鄭義勍  郭軍偉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

摘要：目前，高爐面臨巨大的環(huán)保壓力，限產(chǎn)、悶爐情況時(shí)常出現(xiàn)，在高爐爐役后期爐身冷卻壁大量破損和嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)要求下，高爐在長(zhǎng)期悶爐開爐后，經(jīng)過4 天的短暫爐況恢復(fù)，被迫進(jìn)行降料面停爐操作。通過對(duì)爐缸狀況的科學(xué)分析，制定安全合理的停爐方案、嚴(yán)格控制高爐在恢復(fù)爐況和停爐期間的操作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了高爐在爐缸異常狀態(tài)下的安全停爐。

關(guān)鍵詞：高爐；異常爐況；降料面；停爐

0 前言

受嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)影響，安鋼1 號(hào)高爐容積為2 200 m³，在2016 年11 月～2017 年2 月期間1 號(hào)高爐共悶、開爐3 次，高爐生產(chǎn)、操作十分被動(dòng)。為了積極響應(yīng)采暖期間的環(huán)保政策和爐役后期高爐冷卻壁的檢修需要，1 號(hào)高爐于2017 年1 月5 日無計(jì)劃悶爐，至2 月10 日開爐，并于2 月15 日安全降料面，實(shí)現(xiàn)了異常爐況下的安全停爐，為接下來的高爐中修打下基礎(chǔ)。

1 高爐概況

安鋼1 號(hào)2 000 m³ 級(jí)高爐于2005 年建成投產(chǎn)，有28 個(gè)風(fēng)口，3 個(gè)出鐵場(chǎng)，3 座改進(jìn)型高溫長(zhǎng)壽熱風(fēng)爐。采用了PW 串罐無料鐘爐頂; 最新的磚壁合一技術(shù)，高熱負(fù)荷區(qū)域采用銅冷卻壁，聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng); 爐底、爐缸采用“陶瓷杯”+水冷炭磚薄爐底爐缸結(jié)構(gòu)。至今，高爐已持續(xù)運(yùn)行12 年，爐身冷卻壁破損較多，占到40%，冷卻壁的頻繁漏水造成了高爐爐型的不規(guī)則，影響高爐的順行，直接制約了高爐燃耗的優(yōu)化，嚴(yán)重威脅高爐的安全生產(chǎn)。

2 停爐前的準(zhǔn)備工作

此次停爐十分特殊，2017 年1 月5 日1#高爐應(yīng)環(huán)保要求悶爐，2 月10 日開爐生產(chǎn)，因環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻，2 月15 日必須停下來，爐況恢復(fù)時(shí)間只有4 天，停爐時(shí)間緊迫，難度巨大。為了下一步的檢修更換漏水冷卻壁和減少后期人工扒爐工作量，遂決定降料面停爐。但是降料面停爐前必須要解決兩個(gè)問題: 一是高爐爐缸的恢復(fù); 二是降料面前的準(zhǔn)備。

2．1 爐缸的恢復(fù)

近三個(gè)月來爐缸狀態(tài)始終處于比較惡劣的情況下，要實(shí)現(xiàn)安全降料面停爐，首先要把爐缸恢復(fù)到具備降料面的條件，物理熱1 500 ℃以上，風(fēng)口要開到全風(fēng)口的80%以上。

2．1．1 停爐前高爐狀態(tài)的分析

受環(huán)保要求，在2016 年11 月～ 2017 年2 月間1 號(hào)高爐共悶、開爐3 次，最近一次是2017 年1 月5日悶爐，悶爐時(shí)間長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月，而且2016 年11 月l1月下旬因1#，2#鐵口之間爐缸側(cè)壁溫度攀升過快，為保安全高爐長(zhǎng)期堵上方4 個(gè)風(fēng)口，并配加鈦礦護(hù)爐，導(dǎo)致爐缸狀態(tài)十分惡劣。

此次所留下的恢復(fù)時(shí)間太短，要求恢復(fù)過程中不容有任何偏差，且1 月5 日悶爐至2 月10 日時(shí)間過長(zhǎng)，悶爐料負(fù)荷過重，考慮到目前爐缸的狀態(tài)，經(jīng)跟廠部討論決定本次爐況恢復(fù)按爐缸凍結(jié)處理。

2．1．2 停爐前的爐況恢復(fù)

