瑞爾論文
關(guān)于高爐爐前操作和炮泥使用的幾點認(rèn)識
高爐 出鐵次數(shù) 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(shù)偏高、噸鐵消耗炮泥量偏大的現(xiàn)狀，認(rèn)為可以從改進(jìn)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(yīng)的建議。
近年來，國內(nèi)高爐操作者們對于出鐵廠的優(yōu)化管理和改進(jìn)操作的重視度越來越高。由于大多數(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，尤其在中小型高爐還略顯重視不足。筆者認(rèn)為，目前制約爐前進(jìn)一步降低出鐵次數(shù)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、如何合理地選擇與使用鐵口炮泥等兩個方面談?wù)務(wù)J識。
1 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：①日標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)為6～8次；②出鐵過程見渣系數(shù)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(nèi)生成速度相等；⑤“空爐缸”操作。
以下對“標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)”、“見渣系數(shù)”和“空爐缸操作”進(jìn)行解釋。
（1）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。
可應(yīng)用如下的公式：
NST= NRE╳（PST/PRE 式中 NST——一一為標(biāo)準(zhǔn)日出鐵次數(shù)；
NRE一一一一為具體生產(chǎn)日的實際出鐵次數(shù)；
PRE一一一一具體生產(chǎn)日的實際日鐵水產(chǎn)量，t/d；
PST——一一標(biāo)準(zhǔn)日鐵水產(chǎn)量，是特定高爐的設(shè)定日產(chǎn)量，t/d。
例如對于2580m3的高爐，如果設(shè)定利用系數(shù)為2.5，則鐵水標(biāo)準(zhǔn)日產(chǎn)量為6450 t/d。這樣，如果某日高爐的實際產(chǎn)鐵量是5400t，實際出鐵次數(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11.9次。用標(biāo)準(zhǔn)出鐵次數(shù)對不同生產(chǎn)日的出鐵次數(shù)進(jìn)行比較久更有實際意義。
（2）見渣系數(shù)。見渣系數(shù)是指出鐵過程中見渣時間與全程出鐵時間之比。可用如下公式表示：
Is=（1-Tws/TF）
式中 Is一-見渣系數(shù)
Tws一-出鐵過程未見渣時間，min；
TF一-出鐵全程時間，min。
假設(shè)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(jù)以上公式，見渣系數(shù)為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。
（3）“空爐缸”操作。渣鐵出不凈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。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(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，累計的出鐵量也才是最大的。而且，如果精心調(diào)整，使得這個液位水平總是穩(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際生成渣鐵的速度相近。還是以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6450t，平均產(chǎn)鐵速度為4.48t/min。實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)實踐中，由于各個高爐的具體情況不盡相同，所以要都能實現(xiàn)上述的理想狀態(tài)時不易的。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)該講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目標(biāo)。
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(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。實踐中需要精心調(diào)節(jié)出鐵速度，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，要精心調(diào)節(jié)鐵口開口直徑大小，以實現(xiàn)最優(yōu)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(shù)相對較高，所以選擇開口直徑可能應(yīng)比這略高。
要實現(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，圖1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）。另外，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，開口的實際直徑會因開口過程的擴(kuò)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。
3合理選擇與使用堵口炮泥
（1）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，同時至少在部分高爐也出現(xiàn)了過度偏重降低采購價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)為十分簡單廉價的產(chǎn)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(dāng)于3000元/t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)簡單考慮炮泥單價的高低。從改進(jìn)高爐操作、有利于高爐穩(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(yīng)該根據(jù)爐前炮泥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)到使用炮泥最大打泥壓力的80%～90%，可以將炮泥順利打入鐵口。假設(shè)炮泥的最大打泥壓力為30MPa，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24～27 MPa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(nèi)的密實度就越大，相應(yīng)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(rèn)為打泥壓力大了會導(dǎo)致開口困難的觀點是不對的。
（3）炮泥具有快速燒結(jié)性，減少炮泥的“壓炮”時間。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”時間控制在20min之內(nèi)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(hù)。
（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(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，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(jī)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。
（5）鐵口深度穩(wěn)定，形成穩(wěn)定泥包。穩(wěn)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(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的保護(hù)鐵口區(qū)的爐襯材料，是高爐實現(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)。另外，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“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(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”，后果是后續(xù)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(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，這樣即可保證安全的鐵口深度，也可形成形狀穩(wěn)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(zhì)量無關(guān)。但是如果噴濺總是維持在15min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)過精心的平衡時可以“雙全”的。如果鐵口反復(fù)出現(xiàn)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(jìn)行治理。若干實踐表明，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。
（7）炮泥有優(yōu)異的耐渣鐵侵蝕性，實現(xiàn)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(kuò)口緩慢，從而顯著的延長出鐵時間。這主要是通過改進(jìn)炮泥的質(zhì)量而實現(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，出鐵時間過短的現(xiàn)象時，需要分析導(dǎo)致該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。這時對于“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，則明顯需要改進(jìn)炮泥的抗渣性。
4 結(jié)語
（1）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)。
（2）合理地選擇和使用“最合適”的優(yōu)質(zhì)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(wěn)定和出鐵時間延長的優(yōu)化結(jié)果，為實現(xiàn)降低每日出鐵次數(shù)的目標(biāo)奠定基礎(chǔ)。