（金鼎钢铁集团）

摘  要  金鼎钢铁在对高炉开炉过程中发生悬料的各种因素进行综合分析后，在高炉开炉采用传统的枕木开炉和全焦开炉两种模式下，加以改进创新，提出“焦柴混装”理念，并在本厂3座高炉多次开炉中加以实践，成功实现“零悬料”，既降低了开炉成本又加快了开炉进程，具有一定的推广意义。

关键词  高炉开炉   焦柴混装   

引言：高炉开炉过程中，悬料现象的发生较为普遍，尤其是在开炉点火至软融带形成阶段，属于悬料问题的高发时段。部分高炉在开炉期间甚至出现连续悬料、坐料，对开炉节奏与达产进度造成严重制约。金鼎钢铁炼铁厂针对高炉开炉悬料的各类诱因开展系统分析与总结，围绕高炉烘炉、开炉装料、送风点火、炉前出铁等关键工序实施优化改进，最终实现开炉全过程“零悬料”运行，为高炉快速达产、稳定投产奠定了坚实基础。

高炉开炉悬料主要集中在三个关键节点：点火初期、软融带形成阶段以及开炉首次出铁前。点火初期，由于炉料内水分快速蒸发，煤气体积急剧膨胀、流速显著提升，对料柱的浮力与冲刷作用增强，极易引发悬料；软融带形成过程中，炉料逐步软化熔融，形成软熔层，料柱透气性大幅下降，若压差控制不当或气流分布失常，极易造成透气性恶化而悬料；开炉出铁前，炉缸内渣铁持续积聚，高炉炉内压差逐步升高，若未能及时打开铁口排放渣铁，会进一步抬高炉内压力，诱发悬料。本文重点围绕开炉装料工艺展开研究，并以本次2#高炉开炉实绩为例，分析并总结降低开炉悬料发生率的有效措施。

1  两种传统开炉装料模式的对比

传统高炉开炉装料主要分为枕木开炉与全焦开炉两种工艺。通常情况下，枕木开炉多用于大型高炉，2000m³以上高炉采用该方式居多；小型高炉则以全焦开炉为主。两种工艺在应用效果、成本及安全性方面存在明显差异，其优缺点具体如下：

1.1  枕木开炉

优点：枕木燃点较低，点火便捷，燃烧速率快，可快速提升炉缸温度，并为炉料下降腾出充足空间；能够快速加热上部焦炭与炉料，炉内初始透气性优良，气流分布均匀稳定，不易形成悬料，有利于构建合理的初始煤气流场；炉缸热量储备充足，首次出铁时铁口易打开，出铁顺畅。

缺点：枕木采购成本高，同等体积下价格高于焦炭，且受资源限制，采购与储备难度较大；装炉作业劳动强度大、人工投入多，且需人员进入炉内码放，高空及炉内作业安全风险突出。以 1080m³ 高炉为例，枕木装炉需约30人、历经两个班组近16小时方可完成，作业流程复杂、安全管控要求严苛；枕木燃烧速度快，热量释放集中，易出现前期炉温偏高、后期热量补给不足的问题，对开炉操作与温度调控水平要求较高。

1.2  全焦开炉

优点：工艺安全高效，可在不拆除烘炉导管的条件下实施装料，人员无需进入炉内，减少凉炉等待时间，提升作业连续性；装炉工序简单、用时短，可大幅节约枕木材料与人工成本，有效缩短装炉周期与整体开炉工期。

缺点：焦炭着火点偏高，点火难度大，炉缸升温缓慢，热量积累周期长；焦炭堆积孔隙率较小，炉料初始透气性差，点火初期极易发生悬料。据相关统计，采用全焦开炉的高炉，开炉阶段悬料发生率可达95%以上，明显延缓高炉达产进程；炉缸热量积累慢，炉前出铁条件形成滞后，首次出铁难度大，易影响开炉节奏。

