鄭寶松，魏尊宇，付小永
（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276800）
摘 要：日鋼4# 高爐自2019年以來生產(chǎn)狀態(tài)較差，爐況不順，爐墻出現(xiàn)結(jié)厚、結(jié)瘤，生產(chǎn)指標(biāo)嚴(yán)重變差。2020年1月16日休風(fēng)降料面炸瘤處理后，爐況好轉(zhuǎn)，生產(chǎn)指標(biāo)明顯改善。總結(jié)了高爐結(jié)瘤的危害、產(chǎn)生的原因及征兆，介紹了結(jié)瘤處理的方法和爐況快速恢復(fù)經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，詳細(xì)敘述了預(yù)防高爐結(jié)瘤的措施。
關(guān)鍵詞：高爐爐墻；結(jié)瘤原因；指標(biāo)；預(yù)防措施；爐況
1 概 況
1.1 高爐內(nèi)襯特點(diǎn)
日鋼4# 高爐第三代爐齡按長(zhǎng)壽、高強(qiáng)化薄壁爐型設(shè)計(jì)，于2014年8月投入使用。高爐爐底爐缸設(shè)計(jì)采用炭磚加陶瓷杯的水冷薄爐底的結(jié)構(gòu)形式，爐底滿鋪磚，1、2 層采用國(guó)產(chǎn)半石墨炭磚，高度 800mm，3、4 層采用國(guó)產(chǎn)微孔炭磚，高度 800 mm，爐底炭磚總高度1 600 mm，5、6層立砌楔形剛玉莫來石磚，總高 800 mm。爐缸側(cè)壁內(nèi)側(cè)陶瓷杯采用剛玉莫來石磚，總高3 400 mm。爐缸側(cè)壁外側(cè)5～11層采用國(guó)產(chǎn)微孔炭磚，總高度3 200 mm。爐缸側(cè)壁外側(cè) 12、13 層采用國(guó)產(chǎn)半石墨炭磚，總高度 1 200mm。風(fēng)口組合磚的下方采用剛玉莫來石磚，高400 mm，風(fēng)口采用賽隆結(jié)合剛玉質(zhì)組合磚結(jié)構(gòu)形式。鐵口通道部位采用微孔剛玉質(zhì)組合磚方式并嵌入炭磚內(nèi)。剛玉莫來石磚、微孔剛玉磚、賽隆結(jié)合剛玉磚的砌筑均采用剛玉質(zhì)泥漿。爐襯整體導(dǎo)熱性好。
1.2 高爐冷卻系統(tǒng)
整個(gè)高爐冷卻壁共14段，合計(jì)394塊。1段雙聯(lián)引出16個(gè)出水頭，2段雙聯(lián)拆單鐵口下方引出19個(gè)出水頭，3 段雙聯(lián)拆單鐵口下方引出 19 個(gè)出水頭，4段雙聯(lián)引出16個(gè)出水頭，5～9段前一段出水 引入下一段，9～12段各引出8個(gè)出水頭，5～14段冷卻壁水頭全部在14段引出合計(jì)88個(gè)出水頭。冷卻系統(tǒng)冷卻效果好，強(qiáng)度高。
1.3 爐墻結(jié)瘤、結(jié)厚情況
料線 8 m 時(shí)，東北、北、西北 13 段至 12 段冷卻壁有凸臺(tái)式瘤狀物，相對(duì)應(yīng)的冷卻壁溫度偏低，爐型不規(guī)整，導(dǎo)致上部2股氣流不穩(wěn)定。多次采用發(fā)展邊沿氣流、加錳礦、加螢石等方法洗爐，效果均不理想。結(jié)瘤嚴(yán)重破壞高爐順行，爐況不順又反過來導(dǎo)致爐墻結(jié)厚結(jié)瘤。
2 結(jié)瘤的危害、原因及征兆
2.1 結(jié)瘤危害
高爐結(jié)瘤是煉鐵過程中惡性事故之一。爐瘤是爐況不順造成的，對(duì)生產(chǎn)危害極大，它破壞高爐的正常順行，反過來又加劇爐況失常。對(duì)爐瘤處理不當(dāng)，往往導(dǎo)致燃耗升高、產(chǎn)量降低，且爐瘤縮小了高爐有效容積，破壞正常高爐操作并縮短一代壽命，給企業(yè)造成極大損失。爐瘤按其化學(xué)成分分為碳質(zhì)瘤、灰質(zhì)瘤、堿金屬瘤和鐵質(zhì)瘤；按其形狀可分為環(huán)形瘤和局部瘤等；按其產(chǎn)生的部位可分為上部瘤和下部瘤等［1］。
