济源钢铁1080m³高炉开炉达产技术创新总结

摘要：

济源钢铁有限公司1080m³高炉2012年3月5日22：18点火开炉，成功的采用了“二级冶金焦全焦开炉、带风装料、半料线点火”三项开炉新技术和“初始风量大、加风速度快、稳定上负荷、合理控制铸造铁冶炼时间、快速喷煤富氧”等诸多开炉强化冶炼措施，并且在全国首次采用“送冷风同步装净焦和空焦，直到装完炉身下部第一段轻负荷料不马上送热风点火，而是继续送冷风4~6小时再送热风点火”，极大地丰富和完善了开炉冷风装料技术，这一创造性地发明不仅可以缓慢的加热炉料，促使炉料中的吸附水和部分结晶水尽快蒸发，防止一步送热风点火造成炉料中温膨胀，改善料柱和软融带透气性；而且对于开炉烘干焦炭水分效果显著，可降低开炉总焦比100~200kg/t”。

开炉第一炉铁水顺利通过撇渣器进入铁水罐、正常料线操作后很快实现多环布料，开炉达产期间炉况稳定顺行、下料均匀顺畅、煤气流分布均匀合理，顺利实现达产目标。

在堵4个风口的前提下，点火开炉第3个工作日利用系数达到2.2t/m³.d、第4个工作日利用系数达到2.35t/m³.d、第6个工作日高炉喷吹煤粉，外围具备条件后，利用系数很快达到3.25 t/m³.d、喷煤比165kg/t、燃料比515kg/t、富氧率2.0%，开炉当月平均利用系数2.98 t/m³.d、燃料比528kg/t。

关键词：全焦开炉、冷风装料、半料线点火、多环布料、开炉达产、喷煤富氧。

1、  前言：

济源钢铁有限公司2号1080m³高炉2012年3月5日早8：18开始冷风装料，冷风温度初期130℃左右、中期150℃左右，至当日13：30左右炉身下部第一段轻负荷料装完，具备点火条件，但是考虑到本次开炉使用的二级冶金焦含水量高达12.60%，为确保将焦炭水分烘干并防止过早点火送风会因为低温湿炉料急剧升温导致炉料热爆裂影响料柱透气性，因此决定将冷风烘料时间延长到当日22：18，期间进行了一次高炉高压试漏（炉顶压力提高到200kpa）和一次停风约1.5小时的补漏工作、后期冷风温度约210℃左右。

冷风装料期间大部分风口大中小套之间有明显水分溢出、炉顶放散阀挥发出大量的水蒸气，冷风烘料期间随着时间的延长和风温的逐步升高风口大中小套之间的水分明显减少、炉顶放散阀挥发出的水蒸气也逐步减少，到点火之前两个小时风口大中小套之间已经看不到水分溢出，说明延长送冷风时间烘干焦炭水分的决定取得了显著的效果，这为点火后大初始风量和快节奏加风操作创造了必要的条件。

2、开炉料：

表1、开炉料单以及装入方式：

 

位置	装料         制度	压缩后体积	负荷	炉料构成kg					球比	批数	a角	装料形式
				焦批	矿批	锰矿	白云石	萤石
死铁层	C↓	38.72		9725						3	16	冷风装料
炉缸	C↓	154.86		9725						12	16	冷风装料
炉腹	C↓	167.77		9725						13	18	冷风装料
炉腰	C↓	70.07		8800						6	18	冷风装料
	Cn↓	39.33	0.29	8800			2200	1100		3	20	冷风装料
炉身	Cn↓	26.22	0.29	8800			2200	1100		2	20	冷风装料
	C↓Om↓	139.47	1.35	8800	8000	1200	1800	300	45	8	22/22	热风点火
	C↓Om↓	168.75	1.47	9500	10000	1200	1500	300	40	9	24/24	热风装料
	C↓Om↓	180.02	1.68	9500	12000	1200	1200	300	35	9	26/26	热风装料
合计		985.2	0.62	610500	262000	31200	49700	13300	39	65

