牛富軍

（安陽(yáng)鋼鐵股份有限公司）

摘  要：通過(guò)適當(dāng)提高安鋼 3 號(hào)高爐爐頂壓力、使用氮?dú)庀♂尃t頂煤氣、改進(jìn)爐頂打水裝置、停爐料負(fù)荷分段控制等一系列措施的實(shí)施，結(jié)合爐內(nèi)關(guān)鍵操作參數(shù)的合理控制，實(shí)現(xiàn)了 3 號(hào)高爐的順利停爐，填補(bǔ)了安鋼在特大型高爐空料線(xiàn)打水停爐方面的技術(shù)空白。

關(guān)鍵詞：高爐；停爐；實(shí)踐

0 前言

安鋼 3 號(hào)高爐設(shè)計(jì)爐容 4 747 m³ ，爐體冷卻采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，爐腹?fàn)t腰及爐身下部采用5 段銅冷卻壁，其余部位采用鑄鐵冷卻壁，在爐腹下部銅冷卻壁與爐缸鑄鐵冷卻壁交接處采用上下交錯(cuò)式布置 2 層銅冷卻板過(guò)渡 ；高爐于 2013 年 3月 19 日點(diǎn)火投產(chǎn)，2019 年 4 月 24 日爐腰出現(xiàn)第一塊銅冷卻壁漏水后，爐腰爐腹部位銅冷卻壁漏水?dāng)?shù)量逐步增多，截止到 2020 年 12 月初，爐腰爐腹銅冷卻壁水管共破損 69 根，涉及銅冷卻壁 30塊 ；高溫區(qū)冷卻壁大量漏水后高爐操作內(nèi)型極端不規(guī)整，嚴(yán)重影響了煤氣流的分布和高爐爐況的穩(wěn)定順行，同時(shí)也給高爐生產(chǎn)帶來(lái)重大安全風(fēng)險(xiǎn)；安鋼 3 號(hào)高爐于 2020 年 12 月 20 日 4 ：16 順利降料面到風(fēng)口后停爐搶修，共耗時(shí) 22 h 16 min，實(shí)現(xiàn)了高爐的安全順利停爐。

1 停爐前準(zhǔn)備

1.1  爐墻清理

受冷卻壁大量破損影響，高爐操作內(nèi)型在爐腰爐腹部位圓周分布極不均勻，為保證高爐的安全生產(chǎn)，采取長(zhǎng)期堵上部爐殼出現(xiàn)開(kāi)裂方位風(fēng)口（17#風(fēng)口）生產(chǎn) ；為減少降料面停爐過(guò)程中渣皮脫落對(duì)停爐過(guò)程帶來(lái)的不利影響，高爐降料面停爐前一般要對(duì)爐墻進(jìn)行清理 ；安鋼 3 號(hào)高爐因冷卻壁大量漏水，未刻意采取疏松邊緣的裝料制度去清洗爐墻，高爐降料面停爐前主要采取了提前捅開(kāi)17# 風(fēng)口實(shí)現(xiàn)全風(fēng)口作業(yè)、適當(dāng)提高爐溫并降低爐渣堿度、減輕焦炭負(fù)荷、降低噴煤比、適當(dāng)配加錳礦和螢石入爐改善渣鐵流動(dòng)性等措施對(duì)爐墻爐缸進(jìn)行了小幅度清理，主要措施見(jiàn)表 1。

1.2  料倉(cāng)騰空

高爐礦焦槽長(zhǎng)期使用后不可避免會(huì)出現(xiàn)倉(cāng)壁粘結(jié)或耐磨材料脫落現(xiàn)象，安鋼 3 號(hào)高爐停爐期間計(jì)劃對(duì)槽下所有料倉(cāng)進(jìn)行檢查處理，高爐按照降料面時(shí)間節(jié)點(diǎn)在預(yù)休風(fēng)前 3 天開(kāi)始著手減少料倉(cāng)使用數(shù)量 ：逐步騰空所有 B 列燒結(jié)倉(cāng)和所有塊礦倉(cāng)、堿球倉(cāng)（休風(fēng)料不包含塊礦和堿球），只預(yù)留 2 個(gè)酸球倉(cāng)、A 列燒結(jié)倉(cāng)以及所有焦炭倉(cāng)，后隨休風(fēng)料入爐，逐漸騰空槽下所有料倉(cāng)。

1.3  設(shè)備準(zhǔn)備

為減少預(yù)休風(fēng)時(shí)間，降低預(yù)休風(fēng)作業(yè)強(qiáng)度，高爐利用 11 月 25 日休風(fēng)檢修機(jī)會(huì)，自爐頂煤氣封罩引至出鐵場(chǎng)平臺(tái)兩套（一用一備）煤氣人工取樣裝置，取樣管加裝處理管路堵塞用氮?dú)夥创笛b置，保證降料面期間正常取樣分析。同步拆除 3 根十字測(cè)溫裝置，僅保留 135°方向一根伸入爐內(nèi)最長(zhǎng)的十字測(cè)溫。

