潘偉恩，丁時明，柏德春
（廣東省韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司 煉鐵廠，廣東 韶關(guān) 512000）
摘 要：韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠受到原燃料品質(zhì)下降的影響，爐況失常，決定對高爐進(jìn)行停爐中修。詳細(xì)介紹了停爐的全過程，包括降料面前的爐況、休風(fēng)前的準(zhǔn)備、停爐操作、爐外出鐵等環(huán)節(jié)，總結(jié)了此次停爐中修的成功經(jīng)驗(yàn)。
關(guān) 鍵 詞：高爐；降料面；休風(fēng)；停爐；爐外出鐵；風(fēng)口
2015 年10 月，受原燃料品質(zhì)下降的影響，韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵廠3 200 m3 高爐爐況失常，決定于2016 年2 月降料面停爐中修。通過洗爐墻、完善打水裝置、安裝氮?dú)獯祾?、預(yù)休風(fēng)操作等步驟，料面成功降至風(fēng)口下。本文擬對大高爐停爐過程從制定計(jì)劃、應(yīng)急預(yù)案和具體施工各環(huán)節(jié)進(jìn)行論述和總結(jié)，以期能為相關(guān)工程實(shí)踐提供參考。
1 降料面前的爐況
降料面操作是國內(nèi)高爐進(jìn)行爐型再造普遍采用的方法之一，降料面過程操作控制要求較高，且爐容越大操控難度越高。經(jīng)過多年生產(chǎn)實(shí)踐，通過大風(fēng)量操作的降料面方法得到普遍認(rèn)可。降料面之前，高爐的爐況基本順行，燃料消耗偏高，燃料比為580~590kg/t，煤比為150 kg/t。布料模式采用中心加焦方式，在料面中心加適當(dāng)焦炭（占總焦量的20%~30%）引導(dǎo)中心氣流，入爐的礦石質(zhì)量為85 t，入爐焦炭負(fù)荷為3.664，爐體的熱負(fù)荷維持在12 700~16 000 MJ/h。輔料加入：每批配加錳礦和焦炭的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.55% 和0.35%。采用全開風(fēng)口送風(fēng)方式。停爐前爐況指標(biāo)見表1。
2 休風(fēng)前的準(zhǔn)備
高爐生產(chǎn)一定周期后，由于上升的煤氣流與爐料接觸不均勻，導(dǎo)致爐墻會有局部黏結(jié)現(xiàn)象。為了讓降料面過程順利進(jìn)行，避免出現(xiàn)爐墻渣皮大面積垮塌現(xiàn)象，在降料面之前要進(jìn)行洗爐墻操作。洗爐墻主要是通過發(fā)展邊緣煤氣流沖刷爐墻，減少停爐后的扒爐工作量，改善爐缸狀態(tài)、促進(jìn)爐況順行。
2.1 洗爐作業(yè)
洗爐操作是以通過控制合理的煤氣流速，獲得良好的渣鐵流動性為原則。休風(fēng)前的第3 d 開始洗爐作業(yè)（熱洗），參考同類型高爐停爐的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)[1-4]，確定洗爐的控制參數(shù)為：鐵水溫度（鐵水物理熱）不低于1 505 ℃、鐵水中Si 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（鐵水化學(xué)熱）為0.6%~0.8%、爐渣二元（CaO/SiO2）堿度R2 為1.10，保證爐缸熱量充沛。洗爐中密切注意風(fēng)口、冷卻壁情況。噴煤比控制在90~100 kg/t，適當(dāng)少量輔料降低爐渣堿度。