2.2 結(jié)瘤原因
2.2.1 爐型變化
4# 高爐因風(fēng)機(jī)問題上半年倒風(fēng)機(jī)、放風(fēng)頻繁，2019年5月風(fēng)機(jī)頻繁喘振后性能下降，加之風(fēng)機(jī)頻繁上限開防喘減風(fēng)，風(fēng)壓風(fēng)量呈下降趨勢(shì)。自8月份以來風(fēng)量下降明顯，下半年風(fēng)量比年初下降約200 m3 /min，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，受限于風(fēng)機(jī)能力影響，10月份以后未能恢復(fù)正常風(fēng)量，風(fēng)量長(zhǎng)期偏?。ㄒ妶D1），導(dǎo)致爐型發(fā)生變化。
2.2.2 氣流變化
風(fēng)量不斷萎縮，氣流異常加劇了結(jié)瘤，10月份以后中心指數(shù)不斷降低，12月4日中心徹底走弱，經(jīng)爐頂成像及十字測(cè)溫觀察無明顯中心氣流，見圖2。炸瘤后氣流明顯改善。
2.2.3 原料變化
原燃料成分波動(dòng)大，強(qiáng)度差，粉末多是高爐結(jié)瘤的原因之一。此外，原燃料中堿金屬、Pb、ZnO 等有害元素，在爐溫、渣堿度頻繁波動(dòng)情況下易誘發(fā)結(jié)瘤［2］。8 月份以后入爐 Zn 負(fù)荷逐步增加，受風(fēng)機(jī)性能影響，入爐風(fēng)量減小，中心不順暢、邊緣走開，除塵灰排Zn率呈逐步降低趨勢(shì)（見圖3），有害元素的大量富集進(jìn)一步導(dǎo)致爐墻結(jié)厚進(jìn)而發(fā)展成為結(jié)瘤。
2.2.4 其他設(shè)備及操作因素
其他因素如高爐操作負(fù)荷、燃料比調(diào)整不及時(shí)導(dǎo)致爐溫大幅波動(dòng)，從而引起成渣帶和爐墻溫度變化；爐身冷卻強(qiáng)度過高，水溫差長(zhǎng)期過低，未引起重視導(dǎo)致瘤根形成等。2019全年除計(jì)劃?rùn)z修外因設(shè)備、操作等因素造成非計(jì)劃休減風(fēng)共計(jì)46次，氣流頻繁波動(dòng)加劇結(jié)瘤。
2.3 結(jié)瘤征兆
2019年3—6月份高爐頻繁出現(xiàn)偏尺、難行、懸料，時(shí)有邊緣管道氣流出現(xiàn)；風(fēng)壓、風(fēng)量關(guān)系不適應(yīng)，高爐應(yīng)變能力弱，不接受風(fēng)量（見圖1）；10月份中心氣流突然走弱，通過調(diào)整裝料制度、送風(fēng)制度未達(dá)到預(yù)期效果（見圖2）；局部結(jié)厚部位冷卻水溫和爐墻溫度下降；瓦斯灰吹出量增加；爐頂 4 個(gè)方向煤氣分布差別很大，爐頂溫度分散，溫度帶顯著變寬。
3 結(jié)瘤處理措施
日鋼4# 高爐2019年開始爐況狀態(tài)下滑，5月左右爐況出現(xiàn)頻繁波動(dòng)，滑料、難行、懸料次數(shù)增多，東西探尺偏差大，邊緣有翻氣流現(xiàn)象。爐缸狀態(tài)隨之惡化，氣流出現(xiàn)失常，高爐產(chǎn)量下降，煤氣利用不斷下行，燃料比持續(xù)升高，計(jì)劃?rùn)z修期間觀察爐墻結(jié)瘤情況進(jìn)一步加劇。爐況惡化，生產(chǎn)指標(biāo)持續(xù)變差，于是決定對(duì)高爐結(jié)瘤進(jìn)行處理。
3.1 結(jié)瘤的處理方法
