關(guān)于高爐爐前操作和炮泥使用的幾點(diǎn)認(rèn)識

1、關(guān)于高爐爐前操作和炮泥使用的幾點(diǎn)認(rèn)識徐瑞圖 工學(xué)博士北京瑞爾非金屬材料有限公司摘要本文針對目前我國平均的高爐出鐵次數(shù)與國際先進(jìn)水平相比偏高，噸鐵消耗炮泥的數(shù)量也偏大的現(xiàn)狀，從改進(jìn)爐前出鐵操作和合理選擇與使用炮泥兩個(gè)方面提出了自己的觀點(diǎn)。介紹了標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)，見渣系數(shù)和空爐缸操作等與出鐵操作相關(guān)的概念，建議精心調(diào)節(jié)鐵口開口直徑，以實(shí)現(xiàn)最低出鐵次數(shù)為目標(biāo)，努力使出鐵速度接近實(shí)際高爐的產(chǎn)鐵速度。提出了針對具體的高爐沒有“最好”的炮泥而只有“最適合”炮泥的觀點(diǎn)，對于高爐如何選擇炮泥的原則和如何合理地使用炮泥提出了建議。概說近年來，國內(nèi)高爐的操作者們對于出鐵廠的優(yōu)化管理和改進(jìn)操作的重視程度越來越高。由于大

2、多數(shù)高爐針對渣鐵溝系統(tǒng)與供應(yīng)商簽訂了噸鐵結(jié)算的承包協(xié)議，所以對于如何優(yōu)化材質(zhì)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(jìn)的動力，相應(yīng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有了顯著的進(jìn)步。相對而言，對于鐵口炮泥的使用和爐前操作的優(yōu)化，尤其在中小高爐范圍則還略顯重視不足。1000m3高爐日出鐵次數(shù)達(dá)到15次甚至更高者并不罕見，炮泥消耗高者可達(dá)1.5/噸鐵。筆者認(rèn)為，目前制約爐前進(jìn)一步降低出鐵次數(shù)的的主要原因大致可以歸納為1.高爐設(shè)定的受鐵能力不足、2.爐前與出鐵有關(guān)的操作方式有待進(jìn)一步改進(jìn)、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(guān)系等眾多

3、因素的有關(guān)，是高爐希望進(jìn)一步降低出鐵次數(shù)的先天的制約因素，本文未予詳細(xì)討論。以下主要就高爐爐前與出鐵相關(guān)的操作方式和如何合理地選擇和使用鐵口炮泥等兩個(gè)方面給出了一些自己的認(rèn)識，供從事高爐操作的專家和同事們參考：與出鐵相關(guān)的操作方式國際上有共識的最理想的出鐵模式為：l 日標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)為6-8次； l 出鐵過程見渣系數(shù)為100%；l 日凈出鐵時(shí)間盡量接近24小時(shí)；無并行出鐵l 鐵水和熔渣的可計(jì)算排出速度與爐內(nèi)生成速度相等l “空爐缸”操作其中“標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)”、“見渣系數(shù)”和“空爐缸操作”略微難解，試做如下解釋： 標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)由于高爐每天的鐵水產(chǎn)量是不一樣的，所以對具體各日的出鐵次數(shù)不能進(jìn)行簡單的比

4、較。因此，出鐵次數(shù)與定義的標(biāo)準(zhǔn)鐵水產(chǎn)量相關(guān)。為了讓不同產(chǎn)量的生產(chǎn)日之間的出鐵次數(shù)能夠進(jìn)行比較，建立了標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)nst的概念?？蓱?yīng)用如下的公式：nst nre（ pst / pre）其中，nst 為標(biāo)準(zhǔn)日出鐵次數(shù)；而nre 為具體生產(chǎn)日的實(shí)際出鐵次數(shù)；pre 則為具體日的實(shí)際日鐵水產(chǎn)量；pst為標(biāo)準(zhǔn)日鐵水產(chǎn)量，是特定高爐的設(shè)定日產(chǎn)量。例如對于2580 m3的高爐，如果設(shè)定利用系數(shù)為2.5，則標(biāo)準(zhǔn)日產(chǎn)量為6450噸鐵。 這樣，如果某日高爐的實(shí)際產(chǎn)鐵量是5400噸，實(shí)際出鐵次數(shù)為10次，則根據(jù)以上公式可以求得的標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)為10（6450/5400）=11.9次，用標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)對不同生產(chǎn)日的出鐵次