2.2 預(yù)休風(fēng)料加入操作
在降料面過程之前需要安裝停爐操作必要的裝置，以滿足工藝條件進(jìn)行休風(fēng)操作。休風(fēng)爐料加入情況：休風(fēng)料按6 段加入，提前一個冶煉周期（休風(fēng)前8 h）改全焦炭冶煉（噴煤比為0），焦炭負(fù)荷為2.5。2016-02-11T8：15 第1 段休風(fēng)料（第44 批）入爐，礦石質(zhì)量為81 t，爐料結(jié)構(gòu)為90% 燒礦+6%巴西球礦+4% 生礦，每批配加錳礦1.5 t，白云石0.8t，硅石1.3 t。第2~4 段休風(fēng)料從爐腹、爐腰、爐身下各配加焦炭20 t，爐渣二元堿度R2 為1.01，四元（CaO+MgO/SiO2+Al2O3） 堿度B2 為0.878。第5~6段休風(fēng)料以凈焦加入為主，集中加入焦炭40 t。休風(fēng)采用的布料制度如表2 所示。
2.3 爐頂打水槍的安裝
降料面過程爐內(nèi)料層減少，爐頂高溫煤氣需通過打水冷卻降溫，打水裝置安裝和打水效果關(guān)系到整個降料面進(jìn)程。2 月11 日利用高爐預(yù)休風(fēng)對爐頂4 根懸臂測溫進(jìn)行改造使其帶有霧化功能。安裝前檢查并試運(yùn)行爐頂打水裝置，進(jìn)行霧化效果試驗(yàn)，確認(rèn)打水管道暢通，確保安全可控。
2.4 氮?dú)獯祾哐b置
降料面過程中爐內(nèi)煤氣驟增，必須通入一定量的氮?dú)猓云胶鉅t內(nèi)CO 的含量。爐體設(shè)置了12 個靜壓力孔通入氮?dú)狻＜友b爐身氮?dú)夤?yīng)裝置，并配備流量表、控制閥門等。在降料面過程中，向爐內(nèi)料面上吹入氮?dú)?，稀釋爐內(nèi)氧氣和氫氣的濃度，防止?fàn)t內(nèi)出現(xiàn)爆震。為防止高溫煤氣流等從噴氮孔吹出或堵塞孔道，從送風(fēng)開始就吹入氮?dú)?，直至降料面完成?2 個靜壓力孔的氮?dú)獾目偭髁靠刂圃? 000 m3/h 以上[5-6]。
2.5 煤氣取樣
降料面進(jìn)程通過爐頂煤氣成分變化來判定，因此煤氣取樣點(diǎn)的設(shè)置要合理，煤氣取樣化驗(yàn)要及時準(zhǔn)確。完善煤氣取樣裝置，并確認(rèn)取樣線路暢通且不漏氣，煤氣取樣管盡量減少拐點(diǎn)，加裝反吹掃設(shè)施，各閥門要安全可靠。
3 停爐操作
停爐操作主要是控制送風(fēng)量和燃燒下降料面的過程。隨著爐頂溫度的上升，整個過程也是逐步降低風(fēng)量的過程。此次降料面停爐的幾個關(guān)鍵點(diǎn)如下：
1）2016-02-12T07：18 送風(fēng)，送風(fēng)后爐身靜壓力孔通入低壓N2，流量為1 780 m3/h[5]，同時爐頂齒輪箱通入N2 和冷卻水，以強(qiáng)化設(shè)備冷卻。
2）07：30 裝入焦炭量共計(jì)40 t，分2 次稱量裝入。
3）07：32 高爐煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)通煤氣操作，7：40 出現(xiàn)頂壓異常波動（東南方向），爐頂溫度選用其它3 個點(diǎn)為參考值。
4）07：56 爐頂溫度達(dá)到335 ℃，爐內(nèi)裝入第1批20 t 焦炭。
5）09：40 煤氣系統(tǒng)的調(diào)壓閥組出現(xiàn)設(shè)備故障，導(dǎo)致爐頂壓力大幅下降（其中C\D閥全開，無法動作，爐內(nèi)減少風(fēng)量至3 000 m3/min）。
