李建軍，劉德輝
（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠， 遼寧鞍山114021）
摘要： 鞍鋼新1 號(hào)高爐由于爐體破損嚴(yán)重，于2016 年12 月14 日停爐大修，本次停爐降料線首次采用溫度場(chǎng)計(jì)算爐內(nèi)殘鐵量和殘鐵口位置，停爐后爐內(nèi)殘鐵幾乎無(wú)殘留。由于爐頂打水量適當(dāng)，煤氣成分和頂溫得到準(zhǔn)確控制，料面平整、穩(wěn)定地降到風(fēng)口平面位置。在大修期間，制定嚴(yán)格施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證工程質(zhì)量滿(mǎn)足高爐長(zhǎng)壽要求。
關(guān)鍵詞： 高爐；停爐；殘鐵；降料線
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠新1 號(hào)高爐（3200 m3）第2 代爐役于2011 年5 月15 日開(kāi)爐，投產(chǎn)后高爐順行狀態(tài)一直良好， 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改善，2011~2013 年連續(xù)3 年均利用系數(shù)超過(guò)2.3 t/(m3.d)、燃料比長(zhǎng)期穩(wěn)定在510 kg/t 以下。從2014 年3 月開(kāi)始， 爐缸環(huán)炭局部位置溫度開(kāi)始上升，最高點(diǎn)達(dá)620 ℃，并且鐵口下方爐殼相繼出現(xiàn)多處開(kāi)裂現(xiàn)象，同時(shí)爐身部位內(nèi)襯大部分脫落，爐皮溫度最高達(dá)400 ℃，高爐通過(guò)裝冷卻棒、爐皮打水，將利用系數(shù)控制在1.9 t/（m3.d）以下，以低產(chǎn)能高消耗運(yùn)行狀態(tài)維持安全。經(jīng)鞍鋼股份有限公司決定，于2016 年12 月14 日停爐大修。由于停爐操作措施合理，降料線、出殘鐵操作與預(yù)期計(jì)劃幾乎保持一致， 鞍鋼首次實(shí)現(xiàn)完全按計(jì)劃精確停爐。
本次大修歷時(shí)103 天，主要更換爐缸內(nèi)襯、爐缸1～6 段爐殼和冷卻壁， 更換第11～15 段鑄鐵冷卻壁，更換第7～10 段銅冷卻板，濕法除塵系統(tǒng)改為干法除塵系統(tǒng)，并對(duì)重力除塵器、熱風(fēng)爐混風(fēng)設(shè)備等設(shè)備和工藝進(jìn)行改造升級(jí)。在大修過(guò)程，嚴(yán)格施工質(zhì)量管理，為日后高效長(zhǎng)壽奠定基礎(chǔ)。
1 停爐前準(zhǔn)備
1.1 停爐前洗爐
為清除爐墻粘結(jié)物以及出好殘鐵， 停爐前15天開(kāi)始實(shí)施物理洗爐，即采用降低終渣堿度、提高爐溫操作制度。將鐵水ω［Si］含量控制在0.6%左右, 逐漸降低入爐堿度, 由1.45 逐次降低到1.32?？紤]到停爐降料線和出殘鐵需求，停爐前爐缸必須活躍，2016 年12 月11 日組織1 次短時(shí)間休風(fēng)， 復(fù)風(fēng)后全風(fēng)口操作， 風(fēng)壓由310 kPa 提高到350 kPa， 爐況順行一直延續(xù)到2016 年12 月14 日預(yù)休風(fēng)前。
1.2 倒礦槽和倒焦炭槽
高爐大修停爐前，要求把9 個(gè)燒結(jié)礦槽、9 個(gè)球團(tuán)礦槽和6 個(gè)焦炭槽中所有爐料清空, 便于料槽檢修。以往均集中在停爐前2 日進(jìn)行倒槽操作，為保證預(yù)休風(fēng)前高爐穩(wěn)定順行， 防止在短時(shí)間內(nèi)集中倒槽，爐料粉末在短時(shí)間內(nèi)過(guò)于集中入爐，影響高爐順行，從2016 年12 月2 日到12 月10 日，用9 天時(shí)間把高爐所有料槽和受料槽逐個(gè)預(yù)倒1 遍，最后把剩余爐料集中到幾個(gè)特定料槽中。12 月11 日開(kāi)始逐步減少來(lái)料量，到預(yù)休風(fēng)結(jié)束后，僅剩燒結(jié)礦800 t，球團(tuán)礦800 t、焦炭400 t。
