胡春暉，陳生利，柏德春，余 駿

(廣東中南鋼鐵股份有限公司，廣東 韶關(guān) 512123)

摘 要: 高爐停爐對爐缸進(jìn)行修復(fù)，需要對爐缸進(jìn)行清理，目的是清除爐缸內(nèi)部殘留渣鐵，便于后續(xù)爐缸澆注或者是爐缸炭磚砌筑。清理爐缸殘留渣鐵，作業(yè)難度非常大，安全風(fēng)險(xiǎn)較高，作業(yè)周期長。爐缸清理是否干凈，關(guān)系到高爐投產(chǎn)后爐缸安全及長壽，是高爐爐缸修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，闡述了清理爐缸過程中放殘鐵作業(yè)、清理作業(yè)、安全管控等具體技術(shù)，提出了系列關(guān)于爐缸清理創(chuàng)新思路，為不斷優(yōu)化爐缸清理技術(shù)提供借鑒。

關(guān)鍵詞: 高爐; 停爐; 爐缸清理; 放殘鐵; 降料面

0 引言

中南鋼鐵 6 號高爐有效爐容 1 050 m³。2021 年9 月，爐缸側(cè)壁溫度居高不下，威脅高爐安全生產(chǎn)，隨后組織停爐對爐缸實(shí)施澆注，于 2021 年 11 月爐缸澆注完成開爐投產(chǎn)。本次爐缸澆注耗時約 2 個月，其中，清理爐缸殘鐵耗時達(dá) 15 d，對整個爐缸修復(fù)工期影響較大。2024 年 2 月，6 號高爐因側(cè)壁溫度偏高再次升高達(dá) 480 ℃，考慮到爐缸安全問題，于2024 年 2 月 26 日停爐對爐缸進(jìn)行修復(fù)。本次爐缸修復(fù)，從停爐后放殘鐵作業(yè)，再到爐體內(nèi)部殘留物清理，均采用了系列創(chuàng)新技術(shù)，耗時 9 d 就開始進(jìn)行爐缸澆注，為高爐提前復(fù)產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

1 高爐停爐

1．1 降料面作業(yè)

本次停爐采用洗爐的方法來減少爐墻黏結(jié)物，改善渣鐵流動性，活躍爐缸。停爐前 10 d，通過調(diào)整礦焦布料角度，適度發(fā)展邊緣，沖刷爐墻; 同步調(diào)整高爐冶煉參數(shù)，［Si］0． 4% ～ 0． 8%、Ｒ 1． 05 ～ 1．15、S0．025% ～ 0．045%、MgO 8% ～ 9%、Al₂O₃ 15．5%以內(nèi)，為保證爐缸熱量充沛，鐵水溫度目標(biāo)按爐次PT≥1 470 ℃進(jìn)行調(diào)控。停爐前 2 d 開始降低煤比冶煉，噴煤比由 170 kg /t 降至 120～130 kg /t; 在配料制度方面，每批料加入少量硅石、錳礦，降低爐渣堿度; 停爐前12 h開始逐步退負(fù)荷，8 h開始改全焦冶煉，全焦冶煉時的負(fù)荷約為 2．9 t /t，根據(jù)冶煉周期計(jì)算，待全焦負(fù)荷到達(dá)風(fēng)口下方時，組織高爐預(yù)休風(fēng)， 利用預(yù)休風(fēng)時間處理停爐相關(guān)設(shè)備以及相關(guān)準(zhǔn)備工作。在預(yù)休風(fēng)時，高爐爐頂料面最后一批次放入10 t凈焦，一方面便于預(yù)休風(fēng)爐頂點(diǎn)火作業(yè)，另一方面改善休風(fēng)后料柱透氣性。