6）09：53 故障排除，開始恢復(fù)風(fēng)量，前期高爐采取高頂壓大風(fēng)量操作。由于布袋除塵系統(tǒng)的檢測溫度比高爐爐頂溫度高出150 ℃，而高爐打水是根據(jù)爐頂溫度控制的，從而造成布袋除塵系統(tǒng)實(shí)際溫度較高（超過350 ℃），除塵箱體的密封硅膠大面積燒毀導(dǎo)致煤氣泄漏。12：08 開始分次進(jìn)行減風(fēng)操作：12：08減風(fēng)300 m3/min，13：08 減風(fēng)500 m3/min，13：16 減風(fēng)500 m3/min。14：00 布袋回收煤氣的箱體僅存6 個可用，爐頂打水控制溫度由350 ℃降至180 ℃。14：00—16：00 平均風(fēng)量下降至2 000 m3/min。
7）23：53 觀察送風(fēng)風(fēng)口情況： 3#、9# 風(fēng)口出現(xiàn)“掛渣”現(xiàn)象。23：57 料面進(jìn)入爐腹下部，出于安全考慮，噴煤冷風(fēng)改用全氮?dú)獯祾?sup>[5-7]。
8）2016-02-13T00：00 煤氣中二氧化碳與一氧化碳含量達(dá)到平衡點(diǎn)[7]，這表明間接還原結(jié)束，降料面工作接近尾聲。
9）00：00 觀察送風(fēng)風(fēng)口情況，發(fā)現(xiàn)26# 風(fēng)口小套漏水。00：40 停止回收煤氣[8-10]。00：53 打開爐頂放散閥，切斷爐內(nèi)煤氣操作。01：43 關(guān)閉混風(fēng)閥；打開4 個出鐵口進(jìn)行空噴操作，直至出鐵口內(nèi)無渣鐵流出。01：50 煤氣中O2 的體積分?jǐn)?shù)大于0.5%，超過半數(shù)風(fēng)口出現(xiàn)吹空現(xiàn)象，爐頂溫度急劇飆升，說明熱風(fēng)直接吹到了爐頂。
10）01：53 高爐休風(fēng)操作。調(diào)整頂壓保持爐內(nèi)正壓，停爐操作結(jié)束。停爐過程中累計(jì)耗風(fēng)量為3 602 844 m3。
降料面爐況運(yùn)行具體參數(shù)見表3。
4 爐外出鐵
降料面期間，爐前按照停爐要求組織出鐵[3, 6]，2016-02-12T07：18 送風(fēng)， 送風(fēng)后142 min（09：40）打開出鐵口，11：40 出鐵口正常出渣，出鐵量為770 t，出鐵耗時3 h。爐內(nèi)渣鐵流動性較好；13：36 第二次打開出鐵口，出鐵量300 t，出鐵耗時5 h。爐內(nèi)渣鐵流動性較好；當(dāng)料面降到風(fēng)口中心線以上約1.5 m 時，出最后一爐鐵，即19：46 第三次出鐵，出渣鐵55 t，至此，休風(fēng)料中的理論渣鐵量已出凈。當(dāng)料面降至高溫區(qū)時，爐墻黏結(jié)物開始熔化并向下滴落，容易堵塞送風(fēng)風(fēng)口，此時操作人員應(yīng)在保證安全的前提下勤觀察風(fēng)口狀況。23：53 觀察送風(fēng)風(fēng)口情況發(fā)現(xiàn)3#、9# 風(fēng)口有掛渣現(xiàn)象，2016-02-13T01：00 所有風(fēng)口有掛渣現(xiàn)象，這表明降料面已接近風(fēng)口。2016-02-12T23：33 打開3# 出鐵口，2016-02-13T00：21 打開1# 出鐵口，00：41 打開2# 出鐵口，00：54 打開4# 出鐵口。4 個出鐵口打開后，僅有少量渣流出，出鐵口是空噴煤氣狀態(tài)，這標(biāo)志著降料面操作已完成，具備了停爐操作的條件。
5 停爐過程及煤氣成份變化