一般結(jié)瘤處理方法有洗瘤和炸瘤［1］，均需要大幅度減輕焦炭負(fù)荷，以防爐涼。下部瘤用大量螢石洗爐有時(shí)見效，一是采用全倒裝加凈焦的方法，強(qiáng)烈發(fā)展邊緣氣流，使?fàn)t瘤在高溫氣流作用下熔化；二是把洗爐劑（如均熱爐渣、螢石等）布在邊緣，利用其良好流動(dòng)性沖刷爐墻。上部爐瘤或上下結(jié)成大面積爐瘤，靠洗爐不能解決，必須采用炸瘤的辦法。2020年1月16日休風(fēng)降料線8 m左右，觀察上下大面積結(jié)瘤，決定采用炸瘤法處理。
3.2 結(jié)瘤處理過程
本次休風(fēng)炸瘤于 2020 年 1 月 16 日 8：28—14：22，共354 min，炸瘤作業(yè)時(shí)間11：15—12：13，共放4炮，14：22復(fù)風(fēng)，復(fù)風(fēng)7.8 m料線。從料面觀察，整個(gè)料面上都有脫落瘤狀物，總量較多。休風(fēng)前 2：30焦比輕至 400 kg/t，5：00 加凈焦 25 t，螢石 5 t，焦比輕至420 kg/t，高燒配比逐步下調(diào)10%（59%）；休風(fēng)前蓋面焦26 t，螢石5 t；復(fù)風(fēng)前一次補(bǔ)凈焦64 t，螢石、錳礦各8 t，復(fù)風(fēng)熱量充足，渣相合理。
3.3 結(jié)瘤處理后爐況恢復(fù)存在的不足
由于復(fù)風(fēng)后操作細(xì)節(jié)沒有控制好，導(dǎo)致恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，爐況出現(xiàn)反復(fù)。
3.3.1 料制使用
休風(fēng)前 42 d 無中心氣流，復(fù)風(fēng)后仍無中心氣流，加風(fēng)后通過上部制度開放中心氣流，但脫落瘤狀物多，整個(gè)料柱透氣性差，上角度后中心氣流未打開，反而導(dǎo)致邊緣氣流過重。整體氣流不順暢，邊緣翻氣流頻繁，后逐步退回小角度。未充分考慮瘤狀物對(duì)料柱透氣性的影響，角度上得太快，下部沒有吹出氣流，上部氣流又被遏制，復(fù)風(fēng)初期下料不暢。
3.3.2 復(fù)風(fēng)初期布料控制
復(fù)風(fēng)后，帶風(fēng)加凈焦 8 批，共 64 t，加完凈焦后料線約4.5 m?？紤]料線深后期不好恢復(fù)，布料快，涼料入爐多。放完1批料后未等料柱吹開，頂溫回升，急于布下一批料，頂溫連續(xù)低至50～60 ℃。由于布料節(jié)奏偏快，致使料柱透氣性越來越差，導(dǎo)致發(fā)生懸料。
3.3.3 開風(fēng)口時(shí)機(jī)
爐溫高熱量充足，決定開第 2 個(gè)風(fēng)口，但未充分考慮尺型、煤氣利用、物理熱、渣鐵排放情況、加風(fēng)條件等因素。開第2個(gè)風(fēng)口后，加風(fēng)后頻繁出現(xiàn)管道性氣流，導(dǎo)致爐況反復(fù)。
3.3.4 礦批調(diào)整
復(fù)風(fēng)初始礦批20 t，加風(fēng)過程中擴(kuò)礦批至23 t，休風(fēng)堵風(fēng)口后礦批退至15 t，第二次復(fù)風(fēng)后加風(fēng)順利，但隨著加風(fēng)未充分考慮爐腰焦層厚度對(duì)爐況恢復(fù)的影響，擴(kuò)礦批不及時(shí)且恢復(fù)過程中焦批變化多，導(dǎo)致焦層厚度不穩(wěn)定，影響爐況恢復(fù)。
3.3.5 加風(fēng)節(jié)奏掌控