2  焦柴混装工艺应用

金鼎钢铁炼铁厂在深入研究传统开炉装料工艺优劣的基础上，融合枕木开炉与全焦开炉的技术优势，创新性提出开炉装料“焦柴混装”工艺思路：采用价格低廉、来源广泛的普通木柴替代高价枕木与部分焦炭，装炉时与净焦同步入炉。该工艺已成功应用于三座1080m³ 高炉开炉作业，均取得良好应用效果：高炉开炉全程未发生悬料、塌料等异常，24 小时内实现风口全开，3 天内产量达到设计标准，开炉质量与效率显著提升。

2.1  焦柴混装的优点

与枕木开炉相比，普通木柴单价更低，同等体积价格仅为枕木的三分之一左右，且木柴资源分布广、采购便捷、储运成本低；与全焦开炉相比，木柴点火更容易，燃烧后可有效改善料柱结构，为炉料下行创造空间，从源头上降低开炉悬料概率；大幅缩短装炉时间、降低人工成本。枕木开炉装炉作业通常需两个班组约 16 小时完成，焦柴混装工艺可通过吊车将木柴运送至炉顶点火孔平台，经点火孔与大方人孔随焦炭同步装入炉内，全程无需人员进入炉内码放，作业效率大幅提升。同等高炉条件下，焦柴混装仅需 2—3 小时即可完成装炉，人工投入与作业时长显著减少。同时，木柴燃烧平稳，可与焦炭形成互补式热量释放，既保证点火初期快速升温，又能维持炉缸热量稳定，有效避免前期过热、后期热量不足的问题，进一步提升开炉过程的稳定性与可控性。金鼎高炉开炉用木柴见图1。

图1 金鼎开炉用木柴

2.2  木柴的位置选择

枕木开炉的高炉，枕木一般从死铁层装起，一直装到风口中心线，需要大量的枕木，一座1080m³高炉采用枕木开炉时大约需要枕木180m³，造成较大的资源浪费。而焦柴混装时，木柴用量较少，并且为了发挥木柴点火容易的优点，经过多次开炉检验，木柴的位置选在风口附近或者炉腹为最佳，因为在该部位的木柴既有利于点火也有利于燃烧后快速腾出下料空间，为炉料顺利下降，减少悬料、塌料创造条件。金鼎炼铁厂高炉开炉木柴填充位置见表1。

表1  金鼎炼铁厂高炉开炉木柴装填工艺执行情况

2.3  金鼎钢铁2号高炉开炉实例 

金鼎钢铁2号高炉，有效容积1080m³，20个风口，两个铁口，高炉采用全铸铁冷却壁，串罐炉顶，BPRT，软水密闭循环冷却系统，配有四座高风温顶燃式热风炉，均压煤气全程回收等先进工艺，2026年2月11日18：19点火开炉，12日7：06出第一炉铁，22小时风口全开，本次开炉采用焦柴混装、双铁口预埋氧枪、实测料面、点火后快速引煤气、首次铁直接过撇渣器等先进工艺，整个开炉过程非常平稳，没有发生一次悬料、塌料，开炉第四天产量突破4000吨，第十天利用系数突破4.0t.m³/d，燃料比525kg/t，煤比180kg/t，达到国内同类型高炉较好水平。高炉开炉操作曲线见图2。

图2 高炉开炉24小时内操作曲线

2.3.1  开炉装料

本次开炉采用焦柴混装，但是木柴的位置由以前的炉缸提高到了炉腹位置，因为经过多次开炉研究发现，风口以下的木柴（枕木）尤其是炉缸下部和死铁层的木柴，燃烧速度比较慢，由于热风从风口进入炉内后是向上走的，这就造成风口下部的木柴燃烧速度减慢，死铁层的木柴燃烧速度更慢，形成“炭化”现象，需要一周左右甚至更长时间才会完全“消失”，影响炉缸的透气性。因此，本次装料中将木柴提高到了炉腹的位置，以利于点火后迅速完全燃烧，更好的利于炉料顺利下降。死铁层及炉缸全部用净焦填充，净焦装到风口上沿，炉腹采用焦柴混装，炉腰和炉身下部装空焦，炉身中上部采用空焦+负荷料的组合方式，炉身上部装入正常料，全炉综合焦比3.06t/t，正常料矿批13吨，焦批6吨，正常料焦比800kg/t，碱度0.98，本次开炉装料见表2。

