黃衛(wèi) 徐彬 彭秋生
(九江萍鋼鋼鐵有限公司)
摘要:對九江萍鋼3號高爐降料面停爐操作進(jìn)行了總結(jié)，并闡述了安全快速停爐的各項(xiàng)技術(shù)措施。停爐過程中，采用了爐內(nèi)爆震預(yù)控技術(shù)、煤氣高效回收、高風(fēng)量與高頂壓的綜合使用等技術(shù)，順利地首次實(shí)現(xiàn)煤氣全回收，準(zhǔn)確將料面降至風(fēng)口以上2.0米位置，整個(gè)過程歷時(shí)12h36min，認(rèn)為在降料面的前期應(yīng)盡量維持較高風(fēng)量，并適當(dāng)富氧;根據(jù)料面降低位置及時(shí)調(diào)整爐頂壓力，可以維持在相對較高的水平。
關(guān)鍵詞:中型高爐；降料面停爐；煤氣全回收；爐頂溫度
九鋼3號高爐(1780m³)采用軟水密閉循環(huán)冷卻方式。第二代爐齡于2013年2月9日點(diǎn)火開爐，停爐前2022年6月TE0912-2（插入深度150mm）最高溫度達(dá)到550.5℃，2022年7月TE0906-2（插入深度150mm）最高溫度達(dá)到828.8℃，同時(shí)從2019年起風(fēng)口以上冷卻壁水管陸續(xù)出現(xiàn)破損，截止2022年7月25日停爐前，共破損46根水管，涉及22塊冷卻壁，不僅影響高爐的正常操作和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化，而且還存在重大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，決定對3號爐進(jìn)行停爐大修。
1 停爐操作
7月25日13:30，3號高爐開始下休風(fēng)料，18:00進(jìn)行預(yù)休風(fēng)，為降料面進(jìn)行各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，預(yù)休風(fēng)前料面按6.0米控制。21:30復(fù)風(fēng)降料面，于26日5:36順利停爐。
⑴停爐前的準(zhǔn)備工作。停爐前的操作思路主要是確保爐況穩(wěn)定順行，主要包括制度調(diào)整、參數(shù)調(diào)整和預(yù)休風(fēng)檢修。
①爐況調(diào)整。為了保證順利完成高爐降料面工作，爐況調(diào)整思路主要是確保爐況穩(wěn)定順行，清除爐墻粘結(jié)物和爐缸順利放殘鐵。參數(shù)控制鐵水[Si]0.4-0.6%、[S]0.020-0.030%，物理熱1500-1520℃，預(yù)休風(fēng)前6天高爐主要操作參數(shù)見表1。
表1 九鋼3號高爐主要操作參數(shù)
|
日期 |
風(fēng)壓，KPa |
風(fēng)量，m³/min |
頂壓，KPa |
壓差，KPa |
風(fēng)溫℃ |
富氧 率，% |
[Si] ，% |
[S]，% |
[Ti],% |
R2 |
|
7月20日 |
400 |
3983 |
232 |
168 |
1146 |
2.16 |
0.44 |
0.03 |
0.15 |
1.21 |
|
7月21日 |
398 |
3991 |
232 |
166 |
1152 |
2.35 |
0.45 |
0.03 |
0.15 |
1.20 |
|
7月22日 |
396 |
3886 |
232 |
164 |
1152 |
2.29 |
0.45 |
0.03 |
0.15 |
1.20 |
|
7月23日 |
392 |
3975 |
225 |
167 |
1146 |
1.98 |
0.47 |
0.03 |
0.15 |
1.19 |
|
7月24日 |
390 |
3999 |
225 |
165 |
1148 |
1.93 |
0.41 |
0.03 |
0.14 |
1.17 |
|
7月25日 |
386 |
3964 |
221 |
165 |
1134 |
1.75 |
0.58 |
0.03 |
0.16 |
1.14 |
②制度調(diào)整。18日，高爐停止使用1.0%的高鈦球，高爐鈦負(fù)荷由12kg/t降低到8.8kg/t，[Ti]由0.23%降低到0.18%。19日，上部長期疏松邊沿的料制，礦石矩陣由36/2 34/3 31/3 28/2改為34/3 31/4 28/3，以發(fā)展邊沿氣流沖刷爐墻粘結(jié)物。24日，高爐開始降低焦炭負(fù)荷，由4.80逐步降到4.10，配料堿度R2由1.22逐步降到1.12，以改善渣鐵流動性。停爐前一天，停止使用焦丁。