預(yù)休風(fēng)結(jié)束后，高爐開始送風(fēng)降料面，采用爐頂打水降溫工藝來控制爐頂煤氣溫度，控制標(biāo)準(zhǔn)按照350 ～450 ℃進(jìn)行，當(dāng)煤氣溫度高于 450 ℃時，爐頂霧化打水系統(tǒng)自動打開; 當(dāng)煤氣溫度低于 350 ℃時，霧化打水系統(tǒng)自動關(guān)閉。在打水降溫過程中，嚴(yán)格控制煤氣中 H₂ 含量^［1］。當(dāng) H₂ 含量超標(biāo)時，必須實(shí)施減風(fēng)操作，同時減少打水量，直到 H₂ 含量在控制標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。停爐降料面 H₂ 含量控制見表 1。

高爐降料面開始階段，富氧量按照日常最高值控制，隨著料面降低，富氧量逐步減少^［1］。高爐風(fēng)溫使用以滿足爐況順行和爐溫控制為原則，理論燃燒溫度原則小于2 350 ℃，在此基礎(chǔ)上盡量使用高風(fēng)溫，保證鐵水溫度。高爐停爐降料面風(fēng)氧如圖 1所示。

降料面過程中，30 min 取一個煤氣樣化驗(yàn)煤氣中的 CO、CO₂、H₂、O₂、N₂ 的含量，要求取樣前應(yīng)放散管道內(nèi)殘余煤氣，放散時間約 2 min，以保證取樣的及時性和代表性^［2］。降料面初期，CO 開始上升，CO₂ 開始降低; H₂ 上升接近 CO₂ 值時，料面在爐身下部; H₂ ＞CO₂ 時料面進(jìn)入爐腰; 當(dāng) CO 開始降低，CO₂ 開始上升，料面進(jìn)入爐腹; N₂ 開始上升料面進(jìn)入風(fēng)口區(qū); 當(dāng) CO 和 CO₂ 相等時，降料面工作接近尾聲。當(dāng)料面距風(fēng)口中心線約 1．5 m 或煤氣成分超安全基準(zhǔn) O₂＞1%，不符合進(jìn)入管網(wǎng)條件，高爐放散、切煤氣，改常壓操作。煤氣中 O₂ 濃度＞1%或超過半數(shù)風(fēng)口出現(xiàn)吹空現(xiàn)象。

爐前按照停爐要求組織出鐵，原則上第一次出鐵安排在送風(fēng)后 1 h; 第二次出鐵安排在料面進(jìn)入爐腹以后; 第三次鐵料線降到風(fēng)口中心線以上約1．5 m時出最后一爐鐵。最后爐次出鐵結(jié)束后，降爐前渣鐵溝全部排空，高爐休風(fēng)停爐。

1．2 放殘鐵操作

1．2．1 爐缸殘鐵量計(jì)算

殘鐵量計(jì)算方法為死鐵層高度計(jì)算，取值: 殘鐵口位置標(biāo)高 7 m，距離鐵口中心線 L = 1．6 m，殘鐵通道角度取 ɑ = 10°，鉆孔深度 h = 2．5 m，則死鐵層高度H = L－h(huán)×sinɑ = 1．6－2．5×sin( 10°) = 1．17 m。

根據(jù)爐缸容積，扣除死鐵層部分，測算爐缸殘鐵量在 108 ～ 251 t，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取 190 t。按每個鐵水包裝 80～100 t，加備用包，需準(zhǔn)備鐵水罐 4 個。

1．2．2 放殘鐵平臺制作

本次放殘鐵，根據(jù)高爐區(qū)域場地情況，確定在高爐正南方向吊裝孔設(shè)置殘鐵孔，在高爐第二段冷卻壁區(qū)域下方的鐵路線為殘鐵入罐區(qū)。按熱電偶測溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行侵蝕推算后認(rèn)為，爐缸二段冷卻壁下部所在的象腳區(qū)是側(cè)壁侵蝕較嚴(yán)重的區(qū)域，而爐底則可能侵蝕到了第一、二層陶瓷墊。經(jīng)現(xiàn)場勘查以及查閱圖紙，并考慮殘鐵口與鐵水罐口之間的標(biāo)高落差、距離，權(quán)衡坡度以后，選取爐缸二段、位于正南 90 ° 方向稍微偏向東為殘鐵口?；跉堣F溝槽布置合理性、起始標(biāo)高、坡度原因，選取冷卻壁垂直中線標(biāo)高7 m 位置為殘鐵口開孔點(diǎn)，以此為起點(diǎn)布設(shè)殘鐵溝槽。殘鐵平臺示意圖如圖 2 所示。