1 號(hào)高爐于2017 年2 月10 日開爐，為保證開爐恢復(fù)進(jìn)度，所有風(fēng)口都進(jìn)行處理，觀察記錄每個(gè)風(fēng)口焦炭的疏松狀態(tài)和紅焦情況，挖進(jìn)1．5 m 填充新焦炭，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)1#，2#鐵口方向焦炭情況較好，為保恢復(fù)效率決定只用1#鐵口上方5 個(gè)風(fēng)口送風(fēng)( 如圖1 所示) ，其余風(fēng)口全部用磚套堵嚴(yán)，并保證送風(fēng)時(shí)不被吹開。從1#、2#鐵口上方的風(fēng)口向下燒至與鐵口貫通，并處理1#，2#鐵口燒入3 m 以上埋入氧槍，通入壓縮空氣和氧氣，調(diào)整合適壓力，加熱爐缸，以加速爐況的恢復(fù)進(jìn)程，留專人看守，每5 小時(shí)更換一次氧槍，防止燒壞鐵口區(qū)域碳磚。

2 月10 日18: 40 高爐送風(fēng)，送風(fēng)風(fēng)量為500 m³ /min，送風(fēng)風(fēng)口5 個(gè)，風(fēng)口面積為0．052 9 m²，風(fēng)溫為700 ℃，考慮爐缸嚴(yán)重虧熱，按照“寧酸勿堿，寧熱勿涼”的原則，第一批料集中加凈焦255 t，為爐缸體積的1．35 倍，正常料負(fù)荷為1．67，每批配加錳礦600 kg，計(jì)算爐渣堿度1．1，保證渣鐵能夠順利排出。上部布料則以透氣性為主，縮小礦帶，發(fā)展兩股氣流。22: 00 1#鐵口拔出氧槍，排出渣鐵約為20 t，流動(dòng)性較差，物理熱為1 330 ℃。因爐缸嚴(yán)重虧熱，嚴(yán)格控制新渣鐵的生成速度，風(fēng)量維持在700 m³ /min，適當(dāng)富氧2 000 m³ /h，至11 日12: 00風(fēng)溫用到1 000 ℃，逐步提高理論燃燒溫度，2 月10日22: 00～2 月11 日22: 00 共出鐵14 次，每次出鐵時(shí)間為5 min～6 min，兩次鐵之間間隔1．5 h，確保及時(shí)排出涼渣鐵，達(dá)到加熱活躍爐缸的目的。11 日20: 45爐缸熱量改善，物理熱上到1 480 ℃，渣鐵流動(dòng)好轉(zhuǎn)，風(fēng)口較為活躍，高爐開始捅風(fēng)口加風(fēng)，開風(fēng)口原則是風(fēng)口活躍，爐溫上行，渣鐵流動(dòng)性好轉(zhuǎn)。恢復(fù)過程中理論風(fēng)速不超過240 m/s，實(shí)際風(fēng)速不超過310 m/s。因恢復(fù)時(shí)間短，2#，3#鐵口區(qū)域不夠活躍，熱量不足，渣鐵難以排放，只能靠1#單鐵口出鐵，恢復(fù)進(jìn)程受阻，因恢復(fù)時(shí)間短，同時(shí)7 ～ 11 號(hào)風(fēng)口又不在鐵口附近( 如圖2 所示) ，風(fēng)口不活躍，導(dǎo)致無法捅開，至14 日停爐前風(fēng)量加到2 600 m³ /min，送風(fēng)風(fēng)口數(shù)目為21 個(gè)，占風(fēng)口總數(shù)的75%，物理熱基本穩(wěn)定在1 510 ℃以上，具備降料面條件。