20日，捅開長期堵死的12、13號風(fēng)口，實(shí)現(xiàn)全風(fēng)口送風(fēng)作業(yè)，進(jìn)風(fēng)面積由0.2493㎡提高到0.2701㎡，風(fēng)速為260-270m/s，鼓風(fēng)動能為115-125KJ/s;全開風(fēng)口后可以有效地清理長期堵風(fēng)口區(qū)域上方爐墻的粘結(jié)物。
③預(yù)休風(fēng)檢修。25日18:00-21:30安排預(yù)休風(fēng)檢修，進(jìn)行各項(xiàng)停爐前工作的實(shí)施與確認(rèn)。休風(fēng)后快速更換破損的風(fēng)口小套，及時(shí)關(guān)閉漏水的冷卻壁，并準(zhǔn)備好水管，復(fù)風(fēng)后閉水區(qū)域爐殼外部打水冷卻。將爐頂原有的8個(gè)水噴頭更換為6個(gè)霧化噴頭，保留2個(gè)原有噴頭，以確保打水量。檢查2號探尺齒輪箱，確保能夠放到24.0米。
⑵降料面停爐過程。主要包括降料面和爐外渣鐵排放。
①停爐料的組成見表2
表2 九鋼3號高爐停爐料組成表
|
料段 |
負(fù)荷 |
批數(shù) |
礦石配比 |
體積（M3） |
煤比 |
焦比 |
鎂鋁比 |
生鐵含錳 |
核算堿度 |
核算爐溫 |
渣比 |
濕焦批 |
礦批（t） |
|
第Ⅰ段 |
2.8 |
20 |
77%機(jī)燒+15%銅陵球+8%聯(lián)達(dá)球+0.65硅石+0.3t白云石 |
724.6 |
45 |
606 |
0.59 |
0.65 |
1.05 |
1 |
428 |
13.3 |
35 |
|
第Ⅱ段 |
1.8 |
15 |
75%機(jī)燒+15%銅陵球+10%聯(lián)達(dá)球+0.70硅石+0.6t白云石 |
469.2 |
0 |
942 |
0.56 |
0.65 |
0.94 |
1.5 |
449 |
13.59 |
23 |
|
第Ⅲ段 |
蓋面焦 |
凈焦50噸 |
78.18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
②爐頂煤氣成分及溫度控制基準(zhǔn)
整個(gè)降料面停爐過程中，嚴(yán)格控制煤氣中含H2量和O2量，要求H2<10%，最高不大于12%；O2<2%，當(dāng)爐頂溫度300℃時(shí)為1.8%，600℃以上時(shí)為0.8%，[1]。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℃-400℃，最高不得超過 400℃，最低不得小于200℃，氣密箱溫度＜70℃、布袋入口溫度＜260℃。具體操作見表3。
表3 九鋼3號高爐停爐主要操作操作參考表
|
目標(biāo)H2<10%，條件H2<10%，最高不大于12%，O2<1.0%。 |
措施 漏水情況必須確認(rèn) |
|
爐頂溫度升高，H2<10%，最高不大于12%，O2<1.0%。 |
增加爐頂打水量，如果水量開到最大則減風(fēng)。 |
|
爐頂溫度升高，H2>10% ，最高不大于12%，O2<1.0%。 |
減風(fēng)減水 |
|
爐頂溫度升高，風(fēng)量降低，水量最大或H2>10%(最高不大于12%)，O2<1.0%。 |
降低風(fēng)溫 |
|
H2>10%(最高不大于12%)，爐頂溫度可以接受，O2<1.0%。 |
減打水量 |
|
爐頂煤氣中出現(xiàn)氧氣或崩料，O2<1.0%。 |
減風(fēng) |
|
懸料，O2<1.0%。 |
坐料并重新送風(fēng) |
|
如休風(fēng)后，應(yīng)盡量不打水，爐頂溫度應(yīng)低于315℃，O2<1.0%。 |
減打水量 |
③降料面過程。25日預(yù)休風(fēng)檢修完成后，21:30開始送風(fēng)降料面，因預(yù)休風(fēng)前已經(jīng)逐步降低料面，復(fù)風(fēng)后探尺起始位置8.6米。在降料面過程中，風(fēng)量降低與爐頂打水保持動態(tài)匹配，嚴(yán)格控制煤氣中O2和H2含量，通過煤氣在線和取樣分析相結(jié)合，實(shí)時(shí)調(diào)整風(fēng)量與打水量，以確保爐頂煤氣成分和溫度符合目標(biāo)要求。因3號高爐只有兩個(gè)機(jī)械探尺且沒有雷達(dá)探尺，料面深度采取理論計(jì)算與探尺實(shí)測相結(jié)合的方式，根據(jù)歷次降料面經(jīng)驗(yàn)結(jié)合正常生產(chǎn)的噸鐵風(fēng)耗及燃料比，降料面過程的噸焦耗風(fēng)量取3500m³。
