侧壁环流加剧，炉前铁口深度难以控制，风压及压差将会相对升高。这时，如果炉前渣铁排放不好或不及时，会出现高炉下部透气性变差、下部压差升高、进而出现炉料难行等现象。5号高炉在煤比200kg/t生产时，风压和透气性指数K值明显升高，压差有时达到190Kpa以上，影响到了高炉生产风量的稳定使用，不时需要减风控制压差操作。此时，若炉前渣铁排放不好，高炉将难于维持煤比200kg/t的生产。

5号高炉相应调整了炉前作业，首先是维持 铁口深度在3700mm-4000mm，钻头大小控制在50mm-55mm，以控制排放速度。其次是在出现碎焦卡铁口时，用细铁棍疏通卡在铁口孔道内的碎焦。维持理想的铁口孔道，保持孔壁笔直光滑，液态渣铁以良好的流股从铁口流出而不产生喷溅；当铁口内表面呈麻花状时，铁流就会旋转和飞溅，飞溅的铁水不仅会造成主沟和主沟大盖部分熔损，而且也对作业人员的安全带来影响[2]。在对5号高炉炉内各项操作制度进行合理匹配的同时，重点主抓了炉前渣铁排放作业的改善。实践证明，改善后未对煤气流的稳定分布和炉况稳定性造成影响。

2.2 高利用系数生产时对炉前作业的要求

高炉高利用系数生产，需要适当的大风量和高富氧率操作做基础。2009年7月至2010年6月5日，高炉在月均利用系数2.30t/(m3.d)-2.7t/(m3.d)生产时，其物流量达到3.5万吨/天-4.0万吨/天（含风、氧量）以上。随着利用系数的提高，高炉炉腹煤气量指数势必也会升高，其炉内物流量和能流量必然要增加。此时，追求炉况的稳定顺行，就成为高炉生产操作和管理的中心环节。5号高炉为了维持高利用系数稳定生产，建立了以下炉前作业出铁组织原则和措施：

（1）通过调整炉前开孔钻头大小及合理的出铁重叠时间来稳定出铁速度，以确保堵口的安全、顺利。

（2）严禁炉前出铁过程中进行先堵后开作业，无论何时都要保证有铁口在出铁，以确保大型高炉生产的安全稳定运行，特别是在预防停水、停电和停风事故的情况下尤为重要。

（3）铁口打开30分钟后铁水排出速度未达到铁水生成速度，或40分钟后仍未见来渣，则应立即组织重叠出铁。前一个铁口开口2.5小时后必须开下一个铁口重叠出铁，不允许单个铁口无故出铁3小时以上，以防止大型高炉因炉缸下部出铁不均匀而造成炉缸工作不均和出现煤气流偏析的严重后果。

（4）根据产量和渣比计算出每一分钟渣量和铁量的生成速度，确立每天适宜的出铁次数和铁水流速，尽可能实现3个投用的铁口循环出铁，并相应提高炮泥质量和均衡控制4条主沟的通铁量。

（5）不断细化和量化大型高炉渣铁是否出尽的参数标准，消除高炉隐性憋风现象，以铁后见吹堵口和保证正常的铁口深度为炉前出铁工作的重心，一切出铁组织工作以此为基础和原则来展开。

我国高炉出铁时间短，铁流量大，加强了炉缸环流，对高炉长寿和出铁口维护都十分不利[1]。高炉稳定、均衡的渣铁排放，对冶炼物流的顺利进行，煤气流的稳定分布，炉缸活跃性，渣铁成份的均匀稳定和炉缸长寿都有着十分重要的意义。2010年，5号高炉在日产量按11500吨-12000吨的生产组织中，炉缸截面积利用系数达到70 t/（m3.d）-75t/（m3.d），对炉前渣铁排放作业提出了更高的要求。实行了各铁口循环出铁，维持了合理的出铁口深度和孔道工作状态，控制了均匀稳定的渣铁流速，既以渣铁在炉缸区稳定、均匀地排出物流，来提高炉缸活跃度和减缓炉缸侵蚀。

3.改善炉前作业的措施

2015年以前，太钢5号高炉在日产1万吨、利用系数2.3以上生产时，其在高利用系数生产时细化了炉前的各项作业管理，以良好的渣铁排放，减少高炉憋风次数和憋风程度，确保了炉内各项操作制度能很好地贯切执行，并体现出调剂效果。5号高炉加强炉前作业的措施有：

（1）铁口开口漏下超过0.5小时仍不通，就关门后重新开口，并及时开下一个铁口，并且要结合计算近2炉-3炉的渣铁排出情况，充分考虑滞留在炉缸内的渣铁量，测算见渣时间。