2．2 降料面前的準(zhǔn)備

2 月14 日3: 00 高爐停止上料，待8: 00 休風(fēng)時(shí)，料面為4． 09 m，期間共下料7 批，最上面加焦炭100 t，降料面之前鐵水物理熱1 508 ℃，爐渣R =1．08。休風(fēng)后進(jìn)行十字測(cè)溫和布料溜槽的拆除，關(guān)閉漏水冷卻壁的水管，更換漏水小套、中套，檢查水冷齒輪箱的冷卻水，防止往爐內(nèi)漏水，嚴(yán)格做到打水可控。對(duì)爐殼跑風(fēng)開焊處進(jìn)行補(bǔ)焊維修。安裝爐喉霧化打水管并調(diào)試，要求總水量≥120 m³ /h，水壓≥1．2 MPa，打水管四個(gè)方向共設(shè)有8 根水管，每個(gè)方向均可單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)停爐過程中對(duì)頂溫的靈活控制，打水管調(diào)試完成后通水，避免插入爐內(nèi)受熱變形彎曲或者堵死霧化孔。調(diào)試爐喉氮?dú)狻⒄羝?，要求壓力大?．5 MPa，保證停爐期間煤氣安全。在爐頂壓力取樣口處增設(shè)新爐喉煤氣取樣管，引至出鐵廠平臺(tái)，防止堵塞，通氮?dú)夥创?，保證停爐過程能夠及時(shí)對(duì)爐喉煤氣化驗(yàn)分析。更換3 個(gè)料面探尺，增加量程到24 m，保證降料面過程中對(duì)料面的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3 降料面停爐過程

3．1 降料面操作

2 月14 日14: 30 高爐復(fù)風(fēng)開始降料面，此時(shí)料線平均4 m。因高爐開爐不久，爐缸狀態(tài)差，負(fù)荷輕，受頂溫的制約及為防止管道出現(xiàn)，最終確定送風(fēng)風(fēng)量為2 800 m³ /min，風(fēng)溫為950 ℃，控制理論燃燒溫度在2 250 ℃ ～ 2 300 ℃之間。受爐缸風(fēng)口偏堵的影響，送風(fēng)后下料不均勻，1#料線下料最快，3#料線最慢，料面呈斜坡狀態(tài)，為防止塌料導(dǎo)致煤氣爆震，密切關(guān)注頂壓和頂溫走勢(shì)及變化情況，嚴(yán)格控制風(fēng)量，風(fēng)壓。前期用風(fēng)原則是只要頂溫和煤氣成份可控，風(fēng)量用到最大。

前期料線下降順暢，進(jìn)展較快。降料面過程中有三個(gè)節(jié)點(diǎn): 一是料面進(jìn)入爐身下部之前，此時(shí)的煤氣成份正常，H₂含量可控，保證頂溫在300 ℃左右，風(fēng)量可適當(dāng)加大; 二是爐身下部至爐腰，此時(shí)因料層減薄，打水量的增加，H₂ 含量上升較為明顯，應(yīng)適當(dāng)控制風(fēng)量; 三是料面進(jìn)入爐腰，此時(shí)煤氣成份接近安全管理值的上限，要密切關(guān)注煤氣成份。2 月14 日16: 46 至第一次出鐵前，1 # 料線8 m，風(fēng)量2 600 m³ /min，H₂ 含量為3．4%，此時(shí)處于爐身中部，頂溫和煤氣成份可控。23: 37，1#料線16．33 m，煤氣中H₂ 含量為7．8%，從探尺和煤氣分析，料面進(jìn)入爐身下部，頂壓不穩(wěn)小尖峰較多，為了防止煤氣爆震，控制風(fēng)量到2 450 m³ /min。2 月15 日1: 00，1#料線18．17 m，煤氣中H₂ 含量達(dá)到11．5%，從探尺和煤氣分析得出，料面到達(dá)爐腰。因H₂ 含量接近目標(biāo)管理值，為保證煤氣安全于1: 20 高爐停止回收煤氣，減風(fēng)壓至74 kPa，風(fēng)量1 960 m³ /min，繼續(xù)降料面。15 日4: 00，1#料線20．12 m，從料尺判斷，料面進(jìn)入爐腹，防止渣皮脫落，風(fēng)量減到1 650 m³ /min。5: 51 高爐休風(fēng)，累計(jì)風(fēng)量1 989 萬m³ /min( 如圖3 所示) ，1#料線21．28 m，2#料線19．52 m，3#料線18．04 m。