在降料面初期盡量使用較大的風(fēng)量（3300-3500m³/min），同時(shí)適當(dāng)進(jìn)行富氧（4000-5000m³/h），保持與風(fēng)量配比的頂壓，有利于加快冶煉進(jìn)程縮短降料面時(shí)間。隨著降料面進(jìn)行，爐內(nèi)料柱高度逐步降低阻損減小，容易出現(xiàn)管道行程等異常爐況，并且為了控制頂溫超標(biāo)而不斷增加打水量，會大幅度增加爐內(nèi)發(fā)生爆震的概率，因此在H2接近10%時(shí)，合理的控制是逐步降低風(fēng)量并減少打水量。同時(shí)為防止O2超標(biāo)，在O2接近0.95%料面降至爐身下部時(shí)，停止富氧。由于環(huán)保壓力不允許進(jìn)行放散降料面，同時(shí)如果大量充N2雖然可以確保煤氣成分合格，但此時(shí)煤氣熱值幾乎為零，可能會造成燒結(jié)、加熱爐、發(fā)電等煤氣用戶熄火，引發(fā)較大的安全隱患，另外剩余焦炭還可以回收重新入爐，因此降料面目標(biāo)為降到風(fēng)口以上2.0m（21.0m）。26日4:10放探尺測料面為18.7m，這次放尺造成探錘掉無法再使用。5:30理論計(jì)算料面已經(jīng)降到21.0米，5:36按程序休風(fēng)。休風(fēng)后實(shí)測料面21.5m，達(dá)到目標(biāo)料線。操作參數(shù)見表4。
表4 九鋼3號高爐停爐主要操作操作參考表
|
時(shí)間（hh:mm) |
風(fēng)量 （m³/min） |
風(fēng)量（m3） |
累計(jì)風(fēng)量 （m³） |
風(fēng)壓 (Kpa) |
風(fēng)溫（℃） |
頂壓（mpa） |
頂溫 A ℃ |
頂溫 B ℃ |
頂溫 C ℃ |
頂溫 D ℃ |
平均頂溫 |
布袋入口溫度 |
打水流量(t/h) |
十字測溫流量（t/h） |
右探尺（米) |
最深料線 |
理論計(jì)算料線 |
|
22:10 |
3385 |
101550 |
101550 |
245 |
1043 |
140 |
243 |
232 |
219 |
313 |
252 |
243 |
90 |
|
|
0 |
8.6 |
|
22:40 |
3381 |
101430 |
202980 |
244 |
1034 |
145 |
288 |
285 |
364 |
355 |
323 |
275 |
106 |
|
9.88 |
9.88 |
9.9 |
|
23:10 |
3330 |
99900 |
302880 |
249 |
1015 |
155 |
283 |
276 |
330 |
351 |
310 |
270 |
108 |
|
|
0 |
11.2 |
|
23:40 |
3050 |
91500 |
394380 |
225 |
935 |
150 |
306 |
286 |
328 |
372 |
323 |
281 |
108 |
|
12.8 |
12.8 |
12.3 |
|
0:10 |
2950 |
88500 |
482880 |
215 |
860 |
154 |
338 |
303 |
300 |
351 |
323 |
282 |
108 |
|
|
0 |
13.3 |
|
0:40 |
2860 |
85800 |
568680 |
210 |
836 |
153 |
357 |
320 |
300 |
332 |
327 |
285 |
108 |
|
|
0 |
14.1 |
|
1:10 |
2860 |
85800 |
654480 |
175 |
800 |
113 |
392 |
340 |
304 |
333 |
342 |
298 |
108 |
|
|
0 |
15.03 |
|
1:40 |
2780 |
83400 |
737880 |
150 |
818 |
92 |
395 |
308 |
286 |
348 |
334 |
294 |
112 |
|
15.5 |
15.5 |
15.7 |
|
2:10 |
2720 |
81600 |
819480 |
133 |
817 |
75 |
413 |
326 |
280 |
337 |
339 |
297 |
113 |