2 降料線停爐操作過(guò)程
2.1 預(yù)休風(fēng)操作
在正式降料線休風(fēng)停爐前進(jìn)行1 次預(yù)休風(fēng)，在爐頂十字測(cè)溫處安裝4 個(gè)打水槍?zhuān)?在正式降料線過(guò)程，控制爐頂溫度，防止燒壞爐頂設(shè)備。更換破損風(fēng)口， 保證降料線過(guò)程安全。安裝長(zhǎng)距離料尺，用于監(jiān)控正式降料線料面下降過(guò)程。
12 月13 日21：00 開(kāi)始變料，入爐堿度1.24，減輕綜合負(fù)荷20%，12 月15 日0：00 開(kāi)始控料線； 到1：00 時(shí)料線降至2.7 m；2：00 時(shí)料線降至4 m,由于爐頂溫度上升，開(kāi)始爐頂打水；5：00 時(shí)料線降至8 m， 減風(fēng)到零， 完成預(yù)休風(fēng)， 加蓋面焦20 t， 總計(jì)上休風(fēng)料59 批，休風(fēng)前最后一次生鐵ω ［Si］含量為0.615%、ω ［S］含量為0.025%。
2.2 降料線
高爐大修停爐，理想狀態(tài)是將料面安全、平穩(wěn)降到風(fēng)口中心線， 但是在降料面時(shí)容易出現(xiàn)爐頂煤氣溫度過(guò)高燒壞爐頂設(shè)備、煤氣H2含量高產(chǎn)生爆鳴、爐頂打水控制不準(zhǔn)確水蒸氣產(chǎn)生膨脹爆炸等安全隱患；此外，在降料線過(guò)程，還容易出現(xiàn)管道、爐皮開(kāi)裂、頂壓冒尖、放散閥著火等事故［3-4］。因此，降料線過(guò)程要嚴(yán)格控制好煤氣成分、打水量和出鐵時(shí)機(jī)。
鞍鋼新1 號(hào)高爐從2016 年12 月14 日14：15開(kāi)始降料線，到12 月15 日6：30 休風(fēng)結(jié)束，期間每隔30 min 取1 次煤氣樣，分析煤氣成分，嚴(yán)格控制H2和O2成分變化，并實(shí)時(shí)探測(cè)料線變化（見(jiàn)表1）。本次降料線共計(jì)打水1 995 t，料面平穩(wěn)而且平整地降到風(fēng)口區(qū)域。
在降料線過(guò)程總計(jì)出3 次鐵， 第1 次在料線接近18 m 時(shí)，共出鐵水320 t、渣120 t，鐵水ω［Si］為1.145%、溫度1 483 ℃； 第2 次在料線接近21 m時(shí)，共出鐵水320 t、渣140 t，鐵水ω［Si］為2.0%、溫度1 525 ℃；第3 次接近停風(fēng)，共出鐵水26 t、渣110 t，鐵水ω［Si］為1.0%、溫度1 523 ℃。降料線期間鐵水物理熱和渣鐵流動(dòng)性良好， 為最后出殘鐵提供了有力的條件。
3 出殘鐵操作
高爐出殘鐵操作是停爐操作重要環(huán)節(jié)之一，如果殘鐵口位置選擇在內(nèi)襯侵蝕最薄弱位置，出殘鐵過(guò)程中容易造成內(nèi)襯崩塌， 誘發(fā)安全事故［1］；殘鐵量估算不準(zhǔn)確，造成殘鐵出不凈，爐內(nèi)渣鐵殘留量過(guò)多，增加爐缸清理難度。
3.1 殘鐵口位置選擇
根據(jù)鞍鋼新1 號(hào)高爐第5 層滿(mǎn)鋪碳磚檢測(cè)電偶溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算，判斷陶瓷墊基本保持完整，因此，殘鐵口高度選擇在第1～第2 層陶瓷墊之間位置，即爐缸二段冷卻壁底部向上680 mm的位置。