表2、生铁、炉渣理论化学成分：

 

炉渣            成份	SiO2	CaO	Al2O3	MgO	TiO2	MnO	∑	R2	R3	R4	镁铝比
	32.64	25.23	14.65	11.40	0.20	2.94	87.05	0.77	1.12	0.77	0.78
生铁           成份	Fe	Si	Mn	Ti	S	指标	出铁量	渣量	渣铁比	焦比
	89.50	3.00	2.68	0.01	0.09		174.1	136.7	785.08	3.06

表3、开炉料原燃料及熔剂化学成分：

 

	Tfe	FeO	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	TiO2	S	Mn	W	R2	密度
烧结矿	55.01	9.98	9.34	1.76	5.23	1.97	0.16	0.015			1.79	1771
球团矿	61.97	0.68	0.26	0.84	9.50	0.4	0.08	0.005			0.03	2314
块矿	62.18		0.03	0.06	2.44	1.42	0.06	0.011			0.01	2260
焦炭	0.57		0.76	0.08	6.38	3.87		0.76		12.60		633
白云石			30.08	20.96	0.57	0.39		0.02				1637
锰矿	9.84		4.19	3.71	26.07	1.76		0.100	24.91			2019
萤石	CaF2 67.08			0.017	25.56			0.025				1717

表4、焦炭化学成分及灰分全分析：

 

焦炭	W	A	V	C	S
%	12.6	13.17	1.6	85.44	0.76
灰分全分析
A	CaO	MgO	SiO2	Al2O3	Fe203
%	5.77	0.64	48.47	29.42	6.17

3、三项开炉新技术的成功应用：

3.1.二级冶金焦全焦开炉：

3.1.1全焦开炉的意义：

炉缸填充枕木开炉，既浪费了大量的人力、物力、财力又浪费了宝贵的时间，据了解最近5年采用炉缸填充枕木开炉的新建大型高炉（如安钢2200m³高炉、首钢集团长治钢铁1080m³高炉）与采用全焦开炉的新建大型高炉相比较并没有明显的优势，而且很多采用炉缸填充枕木的高炉，由于没有采用开炉新技术，开炉初期顺行较差、煤气流分布不均匀不稳定，多次发生管道行程、崩塌料和悬料等开炉不顺现象；因此本次开炉决定采用全焦开炉。

3.1.2.大胆采用二级冶金焦开炉：

绝大多数新建大型高炉开炉，为了确保开炉顺利，均采用一级冶金焦开炉，直到高炉达产为止；但这样一来由于消耗了大量的一级冶金焦，将会使炼铁制造成本大幅度升高，以一、二级冶金焦差价210元/t、1080m3高炉开炉10天达产、平均利用系数2.2t/m³.d、开炉达产期间平均焦比580kg/t为基准计算，达产期间将消耗一级冶金焦2.2×1080×10×0.58+610=14390吨，燃料成本升高14390×210/10000=302万元。

   本次开炉由于领导重视、准备充分、组织得力以及聘请一流炼铁专家现场主持和全过程指导，因此决定采用二级冶金焦全焦开炉，仅此一项与采用“炉缸填充枕木、一级冶金焦开炉达产”的传统保守开炉方法相比较，至少可节约费用300万元。

3.2.冷风装料以及长时间送冷风烘干焦炭水分：

装料初期使用小于200℃风温，送风风量采用全风量的50%~60%，装料后期逐步风量逐步加到全风量的60%~70%、将风温逐步提高到接近300℃，其目的是为了缓慢的加热炉料，促使炉料中的吸附水和部分结晶水尽快蒸发，另外防止一步送热风点火造成炉料中温膨胀，改善料柱和软融带透气性。