|
|
0 |
16.6 |
|
2:40 |
2550 |
76500 |
895980 |
113 |
811 |
55 |
420 |
331 |
280 |
332 |
341 |
296 |
115 |
|
|
0 |
17.3 |
|
3:10 |
2550 |
76500 |
972480 |
111 |
802 |
50 |
435 |
350 |
305 |
360 |
363 |
300 |
115 |
|
17.6 |
17.6 |
17.9 |
|
3:40 |
2300 |
69000 |
1041480 |
95 |
795 |
45 |
222 |
226 |
209 |
232 |
222 |
208 |
115 |
|
|
0 |
18.5 |
|
4:10 |
2300 |
69000 |
1110480 |
92 |
786 |
41 |
288 |
201 |
183 |
288 |
240 |
222 |
88 |
|
18.7 |
18.7 |
19.2 |
|
4:40 |
2300 |
69000 |
1179480 |
96 |
776 |
47 |
336 |
316 |
280 |
315 |
312 |
269 |
115 |
|
|
0 |
19.8 |
|
5:10 |
2300 |
69000 |
1248480 |
93 |
765 |
48 |
341 |
302 |
313 |
363 |
330 |
281 |
115 |
|
|
0 |
20.5 |
|
5:40 |
2300 |
69000 |
1317480 |
0 |
755 |
8 |
423 |
427 |
430 |
430 |
428 |
|
|
|
|
0 |
21.2 |
整個(gè)降料面過程共耗時(shí)12h36min，累計(jì)消耗風(fēng)量131.75萬m³，爐頂共打水880t，全程回收煤氣，共177.86萬m³。整個(gè)停爐過程煤氣流比較穩(wěn)定，壓量關(guān)系比較平穩(wěn)，無明顯爆震發(fā)生。整個(gè)過程如圖1
圖1 九鋼3號高爐停爐過程圖
④爐外渣鐵排放。預(yù)休風(fēng)結(jié)束后，21:30復(fù)風(fēng)降料面，23:00打開東鐵口出鐵，第一爐鐵水[Si]0.82%，物理熱1469℃，前期因風(fēng)壓、頂壓都比較高，出鐵流速比較正常，隨著風(fēng)壓、頂壓和煤氣利用率降低，鐵水物理熱和流速都逐步降低，26日1:03來風(fēng)堵口。2:30先后打開東西兩邊鐵口出鐵，鐵水流速比較慢，一直出至休風(fēng)。整個(gè)降料面過程共出鐵595噸，實(shí)際出鐵量與停爐料的理鐵基本一致。降料面停爐過程出鐵參數(shù)見表5。
表5 九鋼3號高爐停爐出鐵主要參數(shù)表
|
出鐵情況 |
|||||||||
|
打開時(shí)間 |
來渣時(shí)間 |
堵口時(shí)間 |
鐵量（t） |
Si （％） |
Mn （％） |
S （％） |
堿度 |
鐵水溫度℃ |
鐵口 |
|
23:00 |
23:20 |
1:03 |
350 |
0.824 |
0.66 |
0.031 |
1.1 |
1469 |
東 |
|
2:30 |
2:55 |
|
145 |
0.885 |
0.62 |
0.024 |
1.1 |
1458 |
西 |
|
2:40 |
3:20 |
|
100 |
|
|
|
|
|
東 |
2 停爐主要技術(shù)措施
⑴爐內(nèi)爆震預(yù)控。盡可能減少或杜絕爐內(nèi)爆震是整個(gè)降料面停爐的關(guān)鍵所在，為有效抑制爐內(nèi)爆震，關(guān)鍵是控制煤氣成分，要求H2<10%，O2<1.0%，其中O2含量關(guān)系到整個(gè)煤氣管網(wǎng)的安全尤為重要。
①改進(jìn)提高爐頂打水系統(tǒng)霧化效果，使水霧化后充分與煤氣接觸，有效地降低爐頂溫度，同時(shí)大大減少水滴與炙熱的焦炭接觸，從而大大減少了H2的產(chǎn)生量，有效控制產(chǎn)生爆炸性氣體。另外也減少了原來比較集中水柱跟融熔狀態(tài)的渣鐵接觸，可以有效預(yù)防重新在爐腹部位粘結(jié)物。