3．2 煤氣管理

高爐降料面過程中，煤氣的化驗(yàn)分析尤為重要，煤氣成份能間接反映料面的位置。隨著料面的下降，煤氣中CO₂ 含量會(huì)呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，標(biāo)志著爐內(nèi)間接還原的結(jié)束，待CO₂ 含量降到最低點(diǎn)即3%～5%時(shí)，料面進(jìn)入爐腰。待料面進(jìn)入爐腹后，隨著直接還原的發(fā)生，CO₂ 含量開始回升。而H₂ 和O₂ 濃度也是煤氣安全的關(guān)鍵參數(shù)，隨著打水量的增加，H₂ 含量逐漸上升，如果過多的水和焦炭反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的水煤氣，極易產(chǎn)生煤氣爆炸，所以打水量的控制和H₂ 濃度管理是降料面過程中的重要環(huán)節(jié)。隨著料面的下降，料層變薄，若不及時(shí)調(diào)整風(fēng)量，會(huì)導(dǎo)致煤氣中O₂ 濃度超標(biāo)，也極易形成爆炸性氣體，O₂ 濃度的管理也是保證安全降料面的重要環(huán)節(jié)，H₂ 和O₂ 濃度的管理標(biāo)準(zhǔn)分別見表1 和表2。

根據(jù)煤氣成分分析料面位置: ( 1) H₂ 上升，接近CO₂ 時(shí)，料面在爐身下部; ( 2) H₂＞CO₂ 時(shí)，料面可能進(jìn)入爐腰; ( 3) CO₂ 開始回升，料面可能進(jìn)入爐腹。

3．3 打水量控制

在降料面過程中，打水是整個(gè)降料面過程的主要操作，爐頂打水由主控室專人控制。為了保證爐頂設(shè)備安全和煤氣系統(tǒng)的安全，爐頂溫度要控制在300 ℃ ～ 450 ℃，最高不超過450 ℃，最低不得小于300 ℃，防止凝水聚集，氣密箱溫度控制在60 ℃以下，降料面前，氣密箱冷卻氮?dú)忾_到最大，確保氣密箱溫度在停爐期間保持平穩(wěn)。根據(jù)送風(fēng)參數(shù)，氣密箱溫度，頂溫和煤氣成分合理打水調(diào)節(jié)閥閥位開度，嚴(yán)格控制頂溫最低點(diǎn)方向的打水量，防止因料面偏，積水塌料造成爆炸事故，保證煤氣系統(tǒng)安全。為了確保打水霧化，停爐過程打水以新增霧化系統(tǒng)為主，待能力不能滿足時(shí)，開舊爐喉打水系統(tǒng)降頂溫。本次停爐新增霧化打水量為1 515 t，舊打水系統(tǒng)打水量為128 t。

3．4 出渣鐵管理

降料面期間，原則上安排出鐵3 次。因開爐恢復(fù)時(shí)間短，3#鐵口不活，本次停爐主要使用1#，2#鐵口出鐵。第一次出鐵，大約送風(fēng)2 h 左右出鐵，選用直徑80 mm 鉆頭開口; 第二次鐵結(jié)合理論鐵量，在料面降至爐身下部或爐腰部位時(shí)出鐵; 最后一次出鐵在休風(fēng)停爐前0．5 h，1#，2#鐵口同時(shí)打開，力爭(zhēng)多出渣鐵，大噴鐵口，直至休風(fēng)。

考慮到高爐開爐不久，爐缸不活，殘余渣鐵較多，為了保證降料面的質(zhì)量，加快了出鐵節(jié)奏，16: 46出第一次鐵，出鐵約85 t，之后間隔每1．5 h 出鐵一次，在料線到達(dá)爐身下部時(shí)，共出鐵220 t，因渣鐵分離差，隨后出鐵均改出火渣。

4 結(jié)語

( 1) 本次停爐因開爐不久，通過短期恢復(fù)爐況，克服了爐缸狀態(tài)差，料面偏差大的不利因素，實(shí)現(xiàn)了安全停爐。

( 2) 本次停爐從14 日14: 30 ～ 15 日5: 50，用時(shí)15．5 h，因爐缸不活，1#料線降到風(fēng)口中心線下部，其余兩個(gè)料線在爐腹中下部。1#料線深21．28 m，2#料線深19．52 m，3#料線深18．04 m。

( 3) 合理的霧化打水和嚴(yán)格對(duì)煤氣中氫氣，氧氣濃度管理是本次安全停爐的關(guān)鍵。

( 4) 通過計(jì)算理論鐵量，合理安排出鐵節(jié)奏可有效加速降料面的進(jìn)程。

5 參考文獻(xiàn)

［1］ 李世杰，楊占海，侯健，等．邯鋼8 號(hào)高爐快速停爐降料面實(shí)踐［J］．煉鐵，2012，31( 4) : 48－50．

［2］ 周傳典．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，2012: 429－456．