席立朋
(河鋼集團邯鋼公司 邯寶公司 煉鐵廠，河北 邯鄲 056015)
摘要: 對邯寶煉鐵廠 2#高爐冷卻壁的破損情況及生產維護進行了分析。采取加強原燃料日常管理、確定合理的操作制度、優(yōu)化上下部調劑等措施后，2#高爐實現了穩(wěn)定順行。在修補損壞冷卻壁的同時，開孔安裝銅質微型冷卻棒后，改善了冷卻壁的冷卻效果，有效控制了冷卻壁的損壞問題。
關鍵詞: 高爐; 冷卻壁; 維護; 實踐
0 引言
邯寶公司煉鐵廠 2#高爐( 3 200 m3 ) 由中冶南方設計院設計，是國內比較先進的銅冷卻壁( 5 ～ 8段均為銅質冷卻壁) 薄爐襯結構的大型高爐，冷卻壁共有 14 段，冷卻方式為軟水串聯密閉循環(huán)結構，其中爐腹( 5 段) 至爐腰( 6 段) 均采用噴涂造襯技術，爐身下部 7 段、8 段是鑲磚銅冷卻壁。該高爐于2009 年 4 月 21 日點火開爐今，已經連續(xù)生產了 8 年多，處于爐役中后期。近年來，迫于成本壓力，高爐入爐原燃料質量逐年變差、設備老化等問題日益突出。高爐操作難度加大，冷卻壁損壞逐年增多，尤其是高爐第 5 段( 共有 192 塊) 冷卻壁，已有 50 塊發(fā)生了不同程度的燒壞，損壞程度接近 25% 。為此，高爐車間通過長期摸索，大膽嘗試，果斷采取一系列措施之后，高爐煤氣流分布趨于合理、爐況更加穩(wěn)定順行。目前，2#高爐冷卻設備損壞程度已得到有效控制，各項生產技術指標獲得了明顯改善。
1 冷卻壁破損原因
2#高爐冷卻壁損壞主要集中在爐腹( 5、6 段) ， 分析認為損壞原因有如下幾種。
( 1) 入爐原燃料不穩(wěn)定
邯寶公司新區(qū)2 臺燒結基本上40 天左右檢修1次，檢修期間高爐要配吃 50% 落地燒結礦，原料成分不穩(wěn)定，堿度、品位、粒度等波動較大; 自產干焦產能低、性能不穩(wěn)定，高爐被迫大量使用外購焦炭、配比變動頻繁。為降低生產成本，高爐長期加大生礦( 澳礦) 配吃量。為減少粉塵污染料場長期給澳礦大量噴水，澳礦本來含有粉末就多，打水后成糊泥狀被裹進爐內，嚴重影響了塊狀帶的透氣性。由于原燃料結構不穩(wěn)定，礦石軟熔溫度波動加大，導致軟熔帶變動、邊緣氣流頻繁，渣皮脫落。
( 2) 氣流分布不均衡
氣流分布不均衡，使得邊緣氣流不穩(wěn)定，中心偏弱; 邊緣相對發(fā)展，導致靜壓不穩(wěn)定，風壓波動加大，煤氣利用率低( 46% 左右) ，燃料比居高不下，高爐渣量加大，透氣性變差。風量逐漸萎縮，渣皮頻繁脫落，導致冷卻壁的熱流強度升高，水溫差高達 5 ℃以上。
( 3) 設備老化與管理的局限性
由于高爐爐前設備老化以及管理的局限性，經常導致爐前渣鐵出不凈而憋爐。一旦憋爐，風量急劇萎縮，中心受阻加劇，氣流邊緣化分布增大，甚至出現邊緣管道，從而影響渣皮的穩(wěn)定性，導致冷卻壁燒損加劇。
2 高爐生產操作的維護
2． 1 加強原燃料管理
大型高爐要實現穩(wěn)定順行，需要有穩(wěn)定的原燃料條件保證。高爐入爐前的原燃料管理對爐內塊狀帶透氣及軟熔帶的形成有明顯影響，對穩(wěn)定氣流及冶煉過程有直接作用。
