余星見(jiàn) 帥 照 力 飛 孫云鵬
（武漢鋼鐵有限公司）
摘要：對(duì)武鋼有限 5 號(hào)高爐在爐役后期采取的操作措施進(jìn)行了總結(jié)。由于冷卻壁損壞嚴(yán)重，5 號(hào)高爐 8、9 段爐皮多次發(fā)紅，影響安全生產(chǎn)。通過(guò)采取調(diào)整爐內(nèi)、爐前操作制度，安裝冷卻器，灌漿造襯等措施后，實(shí)現(xiàn)了 5 號(hào)高爐爐役后期的安全和高產(chǎn)。
關(guān)鍵詞:高爐；爐役后期；操作制度；安全生產(chǎn)
0 引言
武鋼有限 5 號(hào)高爐有效容積 3 200 m3，第二代爐齡于 2007 年 12 月 23 日點(diǎn)火投產(chǎn)。采用了當(dāng)時(shí)世界先進(jìn)工藝 ：PW 并罐無(wú)料鐘爐頂裝置 ；風(fēng)口、冷卻壁獨(dú)立并聯(lián)軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng) ；薄爐襯全冷卻壁帶 4 段銅冷卻壁結(jié)構(gòu)，綜合水冷薄爐底；直進(jìn)開(kāi)口機(jī) ；新一代環(huán)保型 INBA。開(kāi)爐后第 3 天達(dá)產(chǎn)，利用系數(shù)達(dá)到 2.026，創(chuàng)國(guó)內(nèi)同類型高爐開(kāi)爐達(dá)產(chǎn)最快速度。
該爐至今已經(jīng)生產(chǎn)了近 14 年，處于爐役后期，設(shè)備嚴(yán)重老化，2019 年 6 月二燒停機(jī)后，入爐原燃料又變得復(fù)雜，導(dǎo)致高爐操作難度加大。2019年四季度爐身 8、9 段冷卻壁直管開(kāi)始損壞，2020年損壞加劇且集中，2021 年初 8、9 段爐皮多次發(fā)紅，對(duì) 5 號(hào)高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和高爐壽命產(chǎn)生極大影響。為完成生產(chǎn)任務(wù)，在保證安全的前提下制定并實(shí)施了一系列措施來(lái)維護(hù) 5 號(hào)高爐的生產(chǎn)，遏制了冷卻壁頻繁損壞的勢(shì)頭，實(shí)現(xiàn)了高爐安全、穩(wěn)定、順行和各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的大幅提高。
1 調(diào)整爐內(nèi)操作制度
1.1 優(yōu)化送風(fēng)制度與裝料制度
裝料制度、送風(fēng)制度對(duì)改變煤氣流分布、煤氣利用、造渣過(guò)程、爐缸溫度具有決定影響，對(duì)穩(wěn)定爐況有重要意義 [1]。
5 號(hào)高爐布局風(fēng)口 32 個(gè)。起初設(shè)置 Φ120 mm的風(fēng)口 7 個(gè)，Φ130 mm 的風(fēng)口 25 個(gè)，進(jìn)風(fēng)面積 0.411 0 m2 。
2019 年 6 月二燒停機(jī)后，5 號(hào)高爐未再配置固定的燒結(jié)機(jī)，入爐燒結(jié)礦品種復(fù)雜，粒度不均勻且波動(dòng)大，冶金性能也頻繁變化，嚴(yán)重惡化高爐料柱透氣性。2020 年 5―7 月，三煉焦干熄焦檢修，5 號(hào)高爐只能使用全濕焦。原燃料質(zhì)量惡化，特別是焦炭的質(zhì)量降低，減緩了死料柱焦炭更新周期，使滯留在死料柱中的鐵水滲碳時(shí)間延長(zhǎng)，加劇了死料柱焦炭粉化，導(dǎo)致料柱透氣、透液性越來(lái)越差，進(jìn)而造成爐缸堆積征兆顯現(xiàn)，中心吹不透，邊緣氣流過(guò)分發(fā)展，嚴(yán)重影響渣皮的穩(wěn)定。