本次开炉长时间冷风装料的实践不仅成分证明了冷风装料的上述优点，而且证明“送冷风同步装净焦和空焦直到装完炉身下部第一段轻负荷料不马上送热风点火，而是继续送冷风4~6小时再送热风点火，对于烘干焦炭水分效果显著，可降低开炉总焦比100~200kg/t”。

3.3.半料线点火：

当开炉料填充到炉身下部第一段轻负荷料时，继续送冷风并逐步将冷风温度提高到≤300℃维持4~6小时（这期间只送冷风不装料），然后将风温逐步提高到700℃（为防止升温速度过快导致炉料热爆裂，理想状况应该是每小时风温升高100℃直到风口焦炭燃烧后再逐步将风温稳定在750℃左右）进行点火正常送热风，其优点一是料层薄透气性好，有利于采用较大的初始风量，也有利于快速加风，其二是有利于尽快出第一炉铁。

3.4.花堵6个风口，70%风口送风：

一般高炉开炉大都采取堵部分风口开炉，其目的和优点是可以在开炉初期各种故障导致长时间不能全风量作业的情况下，防止由于风速和鼓风动能过低导致炉缸中心堆积，但是其最大的危害一是不利于快速达产，二是如果长期堵风口不能全风量作业，势必会造成堵风口区域炉缸至炉身下部炉墙结厚，不利于合理操作炉型的快速形成。

本次1080m3开炉由于是济源钢铁第一座1000立方以上的大高炉，在各岗位操作大高炉经验不足、岗位技能偏低，为了确保安全开炉，只能退而求其次，决定花堵6个风口（堵3#、6#、9#、12#、15#、18#6个风口）、开炉用其余14个风口送风。

4、开炉达产具体操作：

4.1. 表5、济源钢铁有限公司1080m³高炉点火初期主要操作参数控制计划表

 

点火时间 h	风量 m3/min	风温 ℃	热压 kpa		顶压 kpa	△P kpa	矿石批重 t	焦炭负荷 t/t
点火前1小时	1500	200	0		0	0	8.0	1.23
点火	1550	800	75		0	75	8.50	1.23
2	1600	800	80		0	80	10.0	1.56
3	1650	800	85		0	85	10.0	1.56
4	1700	800	90		1	89	12.0	1.86
5	1750	800	95		3	92	12.0	1.86
6（炉顶煤气检测合格引煤气）	1800	800	100		5	95	15.0	2.25
7	1900	850	130		35	95	19.0	2.25
8	1950	850	145		45	100	20.0	2.25
9	2000	850	160		50	110	21.0	2.50
10	2050	850	175		65	110	22.0	2.50
11（第1炉铁）	2100	850	190		75	115	23.0	2.80
12（第2炉铁）	2150	850	205		85	120	24.0	2.80
13（第3炉铁）	2250	900	245		130	115	25.0	2.80
14（第4炉铁）	2250	900	260		135	125	28.0	2.80
15（第5炉铁）	2300	950	270		145	130	28.0	2.80
16（第6炉铁）	2300	950	275		145	130	28.0	2.80
17（东铁口第1炉铁）	2300	950	275		145	130	28.0	2.80
18（东铁口第2炉铁）	2300	950	275		145	130	28.0	2.80
点火时间 h	白云石kg/批	锰矿 kg/批	萤石 kg/批	料线 m	风口 数目	上料 批数	布料矩阵
点火前1小时	1500	1200	200	13	14	4	22°同角
点火	1500	1200	200	12	14	4	22°同角
2	1250	1200	200	10.5	14	4	24°同角
3	1250	1200	200	9.0	14	5	24°同角
4	1000	1200	300	7.5	14	4	26°同角
5	1000	1200	300	6.0	14	5	26°同角
6（炉顶煤气检测合格引煤气）	800	800	400	4.5	14	5	27°同角
7	600	600	300	4.0	14	5	27°同角
8	——	600	300	4.0	14	5	27°同角
9	——	600	300	3.50	14	5	28°同角
10	——	600	300	3.50	14	5	28°同角
11（第1炉铁）	——	600	300	3.00	14	5	28°同角
12（第2炉铁）	——	600	300	3.00	14	5	29°同角
13（第3炉铁）	——	600	300	2.5	16	6	29°同角
14（第4炉铁）	——	600	300	2.5	16	6	30°同角
15（第5炉铁）	——	600	300	2.00	16	6	30°同角
16（第6炉铁）	——	600	300	2.00	16	6	Α 36 34 32 30 28 25 20 C  2  2  2  2  2  1  1 O        2  3  3  2
17（东铁口第1炉铁）	——	600	300	1.60	16	6	α36 34 32 30 28 26 24 C 2  2   2  2  2  1  1 O        2  3  3  2
18（东铁口第2炉铁）	——	600	300	1.40	16	6	α 37  34  31  28  25  22 C  3   3   2   2   1   1 O      2   3   3   2