5、數(shù)水準(zhǔn)進(jìn)行比較就更有實(shí)際意義。 見渣系數(shù)見渣系數(shù)指的是出鐵過程中的見渣時(shí)間與全程出鐵時(shí)間之比。可以用如下公式表示：is (1- tws/tf)其中，is是見渣系數(shù)，tws是出鐵過程未見渣時(shí)間，tf則是出鐵全程時(shí)間。假設(shè)高爐某次出鐵從鐵口打開開始出鐵到堵口的時(shí)間為154分鐘，鐵口打開后30分鐘開始來渣，則tf為154而tws為30，根據(jù)以上公式，本次出鐵的見渣系數(shù)為（1-30/154）=0.805。見渣系數(shù)越高，說明爐缸內(nèi)渣鐵界面距離鐵口標(biāo)高越近，爐內(nèi)的液面標(biāo)高越穩(wěn)定，理想的見渣系數(shù)為盡量靠近100%。 “空爐缸”操作渣鐵出不盡是爐前操作最大的擔(dān)心。習(xí)慣的思維就是選擇較大的開口直徑以提高出鐵速度

6、。實(shí)際上，瞬時(shí)出鐵速度需要在一個(gè)合理的范圍。爐缸就好似一個(gè)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，很快容器里的水就會出盡，于是每次的出水量都不會太大；只有盡量讓上下兩個(gè)閥門的開啟度匹配，接近穩(wěn)定進(jìn)出，保持容器里的液位在一定標(biāo)高，這樣出水才是最穩(wěn)定的，累計(jì)的出水量也才是最大的。而且，如果精心調(diào)整使得這個(gè)液位水平總是穩(wěn)定在容器底部標(biāo)高，則容器里就能總是保持著“空”的狀態(tài)。也就是說，選擇的開口直徑應(yīng)該調(diào)整渣鐵流出的速度要盡量與高爐的實(shí)際生成渣鐵的速度相近。還以2580m3高爐為例,假設(shè)高爐的利用系數(shù)為2.5，則每天產(chǎn)鐵6450噸，平均產(chǎn)鐵速度為6450/1440=4.48噸鐵/分

7、鐘。實(shí)際操作選擇開口直徑，應(yīng)以出鐵速度盡可能接近或者略微大于上述的平均產(chǎn)鐵速度為好。這樣經(jīng)過不斷調(diào)整，最終使得渣鐵的界面保持在鐵口標(biāo)高水平，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定出鐵，高爐爐缸中幾乎不存鐵水，保持著“空”的狀態(tài)，這就是所謂的“空爐缸”操作。在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于各個(gè)高爐的具體情況不盡相同，所以要都能實(shí)現(xiàn)上述的理想狀態(tài)是不易實(shí)現(xiàn)的。但是所有高爐的操作都應(yīng)該朝著這種理想的狀態(tài)努力，都應(yīng)該將努力降低日出鐵次數(shù)，或者說努力增加每次出鐵的出鐵量作為努力的目標(biāo)。盡管不少高爐受到爐前受鐵能力的制約，不能實(shí)現(xiàn)很低的日出鐵次數(shù)，但是從目前比較普遍的情況看，適度的降低出鐵次數(shù)在大多數(shù)高爐還是有著相當(dāng)大的潛力。實(shí)踐中需要精心調(diào)節(jié)出鐵

8、速度，努力使得出鐵速度接近或者略微大于高爐的產(chǎn)鐵速度。這就需要對鐵口的直徑做精細(xì)的調(diào)整。首先當(dāng)然應(yīng)該選擇耐沖刷，擴(kuò)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(shí)要精心調(diào)節(jié)鐵口開口直徑大小，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的出鐵速度。下圖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(shù)相對較高，所以選擇開口直徑可能應(yīng)比這略高。要實(shí)現(xiàn)對開口直徑的精細(xì)調(diào)節(jié)，爐前需要備有系列化的優(yōu)質(zhì)開口鉆頭。目前一般爐前用的鉆頭直徑的可選擇范圍均不大，建議應(yīng)該增加調(diào)節(jié)區(qū)間的密度。以2500m3高爐為例，上圖建議的鉆頭直徑為50mm左右，建議爐前應(yīng)準(zhǔn)備由40mm到60mm區(qū)間的鉆頭，直