此冶煉條件下，就顯得進(jìn)風(fēng)面積偏大，風(fēng)速偏低，鼓風(fēng)動(dòng)能不足。2021 年利用休風(fēng)機(jī)會(huì)，調(diào)整了 5 號(hào)高爐的風(fēng)口布局，逐步將渣皮活躍地方的9個(gè) Φ130 mm 風(fēng)口更換為 Φ120 mm，最終縮小進(jìn)風(fēng)面積至 3 933 m2 ，將冷卻壁損壞嚴(yán)重方位的風(fēng)口長(zhǎng)度由 593 mm 加長(zhǎng)到了 643 mm。保證風(fēng)速在245 m/s 以上，有效提高了鼓風(fēng)動(dòng)能，使回旋區(qū)向中心發(fā)展，有利于爐缸初始煤氣流最大限度向中心滲透，提高了料柱的透氣性、透液性，獲得充足的中心煤氣流，使渣皮穩(wěn)定，爐缸工作均勻活躍，減少了冷卻壁損壞。風(fēng)口布局調(diào)整前后的鼓風(fēng)參數(shù)變化見(jiàn)表 1。
送風(fēng)制度和裝料制度必須堅(jiān)持上、下部調(diào)劑相結(jié)合的方針。5 號(hào)高爐為配合下部風(fēng)口面積縮小、風(fēng)口加長(zhǎng)的送風(fēng)制度，相應(yīng)逐步調(diào)整上部裝料制度，最終將焦炭 1# 角位布料環(huán)數(shù)增加 1 環(huán)，7#、8# 角位布料環(huán)數(shù)各增加 0.5 環(huán) ；礦石 4#、7# 角位布料環(huán)數(shù)各增加 1 環(huán)，8# 角位布料環(huán)數(shù)增加 2 環(huán)。增加邊緣布礦量，提高邊緣礦焦比，適當(dāng)抑制邊緣氣流 ；堵不如疏，為了打開(kāi)邊緣和中心兩條合理的煤氣通道，在礦石、焦炭布料角度相同的基礎(chǔ)上，5 號(hào)高爐將布料角度整體逐步內(nèi)推，最終將最大角度減小了 2°，角度差由 10.5°縮小到 9°。 整體縮短了布料寬度加大料層厚度，同時(shí)縮小了中心無(wú)礦區(qū)，這樣既穩(wěn)定了邊緣氣流又使中心氣流更加集中。
通過(guò)對(duì)送風(fēng)制度和裝料制度的調(diào)整，煤氣流分布趨于合理，爐況穩(wěn)定順行，渣皮穩(wěn)定，冷卻壁損壞趨勢(shì)得到了有效遏制。調(diào)整前后爐身 8 段冷卻壁溫度變化趨勢(shì)如圖 1 所示。
1.2 控制合理的熱制度和造渣制度
物理熱充足、流動(dòng)性良好的爐渣和鐵水是高爐順行的必要條件。熱制度直接反映了爐缸工作的熱狀態(tài)。冶煉過(guò)程中控制充足而穩(wěn)定的爐溫，是保證高爐穩(wěn)定順行的基本前提，過(guò)低或過(guò)高的爐溫都會(huì)導(dǎo)致?tīng)t況不順 [2]。表示熱制度的指標(biāo)有兩個(gè) ：一個(gè)是鐵水溫度，另一個(gè)是生鐵含硅量。2021 年嚴(yán)格控制 5號(hào)高爐 [Si] 在 0.35% ～ 0.45%，鐵水溫度 1 510 ～1 520 ℃，既維持了爐況穩(wěn)定順行又使?fàn)t缸具有充足的熱量。
實(shí)踐證明一定的煤氣利用率可對(duì)應(yīng)一定的燃料比。高爐區(qū)工日常操作以每小時(shí)燃料比為依據(jù)，作業(yè)區(qū)制定了煤氣利用率對(duì)應(yīng)燃料比的參考表，區(qū)工依據(jù)中控監(jiān)測(cè)畫面的煤氣利用率 通過(guò)調(diào)劑噴吹量、富氧量等參數(shù)來(lái)控制燃料比，保持爐溫平穩(wěn)、充足。
