高炉炉缸堆积的原因及处理方法

高炉炉缸堆积的原因及处理方法

2016-10-12王筱留，祁成林冶金之家

　　通常，炉温波动较大、煤气流分布不太正常时，采用一般调节手段，在短期内就可以纠正，转为正常。但是国内多座高炉因长期失常，处理困难.造成重大损失:这种现象出现在长期休风或封炉复风后的较长一段时间，由于钢铁企业调度不当，使高炉较长时间的慢风操作后，再转入正常生产时出现炉况失常，造成炉缸不活、堆积、本文详细分析了高炉炉缸堆积的原因，介绍了炉缸堆积的处理方法。

　　1 炉缸堆积的征状

　　1)出铁前后风量和风压变化，出铁前风量减少、风压升高，出铁后风量增加、风压下降，形成周期性波动;

　　2)炉渣变粘，有时带铁，即渣铁分离不好，这在高铝低镁渣表现突出;

　　3)煤气流分布呈现边缘过度发展，中心打不开;

　　4)风口工作不均匀，时有升降和未充分加热的黑焦降落到风口;

　　5)炉缸工作不均匀而且顺行差。

　　上述征状操作者是知道的，但是在生产中不是明显地同时出现，尤其是仪表检测手段不齐全的高炉更易被忽视。最终表现为炉缸不活，炉子不接受风量，产量较低。这是炉缸堆积的初期征兆，需要认真寻找原因，对症处理。

　　2 炉缸堆积的主要原因

　　 原燃料质量问题

　　1)焦炭质量变差是炉缸堆积的重要原因

　　实践表明，焦炭质量对高炉炉缸影响很大，而且是造成炉缸失常的重要原因。从焦炭在炉内劣化的过程看，在块状带还未发生，碳熔损反应前重要的是 M10,而在熔损反应发生区则是 CRI 和 CSR，而对炉缸工作来说是 CSR，它决定着软熔带焦窗的透气性，滴落带焦塔(死料柱)的透气性和透液性，因为 M10、M40、CRI 和 CSR 决定着高炉内各部位的空隙度ξC，空隙度的变化将影响煤气流的流向。目前高炉炉缸不活、堆积大多是由焦炭质量变差造成的，我国焦炭质量与高炉炼铁的要求有一定差距。

　　2)捣固焦质量问题

　　目前，正在推广、大量销售给高炉生产用的捣固焦质量应该引起大家注意。焦炭是煤在隔绝空气下干馏而成的，其质量与配煤、煤在高温下产生胶质的数量、炼焦过程工艺参数等诸多因素有关。而起决定作用的是胶质数量的多少。而产生胶质层的煤一焦煤、肥煤储量有限，成为宝贵的紧缺煤种，为节约它们的用量，炼焦工作者研究出一些节省焦煤的新技术，例如热压焦，捣固焦等，目前在中国大力推广的是捣固焦。捣固炼焦是在炼焦配煤中用 1/3 焦煤即气煤部分置换焦煤和肥煤后，用适当压强的捣锤将炼焦配煤捣实一些，缩小煤粉颗粒之间的距离，使有限的胶质可以粘结更多的煤粉颗粒而生产出相应强度和反应性的焦炭，因此它是节约焦煤和肥煤的技术措施。在置换焦煤和肥煤数量合理、捣固压强适当、炼焦工艺参数适应捣固焦生产的情况下，捣固焦的质量能满足中大型高炉冶炼对焦炭质量的要求，国外已将捣固焦用于 2000m3 级以上高炉。

　　我国涟源钢铁公司和兴澄特钢 3200m3 高炉已成功使用捣固焦炼铁。可是众多高炉工作者对捣固焦的使用并不满意，因为大量独立焦化厂生产的捣固焦在高炉内表现差，造成炉况波动，甚至失常，而且燃料比升高，其原因为以下几点。

　　(1)目前，捣固焦配煤尚无统一标准，是由众多生产厂根据自己的条件配煤，部分独立焦化厂为节省成本，配料中将炼焦煤和肥煤数量降到不合理的程度，有的甚至完全不配焦煤和肥煤，单靠 1/3 焦煤的少量胶质炼焦，其成品质量显然不好，强度等满足不了高炉炼铁的要求，在炉内四个劣化因素的作用下表现很差。

