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    3. 專利與技術

      關于高爐爐前操作和炮泥使用的幾點認識

      高爐 出鐵次數 爐前 炮泥

      徐瑞圖(北京瑞爾非金屬材料有限公司)

      摘要  針對目前我國高爐平均出鐵次數偏高、噸鐵消耗炮泥量偏大的現狀,認為可以從改進爐前出鐵操作、合理選擇與使用炮泥兩個方面來改變這種狀況,并提出了相應的建議。

      近年來,國內高爐操作者們對于出鐵廠的優化管理和改進操作的重視度越來越高。由于大多數高爐針對渣鐵溝系統與供應商簽訂了噸鐵結算的承包協議,所以對于如何優化材質,從而提高特別是主溝的通鐵量,努力降低噸鐵的耐材單耗方面,承包商有了盡力改進的動力,相應的技術經濟指標也有了顯著的進步。相對而言,對于鐵口炮泥的使用和爐前操作的優化,尤其在中小型高爐還略顯重視不足。筆者認為,目前制約爐前進一步降低出鐵次數的主要原因大致可以歸納為:①高爐設定的受鐵能力不足;②爐前與出鐵有關的操作方式有待進一步改進;③沒有合理的選擇和使用鐵口炮泥。爐前的受鐵能力與爐前的罐位、鐵水罐的容量以及與煉鋼的匹配關系等眾多因素的有關,是高爐希望進一步降低出鐵次數的先天制約因素,本文未予詳細討論。以下主要就高爐爐前與出鐵相關的操作方式、如何合理地選擇與使用鐵口炮泥等兩個方面談談認識。

      1 與出鐵相關的操作方式

      國際上有共識的最理想的出鐵模式為:①日標準出鐵次數為6~8次;②出鐵過程見渣系數為100%;③日凈出鐵時間盡量接近24h,無并行出鐵;④鐵水和熔渣的可計算排出速度與爐內生成速度相等;⑤“空爐缸”操作。

      以下對“標準出鐵次數”、“見渣系數”和“空爐缸操作”進行解釋。

      (1)標準出鐵次數。由于高爐每天的鐵水產量是不一樣的,所以對具體各日的出鐵次數不能進行簡單的比較。因此,出鐵次數與定義的標準鐵水產量相關。為了讓不同產量的生產日之間的出鐵次數能夠進行比較,建立了標準出鐵次數NST的概念。

      可應用如下的公式:

      NST= NRE╳(PST/PRE 式中 NST——一一為標準日出鐵次數;

      NRE一一一一為具體生產日的實際出鐵次數;

      PRE一一一一具體生產日的實際日鐵水產量,t/d;

      PST——一一標準日鐵水產量,是特定高爐的設定日產量,t/d。

      例如對于2580m3的高爐,如果設定利用系數為2.5,則鐵水標準日產量為6450 t/d。這樣,如果某日高爐的實際產鐵量是5400t,實際出鐵次數為10次,則根據以上公式可以求得的標準出鐵次數為11.9次。用標準出鐵次數對不同生產日的出鐵次數進行比較久更有實際意義。

      (2)見渣系數。見渣系數是指出鐵過程中見渣時間與全程出鐵時間之比??捎萌缦鹿奖硎荆?/p>

      Is=(1-Tws/TF)

      式中 Is一-見渣系數

      Tws一-出鐵過程未見渣時間,min;

      TF一-出鐵全程時間,min。

      假設高爐某次出鐵,從鐵口打開開始出鐵到堵口的時間為154min,鐵口打開后30min開始來渣,根據以上公式,見渣系數為0.805。見渣系數越高,說明爐缸內渣鐵界面距離鐵口標高越近,爐內的液面標高越穩定,理想的見渣系數為盡量靠近。

      (3)“空爐缸”操作。渣鐵出不凈是爐前操作最大的擔心。習慣的思維就是選擇較大的開口直徑,以提高出鐵速度。實際上,瞬時出鐵速度需要在一個合理的范圍。爐缸就好似一個上下均安裝了閥門的盛水容器,如果下閥門開啟的比上閥門大好多,容器里的水就會很快出凈,于是每次的出鐵量都不會太大。只有盡量讓上下兩個閥門的開啟度匹配,接近穩定進出,保持容器里的液位在一定標高,這樣出水才是最穩定的,累計的出鐵量也才是最大的。而且,如果精心調整,使得這個液位水平總是穩定在容器底部標高,則容器里就能總是保持著“空”的狀態。也就是說,選擇的開口直徑應該調整渣鐵流出的速度要盡量與高爐的實際生成渣鐵的速度相近。還是以2580m3高爐為例,假設高爐的利用系數為2.5,則每天產鐵6450t,平均產鐵速度為4.48t/min。實際操作選擇開口直徑,應以出鐵速度盡可能接近或者略微大于上述的平均產鐵速度為好。這樣,經過不斷調整,最終使得渣鐵的界面保持在鐵口標高水平,實現穩定出鐵,高爐爐缸中幾乎不存鐵水,保持著“空”的狀態,這就是所謂的“空爐缸”操作。