適宜的理論燃燒溫度能滿足高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量，保證液態(tài)渣鐵充分加熱和還原反應(yīng)的順利進(jìn)行，理論燃燒溫度過(guò)低或過(guò)高都會(huì)導(dǎo)致?tīng)t況不順。在以燃料比為操作依據(jù)的基礎(chǔ)上，參考理論燃燒溫度來(lái)控制 5 號(hào)高爐的熱制度。根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)，將 5 號(hào)高爐的理論燃燒溫度控制在 2 200 ～ 2 300 ℃較適宜。
造渣制度應(yīng)適合于高爐冶煉要求，有利于穩(wěn)定順行和冶煉優(yōu)質(zhì)生鐵。武鋼有限燒結(jié)礦原料以澳大利亞精礦粉為主，Al2O3 含量偏高，時(shí)有導(dǎo)致?tīng)t渣中 Al2O3 的含量高于 16%。有研究證明，渣中Al2O3 過(guò)高時(shí)爐渣熔點(diǎn)變高，穩(wěn)定性變差，黏度變大，爐缸的透氣性、透液性降低 ；渣鐵分離困難 , 脫硫能力降低 ；爐渣明顯粘稠，渣鐵流動(dòng)性變差，影響爐況穩(wěn)定順行和生鐵質(zhì)量。
針對(duì)這種情況，一方面，聯(lián)系原料片區(qū)提高燒結(jié)礦的堿度，由 1.85 提高至 2.00 以上 ；另一方面，調(diào)整用料結(jié)構(gòu)，在爐渣堿度控制在 1.20±0.02，在保證生鐵質(zhì)量的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低燒結(jié)礦的配比，配加適量石灰石。這樣既減少了 Al2O3 入爐量，又通過(guò)適當(dāng)加大渣量，稀釋渣中 Al2O3 含量，使?fàn)t渣Al2O3 的含量控制在 15.5% 以下。5 號(hào)高爐燒結(jié)礦 配比和渣中 Al2O3 含量變化見(jiàn)表 2。
1.3 加強(qiáng)冷卻制度
合理的冷卻制度是延長(zhǎng)爐襯壽命的重要措施，在條件允許范圍內(nèi)，適當(dāng)提高爐體冷卻強(qiáng)度，有利于形成穩(wěn)定的渣皮保護(hù)冷卻壁。2021 年 6 月起逐步將 5 號(hào)高爐冷卻壁進(jìn)水量從 4 700 m3 /h 提高到5 100 m3 /h 左右。同時(shí)將進(jìn)水溫度由原來(lái) 41 ℃調(diào)整為 35 ～ 37 ℃，每班密切關(guān)注冷卻壁溫度、熱負(fù)荷曲線和渣皮的狀況，根據(jù)水溫差控制進(jìn)水溫度。當(dāng)水溫差 >6.5 ℃時(shí)，進(jìn)水溫度按下限控制 ；當(dāng)水溫差 <4.5 ℃時(shí)，進(jìn)水溫度按上限控制。嚴(yán)格控制各區(qū)域熱流強(qiáng)度不大于設(shè)計(jì)值，使冷卻壁系統(tǒng)的冷卻能力得到提高。
爐役后期，5 號(hào)高爐 8 段冷卻壁損壞嚴(yán)重，冷卻能力不足，引起爐皮溫度高，多次冒煙、發(fā)紅。針對(duì)此狀況，利用高爐定休機(jī)會(huì)在冷卻壁破損嚴(yán)重和爐皮發(fā)紅的部位開(kāi)孔，安裝柱狀冷卻器，并在冷卻器的灌漿孔處采用硬質(zhì)壓入造襯技術(shù)，壓入耐火材料，實(shí)現(xiàn)灌漿造襯。保證造襯料以冷卻器為生根點(diǎn)，粘附在冷卻壁上形成保護(hù)層。截至目前，在 8-1、8-6、8-41、8-44 等區(qū)域共安裝了冷卻柱75 個(gè)，灌漿造襯 35 t，極大調(diào)高了該處冷卻壁的冷卻強(qiáng)度，爐皮溫度大幅降低，起到了保護(hù)爐殼的作用，降低爐皮開(kāi)裂、燒穿的機(jī)率 ；同時(shí)緩解了其他區(qū)域冷卻壁的破損，有效延長(zhǎng)高爐壽命。在冷卻壁損壞區(qū)域外部打水冷卻。為確保打水均勻，在高爐爐身 8 段安裝環(huán)管 ；在冷卻壁損壞嚴(yán)重區(qū)域加裝釘子耙 ；日常檢查時(shí)如果發(fā)現(xiàn)溫度高的區(qū)域，再加裝地對(duì)空冷卻，這樣由面及點(diǎn)地加強(qiáng)冷卻，確保爐皮溫度受控。