9、徑間隔最好為2.5mm，(即準(zhǔn)備40.0，42.5，45.0，47.5，50.0，52.5，55.0，57.5，60.0等系列鉆頭)。另一方面，應(yīng)該選用優(yōu)質(zhì)的高效開口鉆頭，否則，由于開口能力不足，會制約優(yōu)質(zhì)炮泥的使用；同時(shí)由于開口的實(shí)際直徑會由于開口過程的擴(kuò)張而比原定直徑有了不可估計(jì)的增大，使得所有的對開口直徑的控制均失去意義。合理選擇與使用堵口炮泥近年來高爐管理者們把節(jié)約耗材成本工作抓得越來越緊，為降低生產(chǎn)成本做出了貢獻(xiàn)。但是，同時(shí)至少在部分高爐也出現(xiàn)了過度偏重降低采購價(jià)格而不夠重視耐材質(zhì)量的現(xiàn)象。尤其是對于鐵口炮泥這樣的傳統(tǒng)認(rèn)為十分簡單廉價(jià)的產(chǎn)品，從心理上還接受不了如今的單價(jià)也上升到了大幾

10、千元甚至近萬元一噸的水平。其實(shí)如果將1.5/噸鐵的炮泥消耗降低至0.5kg/噸鐵的水平，則即使炮泥單價(jià)為9000元/噸, 如果一噸能夠頂三噸使用，單價(jià)也就相當(dāng)于3000元/噸了。更為重要的是，穩(wěn)定的出鐵制度將為高爐的穩(wěn)定順行提供有力的保證。所以對于炮泥的選擇，從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，似乎應(yīng)該結(jié)合使用效果做綜合分析而不應(yīng)簡單考慮炮泥單價(jià)的高低。從改進(jìn)高爐操作、有利高爐穩(wěn)定順行的角度出發(fā)，選用適合的優(yōu)質(zhì)的炮泥是合理的。事實(shí)上，能夠放之四海而皆準(zhǔn)的所謂的“最好”炮泥是不存在的。對于特定高爐而言，炮泥的適用性與其爐前設(shè)備裝備水平和操作者的操作習(xí)慣緊密相關(guān)。所以，從這個(gè)意義上說，炮泥只有“最適合”而沒有“最好

11、”可言。而“最適合”的炮泥是需要根據(jù)高爐的具體情況而專門設(shè)計(jì)和調(diào)整的。一般而論，對于特定高爐選用炮泥，應(yīng)該經(jīng)過適應(yīng)性使用和調(diào)整的階段，要求炮泥的制造商為任何其不熟悉的高爐設(shè)計(jì)和提供炮泥而要求其“一炮打響”是十分不容易的。這大概也是為何有些高爐期望用簡單的招標(biāo)方式采購炮泥而不容易獲得好效果的原因之一。結(jié)合特定高爐的具體情況，對于“最適合”炮泥的選擇和合理地使用一般應(yīng)該考慮以下的因素： 炮泥具有適合的的塑性，易于被順利打入鐵口炮泥的塑性應(yīng)該根據(jù)爐前泥炮的最大打泥壓力而進(jìn)行調(diào)節(jié)。一般而言，炮泥塑性應(yīng)該調(diào)節(jié)到使用泥炮最大打泥壓力的80%到90%可以將炮泥順利打入鐵口。假設(shè)泥炮的最大打泥壓力為300（3

12、0mpa），則炮泥供應(yīng)商應(yīng)調(diào)節(jié)炮泥的馬夏值使其滿足使用240-270（24-27mpa）的打泥壓力可將炮泥順利打入鐵口，該馬夏值對應(yīng)的就是該高爐比較“適合”的炮泥塑性。不應(yīng)該過分追求炮泥容易打入，生產(chǎn)中應(yīng)該盡量使用泥炮最大打泥壓力的85%左右的壓力打泥，因?yàn)榕谀啾淮蛉腓F口時(shí)被施加的壓力越大，炮泥在鐵口內(nèi)的密實(shí)度就越大，相應(yīng)的抗鐵水侵蝕的能力也就越好，出鐵的時(shí)間就可以越長。那種認(rèn)為打泥壓力大了會導(dǎo)致開口困難的觀點(diǎn)是不對的。 炮泥具有快速燒結(jié)性，減少泥炮的“壓炮”時(shí)間優(yōu)質(zhì)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(jié)性能。一般將“壓炮”時(shí)間控制在20分鐘之內(nèi)是完全可能的。特別是對于單鐵口出鐵

13、的高爐，這就意味著堵口以后20分鐘左右就可以再次開口出鐵。同時(shí)，縮短“壓炮”時(shí)間對泥炮也提供了有效的保護(hù)。 易開口開口的難易主要由炮泥的特性決定，同時(shí)開口鉆頭的質(zhì)量和開口機(jī)的冷卻能力也扮演著十分重要的角色。優(yōu)質(zhì)炮泥通過調(diào)整炮泥的級配和加入有利于開口的添加劑，可以獲得較好的開口性能。但是，爐前用于開口的鉆頭的質(zhì)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(dāng)重視，下圖給出了他們常用的鉆頭照片。由圖可見，這些鉆頭在開口機(jī)的有效冷卻下，既具有良好“排屑”功能，又具有“鋒利”的開口能力。 鐵口深度穩(wěn)定，形成穩(wěn)定泥包穩(wěn)定的鐵口深

