酒鋼7 號高爐鐵口噴濺分析及治理實(shí)踐
呂曉勃，秦占邦
( 酒鋼集團(tuán)宏興股份煉鐵廠，甘肅嘉峪關(guān)735100)
摘要: 2015 年5 月至7 月，由于鐵口區(qū)域煤氣竄漏及冷卻設(shè)備漏水的影響，酒鋼7 號高爐3 個出鐵口均出現(xiàn)了噴濺現(xiàn)象，對高爐的安全平穩(wěn)運(yùn)行造成較大的影響，通過采取治理風(fēng)口破損，加強(qiáng)冷卻設(shè)備管理，灌漿封堵煤氣通道等措施，鐵口噴濺問題得到治理。
關(guān)鍵詞: 高爐; 鐵口噴濺; 灌漿
1 概述
酒鋼7 號高爐( 2650 m3 ) 于2011 年3 月6 日開爐，設(shè)計3 個鐵口，開爐爐況順行，鐵口工作正常，從2015 年5 月份鐵口出現(xiàn)噴濺現(xiàn)象，6月22 日系統(tǒng)檢修后鐵口噴濺問題開始顯現(xiàn)，出現(xiàn)了鐵口長時間噴濺的情況，在高爐鐵口打開后，渣鐵流即開始噴濺，噴濺距離遠(yuǎn)，嚴(yán)重時越過撇渣器; 噴濺時間長，噴濺能夠持續(xù)1 h，甚至整個出鐵過程中噴濺。噴濺過程中伴隨濃重的黃煙，爐前工作量大，高爐生產(chǎn)成本增加，造成環(huán)境污染，影響到爐前正常出鐵及爐況順行，由于鐵口噴濺渣鐵不能出凈，影響爐況穩(wěn)定順行。
2 鐵口噴濺危害
2．1 渣鐵出不凈，影響爐況穩(wěn)定順行
鐵口噴濺現(xiàn)象直接導(dǎo)致高爐渣鐵排放不均，鐵口噴濺嚴(yán)重時每爐出鐵量由300 ～ 400 t 下降至100～200 t，渣鐵出不凈，理論鐵量差達(dá)到400 t，爐內(nèi)憋渣鐵，風(fēng)量萎縮，爐況惡化，導(dǎo)致高爐懸料。
2．2 形成出鐵事故
鐵口噴濺會對鐵口泥套造成破壞，由于鐵口泥套沖刷，被迫臨時休風(fēng)時重新?lián)v制泥套，拆泥套時發(fā)現(xiàn)泥套異常擴(kuò)大，如果爐前未及時發(fā)現(xiàn)、處理，會導(dǎo)致堵不上口、燒壞泥炮甚至鐵水下鐵道等惡性事故。
2．3 爐前工作量大
由于鐵口噴濺嚴(yán)重，每次出鐵均有大量渣鐵噴到溝外，爐前工作量大，爐前工已無法清理大量噴濺的渣鐵，臨時調(diào)用挖掘機(jī)清理噴濺渣鐵，出鐵準(zhǔn)備時間長，影響到正常出鐵秩序。
2．4 鐵口區(qū)域工作環(huán)境差，威脅到安全與環(huán)保
噴濺形成的煙塵一方面妨礙爐前工觀察鐵口情況，另一方面產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，環(huán)保達(dá)不到要求。
2．5 影響生產(chǎn)成本
鐵口的噴濺造成出鐵效果差，出鐵不均勻，單爐出鐵量減少，日鐵次增加，炮泥用量上升。
3 鐵口噴濺原因分析
高爐鐵口噴濺的原因是液態(tài)渣鐵從鐵口孔道中高速流出時混入高爐煤氣、水蒸氣等，在流出鐵口后體積發(fā)生急劇膨脹噴濺。
3．1 鐵口區(qū)域煤氣來源分析
3．1．1 冷卻壁與炭磚間的縫隙
高爐冷卻壁與炭磚之間采用碳素?fù)v打料填充，爐缸砌筑時搗打料不密實(shí)，開爐后搗打料收縮，出現(xiàn)縫隙，形成煤氣通道。
3．1．2 風(fēng)口各套與風(fēng)口組合磚之間縫隙
風(fēng)口套與組合磚之間填充的緩沖泥漿，高爐投入生產(chǎn)后，受溫度影響，風(fēng)口套及組合磚均會膨脹，就會成為高爐煤氣泄漏的通道。
3．1．3 爐殼與冷卻壁間縫隙
在高爐砌筑時，冷卻壁之間的縫隙，采用鐵屑填充，爐殼與冷卻壁之間灌漿，由于7 號高爐冬季灌漿，漿料不飽滿，逐漸變形龜裂，形成無數(shù)的裂縫空隙，高爐煤氣不斷地沖刷灌漿料裂縫，形成更大的煤氣通道。
3．2 從冷卻壁水管及風(fēng)口破損情況分析
3．2．1 冷卻水管破損情況分析
8 段冷卻水管破損采取閉水養(yǎng)護(hù)措施，待檢修集中將破損冷卻水管修復(fù)，但補(bǔ)焊后的冷卻水管易再次剪切開焊，8 段銅冷卻壁閉水養(yǎng)護(hù)存在向爐內(nèi)漏水。9 段背部蛇形管破損，首先也是采取閉水養(yǎng)護(hù)的措施，養(yǎng)護(hù)期間也存在向爐內(nèi)漏水，由于長期破損，冷卻水管向爐內(nèi)漏水，水?dāng)U散時迅速汽化，與碳搗料發(fā)生氧化反應(yīng)( 水與碳在≤1 000 ℃時發(fā)生反應(yīng): C+2H2O=CO2+2H2) ，導(dǎo)致碳搗層發(fā)生氧化侵蝕粉化，產(chǎn)生裂縫。