2 調(diào)整爐前操作制度
爐前操作是高爐冶煉操作中的一個(gè)重要組成部分，如果不能按時(shí)出凈渣鐵，爐缸中液態(tài)渣、鐵面升高后使?fàn)t缸料柱的透氣性惡化，不僅風(fēng)壓升高、風(fēng)量降低、下料速度降低，而且在爐缸工作不活躍時(shí)還會(huì)導(dǎo)致崩料或懸料 [3]。因此，抓好爐前工作，及時(shí)出凈渣鐵，有利于煤氣流合理分布，爐況穩(wěn)定順行和穩(wěn)定渣皮。
5 號(hào)高爐距離武鋼有限煉鋼廠最遠(yuǎn)，路線長(zhǎng)，如果鉆頭選大了，出鐵時(shí)間短，煉鋼出罐稍晚或運(yùn)輸部稍耽擱就會(huì)等罐 ；如果鉆頭選小了，渣鐵排放慢，不能及時(shí)騰空爐缸 ；這兩種情況都易導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)憋風(fēng)，影響爐況順行和渣皮穩(wěn)定。為此，2021年經(jīng)過(guò)不斷試驗(yàn)、總結(jié)，摸索出一種連續(xù)出鐵新模式，即一側(cè)鐵口出鐵 130 min 后，打開(kāi)另一側(cè)鐵口，然后再堵先開(kāi)的鐵口，循環(huán)往復(fù)。這樣既解決了等罐或渣鐵排放慢的問(wèn)題，又穩(wěn)定了出鐵時(shí)間，保證兩側(cè)渣鐵排放均勻，而且沒(méi)有出鐵間隔，延長(zhǎng)了有效出渣鐵時(shí)間，有利于高爐常態(tài)化穩(wěn)定順行。
針對(duì)這一新模式，制定出一套完整的出鐵制度，以保證爐前渣鐵及時(shí)排出。
（1）加強(qiáng)對(duì)鐵口泥套和液壓炮的檢查和維護(hù)，確保其處于正常工作狀態(tài)，杜絕冒泥或拉風(fēng)堵口等情況發(fā)生。
（2）控制鐵口深度在 2.8 ～ 3 m。鐵口主要是靠打入的新泥形成泥包來(lái)保護(hù)的，打泥數(shù)量的多少應(yīng)根據(jù)鐵口深度和渣鐵數(shù)量、鐵口的工作情況確定。打入的炮泥是維護(hù)鐵口的保證，當(dāng)打泥量不足時(shí)彌補(bǔ)不了出鐵時(shí)鐵口泥包的損耗，不能保持正常的鐵口深度；打泥過(guò)多時(shí)，又會(huì)造成潮鐵口，給下次開(kāi)鐵口造成困難。因此，維護(hù)正常鐵口深度與打泥量的適當(dāng)與穩(wěn)定十分重要。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的摸索，最終確定 5 號(hào)高爐 1 號(hào)、4 號(hào)出鐵場(chǎng)的正常打泥量為 16 s，2 號(hào)、3 號(hào)出鐵場(chǎng)的正常打泥量為 14 s，控制好鐵口深度。
（3）合理使用鉆頭，保持合適的鐵口孔徑。鐵口孔徑大小直接影響渣鐵流速，孔徑過(guò)大，渣鐵流速大，造成出鐵時(shí)間偏短，還可能引起渣鐵溢出主溝、下渣過(guò)鐵或壓死 INBA 轉(zhuǎn)鼓等事故。孔徑過(guò)小，渣鐵排放速度遠(yuǎn)小于冶煉速度，爐缸渣鐵液面上升，導(dǎo)致憋爐或燒壞風(fēng)口小、中套，影響爐況穩(wěn)定順行。正常情況下，5 高爐選用Φ55 mm 的鉆頭，開(kāi)鐵口后鐵流可穩(wěn)定在 6.0 t/min 左右，滿足 5 號(hào)高爐日常生產(chǎn)需求。
3 加強(qiáng)原燃料監(jiān)管