4.2.引煤气以及出第一次铁：

    开炉点火后约5.5小时，西铁口、东铁口先后见渣大喷后用有水炮泥堵口。

点火后6小时经炉顶煤气取样检测合格后，安全顺利引煤气。

点火后约12.5小时，顺利钻开铁口，铁水过撇渣器进铁水罐出第一炉铁，出铁量约80吨，渣铁物理热和流动性良好，生铁含[Si]3.90%、含[S]0.015%炉渣碱度R₂1.10倍。

第一炉铁之所以含硅量明显高于理论计算，主要原因有三个，一是延长送冷风时间，使焦炭吸附水大幅度蒸发，二是堵6个风口送风、风量小、下料速度慢等原因导致硅的直接还原度增加，三是为了确保安全开炉，理论全焦比设定偏高；如果全开风口送风并将理论全焦比设定到2.90左右，第一炉铁水含硅量应该可以达到理论计算值。

4.3.开炉达产期间炉况和操作要点：

4.3.1本次开炉，炉况稳定顺行，量压关系稳定、透气性指数适宜、下料均匀顺畅、两道煤气流分布合理稳定、炉顶温度始终在合理的可控制范围之内；未发生一次大的崩塌料、难行悬料和管道行程。

4.3.2本次开炉由于采用半料线点火，首先采用小角度单环同角布料、随着料线的逐步升高和接近正常，逐步加大布料角度、及时扩大矿石批重并逐步提高焦炭负荷，当料线趋于正常时及时改多环布料，既保证了炉料和煤气流的合理分布又兼顾了煤气热能利用。

4.3.本次开炉采用了较大的初始风量和较快的加风节奏，同时根据炉温、物理热、理论燃烧温度以及风速和鼓风动能的数值范围合理使用风温并控制风量，始终保证了理论燃烧温度以及风速和鼓风动能在合理范围之内，从而确保了初始煤气流分布相对合理，为软熔带、滴落带的合理形成和稳定打下了良好的物质基础。

5、本次开炉有待改进和完善之处：

5.1.开炉总焦比设定偏高，在产前各项准备工作准备充分、高炉烘炉达到开炉要求的前提下，开炉总焦比可以按照2.70~2.90设定，开炉第一次铁生铁含[Si]按照2.50~2.80%设定，完全可以满足开炉初期炉缸充足的物理热储备以及必要的铸造铁冶炼之需要。

5.2. 本次开炉采用花堵6个风口，其余14个风口送风；如果采用全风口开炉，不仅开炉达产进程将大大缩短，而且有利于两道煤气流的合理分布以及合理操作炉型的快速形成，在条件具备的情况下，建议采用全风口开炉。

5.3.本次开炉出第二次铁时，出现了铁口烧不开、铁水物理热和流动性差以及只出铁不出渣的被动局面，第三次铁时候炉渣大量排出并且物理热流动性大幅度升高；其主要原因是半料线点火以后应该加快上料速度，在4~6小时之内赶到正常料线；由于上料系统操作和维护不熟练连续出现小问题、上料速度慢，低料线时间长达12小时，这部分乱料到达炉缸后，消耗了炉缸大量宝贵的热量，导致第二次铁物理热严重不足。