表2  开炉装料工艺执行情况

2.3.2  铁口预埋氧枪

近年来，铁口预埋氧枪在高炉开炉和焖炉中发挥了越来越重要的作用，氧枪是解决炉缸缺热，保障出好首次铁的核心工具，主要用于送风初期在铁口区域局部燃烧焦炭，其本质相当于把一个风口下移到铁口，实现铁口区域的局部加热，为开炉顺利出第一炉铁提供了保障，同时大幅度降低炉前人员的劳动强度，使得开炉出铁更加安全高效。高炉烘炉结束拆除烘炉导管后，先用氧气管将铁口导出管烧掉，然后插入改进型氧枪，该氧枪枪体采用外径45mm的不锈钢管，枪体前部装有热电偶，氧枪前端伸出泥包约1米，前端用木柴加以保护防止装料时砸坏，铁口通道用浇注料将氧枪浇注好，保证严密不跑气，外面接好压缩空气和氧气，并连接调试好氧枪前端的热电偶。两个铁口氧枪安装完毕后，开始装料工作。氧枪安装完成后的照片见图3。

图3  铁口氧枪安装

炉前主沟烘烤后前段用捣打料夯实，后段靠近撇渣器用料做成“挡坝”，以防止开炉出铁时铁流过小造成撇渣器凝结，另外不再做临时撇渣器，西场炉台渣沟下面用水渣和黄沙围成干渣坑做好备用。

2.3.3  装料实测料面

开炉实测料面是高炉开炉装料阶段的一项重要工作，为开炉装料和正常生产中的矩阵调整提供了理论依据，本次测料面工作从空焦入炉开始，主要测量不同料流开度下矿焦的下料速度、不同料线和布料角度下炉料与炉墙的碰撞点以及开炉装料的实际料面形状，并根据实际测到的料面形状对布料矩阵进行实时的调整修正。与以往开炉布料采用的单环小角度窄平台不同，本次开炉从负荷料开始就追求平台加漏斗的布料模式，以从开炉点火开始就形成较为合理的两道气流。料线达到6米以上时，每装入一批料测量一次料面形状，并根据实际料面对布料角度进行修正，最终形成合理的平台漏斗，高炉装料结束时，两个探尺深度分别为3.62米和3.06米，整个料面偏差不大，中心有明显的漏斗。高炉装料后的料面形状见图4。

图4  高炉装料结束后的料面

2.3.4  开炉点火过程

本次开炉采用偏堵6个风口送风，东西两个铁口上方风口全开，南北两侧分别堵4-6号和14-16号共6个风口，风口全部采用长度480mm直径110mm斜5°风口，送风面积0.133m^²，全开风口面积0.190m^²。

2月11日18：19高炉点火，点火风量830m³/min，风温650℃，19：30风口全亮，20：00打开氧枪阀门，21：10引煤气，用时不足3小时。本次引煤气没有和以前一样待顶温升高到80℃以上才进行，而是等煤气成分合格后立即引煤气，以利于后续快速加风，并减少环境污染，为防止布袋系统因温度过低造成结露影响后续除尘效果，本次在高炉烘炉风温达到550℃恒温时，打开荒煤气系统蝶阀，将烘炉热风引入箱体，提前对布袋除尘系统进行烘烤，降低引煤气后由于顶温偏低造成布袋“板结”的风险。

