钢铁企业的焦化工序产生的环保问题较多，党中央倡导绿色、低耗、环保的发展理念，钢铁企业要生存发展，提高企业的经济效益，必须提高煤比。我国先进企业中国宝武集团钢铁集团有限公司4座高炉的煤比平均为170 kg/t，莱芜钢铁集团有限公司高炉的煤比高达180 kg/t以上，炉况顺行较好，产量和指标名列前茅^[1-5]。邯郸钢铁集团有限公司3 200 m³高炉的煤比在130 kg/t左右，邯郸钢铁集团有限公司属于城市型钢厂，焦炭资源非常紧张，提高煤比，降低焦比是企业发展的重要策略。目前邯钢的装料制度为中心加焦布料方式，虽然此料制可以接受比较大的高炉入炉风量，中心料制优势在于强力中心气流，抑制边缘气流，但由于边缘偏重，高炉煤气利用率偏低，外围变化易造成炉况波动，减风、减氧的情况时有发生。高炉喷煤的稳定性不佳，有时倒罐的速率波动高达10 t/h以上，造成高炉透气性变差，被迫减风，影响高炉产量及指标^[6-10]。

1 高炉的设备改造 1.1 改造布料溜槽

邯钢1^#、2^#高炉炉顶采用圆弧形布料溜槽，特点是炉料的料流均匀、范围宽、比较分散。生产实践中，两座高炉同时不顺行，采取调整料制的方法效果均不明显。休风后检查料面发现，实际料面和设定料面偏差很大，实际料面又宽又薄、且不规则，高炉生产过程中顶压为225 kPa左右，在高压气流的吹动下，使用圆弧形布料溜槽布料，炉料容易发生偏移，料面不平整使调节炉况难度增加。为此，将高炉布料溜槽由圆弧形改为方形，优点是布料的料面较窄，料面厚度也能增加，通过计算，使用方形布料溜槽的料面厚度比圆弧形布料溜槽厚30%左右。在高压条件下，炉料的偏移情况大大改善，提高了高炉布料的准确性，即有助于高炉工长调节控制煤气流分布，还有利于提高高煤气利用率。

此外，为进一步使得布料均匀、平整，炉喉的十字测温装置缩短了40%，避免高速料流经过十字测温的臂面发生碰撞、反弹的情况，保证了料面的完整性，也有利于煤气流的均匀稳定，间接提高了高炉的煤比。

1.2 喷煤罐出口安装加速装置、反吹管

高炉喷煤的稳定性对高炉操作有着重要的意义。喷煤速率由罐压控制，正常喷吹时速率较为稳定，当喷煤进行倒罐作业时，速率波动较大，瞬时实际喷煤量和设定喷煤量至少相差10 t/h，甚至出现不走煤的情况。研究发现，从喷煤罐到混合器的距离约10 m，管道属于浓相输送，煤粉沉积容易出现不走煤、停煤问题。为解决此问题，在喷煤罐的出煤手阀和出煤阀之间安装1个加速装置，该加速装置放置于金属软连接内部，如图 1所示。该加速装置长500 mm，两端直径为100 mm，中间直径为50 mm，在喷煤过程中，先打开出煤阀再打开出煤手阀，能起到加速煤粉流动的作用，解决了不走煤的问题。因加速装置是耐磨合金材质，也保护了金属软连接设备，避免磨漏造成漏煤，影响生产、污染环境。

在倒罐过程中，出煤阀和给煤阀之间容易沉积煤粉，再次喷吹时，经常出现速率波动的情况，为此，在出煤阀与给煤阀之间，靠近出煤阀处安装1个氮气反吹管，朝出煤阀方向，主要有两个作用：①在倒灌过程中，先打开给煤阀，反吹氮气，将管道内积煤吹扫进喷煤主管道，再打开出煤阀，解决了出煤阀和给煤阀之间不走煤的问题；②充压过程中，打开出煤阀，关闭给煤阀，反吹氮气进入喷吹罐内，进行充压作业，由于反吹氮气与喷煤罐的底部流化氮气、锥部流化氮气都不对称，可以使罐内的煤粉流化均匀，有利于提高喷煤过程的稳定性，提高煤粉的燃烧率，进而提高高炉的煤比。