降料面全過程控制基本平穩(wěn)，打水量根據(jù)煤氣成份和料面情況適時調(diào)節(jié)。煤氣中，當(dāng)CO 體積分?jǐn)?shù)開始降低，CO2 體積分?jǐn)?shù)開始增加時，說明料面已進(jìn)入爐腹[8]；當(dāng)N2 含量開始上升時，說明料面已進(jìn)入風(fēng)口區(qū)；當(dāng)CO 和CO2 體積分?jǐn)?shù)相等時[8-10]，表明降料面操作已接近尾聲。降料面過程中，CO 和CO2 的體積分?jǐn)?shù)與料面的變化趨勢如圖1 所示；降料面過程中，主要參數(shù)變化趨勢如圖2 所示。
6 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
此次降料面操作過程控制良好：停爐過程安全受控；降料面過程中爐況穩(wěn)定，無任何崩滑料；H2、O2含量控制較好，無煤氣爆震現(xiàn)象。整個過程從2016-02-12T07：18—13T01：50，歷時18 h 32 min，比預(yù)定的20 h 減少了1 h 28 min，料面下降至26.6 m左右，基本達(dá)到原定的25.8 m 的要求。本次成功停爐檢修可總結(jié)出如下主要經(jīng)驗(yàn)：
1）停爐前爐況、爐溫控制要穩(wěn)定。煤氣流分布合理：2016-02-11 預(yù)休風(fēng)后，調(diào)整了礦石、焦炭布料檔位，加大了發(fā)展邊緣氣流的力度，爐體熱負(fù)荷、爐體溫度逐步上升，同時中心保持充沛氣流，促進(jìn)了爐況的穩(wěn)定。
2）根據(jù)爐墻的黏結(jié)情況進(jìn)行洗爐操作，調(diào)整合適的洗爐參數(shù)。爐體熱負(fù)荷、爐體溫度呈上升趨勢時，爐內(nèi)應(yīng)補(bǔ)足熱損失避免爐溫失常。
3）爐頂打水量要根據(jù)爐頂溫度變化，嚴(yán)格控制打水量。一是打水槍霧化程度要好，可以充分降低頂溫；二是爐頂溫度盡量控制均勻，在煤氣出口溫度與爐頂溫度相差較大時，以布袋除塵系統(tǒng)的溫度為基準(zhǔn)來控制爐頂打水。
4）關(guān)鍵步驟操作的時間節(jié)點(diǎn)和時機(jī)選擇合理。停爐幾個關(guān)鍵點(diǎn)是：加大保安氣體的通入時間、煤氣回收的時間、停爐出鐵時間次數(shù)安排、改常壓時間、切煤氣時間、休風(fēng)時間。本次停爐的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)條件確認(rèn)和時機(jī)把握都很好，特別是降料面到達(dá)后期時，風(fēng)量較少、頂壓和風(fēng)壓差別很小的情況下，改為常壓操作及切斷煤氣操作很成功。
5）煤氣回收的時間要盡可能維持在16 h 以上。本次停爐，煤氣回收時間較長，縮短了爐頂放散的時間（減少煙塵冒出），降低了煤氣出口溫度，減少了打水量。
6）確保設(shè)備可靠運(yùn)行。在停爐前必須不斷地調(diào)試使用停爐操作的設(shè)備、設(shè)施，確保停爐操作期間可靠運(yùn)行，特別是探尺、保安氣體通入設(shè)備、煤氣取樣和壓力控制等閥門及設(shè)備。
7）停爐前冷卻設(shè)備必須徹底查漏，以避免爐內(nèi)泄露導(dǎo)致爐缸凍結(jié)事故。本次停爐前，爐體無漏水，確保了停爐安全。
8）停爐方案必須細(xì)化。本次停爐前，所有技術(shù)方案、作業(yè)方案、緊急情況下的預(yù)案完備，人員職責(zé)、工作內(nèi)容和信息聯(lián)絡(luò)、管理責(zé)任體制清晰，整個停爐過程安全有序。
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