14：22 復(fù)風(fēng)補(bǔ)完凈焦后，機(jī)械探尺可以投用。15：22 富氧 2 500 m3 /h，15：27 料線 4.2 m 探尺未動(dòng)作，從復(fù)風(fēng)到風(fēng)壓達(dá)到265 kPa是持續(xù)加風(fēng)過程，未階段性穩(wěn)定風(fēng)壓且期間未合理控頂溫布料。加風(fēng)布料過快導(dǎo)致懸料，15：48減風(fēng)坐料，第一次出現(xiàn)反復(fù)。坐料后探尺動(dòng)作恢復(fù)正常，16：25—17：35加風(fēng)到 230 kPa，18：17—18：27 風(fēng)壓從 230 kPa 加到 248kPa，邊緣出現(xiàn)翻氣流現(xiàn)象，煤氣利用率由34.5%降至29.9%，18：30—20：01 減風(fēng)壓到150 kPa，翻氣流現(xiàn)象逐步減輕，煤氣利用率波動(dòng)幅度減小，坐料后第2次加風(fēng)不合適導(dǎo)致連續(xù)翻氣流，出現(xiàn)第2次反復(fù)。休風(fēng)堵風(fēng)口后 2：13 復(fù)風(fēng)，3：55 風(fēng)壓加至 205kPa，1 h后煤氣利用率平穩(wěn)、下料逐步順暢，5：55開始加風(fēng)，隨著加風(fēng)調(diào)整上部制度，爐況逐步穩(wěn)定。
3.4 炸瘤總結(jié)
未能熔化的粘結(jié)物到達(dá)爐缸容易引起爐缸粘結(jié)或中心料柱透氣性變差。炸瘤前后要保證充沛的熱量和合理的爐渣堿度。高爐降料面休風(fēng)過程中可間斷調(diào)整焦炭負(fù)荷，合理控制風(fēng)量等工藝參數(shù)，才能保證過程安全順利。復(fù)風(fēng)恢復(fù)過程中宜采用均勻堵風(fēng)口方式，提高鼓風(fēng)動(dòng)能。高風(fēng)溫有利于熔化瘤狀物，但高風(fēng)溫會(huì)導(dǎo)致下部氣流體積激增，對(duì)煤氣流穩(wěn)定分布不利，影響順行。風(fēng)溫宜控制在1 000～1 100 ℃［2-3］，煤氣流分布、爐溫控制合適后，可進(jìn)一步提高風(fēng)溫使用水平，確保渣鐵流動(dòng)性。復(fù)風(fēng)初期應(yīng)結(jié)合爐瘤脫落情況綜合分析，全面考慮改善高爐料柱透氣性措施，如調(diào)整合適的礦批大小，使用兼顧邊緣氣流的布料矩陣調(diào)整方式形成穩(wěn)定料面平臺(tái)和漏斗，控制合理的頂溫進(jìn)行布料，平穩(wěn)提高料面，根據(jù)高爐運(yùn)行狀態(tài)適時(shí)調(diào)整送風(fēng)狀態(tài)，以達(dá)到減少恢復(fù)時(shí)間，避免爐況反復(fù)的目的。
4 結(jié)瘤的預(yù)防
高爐結(jié)瘤的原因是多種多樣，其基本成因是已熔化的物質(zhì)再凝結(jié)，并粘附于爐墻上逐步長(zhǎng)大，對(duì)其成因應(yīng)提前采取預(yù)防措施，防止高爐結(jié)瘤事故的出現(xiàn)。
4.1 改善原燃料質(zhì)量
原燃料質(zhì)量差、含粉量大，在低料線時(shí)極易導(dǎo)致粉末聚集，誘發(fā)上部結(jié)瘤。同時(shí)，粉末聚集層下到軟熔帶時(shí)易引發(fā)透氣性變差，出現(xiàn)小崩料和小滑尺現(xiàn)象，控制不當(dāng)易誘發(fā)爐涼等事故，影響高爐冶煉的正常進(jìn)行。根據(jù)原燃料質(zhì)量確定高爐的冶煉方案，保證高爐穩(wěn)定順行，對(duì)小的爐況波動(dòng)進(jìn)行先期處理，防止出現(xiàn)大的爐況失常。減少附加料及有害元素大量入爐，如控制有害元素 Zn 入爐含量在0.3 kg/t以內(nèi)。合理控制生產(chǎn)節(jié)奏，確定附加料配入量，調(diào)整好爐料結(jié)構(gòu)，使生產(chǎn)組織在受控狀態(tài)下有序運(yùn)行，防止高爐結(jié)瘤事故的發(fā)生。
4.2 禁止長(zhǎng)期低料線作業(yè)