5.4.东铁口出第一次铁时风压已经加到200kpa，由于铁口见渣时使用的有水泡泥堵口，炮泥抗拉强度不够加之泥包不完整，尽管出铁之前提前减风50kpa，出铁期间还是出现跑大流的险肇事故，被迫大量减风堵口。

今后对于新开炉双铁口高炉，暂时不出铁的铁口点火见下渣大喷后必须用无水炮泥正常打泥堵口，可以防止铁口浅炮大流事故的发生。

5.5.炉前工作经验不足，堵口时连续铁口跑泥、铁口浅，造成高炉不敢开风口，被迫长期堵3~4个风口，既影响了达产进程，又导致炉缸工作不活跃、初始煤气流分布不均匀，而且影响了合理操作炉型的快速形成。

5.6.本次开炉为防止渣铁流动性不好粘住主沟和撇渣器，在浇注主沟上满打了约400mm免烘烤捣打料并将撇渣器临时填住上面做临时撇渣器，从实际使用效果看由于主沟浅而窄再加上铁口跑泥造成铁口浅，反而导致渣铁分离和流动不顺畅，后来被迫用挖机全部挖掉恢复正常主沟和撇渣器，炉前工作才逐步恢复正常。

正常情况下，新开高炉储铁式浇注主沟，为防止开炉头几次铁流动性差粘住主沟，一般在浇注料上面用免烘烤捣打料打50~100mm厚，然后在主沟捣打料上面撒上50~100mm厚焦粉打实，撇渣器不需要处理，直接使用即可。

5.7.本次开炉初期受到西铁口渣量大、经常造成托渣放炮导致冲渣沟崩裂的影响，严重制约了达产进程，因此产前对冲渣系统进行反复考察论证，确保水冲渣系统满足生产需要非常必要。

5.8.本次开炉料罐煤气一次均压系统在一次均压时震动很大，被迫停用加固，全部使用氮气二次均压，不仅造成氮气消耗量大幅度增加，而且均压速度慢，影响上料速度。

6、  结语：

6.1.本次开炉，成功的采用了“二级冶金焦全焦开炉、带风装料、半料线点火”三项开炉新技术和“初始风量大、加风速度快、稳定上负荷、合理控制铸造铁冶炼时间、快速喷煤富氧”等诸多开炉强化冶炼措施，并且在全国首次采用“送冷风同步装净焦和空焦，直到装完炉身下部第一段轻负荷料不马上送热风点火，而是继续送冷风4~6小时再送热风点火”，极大地丰富和完善了开炉冷风装料技术，这一创造性地发明不仅可以缓慢的加热炉料，促使炉料中的吸附水和部分结晶水尽快蒸发，防止一步送热风点火造成炉料中温膨胀，改善料柱和软融带透气性；而且对于开炉烘干焦炭水分效果显著，可降低开炉总焦比100~200kg/t”。

6.2.本次开炉采用二级冶金焦全焦开炉，节省了大量宝贵的一级冶金焦，高炉稳定顺行、顺利达产，大大降低了开炉成本，为大型高炉开炉提供了有益的参考和借鉴。

6.3.本次开炉如果采用全焦开炉，开炉达产进程将大大缩短，在条件具备的情况下，建议采用全风口开炉。

1、车奎生—建龙钢铁控股集团高级炼铁专家、承德建龙特殊钢有限公司炼铁总工程师。

2、韩江文—济源钢铁有限公司炼铁厂厂长助理兼1080m³高炉车间主任，李长军—济源钢铁有限公司炼铁厂1080m³高炉炉长。

3、赵军富—济源钢铁有限公司炼铁厂生产副厂长，吴德杰—济源钢铁有限公司炼铁厂技术科长。