2． 1． 1 篩分管理
根據生產要求，高爐車間分別制定出不同的粒度標準，每天對大粒度燒結礦、小粒度燒結礦、自產干焦、外進焦及回收的焦丁進行粒級測定。為了提高篩分效果，確保原燃料粒級穩(wěn)定，防止粉礦入爐。根據槽下設備能力及高爐爐料用量，在每個振動篩篩頭焊加不同大小的擋料板，在滿足供料的前提下盡量降低料層厚度，有效地保證了入爐原料中小于5 mm 粒級的數量低于 3% ，焦炭中小于 25 mm 的低于 5% 。對于原料場已篩除掉 25% ～ 30% 粉料的塊礦，再經槽下二次過篩后，才可以入爐?；谧援a球團水分低、含粉少且易篩分的特點，只需在槽下進行一次過篩即可滿足生產要求。
2． 1． 2 配比管理
入爐原燃料的配比，包括爐料配比、大小燒配比及干焦配比。在爐料結構調整上，依據原料成分及高溫性能數據，適當增加還原性好和渣量系數低的爐料配比，以降低燃料消耗。另外，避免同種料超過3% 的變更，同時燒結礦堿度調整也不能過大，使綜合爐料的高溫性能保持相對穩(wěn)定。特殊情況下，則制定相應的應對措施，例如配用落地燒結礦，先在原料場進行一次過篩，進入指定料倉，再換用大眼篩進行篩分; 在雨天配用塊礦時，則下調塊礦的配比來降低入爐料的含粉率。在燒結機檢修期間，提前下調小燒配比，直到燒結開機恢復正常料位后，再恢復小燒配比，杜絕小燒大幅度減少，甚至斷檔的情形發(fā)生，為爐內氣流的相對穩(wěn)定提供條件。
2． 1． 3 優(yōu)化排料順序
制定篩網使用、更換、檢查制度，調整槽下篩分速度。根據篩網使用壽命定期更換篩網，加強巡檢，對堵篩或斷齒及時進行處理。正常生產時嚴格控制料倉料位，防止因料位過低爐料進倉時造成二次粉化。排料順序要求球團礦布到礦石環(huán)帶部位，小燒及焦丁要混合均勻，其排料時間應接近礦石總排料時間。
2． 2 控制合理的煤氣流分布
高爐合理的煤氣流分布是高爐煉鐵的核心，影響到高爐的穩(wěn)定順行、指標優(yōu)化、長壽等問題。合理的煤氣流分布表現為爐況的穩(wěn)定順行，最有代表性的分布特征是“邊緣平穩(wěn)順暢，中心開放”。在加完礦后，中心氣柱不受影響或影響較小，中心火柱窄而強、爐況順行良好，煤氣利用率較高，爐缸工作活躍，燃料比低，這有利于渣皮穩(wěn)定，高爐長壽有利。
2． 2． 1 下部調劑
下部調劑是高爐操作的基礎，風口回旋區(qū)域決定了煤氣流的第一次分布?；匦齾^(qū)的形狀和大小是影響爐缸周向和徑向氣流及溫度分布的關鍵因素。一般情況下，某部位風口面積越大，則該部位邊緣氣流就越強，對爐壁的沖刷就越大。合理的初始煤氣流分布，有利于爐缸的均勻活躍以及合理的操作爐型建立，在此基礎上下部調劑應以維持較高的鼓風動能、保證充足而穩(wěn)定中心氣流和均勻活躍爐缸為原則。截至 2016 年底，高爐車間在原有的基礎上逐漸縮小進風面積，小風口( Φ 120 mm) 由原來的 5 個增加到 8 個，風口面積由原來的 0． 418 9 m2 減小到目前0． 407 2 m2，同時將北邊32#、29#風口長度由原來的 643 mm 加長到 663 mm，以改善北邊氣流分布。實踐表明，風口布局調整之后，高爐下部初始氣流的分布得到改善，使爐缸煤氣流更容易達到中心，中心氣流充沛后邊緣逐漸穩(wěn)定，水溫差由原來的 4℃逐漸恢復到 2． 5 ℃ 以下，渣皮穩(wěn)定，爐缸工作均勻，冷卻壁損壞得到有效抑制。