14、度是安全出鐵的保證，前提是要在鐵口的爐缸內(nèi)側(cè)形成體積和形狀均穩(wěn)定的“泥包”。穩(wěn)定的泥包還可以有效地保護(hù)鐵口區(qū)的爐襯材料，是高爐實(shí)現(xiàn)長壽的有效手段之一。泥包的穩(wěn)定性與選用的炮泥的特性有關(guān)，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(fù)；另一方面，它也與每次打泥的量相關(guān)。顯然，在一定范圍之內(nèi)，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(gè)“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(shí)噴濺的源泉；打入太多炮泥還會導(dǎo)致泥包過度向爐內(nèi)生長，既會影響爐缸內(nèi)鐵水的流動，孤立伸入爐缸內(nèi)的泥包在鐵水的沖刷下也極易折斷，從而導(dǎo)致鐵口滲鐵“見紅”

15、，后果是后續(xù)的“開口”變得十分困難。所以，實(shí)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(cè)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，這樣既可保證安全的鐵口深度，也形成了形狀穩(wěn)定的泥包。 無噴濺尤其是在高爐開爐初期，鐵口打開后有10-15分鐘的噴濺是正常的。這與炮泥的質(zhì)量無關(guān)。但是如果噴濺總是維持在15分鐘以上，則所選的炮泥需要改進(jìn)。一般的說是由于炮泥的級配不合理，導(dǎo)致加入炮泥的結(jié)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(jīng)常是一對矛盾，但是經(jīng)過精心的平衡是可以“雙全”的。如果鐵口反復(fù)出現(xiàn)長時(shí)間噴濺，則是鐵口通道中存在大量的裂

16、紋和氣體通道所致，這時(shí)需要采用專門的“治噴炮泥”對鐵口進(jìn)行治理。若干實(shí)踐證明，這樣的治理大都是卓有成效的。經(jīng)過止噴治理后再換用經(jīng)過調(diào)整后的炮泥，鐵口的噴濺就治愈了。 炮泥有優(yōu)異的耐渣鐵侵蝕性，實(shí)現(xiàn)長時(shí)間出鐵具有優(yōu)異的耐渣鐵侵蝕能力是對鐵口炮泥的最基礎(chǔ)要求。好的抗渣鐵侵蝕能力可以有效地保持良好的鐵口形狀，使鐵溜渾圓不散，鐵口擴(kuò)口緩慢，從而顯著地延長出鐵時(shí)間。這主要是通過改進(jìn)炮泥的質(zhì)量而實(shí)現(xiàn)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(xué)侵蝕為主。所以當(dāng)生產(chǎn)中出現(xiàn)鐵口擴(kuò)口太快，出鐵時(shí)間過短的現(xiàn)象時(shí)，需要分析導(dǎo)致該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因

17、。這時(shí)對于“見渣系數(shù)”的分析會提供有益的信息。尤其是在“見渣系數(shù)”不高的情況下，通常如果開始出鐵后馬上鐵口就擴(kuò)得很快顯然是炮泥的抗鐵水侵蝕能力不夠；而出現(xiàn)開始“憋著”，渣一來立即將口拉開時(shí)則明顯需要改進(jìn)炮泥的抗渣性。筆者的認(rèn)識：綜上所述，筆者提出如下認(rèn)識，以供專家們指正： 盡可能降低高爐每日出鐵的次數(shù)，增加單次出鐵量是高爐穩(wěn)定生產(chǎn)的需要，也是降低噸鐵炮泥單耗，提高爐前經(jīng)濟(jì)效益的需要，更是減少材料消耗，節(jié)約資源，“綠色”煉鐵的需要，應(yīng)該將其作為高爐爐前操作的重要努力目標(biāo)。 要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，合理地選擇和使用“最適合”的優(yōu)質(zhì)炮泥是關(guān)鍵。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(wěn)定和出鐵時(shí)間延長的優(yōu)化結(jié)果，為實(shí)現(xiàn)上述的降低每日出鐵次數(shù)的目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。附錄：下表列出了馬鋼a#高爐（4000m3）和2#高爐（2500m3）從2008年至2011年（其中2011年僅為前兩個(gè)月的平均數(shù)據(jù)）使用瑞爾公司生產(chǎn)的403系列和306系列炮泥的實(shí)際使用結(jié)果。表中數(shù)