（2）每天都要事前计划安排好出铁口的顺序，并告知调度及时做好配罐准备，使炉前出铁生产组织得以顺利进行。

（3）铁口深度按3700mm-4000mm控制，每次出铁关门前把铁口前泥套清理干净，杜绝跑泥和严格按打泥标准打够泥量，以维护良好的铁口工作状态和稳定的铁口深度。

（4）做好出铁前的十大确认工作，保证每炉铁的出铁安全可控。

（5）在正常生产时严禁铁口未吹堵口或出现先堵后开的情况，以免使生产组织限于被动状态。

（6）随着产量的提高和炉龄的延长，对打泥量进行逐步调整，并在日常生产中根据渣铁排放情况及上炉铁口深度调整打泥量。

铁口是炉缸的薄弱环节，直接影响高炉的一代寿命[3]。大型高炉生产，铁口的好坏成为促进高炉强化和长寿的关键。5号高炉在产量11500t/d以上时，铁口的出铁任务被最大限度地加重，有时一天单铁口出铁量将达到5000吨以上。铁口在这种高温、高压、高渣铁流量冲刷下，其保护砖容易凸出，对出铁安全造成极大隐患。由于5号高炉在日常出铁中加强了铁口区域的维护管理，因此保证了铁口泥套完好，杜绝了堵口跑泥现象。

大型高炉的高压操作也对泥套质量提出了更高的要求。在实际出渣铁作业过程中，由于泥套质量不好造成堵口时发生冒泥，甚至造成高炉减风、休风堵口，都会影响铁口深度的稳定和高炉的正常生产[4]。

4.低利用系数下炉前作业的调整

2015年，太钢5号高炉因公司生产经营和炉缸温度高护炉等原因，需要调整产量到8600 t/d-9000t/d（利用系数1.8-2.0）生产，其炉前作业也相应进行了调整。根据较低利用系数下炉缸工作状态对炉前出铁的影响分析，认为在低利用系数下炉缸工作状态均匀、活跃，炉芯温度和炉缸侧壁温度稳定，渣铁热量充沛，铁口深度合理等，是炉前实现良好均衡、排放的基础条件见表1。

表1 炉前操作因素对出铁的影响

通过对出铁相关因素分析，可见在铁口直径、铁口深度以及高炉内压力因素波动后，铁口直径对出铁量的影响最大，其次是铁口深度。基于上述分析，5号高炉采取措施，改善了炉前作业和降低炮泥消耗。

（1）延长单炉次出铁时间：减少每日出铁炉次，从总体上减少堵口耗材的使用量，以降低吨铁成本。

（2）控制铁水温度：要求测温≮1480℃,低于目标值2炉，果断提炉温保热量。

（3）控制出铁炉数：对角出铁、或循环出铁，控制出铁炉数9炉/天-10炉/天。

（4）调整开铁口钻头直径：钻头由原来的Ф55mm改为Ф50mm，以控制出铁速度接近或略大于高炉铁水生成速度，实现出铁速度最优化。

（5）加强铁口维护：按时出净渣铁，杜绝跑泥，稳定打泥量，确保铁口深度稳定、孔道密实。

（6）逐步增加铁口深度：随着炉龄的增长，炉缸侧壁铁口凸台逐渐消失，5号高炉铁口有所变浅。2014年铁口深度降低到3200mm-3500mm，2015年采取各项操作措施增加到3400mm-3700mm，并尽可能增加到3700mm-4000mm。杜绝了各铁口深度差异大，导致浅铁口排放过快，深铁口排放跟不上高炉生成量而造成憋风，使全天出铁炉次和炮泥使用量增加。

（7）减少两次铁间的重叠时间：由原来重叠30分钟减少至15分钟以内，进一步延长单炉次的出铁时间。

（8）加强铁口操作人员技能培训：提高个人操作技能，实现一次开口作业，杜绝铁口不好开和堵口跑泥，减少每次铁的炮泥消耗。

2016年，由于采取了相应的技术攻关措施，5号高炉实现了出铁炉次的减少和出铁时间的延长，日出铁炉数基本降低到9炉/天-10炉/天，也降低了吨铁炮泥消耗。

5.结论

（1）炉前作业不仅影响高炉冶炼物流和能流的顺利进行，还对稳定煤气流分布和炉缸工作状态有重要作用。炉前稳定、均衡的渣铁排放是大型高炉稳定生产的重要保证。保持充沛的炉缸热量，良好的渣铁流动性，可以实现热制度和造渣制度的长期合理稳定，有利于炉前作业的改善。

（2）量化炉前作业管理的各项措施，可以确立高煤比、高利用系数、定检休送风以及利用系数降低后各种生产条件下炉前作业的原则和制度，并形成为有效、可执行的生产运行模式，是大型高炉实现安全、稳定、有序、均衡出铁的保障。

（3）在大型高炉生产管理上，炉内操作和炉前作业要充分沟通、配合，尤其在设备故障、生产事故、炉况异常、休送风、炉凉或憋风造成炉内煤气流、热负荷和热制度发生大波动时，良好的渣铁排放和组织，对炉况的顺利、快速恢复非常关键。

[1]项钟庸，王筱留主编.高炉设计—炼铁工艺设计理论与实践[M].北京.冶金工业出版社，2007:575-577.

[2]张龙来，敖爱国.宝钢高炉炉前作业技术进步[J].炼铁，2005,24（增刊）：28.

[3]王涛，王颖生，于鸿林.首钢高炉炉前技术进步[J].钢铁，2003,38（10）：6.

[4]何环宇，王庆祥，曾小宁.MgO含量对高炉炉渣粘度的影响[J].钢铁研究学报，2006,18（6）：11-13.

（作者单位:太钢不锈钢股份有限公司炼铁厂）