　　(2)捣固焦生产过程中捣固压强控制是非常重要的，合适压强捣固后生产的捣固焦具有分布均匀的小孔，而超高压强捣固后生产的捣固焦则局部基本无气孔，而在二层捣固层的交界面出现盲肠型大的横向气孔，这样无气孔压实的部分反应性很差，而大的横气孔部分反应性特好，与 CO2 反应后，变成薄壁多孔且强度降低很多，经高炉内的劣化因素作用后形成很多粉末而影响炉况，所以在高炉内这两种极端表现给高炉工作者的感觉就是捣固焦质量差。欧洲炼铁工作者对我国捣固焦的评价是:1kg 捣固焦只能当 顶装焦使用。

　　(3)我国捣固焦增加速度太快，一些影响捣固焦质量的炼焦工艺参数的变化规律还没有研究深透，特别是炼焦过程的热制度控制，造成目前捣固焦炉生产的焦炭在焦炉顶部的焦炭黑头焦过多，质量差。一些小独立焦化厂生产的焦炭质量差别很大，造成高炉生产的炉况波动，甚至造成炉况失常，这是炼铁工作者不欢迎、甚至不认可捣固焦的原因之一。

　　初步研究和实践表明，为保证捣固焦的质量，捣固焦生产中的配煤要保持一定数量的炼焦煤和肥煤(对中小高炉焦炭要求达到 25%左右，而大型高炉焦炭要求 45%-50%)，维持合理的捣固压强，捣固煤饼的密度保持在 (顶装焦配煤的密度在 )，保持合理的结焦时间，使焦炉顶部得到很好的加热，做到这些就可以生产出好的捣固焦，满足 2000-3000m3 级高炉生产的要求。

　　兴澄特钢 3200m3 高炉应用合理配煤下的捣固焦，高炉取得好的业绩，但是如果因成本而降低配煤中的焦煤和肥煤的比例，生产出的捣固焦，质量下降，3200m3 高炉应用后炉况恶化，历时半年才能调整过来，损失很大。

　　3)国内外高炉原燃料比较

　　有专家以国外大型高炉原料条件为依据，得出高炉大型化对原料品质提高的要求是有限的，表 1 是专家提出的德国蒂森公司 4 座容积 2132m3，2500m3 ，4407m3 和 5513m3 高炉操作指标的对比。

　　从表 1 的指标看，4 座高炉原燃料条件基本一致，而炉容相差很大，高炉操作指标基本相同。仔细分析不难看出，德国高炉用的原燃料是真正的精料，从渣量 288kg/t，估算其 213m3 高炉和比它大的 2500m3 ，4407m3 ，5513m3 的入炉品位都相当高，达到了我国 5000m3 高炉的入炉品位，而焦炭的 CSR/CRI 指标比中国 5000m3 级高炉用焦还好，更不用说德国焦炭的灰分只有 9%-10%，比我国最好的宝钢焦炭的灰分还低 2%-3%。也就是说德国 2132m3 高炉的原燃料条件，已能满足 5000m3 级高炉生产的要求，总体上比我国 5000m3 级高炉用原燃料质量只高不低。而在我国就完全不一样了，如果我们将目前我国2000m3 级高炉的原燃料用到5000m3 级高炉进行生产，那5000m3 高炉生产将会出现不可想像的情景。不用说整体质量，就仅焦炭质量变差一项，就够我国炼铁工作者应付的。所以任何国外的经验都要按国内具体条件来分析，不可不顾条件而盲目适用，其结果只会带来负面作用。

　　4)含铁料质量影响

　　我国焦炭质量波动时将会引起炉况波动，尤其影响炉缸状态。此外，要特别注意的是我国高炉入炉的钾、钠、锌等有害元素负荷远超过国外，而有害元素对焦炭在高炉内的劣化作用是巨大的，这是引起炉缸不活的原因之一。另外，入炉含 Fe 料质量很差，受成本的压力，一些企业受不科学的宣传影响采购劣质矿是造成炉况恶化的重要原因之一，这里仅从造成炉缸不活、堆积角度来说明。

　　(1)渣量增加，使滴落带和炉缸焦柱的空隙度下降，造成煤气和铁水流通不畅，出现中心打不开、炉缸不活，这是因为渣量增加后造成炉渣在焦柱中滞留率增加，煤气通过的通道空隙减小，煤气通不过。