      在生產實踐中,由于各個高爐的具體情況不盡相同,所以要都能實現上述的理想狀態時不易的。但是所有高爐的操作都應該朝著這種理想的狀態努力,都應該講努力降低日出鐵次數,或者說努力增加每次出鐵的出鐵量作為目標。

      2 鐵口開口直徑

      盡管不少高爐受到爐前受鐵能力的制約,不能實現很低的日出鐵次數。但是,從目前比較普遍的情況看,適度降低出鐵次數在大多數高爐還是有著相當大的潛力。實踐中需要精心調節出鐵速度,努力使得出鐵速度接近或者略微大于高爐的產鐵速度,這就需要對鐵口的直徑做精細的調整。首先,當然應該選擇耐沖刷、擴口慢的炮泥,以盡量保持鐵口的有效出鐵直徑,也就是使得出鐵的速度在可控的范圍。同時,要精心調節鐵口開口直徑大小,以實現最優的出鐵速度。圖1是比較流行的對不同容積高爐選擇鐵口開口直徑的參考曲線。我國高爐的利用系數相對較高,所以選擇開口直徑可能應比這略高。

      要實現對開口直徑的精細調節,爐前需要備有系列化的優質開口鉆頭。目前,一般爐前用的鉆頭直徑可選擇范圍均不大,建議應該增加調節區間的密度。以2500m3高爐為例,圖1建議的鉆頭直徑為50mm左右,建議爐前應準備由40mm到60mm區間的鉆頭,直徑間隔最好為2.5mm(即準備40.0、42.5、45.0、47.5、50.0、52.5、55.0、57.5、60.0等系列鉆頭)。另外,應該選用優質的高效開口鉆頭,否則,由于開口能力不足,會制約優質炮泥的使用。同時,開口的實際直徑會因開口過程的擴張而比原定直徑有了不可估計的增大,使得所有的對開口直徑的控制均失去意義。

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      3合理選擇與使用堵口炮泥

      (1)近年來,高爐管理者們把節約耗材成本工作抓得越來越緊,為降低生產成本做出了貢獻。但是,同時至少在部分高爐也出現了過度偏重降低采購價格而不夠重視耐材質量的現象。尤其是對于鐵口炮泥這樣的傳統認為十分簡單廉價的產品,從心理上還接收不了如今的單價也上升到了上千元甚至近萬元1t。其實,如果將噸鐵消耗炮泥量從1.5kg/t降低至0.5kg/t,則即使炮泥單價為9000元/t,如果1t能夠頂3t使用,單價也就相當于3000元/t了。更為重要的是,穩定的出鐵制度將為高爐的穩定順行提供有力的保證。所以,對于炮泥的選擇從經濟的角度考慮,似乎應該結合使用效果做綜合分析,而不應簡單考慮炮泥單價的高低。從改進高爐操作、有利于高爐穩定順行的角度出發,選用適合的優質的炮泥才是合理的。

      (2)炮泥具有適合的塑性,易于被順利打入鐵口。炮泥的塑性應該根據爐前炮泥的最大打泥壓力而進行調節。一般而言,炮泥塑性應該調節到使用炮泥最大打泥壓力的80%~90%,可以將炮泥順利打入鐵口。假設炮泥的最大打泥壓力為30MPa,則炮泥供應商應調節炮泥的馬夏值使其滿足使用24~27 MPa的打泥壓力,可將炮泥順利打入鐵口,該馬夏值對應的就是該高爐比較“適合”的炮泥塑性。不應該過分追求炮泥容易打入,生產中應該盡量使用炮泥最大打泥壓力的85%左右的壓力打泥。因為,炮泥被打入鐵口時,被施加的壓力越大,炮泥在鐵口內的密實度就越大,相應的抗鐵水侵蝕的能力也就越好,出鐵的時間就可以越長。那種認為打泥壓力大了會導致開口困難的觀點是不對的。

      (3)炮泥具有快速燒結性,減少炮泥的“壓炮”時間。優質炮泥中由于配入了超微粉,可以使炮泥具有良好的快速燒結性能。一般將“壓炮”時間控制在20min之內是完全可能的。特別是對于單鐵口出鐵的高爐,這就意味著堵口以后20min左右就可以再次開口出鐵。同時,縮短“壓炮”時間對炮泥也提供了有效的保護。