隨著風(fēng)溫水平的提高，噴吹燃料的增加，焦比降低，焦炭作為料柱骨架的作用越來(lái)越重要。5號(hào)高爐非常重視焦炭對(duì)高爐冶煉的影響，及時(shí)掌握焦化配煤實(shí)績(jī)和焦炭理化性能，加強(qiáng)來(lái)料實(shí)物檢查和槽上、槽下的溝通。一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，一方面及時(shí)對(duì)外協(xié)調(diào)，另一方面合理調(diào)劑，科學(xué)應(yīng)對(duì)，以免焦炭惡化，應(yīng)對(duì)不及時(shí)導(dǎo)致?tīng)t況波動(dòng)，影響渣皮穩(wěn)定。
過(guò)篩效果差，入爐粉焦就多。在軟熔帶，粉焦和軟熔的礦石黏結(jié)在一起，滯留熔融物增多，使煤氣流運(yùn)動(dòng)受到的阻力明顯增大，煤氣向透氣性相對(duì)好的邊緣區(qū)域流動(dòng)，導(dǎo)致邊緣氣流發(fā)展甚至可能引發(fā)管道崩、懸料；料柱透液性惡化，鐵水和熔渣不易滲透料柱而淤積在風(fēng)口下方，易燒壞風(fēng)口，這些都嚴(yán)重了影響渣皮和爐況的穩(wěn)定。5 號(hào)高爐利用休風(fēng)機(jī)會(huì)對(duì)焦炭篩網(wǎng)進(jìn)行更換，將原來(lái)的普通棒條篩更換成防夾型棒條篩。
對(duì)比普通棒條篩，防夾型棒條篩篩齒光滑，物料通過(guò)性強(qiáng)，不易結(jié)瘤 ；棒條上翹，過(guò)篩物料落差大，不易夾料。更換后，有效改善了焦炭的過(guò)篩效果，大大減少了入爐粉焦。焦炭使用24 h 后兩種篩網(wǎng)狀況如圖 2 所示。日常要求每班崗位員工班前、班中、下班前檢查原燃料系統(tǒng)各皮帶和設(shè)備 ；翻濕焦時(shí)及時(shí)清理焦炭篩網(wǎng)，保證過(guò)篩效果。
5 號(hào)高爐槽上設(shè)置 6 個(gè)焦炭槽，通常 1 ～ 3 號(hào)槽進(jìn)廠內(nèi)或外購(gòu)濕焦，4 ～ 6 號(hào)槽進(jìn)干焦。 一般以兩個(gè)干焦槽加一個(gè)濕焦槽使用。干、濕焦理化性能差異大，尤其是水份和熱態(tài)強(qiáng)度。為避免濕焦混進(jìn)干焦槽，改變用焦結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致?tīng)t溫和爐況波動(dòng)，5 號(hào)高爐要求崗位員工在進(jìn)濕焦時(shí)立即高爐區(qū)工并密切監(jiān)視進(jìn)槽情況，確保各槽焦炭質(zhì)量穩(wěn)定。
經(jīng)過(guò)采取一系列的合理措施后，不僅 5 號(hào)高爐冷卻壁損壞勢(shì)頭得到了有效遏制，而且各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)明顯提高，詳見(jiàn)表 3。
4 結(jié)語(yǔ)
（1）在爐役后期 , 通過(guò)采取一系列改進(jìn)措施實(shí)現(xiàn)了 5 號(hào)高爐的安全、高產(chǎn)。
（2）生產(chǎn)中采用合理的送風(fēng)制度和裝料制度，控制穩(wěn)定的熱制度和造渣制度，匹配好爐前操作制度，有利于爐況穩(wěn)定順行和高爐長(zhǎng)壽。
（3）爐役后期，控制合理的冷卻參數(shù)，在關(guān)鍵部位加裝冷卻器，灌漿造襯，可使?fàn)t皮溫度大幅降低，保證生產(chǎn)安全。
（4）原燃料對(duì)高爐冶煉影響極大，操作者應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)入爐原燃料的關(guān)注和監(jiān)管。
5參考文獻(xiàn)
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