根據(jù)高爐爐缸碳磚檢測(cè)電偶溫度數(shù)據(jù)， 判斷2 號(hào)鐵口是侵蝕最為嚴(yán)重區(qū)域，因此，選擇殘鐵口位置應(yīng)該避開(kāi)2 號(hào)鐵口。為了不影響高爐停爐前正常出鐵和便于殘鐵溝砌筑， 同時(shí)便于殘鐵運(yùn)輸， 最終殘鐵口選擇在1 號(hào)鐵口偏北、2 號(hào)風(fēng)口下方位置。
3.2 殘鐵量計(jì)算
根據(jù)鞍鋼經(jīng)驗(yàn)， 按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算爐缸內(nèi)殘鐵量［2］：
式中，p 為殘鐵量，t；k 為殘鐵系數(shù)， 一般為0．4~0.6，侵蝕嚴(yán)重的爐底取上限，較輕取下限；d 為爐缸直徑，m；h 為實(shí)際死鐵層深度，m；ρ 為熱態(tài)鐵水密度,t/m3。
按此經(jīng)驗(yàn)公式， 本次鞍鋼新1 號(hào)高爐殘鐵計(jì)算量為1 080 t, 實(shí)際出殘鐵用時(shí)7 個(gè)多小時(shí)，實(shí)際殘鐵量大約1 000 t 左右，從最后扒爐缸結(jié)果看爐缸殘鐵出的非常凈， 只是在底部環(huán)狀帶有小量殘鐵，計(jì)算殘鐵量與實(shí)際殘鐵量基本一致。
3.3 出殘鐵
為方便殘鐵運(yùn)輸， 殘鐵坑設(shè)在2 號(hào)鐵口擺嘴下第5 和第6 鐵道路線上。按殘鐵量1 080 t 設(shè)計(jì)殘鐵坑，殘鐵坑參數(shù)為21 m×10 m，深度是向地面下挖1 000 mm，底部先墊300 mm 厚的焦粉，然后墊200 mm 的無(wú)瀝青搗打料并搗實(shí)，用火烘烤干，四周用搗打料壘實(shí)，中間用搗打料壘成2 500 mm×2 000 mm×800 mm 的模子，共44 塊，設(shè)計(jì)能力可以滿(mǎn)足1 300 t 殘鐵。
殘鐵溝鋼板槽高1 000 mm， 寬1 200 mm，殘鐵溝總長(zhǎng)34 m，殘鐵溝向南延長(zhǎng)10 m，向北延長(zhǎng)12 m，殘鐵溝的坡度為10°，南北兩側(cè)殘鐵溝與墻體之間留有1 000 mm 的安全平臺(tái)，主殘鐵溝與南北兩側(cè)殘鐵溝交叉點(diǎn)設(shè)有沉鐵坑，起緩沖作用，保證出殘鐵工作更加安全。
4 大修施工實(shí)踐
高爐長(zhǎng)壽是一項(xiàng)系統(tǒng)工程， 其中施工質(zhì)量也是高爐長(zhǎng)壽系統(tǒng)工程中重要環(huán)節(jié)，因此，在高爐大修時(shí)， 制定先進(jìn)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和加強(qiáng)施工質(zhì)量管理具有重要意義。
4.1 制定爐缸爐底砌筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
本次鞍鋼新1 號(hào)高爐施工標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)［5］制定。
4.1.1 爐底砌筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
（1） 爐底每層炭磚及找平層抽查不少于4 處，要求每處5 m2 范圍內(nèi)不少于10 點(diǎn)，比規(guī)定磚縫大50%不能超過(guò)4 點(diǎn)。
（2） 搗打料密度符合設(shè)計(jì)要求，壓縮比要大于40%。
（3） 上下層之間磚縫不允許重合。
（4） 泥漿飽和度大于95%。
要求磚縫＜1 mm， 表面平整度用3 m 標(biāo)尺測(cè)量，誤差為±1 mm, 超微孔碳磚、德國(guó)西格里磚縫＜0.5 mm。