      (4)易開口。開口的難易主要由炮泥的特性決定,同時開口鉆頭的質量和開口機的冷卻能力也扮演著十分重要的角色。優質炮泥通過調整炮泥的級配和加入有利于開口的添加劑,可以獲得較好的口性能。但是,爐前用于開口的鉆頭的質量卻往往是參差不齊的,特別是鉆頭鑲嵌的合金往往形狀各異,其與鉆頭本體連接的牢固程度也各不相同。國外高爐對于開口鉆頭的使用相當重視,圖2給出了他們常用的鉆頭照片。由圖2可見,這些鉆頭在開口機的有效冷卻下,既具有良好的“排屑”功能,又具有“鋒利”的開口能力。

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      (5)鐵口深度穩定,形成穩定泥包。穩定的鐵口深度是安全出鐵的保證,前提是要在鐵口的爐缸內側形成體積和形狀均穩定的“泥包”。穩定的泥包還可以有效的保護鐵口區的爐襯材料,是高爐實現長壽的有效手段之一。泥包的穩定性與選用的炮泥的特性有關,通過增加某些添加劑的含量,可以有利于鐵口的延伸和泥包形狀的恢復。另外,它也與每次打泥的量相關。顯然,在一定范圍之內,打入的泥量大,將有利于鐵口的延伸和泥包的生長,但是這有一個“度”的問題。一次打入的泥太多,超出了泥包生長的需要,多余的泥會被壓入爐缸,形成下次出鐵時噴濺的源泉。打入太多炮泥還會導致泥包過度向爐內生長,既會影響爐缸內鐵水的流動,孤立伸入爐缸內的泥包在鐵水的沖刷下也極易折斷,從而導致鐵口滲鐵“見紅”,后果是后續的“開口”變得十分困難。所以,實踐中適度控制打泥量,盡量形成“扁平”式的“泥包”,使其緊貼在爐缸側壁之上,控制鐵口深度在比耐材的“鐵口深度”增加400~500mm的水平,這樣即可保證安全的鐵口深度,也可形成形狀穩定的炮泥。

      (6)無噴濺。尤其是在高爐開爐初期,鐵口打開后有10-15min的噴濺是正常的,這與炮泥的質量無關。但是如果噴濺總是維持在15min以上,則所選的炮泥需要改進。一般的說是由于炮泥的級配不合理,導致加入炮泥的結合劑太多的緣故。通常改善“噴濺”容易引出開口困難的新問題,它們經常是一對矛盾,但是經過精心的平衡時可以“雙全”的。如果鐵口反復出現長時間噴濺,則是鐵口通道中存在大量的裂紋和氣體通道所致,這是需要采用專門的“治噴炮泥”對鐵口進行治理。若干實踐表明,這樣的治理大都是卓有成效的。經過止噴治理后再換用經過調整后的炮泥,鐵口的噴濺就治愈了。

      (7)炮泥有優異的耐渣鐵侵蝕性,實現長時間出鐵。好的抗渣鐵侵蝕能力可以有效地保持良好的鐵口形狀,使鐵口擴口緩慢,從而顯著的延長出鐵時間。這主要是通過改進炮泥的質量而實現的。需要指出的是,對于抗鐵水侵蝕能力和抗熔渣侵蝕的能力是需要分別考慮的。鐵水的侵蝕主要是物理性的磨損,而渣的侵蝕則以化學侵蝕為主。所以當生產中出現鐵口擴口太快,出鐵時間過短的現象時,需要分析導致該現象出現的原因。這時對于“見渣系數”的分析會提供有益的信息。尤其是在“見渣系數”不高的情況下,通常如果開始出鐵后馬上鐵口就擴得很快,顯然是炮泥的抗鐵水侵蝕能力不夠。而出現開始“憋著”,渣一來立即將口拉開時,則明顯需要改進炮泥的抗渣性。

      4 結語

      (1)盡可能降低高爐每日出鐵的次數,增加單次出鐵量是高爐穩定生產的需要,也是降低噸鐵炮泥單耗,提高爐前經濟效益的需要,更是減少材料消耗,節約資源,“綠色”煉鐵的需要,應該將其作為高爐爐前操作的重要努力目標。

      (2)合理地選擇和使用“最合適”的優質炮泥。炮泥的合理選擇與使用,需要綜合考慮諸多的因素。合理地選擇與使用炮泥,可以獲得打泥順利、開口容易、沒有噴濺、鐵口穩定和出鐵時間延長的優化結果,為實現降低每日出鐵次數的目標奠定基礎。


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