1.3 建造第4座热风炉

邯钢3 200 m³高炉配备3座热风炉，采用“两烧一送”的方式进行送风，现场留有第4座热风炉位置。2016年发现，两高炉的2^#热风炉最先出现问题，一方面是送风后期不吃风量，顶温低，最高也不到1 050 ℃；另一方面是换炉过程中风温波动大，格子砖严重堵塞。因此，开始建立第4座热风炉，2018年投入运行，风温由1 050 ℃提升至1 200 ℃，后续仍可提高。在“换炉”过程中的风温波动明显减小，高炉的燃料比也大幅度降低，煤比升高，经济效益显著。据统计，2019年和2020年，两高炉的煤比由135 kg/t上升至150 kg/t左右，焦比由335 kg/t下降至305 kg/t，燃料比由530 kg/t改善至510 kg/t左右。

1.4 高炉喷煤罐安装稳压装置

为提高高炉喷煤的稳定性，对高炉喷煤罐进行改造，改造前如图 2（a）所示。罐体、安装于罐体顶部的进煤管道、大放散管道和小放散管道，进煤管道中安装进煤阀，大放散管道中安装大放散阀、小放散管道中安装小放散阀；罐体下部两侧分别设有锥部流化阀和出煤阀，底部设有底部流化阀。

改造后如图 2（b）所示。改进之处为：罐体顶部安装有新小放散管道，新小放散管道下端与罐体顶部连接，上端与大放散管道连接，新小放散管道内部安装有新小放散阀；罐体上安装有进气管道，进气管道上安装稳压调节阀，稳压调节阀与PID控制器连接。安装新小放散管道和稳压调节阀，实现喷煤罐罐压的自动稳定调节，大幅提升了喷煤罐罐压的稳定性，保证了喷煤速率的稳定，为高炉长期稳定顺行创造了条件。在喷煤过程中，新小放散阀和稳压切断阀不必频繁开关，减少阀门球面的磨损，有效地提高了阀门的使用寿命，高压氮气的消耗量也明显减少。此外，耐磨金属板可防止发生因大放散管道磨漏而造成的漏煤情况。

2 工艺改进及优化 2.1 布料工序的改进

邯郸钢铁集团有限公司两座3 200 m³高炉原布料矩阵为。此料制的优点是增强中心气流，抑制边缘气流；缺点是高炉的边缘效应偏重，对外围变化比较敏感，高炉煤气利用率不高，经常维持在45%~46%之间，高炉燃料比高达530~535 kg/t。

为了优化布料工艺，邯郸钢铁集团有限公司2^#高炉尝试采用去除中心焦，采用大矿批、低料速和平台+漏斗的布料模式。首先，将矿石的布料圈数和焦炭的布料圈数均从中心向外部偏移，目的是将漏斗深度加深，以此来开放整个炉料的中心通道。然后，根据矿石与焦炭安息角的不同，测算出平台的宽度，炉喉的半径为4.5 m，平台度为1.5 m左右，漏斗深度2 m左右，因此高炉的布料矩阵逐步调整为：。经过4—8个冶炼周期后，观察发现炉身静压逐渐平稳，边缘气流稳定发展，炉况整体朝着稳定、向好的方向发展。此外，炉体水温差缓慢下降，最终稳定到3~4 ℃之间，高炉煤气利用率大幅度提升至49%~50%之间，煤比从120 kg/t提高至140 kg/t以上。

2.2 送风程序的改进

送风对煤气流的分布有着重要的影响，首先，必须选择与高炉匹配的入炉风量。其次，要确定适宜的实际风速、标准风速以及鼓风动能。邯钢3 200 m³高炉共32个风口，风口直径为120 mm，风口面积为0.361 9 m²，风口面积偏小，炉内边缘气流不宜发展，稳定性差。因炉况波动，煤气利用率经常降至48%以下。为了提高进风量，保证压差稳定和高炉顺行，采取增加风口面积的措施：将风口直径增加为130 mm，风口面积增加至0.424 7 m²。通过增加风口面积，高炉压差下降明显，再逐渐增加风量、氧量和喷煤量，可以提高高炉产量，降低燃料比。风量由5 800 m³/min提高至6 000 m³/min，富氧率由3%提高至4.5%左右，煤比由130 kg/t提高至150 kg/t。

