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、悶爐情況時常出現(xiàn)，在高爐爐役后期爐身冷卻壁大量破損和嚴峻的環(huán)保形勢要求下，高爐在長期悶爐開爐后，經過4 天的短暫爐況恢復，被迫進行降料面停爐操作。通過對爐缸狀況的科學分析，制定安全合理的停爐方案、嚴格控制高爐在恢復爐況和停爐期間的操作參數(shù)，實現(xiàn)了高爐在爐缸異常狀態(tài)下的安全停爐。

關鍵詞：高爐；異常爐況；降料面；停爐

0 前言

受嚴峻的環(huán)保形勢影響，安鋼1 號高爐容積為2 200 m³，在2016 年11 月～2017 年2 月期間1 號高爐共悶、開爐3 次，高爐生產、操作十分被動。為了積極響應采暖期間的環(huán)保政策和爐役后期高爐冷卻壁的檢修需要，1 號高爐于2017 年1 月5 日無計劃悶爐，至2 月10 日開爐，并于2 月15 日安全降料面，實現(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。

1 高爐概況

安鋼1 號2 000 m³ 級高爐于2005 年建成投產，有28 個風口，3 個出鐵場，3 座改進型高溫長壽熱風爐。采用了PW 串罐無料鐘爐頂; 最新的磚壁合一技術，高熱負荷區(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構。至今，高爐已持續(xù)運行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，嚴重威脅高爐的安全生產。

2 停爐前的準備工作

此次停爐十分特殊，2017 年1 月5 日1#高爐應環(huán)保要求悶爐，2 月10 日開爐生產，因環(huán)保形勢嚴峻，2 月15 日必須停下來，爐況恢復時間只有4 天，停爐時間緊迫，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問題: 一是高爐爐缸的恢復; 二是降料面前的準備。

2．1 爐缸的恢復

近三個月來爐缸狀態(tài)始終處于比較惡劣的情況下，要實現(xiàn)安全降料面停爐，首先要把爐缸恢復到具備降料面的條件，物理熱1 500 ℃以上，風口要開到全風口的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 號高爐共悶、開爐3 次，最近一次是2017 年1 月5日悶爐，悶爐時間長達一個月，而且2016 年11 月l1月下旬因1#，2#鐵口之間爐缸側壁溫度攀升過快，為保安全高爐長期堵上方4 個風口，并配加鈦礦護爐，導致爐缸狀態(tài)十分惡劣。

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

2．1．2 停爐前的爐況恢復

1 號高爐于2017 年2 月10 日開爐，為保證開爐恢復進度，所有風口都進行處理，觀察記錄每個風口焦炭的疏松狀態(tài)和紅焦情況，挖進1．5 m 填充新焦炭，經分析發(fā)現(xiàn)1#，2#鐵口方向焦炭情況較好，為?；謴托蕸Q定只用1#鐵口上方5 個風口送風( 如圖1 所示) ，其余風口全部用磚套堵嚴，并保證送風時不被吹開。從1#、2#鐵口上方的風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，調整合適壓力，加熱爐缸，以加速爐況的恢復進程，留專人看守，每5 小時更換一次氧槍，防止燒壞鐵口區(qū)域碳磚。

2 月10 日18: 40 高爐送風，送風風量為500 m³ /min，送風風口5 個，風口面積為0．052 9 m²，風溫為700 ℃，考慮爐缸嚴重虧熱，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，正常料負荷為1．67，每批配加錳礦600 kg，計算爐渣堿度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，流動性較差，物理熱為1 330 ℃。因爐缸嚴重虧熱，嚴格控制新渣鐵的生成速度，風量維持在700 m³ /min，適當富氧2 000 m³ /h，至11 日12: 00風溫用到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，每次出鐵時間為5 min～6 min，兩次鐵之間間隔1．5 h，確保及時排出涼渣鐵，達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 ℃，渣鐵流動好轉，風口較為活躍，高爐開始捅風口加風，開風口原則是風口活躍，爐溫上行，渣鐵流動性好轉?；謴瓦^程中理論風速不超過240 m/s，實際風速不超過310 m/s。因恢復時間短，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，恢復進程受阻，因恢復時間短，同時7 ～ 11 號風口又不在鐵口附近( 如圖2 所示) ，風口不活躍，導致無法捅開，至14 日停爐前風量加到2 600 m³ /min，送風風口數(shù)目為21 個，占風口總數(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 降料面前的準備