2 預(yù)休風(fēng)

近年來(lái)，隨著高爐冶煉技術(shù)的進(jìn)步，為加快降料面進(jìn)程和降低燃料消耗，國(guó)內(nèi)已有高爐在空料線(xiàn)打水停爐前不再進(jìn)行預(yù)休風(fēng)作業(yè) ；考慮到安鋼3 號(hào)高爐存在大量冷卻壁漏水，爐腰爐腹冷卻壁多數(shù)存在漏水可能性的現(xiàn)狀，為確保安全順利降料面到風(fēng)口，選擇在降料面前進(jìn)行12 h 的預(yù)休風(fēng)作業(yè)。

2.1  休風(fēng)料的選擇

高爐休風(fēng)料計(jì)算生鐵 [Si] 含量取 0.8%，計(jì)算爐渣 R₂ 取 1.0，適當(dāng)配加錳礦、螢石入爐（鐵水[Mn] 含量按 0.8% 控制，渣中（CaF₂）按 4.3% 控制）來(lái)改善爐渣的流動(dòng)性。休風(fēng)料取消焦丁入爐，考慮到降料面過(guò)程料柱逐漸變薄、煤氣利用率逐漸變差的生產(chǎn)實(shí)際，礦批和礦焦比的選擇分兩段入爐，第一段休風(fēng)料礦批 98 t/ 批，礦焦比 2.8 t/t，走15 批，第二段休風(fēng)料礦批 95 t/ 批，礦焦比 2.5 t/t，走 23 批。為保證停爐后期有充足的爐缸溫度，防止熔渣在料面結(jié)成硬塊，以加速停爐后的爐內(nèi)清理工作 ^[1]，選擇加 3 批蓋面焦，共計(jì) 114 t，考慮蓋面焦全爐礦焦比 2.43 t/t，全爐總焦比為 655 kg/t。

2.2  預(yù)休風(fēng)作業(yè)

于 12 月 18 日 17:50 休風(fēng)后及時(shí)關(guān)閉高爐漏水和有可能漏水的冷卻壁，并對(duì)水管根部做加固處理后加噴水冷卻，防止向爐內(nèi)漏水。對(duì)爐殼開(kāi)裂、跑煤氣的地方進(jìn)行補(bǔ)焊處理，對(duì)爐殼焊縫前期出現(xiàn)開(kāi)焊的地方，使用 AB 膠進(jìn)行涂抹覆蓋。同時(shí)，將高爐原有爐頂打水裝置全部更換為高效霧化噴頭，提高降溫效果，從十字測(cè)溫安裝孔插入新制作的 8 根霧化式噴水槍?zhuān)黾幼畲笏康?200 m³ /h以上，以滿(mǎn)足高爐降料面的需要 ；從風(fēng)口平臺(tái)氮?dú)饧瘹獍鼘⒌獨(dú)庥伸o壓孔引入爐內(nèi)，增加爐身部位氮?dú)獾耐ㄈ肓?；將原有的機(jī)械探尺量程由 6 m調(diào)整為 27 m，并選用不銹鋼耐高溫鋼絲繩，對(duì)鋼絲繩和墜砣之間的連接部分做耐高溫保護(hù)，以確保降料面期間探尺的正常使用 ；并對(duì)煤氣系統(tǒng)的程序聯(lián)鎖功能進(jìn)行校驗(yàn)，以保證降料面期間煤氣系統(tǒng)的安全；在爐頂大放散平臺(tái)加裝 3 臺(tái)監(jiān)控?cái)z像，用以在停爐期間對(duì)爐頂放散情況進(jìn)行有效監(jiān)控。

3 降料面作業(yè)

3.1  降料面過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)

安鋼 3 號(hào)高爐按計(jì)劃于 12 月 19 日早 6:00 開(kāi)始送風(fēng)降料面，初始料線(xiàn)平均 1.82 m，前期高爐少量使用富氧以加速降料面進(jìn)程，8:30 風(fēng)量最高加到 6 000 m³ /h，對(duì)應(yīng)料線(xiàn) 7.07 m，23 ：33 料線(xiàn)下到24.08 m（爐腰以下 2.18 m）時(shí)改為常壓操作，12月 20 日 4 ：16 風(fēng)口見(jiàn)空后高爐休風(fēng)停爐。整個(gè)停爐過(guò)程氣流平穩(wěn)，風(fēng)壓波動(dòng)小，無(wú)爆震發(fā)生，總耗時(shí) 22 h 16 min，共耗風(fēng) 488.4 萬(wàn) m³ ，消耗氧氣16 333 m³ ，折合總耗風(fēng)量為 496.18 萬(wàn) m³ ，爐頂打水 2 507.6 t，與計(jì)劃的 2 600 t 基本接近，停爐過(guò)程關(guān)鍵參數(shù)控制情況見(jiàn)表 2。