此外，通过增加风口长度达到活跃中心气流的目的，风口长度增加后，回旋区向炉缸中心推移，标准风速为240~245 m/s，实际风速为260~270 m/s，鼓风动能达到160 kJ/s左右。通过配置部分长风口，不仅使炉缸状态得到改善，而且边缘气流也得到合理控制，炉体水温差由3.5~4 ℃稳定到3 ℃左右，高炉煤比进一步提高。

2.3 优化喷煤工艺流程

高炉喷吹煤粉属于气固两项输送，喷煤罐到混合器之间为浓相输送，煤粉的“载体”为氮气；混合器到高炉煤枪为稀相输送，煤粉的“载体”为氮气和压缩空气，压缩空气的使用量占90%以上，可见压缩空气的调节对喷煤速率的稳定有着重要的意义。根据高炉喷煤量的不同，逐渐调节压缩空气的流量，整体趋势为随着喷煤量的增加，压缩空气呈减少趋势。具体为：①高炉刚送风时，单系列10 t起喷，压缩空气流量按1 200 m³/h设定；②高炉要煤量20 t时，改双系列喷煤，每个系列压缩空气流量按1 200 m³/h设定；③单系列喷煤量为15 t时，压缩空气流量按1 000~1 100 m³/h设定；④单系列喷煤量为20 t时，压缩空气流量按950~1 000 m³/h设定；⑤单系列喷煤量为25 t时，压缩空气流量按900~950 m³/h设定。以上情况是在没有停煤枪情况下的操作，高炉停1杆煤枪按压缩空气流量减少20 m³/h设定。

此外，高炉遇有特殊情况，不得不大幅度减风、减氧、减煤，甚至停煤，喷煤必须采取“手动”操作。首先，将罐压设置为“手动”调节，避免喷煤速率大幅度波动。然后，打开小放散阀、关闭锥部流化阀、减小底部流化阀的开度，逐步降低罐压，同时提高压缩空气流量。若高炉停煤，压缩空气加至1 500 m³/h。

2.4 喷煤工艺增加连锁程序

喷煤罐的给煤阀、出煤阀、大放散阀、中放散阀、小放散阀、底部流化调节阀、锥部流化调节阀、稳压调节阀均为气动球阀，可以远程控制。设定以下3道连锁程序：①根据高炉要煤量的不同，依次设定底部流化调节阀、锥部流化调节阀和稳压调节阀的开度，喷煤量越大，开度逐渐增大。②根据喷煤罐的实际压力跟踪设定压力按程序进行调节，当罐压的实际值高于设定值6 kPa时，打开小放散阀，进行卸压操作；实际值等于设定值后，关闭小放散阀；当罐压的设定值高于实际值6 kPa时，打开稳压调节阀进行补压，稳压调节阀的开度随着压力的增长而减小，实际值等于设定值后，稳压调节阀开度降低为零。③增加报警程序，给煤阀、出煤阀没有正常打开会造成高炉停煤，放散阀打不开会造成罐压升高，影响喷煤速率稳定性，因此，以上阀门均增加报警程序，5 s打不开报警，通过手动干预可以保证高炉正常喷煤。正常生产时，高炉热风的压力控制为390 kPa左右，给煤阀设定连锁程序，罐压低于400 kPa时，阀门不能打开，即可防止热风倒流烧坏煤枪，避免事故发生。

3 结论

通过对邯钢3 200 m³高炉进行设备改造和优化工艺操作，高炉布料精度有了较大提高，送风量可以维持在6 000 m³/min左右，富氧量保持在15 000~18 000 m³/h之间，顶压提高至230 kPa，高炉喷煤的稳定率达到99.5%以上，高炉煤比达到了150 kg/t左右，取得了较好的经济效益。