　　(2)劣质矿中 Al2O3 高，给炉渣性能带来坏的影响，在低 MgO/Al2O3比的炉渣时，炉渣稳定性变差，炉缸热状态稍有波动、不稳定，高 Al2O3黏度变大，造成煤气流通过困难，炉缸出现不活。

　　(3)劣质矿带入炉内的有害元素增加，既损害焦炭，也破坏炉料和炉衬，甚至影响高炉一代寿命。

　　 煤气分布不合理

　　煤气流通过三次分配达到合理分布是炉况顺行、能量利用率高、燃料比低、产量高的基础。对于炉缸来说，煤气的初始分配，达到中心和边缘合理分布尤为重要。煤气流分布不合理，造成边缘气流过大，中心气流不足。由于边缘气流过大，炉墙渣皮频繁脱落，炉料下降不稳定。中心气流不稳定造成未被充分加热和还原的炉料进入炉缸，破坏炉缸的热状态，最后导致炉缸堆积。若炉料质量差，则发现炉料下降不顺，崩料、悬料、坐料造成料层混乱，致使煤气流分布混乱，同样造成未加热和还原炉料进入炉缸而造成炉缸热量消耗增大，出现炉缸不活甚至炉缸堆积。

　　 炉缸热状态不稳，炉渣性能波动较大，两者相互影响

　　稳定的炉缸热状态应具备充沛的高温热量满足冶炼需要，充沛的高温热量的特征是 t 理为 2200 ±50℃，tC(焦炭进入燃烧带时的温度)应达到t 理。满足冶炼每千克生铁热量后应有一定数量的热储备 630kJ/kg 生铁，以供炉温波动时补偿。如果上述三个方面遭到破坏，炉缸必定出现不活甚至堆积。特别要注意长期慢风操作、无计划休风、闷炉复风，因为炉缸热量得不到补充，会造成死料柱中的炉渣变稠，甚至凝固，煤气流通过更是得不到热量补充，炉缸会由不活发展为堆积，处理不及时会引起炉缸冻结。

　　 高炉炉型不合理

　　过去高炉炉墙为厚壁或中厚壁，现在都是薄壁，而且是冷却器从炉底到炉喉全覆盖。在厚壁和中厚壁炉墙时，炉型从设计建炉到停炉大修有一个侵蚀而变为操作炉型，良好的操作炉型可以保持高炉生产获得好的操作指标，现在薄壁没有这个应变过程，因此设计时就要拥有合理的操作炉型，而在这个方面的经验不足，也无理论验证，因而如果选择不当将影响一代高炉生产。从目前生产业绩来看，大部分高炉炉型有待改进，最突出的是炉腹角过大，造成边缘气流偏长，中心气流不足或不易打开，后果是大部分高炉炉渣皮频繁脱落、未加热和未还原的炉料进入炉缸，炉缸热状态不稳定，由此发展到炉缸堆积。

　　3 处理方法

　　 切实做好精料工作

　　首先是提高焦炭质量。高炉冶炼过程对焦炭性能的劣化作用是客观存在的，而且随着炉容的扩大，喷煤量的增加，劣化程度越来越大，宝钢、迁钢的研究数据完全证实了这个劣化的严重程度。 这里要特别强调应用捣固焦时，要重视捣固焦的喷煤捣固程度、炼焦工艺参数、炼焦时间等以保证捣固焦有较高的质量，目前，捣固焦的质量检测都按照顶装焦的质量检测指标和方法进行。

　　从数值上看，似乎捣固焦质量不错，有的甚至优于同类顶装焦，但进入高炉后，表现甚差，一般认为其价值要打 8 折,明显的一点是捣固焦的粒度组成差，平均粒度要比顶装焦小 10mm 以上，因此，捣固焦的堆密度要大于顶装焦，如果合格顶装焦的堆密度在 m3 左右，则捣固焦的堆密度至少在 m3 ，有的达 m3 。

　　其次是提高含 Fe 炉料质量。具体建议如下。

　　1)停止购买和使用低 Fe 高 Al 的廉价矿。

　　2)优化烧结料，控制 Al，降低甚至停止配料中的 Mg。因为高 Al 和高 MgO 烧结出的烧结矿，铁酸铝的含量减少，液相量不足而且流动性差，为提高烧结矿强度，提高烧结温度使烧结矿形成的薄壁大孔，成品粒度组成变差，10-5mm 的粒度增多，要重视烧结矿的粒度组成、还原性和低温还原粉化。