高炉引煤气后逐步加风并稳定在1500m³/min，12日夜班，根据风量累计和下料情况并结合氧枪前端热电偶温度判断，炉缸内渣铁储存量预计达到100吨左右，具备第一次过正式撇渣器的条件，准备用西铁口出第一炉铁，7：06打开西铁口氧枪阀门，铁水顺利流出，第一炉铁炉温3.21%，硫磺0.025%，铁水流动性良好，直接过撇渣器，炉渣流动性良好，直接走水渣，本炉共出铁70分钟，出铁量45吨（加上撇渣器里约30吨），共出铁约75吨，出渣约50吨，与计算基本相符，西场连出一次后，9：51打开东铁口氧枪阀门出铁，直接过撇渣器，走水渣。至此，两个铁口出铁都是一次成功，开炉后炉温情况见表3。

表3  开炉炉温情况

2.3.5  开风口情况

本次开炉共堵4-6、14-16共6个风口，西铁口7：06出铁后，7：28打开6号风口，此后按照每开一个风口风压增加15—20KPa、风量增加150m³/min控制，到下午16：21捅开最后一个风口16#，共用时22小时。高炉开炉过程中开风口情况见表4。

表4  开炉开风口情况

2.3.6  快速达产过程

高炉点火后，即进入快速加负荷阶段，12日9：50高炉开始喷煤，10：40开始富氧，16：21风口全开，共用时22小时左右。此后，高炉迅速加矿批，上负荷，16日高炉用上复合矿批，产量突破4000吨，开炉第10天产量达到4350吨，利用系数突破4.0t.m³/d，燃料比降到525kg/t，煤比180kg/t。高炉开炉后指标见表5。

表5  开炉后高炉操作指标

本次开炉过程比较顺利，从开炉点火到高炉恢复全风期间没有发生一次崩料、悬料，十天系数突破4.0，燃料比降到525kg/t，是一次比较成功的开炉。从高炉烘炉、打压试漏，到开炉装料、铁口预埋氧枪、装料中实测料面，再到点火后快速引煤气、开风口、加负荷、提强度，都基本达到了预期，也证实了金鼎钢铁在开炉控制悬料和快速达产方面的经验具有一定的推广价值。

3 结语

本文围绕高炉开炉装料工艺展开实践探索与技术优化，系统总结了多项关键技术措施的应用效果与核心要点，为高炉开炉高效、稳定、低成本推进提供了实践支撑与技术参考。实践表明，“焦柴混装”工艺在高炉开炉装料中展现出显著优势，不仅有效降低了开炉料成本，还通过优化炉内料柱透气性，减少了开炉过程中悬料事故的发生概率，具备良好的工程应用价值与推广前景；将木柴布置于炉腹位置，可保障点火后木柴快速、完全燃烧，及时腾出炉内空间，为炉料顺利下降提供了保障，进一步提升了开炉装料的合理性。

在辅助工艺优化方面，高炉烘炉后期将烘炉热风引入箱体对布袋进行提前烘烤，解决了送风后煤气引送滞后的问题，为后续快速加风、提升开炉节奏创造了有利条件；铁口预埋氧枪技术的应用，实现了高炉开炉首次出铁时间的精准控制，有效降低了炉前作业劳动强度与铁口开口难度，提升了炉前作业的安全性与效率。装料过程中通过实测料面，为布料矩阵的科学调整提供了可靠的理论依据，摒弃传统单环、小角度布料模式，从负荷料阶段直接采用多环布料，取消中心焦并采用“平台+漏斗”布料模式，有效提高了煤气利用率，为开炉后快速降低焦比、提升高炉冶炼指标奠定了基础。

同时，本次开炉装料实践也发现了有待改进的问题：开炉装料中负荷料碱度控制偏低，导致开炉后铁水物理热不足，影响后续冶炼进程的稳定性。针对这一问题，后续可进一步优化负荷料配比，精准控制碱度参数，弥补铁水物理热不足的短板。

综上，本次探索的高炉开炉装料关键技术措施，有效解决了传统开炉装料中成本高、故障多、效率低等问题，显著提升了高炉开炉的稳定性与经济性。后续可结合不同高炉的炉型特点、原料条件，进一步优化各项技术参数，完善工艺细节，推动高炉开炉装料技术的规范化、标准化发展，为高炉高效冶炼提供更有力的技术支撑。