此次殘鐵溝全長約 8 000 mm，高度800 mm，底寬 1 000 mm，鋼板厚度 10 mm，如圖 2 所示。溝底平砌一層耐火磚，側(cè)面立砌一層耐火磚，使用鐵溝料整體搗制。前段料層厚度為 400 m ( 包括耐火磚厚度) ，末端料層厚度200 mm( 包括耐火磚厚度) ，殘鐵溝坡度在鋼結(jié)構(gòu)坡度的基礎(chǔ)上用料層厚度變化進(jìn)一步加大，實(shí)際溝料坡度約 8°，整溝完成后用煤氣火烘干。

放殘鐵操作平臺分布在殘鐵槽兩側(cè)，每側(cè)寬度1～2 m，視現(xiàn)場情況布置，所有平臺邊緣及走梯加設(shè)護(hù)欄。平臺表面鋪耐火磚進(jìn)行防護(hù)。為工作方便和安全考慮，每側(cè)平臺均設(shè)上下走梯，走梯坡度不大于 45°。

1．2．3 殘鐵孔操作

在停爐出完最后一爐鐵休風(fēng)后，及時配好殘鐵包，開始準(zhǔn)備制作殘鐵口。

⑴空料線結(jié)束休風(fēng)后，提前將殘鐵口及其相鄰1～2 段冷卻壁位置的冷卻壁水關(guān)閉，水管斷開，使用壓縮空氣吹凈存水。割斷的冷卻壁水管上下采用軟管連接，保護(hù)冷卻壁。放殘鐵處冷卻壁水管提前更改為軟管卡扣連接，方便于停爐后及時打開殘鐵口節(jié)約時間。

⑵休風(fēng)后燒割殘鐵口位置爐皮，尺寸控制在400 mm×600 mm( 提前采購該處冷卻壁及爐殼，冷卻壁為合門冷卻壁，爐殼材質(zhì)與原爐殼一致) 。

⑶去掉殘鐵口爐皮后，清理里面的碳搗料層和雜物，嚴(yán)禁向該部位打水冷卻。將四周冷卻壁、爐殼縫隙用有水炮泥和料搗實(shí)、烘烤，確保鐵水不得向下滲漏。摳除搗打料后，測炭磚表面溫度，200 ℃ 內(nèi)為安全溫度，否則表明所剩炭磚較薄，施工人員需避免正對殘鐵口。然后燒( 高壓氧) 冷卻壁，面積400 mm×600 mm。及時運(yùn)走切割下爐皮和冷卻壁。

⑷搗制殘鐵口泥套。殘鐵口下面溝內(nèi)制作砌筑耐火磚套( 厚度 75 mm) ，殘鐵口做好泥套( 泥套自爐皮起深度≮200 mm，直徑≮250 mm) ，防止鐵水向下漏鐵，損壞爐皮、發(fā)生爆炸。

1．2．4 回風(fēng)排放殘鐵

殘鐵孔打開后，開始放殘鐵。當(dāng)殘鐵口處流出鐵水后，根據(jù)鐵水流量讓其自由流到殘鐵包。在放殘鐵末期、殘鐵量減少時，通過風(fēng)機(jī)、混風(fēng)閥送冷風(fēng)到高爐，高爐關(guān)一個放散閥，在高爐內(nèi)部形成一定的壓力，高爐回風(fēng)帶壓出殘鐵，控制風(fēng)壓 60 kPa，風(fēng)量控制要小，保證殘鐵孔渣鐵流不噴濺，不拋射，直到放凈殘鐵。

放殘鐵后期，如遇鐵溫低，流速差，發(fā)生鐵水堆積時，利用遠(yuǎn)程遙控小型自制泥炮機(jī)，將殘鐵眼堵死，防止鐵水溢溝。如遇殘鐵溢溝將殘鐵眼堵死后，造成殘鐵放不干凈，只要?dú)堣F厚度≯500 mm，不會影響后期爐內(nèi)清理進(jìn)度。