②確定合理的降料面目標(biāo)。傳統(tǒng)打水降料面在降到爐身下部后，都是采取放散煤氣。由于近期環(huán)保嚴(yán)格管控不允許進(jìn)行放散煤氣降料面停爐，特別是料面降到爐腹接近風(fēng)口區(qū)域時(shí)，必然會出現(xiàn)O2造成不能繼續(xù)回收煤氣，雖然可以大量充N2雖然可以確保煤氣成分合格，達(dá)到全程回收煤氣的目標(biāo)，但此時(shí)煤氣熱值幾乎為零，進(jìn)入管網(wǎng)后會造成燒結(jié)、加熱爐、發(fā)電等煤氣用戶熄火，給其他系統(tǒng)造成較大的安全隱患。因此此次降料面目標(biāo)定為降到風(fēng)口以上2.0米。從開始降料面即采取煤氣在線和取樣分析相結(jié)合，嚴(yán)格控制煤氣中的O2<1.0%，當(dāng)O2超標(biāo)達(dá)到1.0時(shí)，休風(fēng)停止降料面。整個(gè)降料面過程的H2和O2見表6和圖2
表6 九鋼3號高爐停爐煤氣成分表
|
煤氣取樣成分分析（％） |
|||||
|
時(shí)間 |
H2 |
CO2 |
O2 |
CO |
N2 |
|
22:05 |
2.77 |
7.54 |
0.92 |
30.09 |
56.16 |
|
23:05 |
4.8 |
5 |
0.75 |
34.08 |
50.72 |
|
0:05 |
7.15 |
4.06 |
0.96 |
34.16 |
49.91 |
|
1:05 |
8.06 |
3.17 |
0.89 |
33.76 |
50.12 |
|
1:45 |
8.69 |
4 |
0.81 |
32.24 |
50.07 |
|
2:30 |
9.5 |
4.16 |
0.95 |
27.89 |
51.68 |
|
3:23 |
9.2 |
4.62 |
0.95 |
27.04 |
52.8 |
|
4:15 |
6.06 |
4.14 |
0.88 |
27.4 |
57.61 |
|
4:50 |
7.2 |
3.6 |
0.4 |
24.2 |
62 |
|
5:10 |
4.27 |
7.2 |
0.4 |
16.4 |
71.33 |
|
5:30 |
3.47 |
8 |
0.98 |
11 |
76.13 |
圖2 九鋼3號高爐停爐煤氣成分趨勢圖
⑵料面深度判斷實(shí)測和計(jì)算相結(jié)合。3號爐只有兩個(gè)機(jī)械探尺，只有一個(gè)可以放到24.0米，而且在料面降到爐深下部以后，每次放尺時(shí)間長、料面溫度高，以往每次幾乎降料面到后期，探尺錘都掉了，造成無法放尺和判斷料面深度。這次采取實(shí)測和計(jì)算相結(jié)合來判斷料面深度，根據(jù)以往幾次降料面經(jīng)驗(yàn)，初期噸焦耗風(fēng)量選取為3200m³，根據(jù)實(shí)測料面深度不斷修正耗風(fēng)量，逐步調(diào)整到3200m³/t，26日4:10放尺后出現(xiàn)故障，檢查發(fā)現(xiàn)為探尺錘掉，后面完全依靠計(jì)算判斷深度，5:30計(jì)算料面已降到21.2米，達(dá)到目標(biāo)。
3 停爐總結(jié)
⑴合理安排停爐料。通過總結(jié)歷次停爐經(jīng)驗(yàn)和參考武鋼、漣鋼高爐降料面方案，合理安排停爐料的負(fù)荷、堿度、蓋面焦，確保了整個(gè)停爐過程（包括爐缸放殘鐵）渣鐵熱量充沛、流動性良好。
⑵停爐全過程回收煤氣。本次降料面通過改造爐頂打水霧化效果、煤氣在線與取樣檢測相結(jié)合、嚴(yán)格控制煤氣成分和精心操作等預(yù)控措施，降料面全程煤氣成分合格、無明顯爆震，達(dá)到全過程回收煤氣，增加回收煤氣170余萬立方，實(shí)現(xiàn)安全、環(huán)保目標(biāo)的同時(shí)增加了經(jīng)濟(jì)效益。
⑶維持較大風(fēng)量和較高頂壓快速停爐。整個(gè)降料面過程中，高爐維持較大風(fēng)量和較高頂壓，特別是初期適當(dāng)富氧，有力加快冶煉進(jìn)程，最終本次降料面共歷時(shí)12h36min，順利將料面降到風(fēng)口上沿2.0米，實(shí)現(xiàn)了快速停爐。
⑷爐墻表面清理效果良好。通過提前捅開風(fēng)口全風(fēng)口作業(yè)、疏導(dǎo)邊緣氣流沖刷爐墻、改造爐頂打水等措施，盡量減少爐墻粘結(jié)物。停爐后進(jìn)入爐內(nèi)觀察，爐墻表面整體較干凈，基本上沒有粘結(jié)物，這樣不僅有利于安全停爐，也加快高爐檢修進(jìn)度。
參考文獻(xiàn)
[1] 周傳典，等.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊, 2002版 2018重印，冶金工業(yè)出版社.