2． 2． 2 上部調劑
長期以來，2#高爐采用上部布料矩陣為“平臺加漏斗”模式，沒有中心加焦，依靠布料形成的漏斗穩(wěn)定中心氣流，同時能夠保證一定的邊緣透氣性。這種料制的特點是當原燃料質量穩(wěn)定的時候，中心和邊緣氣流分布較為合理。但原燃料質量變差后，由于渣量增加，料柱透氣性降低，造成中心氣流減弱，邊緣氣流增強，這對高爐冷卻壁壽命造成嚴重威脅，爐腹作為冶煉的滴落帶，損壞程度尤為嚴重。為此，原有的裝料制度已不適應原料條件，經過摸索，2#高爐采取中心加焦的模式，以保證中心氣流，布料矩陣上大膽嘗試將中心最小角度 15 ℃ 增加 3 圈焦炭，將礦石最外 2 環(huán)調整為各 4 圈，典型的布料矩陣為 C333223O4432，這樣更有利于中心氣流的增強和邊緣氣流的抑制，對邊緣冷卻壁起到很好的保護作用。
2． 3 確定合理的造渣制度和穩(wěn)定的熱制度
爐渣堿度不合理、熱制度不穩(wěn)定在生產中經常出現渣皮脫落，造成高爐中下部爐墻熱負荷頻繁波動，嚴重威脅高爐冷卻壁壽命。高爐熱制度不合理，爐溫大幅度波動，嚴重影響高爐爐腹煤氣指數的波動，料柱的透氣性和透液性差，不利于高爐渣鐵的正常排放，經常因憋爐而大量減風，加速了氣流邊緣化，導致爐腹冷卻壁損壞加劇。為此，2#高爐采取了如下措施。
( 1) 穩(wěn)定充足的爐溫
2#高爐 以 前 對［Si］的 控 制 范 圍 是 0． 25% ～0． 4% ，物理熱( 1 500 ± 10) ℃，日常生產中為追求產量，嚴格控制為上限，導致爐溫長期控制水平為0． 25 ～ 0． 30，熱量勉強在 1 500 ℃。如果遇到外界原燃料變化，爐溫急劇下滑，爐缸大幅虧熱，不利于爐況的穩(wěn)定。為此，車間大膽嘗試將［Si］的控制范圍調整為 0． 3% ～ 0． 4% ，物理熱控制范圍調整為( 1 510 ± 10) ℃，日常操作中盡量 將［Si］控 制 在0． 35% 左右，物理熱1 510 ℃左右，高爐穩(wěn)定性良好，料速均勻，產量穩(wěn)步提高。
( 2) 爐渣堿度調整
以前片面的認為，只要生鐵合格，爐渣堿度越低流動性越好，對冶煉越有利，堿度長期按照 1． 18 ～1． 23 控制。實踐證明，長期的低堿度操作導致爐渣的溶化性溫度降低，過低的爐渣堿度不利于爐腹渣皮的穩(wěn)定，嚴重威脅爐腹銅冷卻壁的壽命。為此，車間結合生產實際，將高爐堿度范圍調整為 1． 23 ～1． 28，提高礦石的熔化性溫度，在合理的爐溫基礎上使得爐腹渣皮更趨于穩(wěn)定，有效地減緩了爐腹銅冷卻壁的損壞。
2． 4 加強高爐操作與爐前管理工作