3.2  風(fēng)量與頂壓的使用

降料面期間風(fēng)量控制原則是在爐況允許的前提下，降料線(xiàn)前期維持較高風(fēng)量，以縮短控料線(xiàn)時(shí)間。3 號(hào)高爐 6 ：00 送風(fēng)，8 ：30 風(fēng)量逐漸增加到 6 000 m³ /min 后頂溫上升較多，由于 TRT 前期暖機(jī)未投用，受煤氣處理系統(tǒng)降溫能力和公司煤氣管網(wǎng)溫度控制要求的制約，高爐減風(fēng)到 5 800 m³ /min 以下，12 ：00 料面降到爐身下部后風(fēng)量控制到 4 000 m³ /min，并隨料面的下降逐漸減小入爐風(fēng)量，23 ：33 料線(xiàn)下到 24.08 m（爐腰以下 2.18 m）高爐改常壓操作，風(fēng)量最低減到 1 571 m³ /min，改常壓后及時(shí)回風(fēng)到2 800 m³ /min 左右。

降料面期間適當(dāng)提高爐頂壓力，一方面有利于爐內(nèi)還原反應(yīng)的進(jìn)行和煤氣流的穩(wěn)定，另一方面保持較高的爐內(nèi)壓力有利于及時(shí)出凈爐內(nèi)渣鐵。安鋼 3 號(hào)高爐在這次降料面停爐過(guò)程中， 頂壓的使用較正常生產(chǎn)時(shí)高出 20 ～ 50 kPa 左右。本次降料面過(guò)程中頂壓與風(fēng)量的實(shí)際使用情況如圖 1 所示。

3.3  風(fēng)溫的控制

高爐降料面期間應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況使用風(fēng)溫，但必須保證爐況順行，防止大的崩料、懸料及風(fēng)口破損，以利于安全停爐 ^[2]。本次降料面停爐前期送風(fēng)階段料面較淺，風(fēng)溫最高達(dá)到 1 100 ℃，料面降到爐身中部以后風(fēng)溫下降到 1 000 ℃左右，并維持到改常壓，考慮到后期爐溫下降明顯，改常壓后提高風(fēng)溫使用水平，最高到 1 160 ℃。

3.4  頂溫控制與爐頂打水

為了確保爐頂設(shè)備安全和爐況的穩(wěn)定順行，要求爐頂溫度控制在 200 ～ 350 ℃，齒輪箱溫度<70 ℃，在整個(gè)降料面期間，由于通入大量氮?dú)?, 齒輪箱溫度持續(xù)偏低，結(jié)合表 2 可以看出，降料面前期風(fēng)量偏大、頂溫控制偏高，對(duì)應(yīng)爐頂?shù)拇蛩恳财?，風(fēng)量減到 4 000 m³ /min 以下，煤氣量減少后，爐頂打水量相應(yīng)減少，23 ：33 停止煤氣回收后，頂溫基本保持在 300 ℃以下，爐頂打水停止；停爐過(guò)程荒煤氣溫度和爐頂溫度如圖 2 所示。

3.5  煤氣成分管控

高爐降料面期間煤氣的正確處理是安全順利停爐的重要一環(huán)，安鋼 3 號(hào)高爐這次降料面停爐期間停止煤氣回收的標(biāo)準(zhǔn) ：降料面后期，爐內(nèi)爆震頻繁，依靠減風(fēng)難以控制 ；煤氣指數(shù) <1.0 ；H₂ ≤ 10% ；O₂ ≤ 0.6%，滿(mǎn)足任意一項(xiàng)時(shí)即停止煤氣回收。在確保原有爐頂煤氣在線(xiàn)分析儀正常使用的同時(shí)，降料面期間每 30 min 人工取樣分析一次，整個(gè)降料面過(guò)程爐頂煤氣氧氣含量最高為 0.5%，煤氣中 H2 含量與煤氣指數(shù)曲線(xiàn)如圖 2 所示。

從圖 3 可以看出，19 ：30 與 20 ：30 兩次人工分析 H₂ 含量超過(guò) 10%，但隨后的取樣復(fù)驗(yàn)均小于10%，23 ：00 以后，人工分析數(shù)據(jù)計(jì)算煤氣指數(shù)小于 1.0，且料面已進(jìn)入爐腹 2 m，停爐小組綜合研判后停止煤氣回收。