2 月14 日3: 00 高爐停止上料，待8: 00 休風時，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。休風后進行十字測溫和布料溜槽的拆除，關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，防止往爐內漏水，嚴格做到打水可控。對爐殼跑風開焊處進行補焊維修。安裝爐喉霧化打水管并調試，要求總水量≥120 m³ /h，水壓≥1．2 MPa，打水管四個方向共設有8 根水管，每個方向均可單獨控制，實現(xiàn)停爐過程中對頂溫的靈活控制，打水管調試完成后通水，避免插入爐內受熱變形彎曲或者堵死霧化孔。調試爐喉氮氣、蒸汽，要求壓力大于0．5 MPa，保證停爐期間煤氣安全。在爐頂壓力取樣口處增設新爐喉煤氣取樣管，引至出鐵廠平臺，防止堵塞，通氮氣反吹，保證停爐過程能夠及時對爐喉煤氣化驗分析。更換3 個料面探尺，增加量程到24 m，保證降料面過程中對料面的實時監(jiān)控。

3 降料面停爐過程

3．1 降料面操作

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

前期料線下降順暢，進展較快。降料面過程中有三個節(jié)點: 一是料面進入爐身下部之前，此時的煤氣成份正常，H₂含量可控，保證頂溫在300 ℃左右，風量可適當加大; 二是爐身下部至爐腰，此時因料層減薄，打水量的增加，H₂ 含量上升較為明顯，應適當控制風量; 三是料面進入爐腰，此時煤氣成份接近安全管理值的上限，要密切關注煤氣成份。2 月14 日16: 46 至第一次出鐵前，1 # 料線8 m，風量2 600 m³ /min，H₂ 含量為3．4%，此時處于爐身中部，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 含量達到11．5%，從探尺和煤氣分析得出，料面到達爐腰。因H₂ 含量接近目標管理值，為保證煤氣安全于1: 20 高爐停止回收煤氣，減風壓至74 kPa，風量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，料面進入爐腹，防止渣皮脫落，風量減到1 650 m³ /min。5: 51 高爐休風，累計風量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 含量會呈現(xiàn)先降后升的趨勢，標志著爐內間接還原的結束，待CO₂ 含量降到最低點即3%～5%時，料面進入爐腰。待料面進入爐腹后，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會產生大量的水煤氣，極易產生煤氣爆炸，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，若不及時調整風量，會導致煤氣中O₂ 濃度超標，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 濃度的管理標準分別見表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，料面在爐身下部; ( 2) H₂＞CO₂ 時，料面可能進入爐腰; ( 3) CO₂ 開始回升，料面可能進入爐腹。

3．3 打水量控制

在降料面過程中，打水是整個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，氣密箱冷卻氮氣開到最大，確保氣密箱溫度在停爐期間保持平穩(wěn)。根據(jù)送風參數(shù)，氣密箱溫度，頂溫和煤氣成分合理打水調節(jié)閥閥位開度，嚴格控制頂溫最低點方向的打水量，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，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。因開爐恢復時間短，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2 h 左右出鐵，選用直徑80 mm 鉆頭開口; 第二次鐵結合理論鐵量，在料面降至爐身下部或爐腰部位時出鐵; 最后一次出鐵在休風停爐前0．5 h，1#，2#鐵口同時打開，力爭多出渣鐵，大噴鐵口，直至休風。

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，在料線到達爐身下部時，共出鐵220 t，因渣鐵分離差，隨后出鐵均改出火渣。

4 結語

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

( 2) 本次停爐從14 日14: 30 ～ 15 日5: 50，用時15．5 h，因爐缸不活，1#料線降到風口中心線下部，其余兩個料線在爐腹中下部。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格對煤氣中氫氣，氧氣濃度管理是本次安全停爐的關鍵。

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

5 參考文獻

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

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