2#高爐冷卻壁破損的關鍵因素是爐缸不活導致氣流邊緣化發(fā)展，為此車間要求生產班組在爐內操作與爐前出鐵方面要相互創(chuàng)造條件，大型高爐的操作靠“穩(wěn)”，日常調劑要趁早，根據爐況發(fā)展趨勢爭取早調、少調; 堅決杜絕人為因素造成爐溫的大起大落，正常情況下低爐溫時間不得超過 2 爐，鐵水物理熱嚴格控制在下限 1 500 ℃。這樣以來，有效避免了因爐溫波動造成爐況的失常。正常情況下，要先守住大風量，因出鐵造成的憋爐要及時控氧，力保風量在 5 400 m3 /h 以上。
爐前管理要在原有基礎上細化，責任到人。鐵口負責人要保證鐵口深度在 3 400 mm 以上，鐵口打泥量要穩(wěn)定在 22 塊左右，崗位工要做好鐵前設備的巡檢工作，加強對“爐前四大件”等高爐主體設備、設施隱患的排查工作和日常維護工作，保證鐵口合格率在 98% 以上，出鐵正點率保持在 96% 以上，力求出鐵零間隔，堅決杜絕鐵口異常及開口時間過長而造成爐內憋鐵事故。
2． 5 冷卻壁與爐皮的日常維護
2． 5． 1 日常管理
目前 2#高爐冷卻壁損壞區(qū)域主要集中在爐腹( 5 段) ，要求配管崗位工加強日常點檢，嚴格監(jiān)測該段的溫度變化。正常情況下該段的溫度要穩(wěn)定在38 ℃左右，如有異常升高，說明爐腹渣皮脫落，爐內操作要密切注意水線變化，當水溫差上升至 4 ℃ 以上、水線有下行較快的趨勢時要果斷控制壓差，及時減風控氧，降低冶強; 同時，通知崗位工排查漏水部位，改通工業(yè)水以降低水壓，減少爐內漏水量。正常情況下高爐配管工每小時檢查 1 次風口，測量 1 次爐腹爐皮溫度并記錄在案，時刻注意這些數據的變化情況。
結合實際將軟水壓力提高 50 kPa 以增加軟水流速，同時將進水溫度由原來的 39 ℃降低到目前的37 ℃，以增強冷卻效果。利用休風機會，在爐皮 5段安裝臨時打水裝置進行爐皮冷卻。
2． 5． 2 定期計劃休風
利用定期計劃休風對漏煤氣的爐皮部位進行補焊，對損壞的冷卻壁水管做改管跨接，并把燒漏的水管灌漿堵死，嚴防煤氣外串。在修補損壞冷卻壁的同時，開孔安裝銅質微型冷卻棒，改善冷卻效果。截至目前高爐已安裝微型冷卻棒共計 76 根。
3 高爐的運行狀況
經過為期 2 個多月的摸索與調整，2#高爐爐腹爐腰及爐身下段各點溫度逐漸下行( 見圖 1) ，渣皮趨于平穩(wěn)。
2#高爐生產從 2016 年 7 月進入了生產平穩(wěn)上升的階段，高爐爐缸活躍，爐溫維持中限偏上，爐渣堿度與鐵水溫度相對應，脫硫效果良好，渣鐵流動性良好，高爐逐漸接受大風量操作，日產逐月上升，焦比明顯降低，煤比逐漸步入正常的生產軌道上來。2016 年 4 ～ 11 月份 2#高爐的各項生產指標得到很大改善，如表 1 所示。
4 結語
邯寶公司煉鐵廠 2#高爐通過做好上下部調劑，以穩(wěn)定爐況為手段，積極打通中心煤氣通路，減弱邊緣氣流分布，改善風口布局，適當增大鼓風動能，高爐日常操作中從原燃料入手，加強日常管理，改善冷卻強度，安裝微冷、爐皮打水等措施，有效地改善了高爐氣流的分布，爐缸活躍程度得到改善，爐缸熱量充沛，渣鐵流動性良好，爐腹渣皮穩(wěn)定，高爐生產趨于平穩(wěn)。目前，2#高爐冷壁損壞得到有效控制。