長(zhǎng)期低料線作業(yè)會(huì)破壞爐況順行，致使裝料制度受到嚴(yán)重破壞，同時(shí)導(dǎo)致高爐熱制度被打亂，高爐溫度場(chǎng)紊亂繼而誘發(fā)爐墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤。根據(jù)低料線作業(yè)的具體原因采取不同的針對(duì)性措施，上料能力不足時(shí)應(yīng)選擇適宜的批重，用提高料車滿載率來提高上料能力。因設(shè)備故障造成的低料線，應(yīng)采取相應(yīng)的措施予以調(diào)劑，趕料線時(shí)宜采取適當(dāng)發(fā)展邊緣的裝料制度，根據(jù)料線的深度加足凈焦或適當(dāng)減焦炭輕負(fù)荷，確保高爐爐溫?zé)崃砍渑妗t況穩(wěn)定順行。
4.3 及時(shí)處理邊緣堆積
高爐采取強(qiáng)化冶煉措施后，裝料制度與送風(fēng)制度未及時(shí)進(jìn)行再匹配時(shí)，容易導(dǎo)致邊緣堆積。表現(xiàn)為鐵前易憋壓，對(duì)減風(fēng)操作后爐況好轉(zhuǎn)較敏感，上下渣溫差大，經(jīng)常出現(xiàn)小崩料和滑尺，下料不均，風(fēng)口工作不均。為此，對(duì)邊緣堆積應(yīng)及時(shí)處理，采取增大風(fēng)口面積的送風(fēng)制度、適宜強(qiáng)度的高爐操作、發(fā)展邊緣氣流的裝料制度、降低爐渣堿度的造渣制度、確定適宜爐溫的熱制度進(jìn)行調(diào)劑，必要時(shí)采用洗爐劑洗爐或以全倒裝強(qiáng)烈發(fā)展邊緣的操作方法，用高溫煤氣沖刷結(jié)厚的爐墻。爐墻結(jié)厚如果處理不當(dāng)或不及時(shí)，易引發(fā)高爐結(jié)瘤。因此爐墻出現(xiàn)結(jié)厚征兆時(shí)采取果斷措施進(jìn)行處理，在高爐強(qiáng)化冶煉時(shí)不定期采取發(fā)展邊緣的裝料制度或采取降低冶煉強(qiáng)度的操作措施對(duì)爐況進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)防性處理，防止出現(xiàn)惡性結(jié)瘤事故。
4.4 控制優(yōu)化冷卻制度
高爐冷卻制度不合理也會(huì)促發(fā)爐墻結(jié)瘤，應(yīng)根據(jù)高爐的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)各部位確定適宜的冷卻強(qiáng)度，如對(duì)爐身部位冷卻壁出水管加考克閥或者部分冷卻壁采用串聯(lián)等方式實(shí)現(xiàn)爐身中部冷卻。在開爐初期適當(dāng)控制其冷卻強(qiáng)度，防止在此部位形成瘤根，進(jìn)而造成高爐結(jié)瘤等惡性事故的出現(xiàn)［4］。
4.5 優(yōu)化送風(fēng)制度
爐況順行的基礎(chǔ)上，盡量增加入爐風(fēng)量，增加鼓風(fēng)動(dòng)能改善爐缸工作狀態(tài)，對(duì) Zn 等有害元素的排出、消除爐墻結(jié)瘤能起到重要作用。薄壁爐襯及微孔炭磚導(dǎo)熱性好，冷卻強(qiáng)度高，在精料的基礎(chǔ)上，逐漸提高入爐風(fēng)量，提高冶煉強(qiáng)度可以促使?fàn)t墻的熱負(fù)荷與爐墻的冷卻強(qiáng)度達(dá)到平衡，爐墻不再結(jié)厚。高強(qiáng)度冶煉既消除了爐墻結(jié)厚、結(jié)瘤，又活躍了爐缸狀態(tài)。
4.6 優(yōu)化高爐熱制度和造渣制度