4.1.2 爐缸砌筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
（1） 每層炭磚抽檢不少于4 處，要求每處5m2范圍內(nèi)不少于10 點(diǎn)， 比規(guī)定磚縫大50%不能超過(guò)4 點(diǎn)。
（2） 同一層內(nèi)合門(mén)少于4 處， 不能在鐵口區(qū)域，并應(yīng)該均勻分布。
（3） 不能有3 層重縫， 上下層重縫與相鄰兩層重縫不能在同一位置。
（4） 砌體與冷卻壁或爐殼之間用搗料填實(shí)。
（5） 泥漿飽和度大于98%。
砌筑的質(zhì)量要求和允許誤差， 按表2 中標(biāo)準(zhǔn)要求。冷卻壁與碳磚之間搗打料， 每次鋪料厚度小于300 mm,搗打后壓下量不小于35%，直徑Φ6 mm金屬棒手工插入深度不大于50 mm； 風(fēng)口組合磚灰漿飽滿(mǎn)度≥98%，磚縫（2±1） mm，爐內(nèi)施工環(huán)境溫度≥5 ℃。
4.2 冷卻系統(tǒng)施工實(shí)踐
（1） 更換爐缸1~6 段冷卻壁。其中爐缸2 段、鐵口區(qū)為軋銅冷卻壁，水道直徑為60 mm，爐缸其余各段為鑄鐵冷卻壁， 水管規(guī)格為Φ73 mm×6 mm，同時(shí)更換爐缸1~5 段爐殼， 更換第7 到第10 段539 塊銅冷卻板，更換爐身上部1~5 段鑄鐵冷卻壁。
（2） 安裝20 個(gè)銅質(zhì)冷卻棒。由于22 層與23層冷卻板之間間距較大，存在冷卻盲區(qū)，本次大修在該區(qū)域安裝20 個(gè)銅質(zhì)冷卻棒， 冷卻棒規(guī)格為Φ90 mm，長(zhǎng)度140 mm，通軟水冷卻。
（3） 爐喉鋼磚取消水冷。原爐喉鋼磚分為上下兩段，上段高度為1 430 mm，內(nèi)部灌漿，下段高度為930 mm，原為水冷，本次大修取消水冷，全部改為內(nèi)部灌漿。
4.3 熱風(fēng)爐檢修
煙道閥、冷風(fēng)閥、助燃空氣閥、煤Ⅰ閥、煤Ⅱ閥返廠檢修， 更新DN2400 凈煤氣切斷閥、混風(fēng)閥、3 個(gè)熱風(fēng)閥和3 個(gè)熱風(fēng)支管波紋管，對(duì)混風(fēng)器進(jìn)行改造，并重新焊接管皮和砌筑耐火材料。
3 個(gè)外端管和三岔口部位耐火材料拆除，重新噴涂、砌筑。外端管砌筑時(shí)，沿軸向噴涂層、輕質(zhì)層和重質(zhì)層均留了2 道20 mm 寬的膨脹縫，以保證波紋管的伸縮功能。更新煤氣換熱器，本次大修仍采用板式換熱器。
5 結(jié)論
（1） 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠新1 號(hào)高爐本次降料線是在總結(jié)鞍鋼多年停爐降料線操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)， 利用溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)判斷爐底侵蝕深度和計(jì)算爐內(nèi)殘鐵量， 與實(shí)際殘鐵量高度一致。
（2） 降料線過(guò)程要嚴(yán)格控制煤氣成分、打水量和出鐵時(shí)機(jī)，防止出現(xiàn)管道、爐皮開(kāi)裂等事故。
（3） 本次新1 號(hào)高爐降料線打水依然采用傳統(tǒng)模式，爐頂打水量共計(jì)1 995 t。
目前先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)采用爐頂霧化打水裝置，既能夠滿(mǎn)足日常使用，又可滿(mǎn)足降料線打水，并且節(jié)約水量，3200 m3 高爐降料線打水僅需水量800～1 000 t，因此，鞍鋼應(yīng)借鑒該項(xiàng)技術(shù)。
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