　　3)国产磁精粉与 MgO 球团矿、SFCA 高碱度烧结矿形成优良的炉料结构，富块矿要注意它的爆裂性能、粒度组成及还原性。

　　 通过上下部调剂，理顺炉料分布和煤气分布

　　从宏观上观察，炉缸不活，甚至堆积仅从炉缸上调剂是不能得到完全解决的，需要上下部配合，即从装料、造渣和送风三大制度配合上下功夫。

　　1)上部装料制度

　　选用合理科学的装料制度是理顺炉料分布的重要手段，它要保证合理的两条通路，并且保证炉缸焦柱具有良好的透光性和透液性，应该在炉墙的第 2 或第 3 档位开始装焦炭，采用较宽的平台。形成较浅的中心漏斗，中心加 5%-10%最多 15%的大块性能好的(CRI 低，CSR 高，粒度 50mm 以上)焦炭，这样既理顺炉料分布，也保证煤气三次分配合理。

　　2)下部送风制度 它决定煤气初始分配，煤气初始分配由两个因素制约:燃烧带大小和燃烧带上方和周边焦炭柱的透气性，因为煤气流是燃料在燃烧带内与热风反应产生的。它提供冶炼过程所需要的热量和还原剂，它的分配是否合理影响着炉缸状态和边缘与中心气流分布。

　　送风制度是决定燃烧带大小的因素，大量的生产实践证明，合理的燃烧带大小是燃烧带形成的环圈面积与炉缸面积之比(n)要处于较合理的范围，大高炉 n=，中高炉 n= 左右，而小高炉则应保持在 左右。

　　这里要注意的是单纯用鼓风动能(或风速)不可能完全达到所要求的燃烧带大小，要重视两个因素:死料柱的透气性和炉腹角的大小。在焦炭质量不好，炉渣量大而且黏度过大会造成在死料柱中的滞留率增加，死料柱的空隙度(ξC-ht)偏小甚至过小时，采用过大的风速或鼓风动能，将进一步恶化炉缸状态而不是搞活炉缸。因为这时具有过大鼓风动能的煤气流冲击到死料柱上产生顺时针的涡流，将碎焦、渣铁的混合物扫入下炉缸和风口之下，反而形成严重堆积，而破坏风口。过大的炉腹角使燃烧带过于靠近炉墙边缘，先天的造成初始分配时的边缘气流(边缘效应)。这也是目前薄壁高炉炉腹角 78-80。过大，使渣皮频繁脱落的原因之一。建议在建炉时将炉腹角设置在 75°，实际生产中等效炉腹角在 74°以下为好。

　　3)造渣制度

　　造渣制度的原则中的重要一条是炉渣要具有良好的稳定性，炉渣的性能及它的稳定性影响着炉缸状态，炉渣性能要与炉缸状态相匹配。炉渣性能和它的稳定性还影响着软熔带及滴落带的煤气流分配。目前受浦项低镁高铝渣的影响，都想降低 MgO 含量，后果是炉渣的稳定性变差，也是目前炉缸不活，甚至堆积的原因之一。使用低品位高 Al2O，贫劣质矿的后果更严重，目前状况下要保持适当的 MgO 量来保持渣的稳定性，MgO/Al2O3 不应低于 ，对小高炉来说可保持 以上。

　　 降低有害杂质的入炉量，最好将(K2O+Na2O)控制在 t 以下，Zn 控制在 150g/t 以下

　　有害元素是焦炭质量劣化的催化剂，提前和加剧焦炭与 CO2 的气化反应，增加了焦炭的 CRI，降低 CSR。相应焦炭的粒度和强度变差，料柱(特别软熔带和滴落带炉缸的炉芯地段)的透气性变差。他们还使烧结矿低温还原粉化率升高，导致球团矿异常膨胀。这些造成料柱压差梯度升高，引起高炉的悬料。还会引起炉墙结瘤，风口的大套上翘，小套烧坏等。

　　 提高操作和管理水平

　　在上述 3 方面的措施做好的基础上，要做好管理工作。防止设备出问题而造成无计划休风，杜绝冷却器等的漏水现象以免水流入炉缸造成危害。处理炉况要有“耐性”，不能操之过急，更不能有病乱投医。需要进行技术分析后，找出原因。统一操作人员认识，采取有效措施，处理炉况。

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