2 爐缸殘鐵清理作業(yè)

2．1 清理作業(yè)流程

停爐前所有施工人員、設(shè)備到廠，焊接安裝扒渣溜槽→涼爐期間安裝調(diào)試設(shè)備、開設(shè)扒渣口等→爐內(nèi)組裝吊盤進(jìn)行爐身掛渣排險(xiǎn)清理→拆卸吊盤→把兩臺挖掘機(jī)吊入爐內(nèi)清理爐缸殘焦散料→散料清理同時清理側(cè)壁炭磚→完成后利用重錘和燒氧處理殘鐵→清理底部澆注料→清理至驗(yàn)收合格后吊出挖機(jī)及爐內(nèi)工器具。

2．2 涼爐作業(yè)

殘鐵排放干凈后，通過爐頂打水及風(fēng)口打水涼爐，待爐缸內(nèi)部區(qū)域溫度檢測合格，涼爐結(jié)束。初始涼爐階段，打水量控制不宜過大，避免爐缸內(nèi)部殘留渣鐵與水大量聚集反應(yīng)產(chǎn)生爆震等現(xiàn)象。

2．3 高爐內(nèi)部殘鐵清理作業(yè)

通過爐頂大方人孔，用大方孔上方電動葫蘆及預(yù)先安裝好的卷揚(yáng)機(jī)接力把 2 臺 30 型挖掘機(jī)吊入爐內(nèi)。吊裝過程中應(yīng)注意防止滑落，利用鏟斗后面的掛鉤吊裝，起升到一定高度時要注意下盤穩(wěn)定，防止翻車，除起升操作人員外，其他人員撤離到警戒線以外，此時要保證爐內(nèi)無人。風(fēng)口區(qū)域要有人監(jiān)護(hù)，防止有人進(jìn)入爐內(nèi)。挖掘機(jī)進(jìn)入爐缸后首先對風(fēng)口區(qū)進(jìn)行清理，盡快打通所有風(fēng)口，以保證所有風(fēng)口暢通。

爐料清理以微型挖機(jī)作業(yè)為主、人工風(fēng)鎬清理為輔。爐缸死料柱及風(fēng)口帶料面扒除時，從風(fēng)口出料; 料面整理完就開始清理風(fēng)口帶組合磚、爐缸側(cè)壁炭磚及爐底陶瓷墊，主要以微型挖機(jī)作業(yè)為主、人工風(fēng)鎬清理為輔，風(fēng)口帶各風(fēng)口間的黏結(jié)物應(yīng)盡量用風(fēng)鎬等工具進(jìn)行清理。清理下來的廢料要及時破碎并運(yùn)出爐外。

爐缸區(qū)域殘鐵清理時盡量不破壞爐底炭磚，盡量利用大噸位千斤頂將大塊殘鐵頂起懸空，用鐵板墊穩(wěn)。將小塊殘鐵用鋼絲繩捆綁牢固，利用爐頂卷揚(yáng)機(jī)吊起后，操作爐外扒渣口卷揚(yáng)機(jī)將殘鐵塊拖拽出爐外。

3 結(jié)語

⑴高爐停爐是煉鐵生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié)，涉及安全、環(huán)保、質(zhì)量等諸多問題。停爐前期的準(zhǔn)備工作至關(guān)重要，停爐前洗爐，有利于改善爐缸活躍性，改善渣鐵流動性，可以有效減少爐缸底部殘留量。

⑵放殘鐵過程中，采用回風(fēng)帶壓排放殘鐵，有利于吹干凈爐缸底部殘留渣鐵，減輕后續(xù)清理勞動強(qiáng)度。

⑶爐缸清理作業(yè)過程中，安全管控是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，需要制定詳細(xì)的安全管控方案，才能保證技術(shù)有效地實(shí)施。

參考文獻(xiàn):

［1］ 周傳典，劉萬山，王筱留，等．高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，2002．

［2］ 項(xiàng)鐘庸，王筱留．高爐設(shè)計(jì)－煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐( 第 2 版) ［M］．北京: 冶金工業(yè)出版社，2014．