熱制度是根據(jù)冶煉條件和鐵種，力爭(zhēng)獲得最好的冶煉效果而選擇最適當(dāng)?shù)臓t缸溫度，實(shí)際上是熔渣和鐵水的溫度。高爐爐渣的性能不僅影響生鐵的成分，而且影響爐缸熱制度和料柱的透氣性。適當(dāng)提高爐渣中MgO含量可以改善爐渣冶金性能，減輕爐墻結(jié)厚現(xiàn)象。而最佳鎂鋁比為實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵工藝低成本、低能耗、低排放的現(xiàn)代高爐綠色冶煉模式的形成，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過大量研究與實(shí)踐［5］，確定了不同條件下的適宜鎂鋁比：當(dāng)爐渣中Al2O3＜14%時(shí)，可根據(jù)生產(chǎn)要求添加MgO；Al2O3為15%～17%時(shí)，適宜鎂鋁比為0.40～0.50；當(dāng)爐渣中Al2O3＞18%時(shí)，適宜鎂鋁比為0.45～0.55。其次適當(dāng)控制入爐Ti含量，降低渣中TiO2含量也可消除爐缸墊結(jié)。
4.7 加強(qiáng)基礎(chǔ)操作管理
穩(wěn)定操作方針，嚴(yán)肅工藝紀(jì)律。嚴(yán)格執(zhí)行公司制定的高爐作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格實(shí)施獎(jiǎng)懲細(xì)則。高爐操作可變因素較多，冶煉進(jìn)程是在相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上運(yùn)行的。高爐操作者首先要把爐況順行放在第一位，密切關(guān)注爐缸、爐墻工作狀況，一絲不茍地貫徹操作方針、統(tǒng)一各班操作，盡最大努力維持順行，若遇高爐懸料力求一次轉(zhuǎn)順。減少鐵前各工序變料，因每次變料都會(huì)給高爐帶來不同程度的波動(dòng)。在生產(chǎn)組織管理時(shí)，應(yīng)盡量用長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光組織各工序在一定時(shí)期內(nèi)不變料，變料后應(yīng)做好技術(shù)跟蹤與服務(wù)，對(duì)變料后引起的爐況波動(dòng)做好提前判斷，事先預(yù)防。加強(qiáng)爐內(nèi)外管理，減少因各種事故引起的高爐休、減、慢風(fēng)，減少人為操作波動(dòng)，使?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng)保持穩(wěn)定均衡，防止人為造成爐況波動(dòng)，導(dǎo)致高爐結(jié)瘤。高爐結(jié)瘤事故是爐況失常的綜合體現(xiàn)，避免小的爐況波動(dòng)，就會(huì)有效地防止其產(chǎn)生的根基，也會(huì)贏得高爐操作的主動(dòng)權(quán)，達(dá)到高爐操作的預(yù)期效果。
5 結(jié) 語
處理高爐結(jié)瘤事故應(yīng)及時(shí)果斷，不能猶豫不決拖延時(shí)機(jī)，以防爐瘤的再長(zhǎng)大，給處理爐瘤帶來不必要的麻煩。另外，應(yīng)對(duì)高爐爐況及時(shí)進(jìn)行綜合分析，穩(wěn)定好高爐熱制度和造渣制度，匹配好高爐送風(fēng)制度和裝料制度，所有的調(diào)劑手段都應(yīng)以高爐穩(wěn)定順行為中心，不能脫離爐況的具體情況而從事生產(chǎn)作業(yè)，強(qiáng)化高爐冶煉一定與自身原燃料質(zhì)量和各種制度相適應(yīng)，以保證相對(duì)穩(wěn)定的高爐冶煉進(jìn)程。
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