3.6  爐前出鐵

從保證降料面期間安全和高壓段有利于出凈爐內(nèi)渣鐵的角度考慮，計(jì)劃高壓段不間斷出鐵；停爐最后一次鐵要求在用的三個(gè)鐵口全部打開(kāi)出鐵，盡可能減少爐缸殘存渣鐵量，降低停爐后爐缸清理的工作量。20 日 3:30 觀察 2 號(hào)鐵口周邊風(fēng)口已經(jīng)吹空，料線(xiàn)已經(jīng)降至風(fēng)口，組織出最后一次鐵，實(shí)際降料面停爐期間共出鐵 9 次，出鐵量1 873.08 t，較理論鐵量少 146 t。出鐵情況及爐溫水平見(jiàn)表 3。

4 涼爐作業(yè)

20 日 4 ：16 高爐停爐休風(fēng)后進(jìn)入涼爐階段。爐身氮?dú)?、煤槍氮?dú)饫^續(xù)向爐內(nèi)通入，8 ：50 開(kāi)爐頂大人孔后四個(gè)鐵口通氮?dú)饫鋮s爐缸側(cè)壁，使用十字測(cè)溫加裝的 8 根噴水槍冷卻爐缸中心死焦堆，21 日夜班從風(fēng)口插入 7 根前端焊死后間隔性 2 m開(kāi)孔的 DN50 無(wú)縫鋼管到爐缸中心，以加強(qiáng)死焦堆的降溫。22 日中班鐵口停止通氮?dú)猓?4 日 5 ：00 停止打水，高爐涼爐結(jié)束。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）本次空料線(xiàn)打水停爐前，采取適當(dāng)提高爐溫、降低爐渣堿度、降低噴煤比、適當(dāng)配加錳礦和螢石改善渣鐵流動(dòng)性等一系列措施，對(duì)爐墻爐缸進(jìn)行了適度清理，預(yù)休風(fēng)期間及時(shí)關(guān)閉漏水和有可能漏水的冷卻壁，并對(duì)水管根部做加固處理，對(duì)爐殼開(kāi)裂、跑煤氣的地方進(jìn)行補(bǔ)焊處理，為安全順利停爐提供了保障。

（2）爐頂 12 根高效霧化噴槍和由十字測(cè)溫安裝孔加裝的 8 根打水管在降料面期間的單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)了爐頂溫度的精準(zhǔn)控制，爐頂高校霧化噴槍的使用保證了爐頂打水與高爐煤氣的充分接觸，提高了降溫效果，在減少爐頂打水量的同時(shí)也在一定程度上降低了降料面期間爐內(nèi)爆震的風(fēng)險(xiǎn)，是高爐順利降料面的重要措施。

（3）工藝參數(shù)的合理控制與使用是成功降料面的關(guān)鍵，隨著降料線(xiàn)過(guò)程的進(jìn)行，爐內(nèi)料柱的厚度變薄，壓損減少，為避免出現(xiàn)管道行程，逐漸減少風(fēng)量，高爐改常壓操作前風(fēng)量最低減到 1 571 m³ /min，降低爐頂溫度并停止?fàn)t頂打水，改常壓后及時(shí)回風(fēng)到 2 800 m³ /min 左右。在降料面過(guò)程中提高爐頂壓力的使用水平，一方面有利于及時(shí)出凈爐內(nèi)渣鐵，另一方面也起到了穩(wěn)定氣流和加快降料面進(jìn)程的作用。

（4）停爐后檢查發(fā)現(xiàn)，通過(guò) 45°方向十字測(cè)溫安裝孔加裝的打水管根部出現(xiàn)斷裂、打水管下垂，給這次降料面停爐帶來(lái)一定的安全隱患，應(yīng)該與大型高爐爐喉直徑大、打水管插入偏深有一定關(guān)系，建議大型高爐降料面停爐時(shí)選擇在煤氣封罩或十字測(cè)溫安裝孔加裝高效霧化噴槍。

（5）氮?dú)獾拇罅渴褂糜行У南♂屃嗣簹庵?H₂濃度，保證了煤氣系統(tǒng)的安全。但高爐中下部大量氮?dú)獾耐ㄈ朐谙♂屆簹鉂舛鹊耐瑫r(shí)也會(huì)大量消耗爐內(nèi)熱量，降低鐵水溫度，本次降料面到爐身下部后爐溫出現(xiàn)快速下降，適當(dāng)控制氮?dú)馔ㄈ肓亢鬆t溫出現(xiàn)明顯回升。

6 參考文獻(xiàn)

［1］ 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，2003 ：446.

［2］ 宋永清 . 高爐煉鐵［M］. 北京 ：冶金工業(yè)出版社，2016 ：188.