3．2．2 風(fēng)口破損情況分析
2015 年風(fēng)口破損頻繁，風(fēng)口破損集中部位均在鐵口區(qū)域( 表1) ，這些損壞的風(fēng)口在更換前閉水養(yǎng)護(hù)，正常生產(chǎn)時風(fēng)口泄漏量達(dá)到0．58 t /h( 表2) ，休風(fēng)后檢查風(fēng)口破損較大，由于風(fēng)口破損向爐內(nèi)漏水，當(dāng)泄漏的水聚集在煤氣縫隙處，高溫汽化體積膨脹，使煤氣縫隙進(jìn)一步擴(kuò)展，煤氣縫隙延伸至鐵口區(qū)域，煤氣和水蒸氣進(jìn)入鐵口通道，導(dǎo)致鐵口噴濺。
風(fēng)口破損的原因分析: 一是由于冷卻水管破損向爐內(nèi)漏水，造成爐缸邊緣溫度下降，爐缸局部不活，加之爐體維護(hù)和更換風(fēng)口休風(fēng)次數(shù)增加，加劇風(fēng)口破損。二是7 號高爐風(fēng)口冷卻強(qiáng)度不足，風(fēng)口平均水量為17．9 m3 /h，平均水溫差10．5 ℃，水溫差最高達(dá)到15 ℃，而1 號高爐風(fēng)口平均水量為40．6m3 /h，平均水溫差4．5 ℃，通過1 號、7 號高爐風(fēng)口冷卻水量和水溫差對比分析，7號高爐風(fēng)口水量小、水溫差高，冷卻強(qiáng)度不足，是風(fēng)口頻繁破損的原因之一。查找資料，2 500 m3 級高爐為保證風(fēng)口小套不被燒壞，通常將其前端的高速水室過水流速在15．0m/s 以上，而7 號高爐風(fēng)口流速僅為9．3 m/s，風(fēng)口水量不足，流速偏低。
3．3 灌漿情況分析
7 月份四次休風(fēng)，均選擇在鐵口附近灌漿( 表3、圖2) ，7月20 日在1#、2#大套下沿開灌漿孔，分別灌漿300 kg，從灌漿量計算，漿料總體積為0．35m3，由此分析，爐缸風(fēng)口至鐵口區(qū)域存在較大面積煤氣通道，這與7 月14 日北鐵口來水相對應(yīng)。從新開灌漿孔看，存在煤氣火及滲水現(xiàn)象，也能說明爐缸存在煤氣通道。
長期漏水對爐缸炭磚的氧化侵蝕嚴(yán)重，水蒸汽通過炭磚的縫隙流入炭磚，在500 ℃以上與碳反應(yīng)生成CO2，氧化侵蝕后的炭磚表面會產(chǎn)生脆化區(qū)域，呈軟粉狀，且脆化的炭磚導(dǎo)熱性能大幅度下降，在煤氣流沖刷和鐵水環(huán)流的作用下易破碎，加劇炭磚的侵蝕。
從風(fēng)口大套下沿開灌漿孔鉆孔， 21#、28#風(fēng)口大套下沿鉆孔至200 mm，出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，判斷冷卻壁之間填料不密實(shí)存在通道。7 月14 日休風(fēng)北鐵口滲水，休風(fēng)后24#風(fēng)口斷水后，北鐵口滲水情況明顯減少，判斷鐵口滲水來源為破損風(fēng)口，因此，下部重點(diǎn)治理風(fēng)口破損，首先解決風(fēng)口漏水對鐵口噴濺的影響，并通過灌漿封堵煤氣通道，解決鐵口噴濺的問題。
4 鐵口噴濺的處理
4．1 治理風(fēng)口破損
⑴制定7 號高爐加螢石洗爐方案，按方案配加螢石，解決7 號高爐爐缸不活的問題。
⑵爭取風(fēng)量，提高爐況穩(wěn)定性。上部調(diào)劑以引導(dǎo)中心氣流為主，采取縮小礦石平臺，布料矩陣上保持邊緣礦角在39．0° ～ 40．5°，以抑制邊緣氣流，通過縮小礦石布料角差至7．5° ～8．5°，十字測溫中心溫度穩(wěn)定在600 ℃以上，風(fēng)量達(dá)到4 400 m3 /min、鼓風(fēng)動能不小于110 kJ /s，提高爐況的穩(wěn)定性。
⑶穩(wěn)定爐溫控制，確保爐缸溫度充足?；钴S爐缸工作狀態(tài)，提高渣鐵物理熱，使?fàn)t缸熱量充足，以縮小中心死焦堆，穩(wěn)定生鐵含Si 在0．55%～ 0．85%，平均生鐵含Si 控制在0．65%以上，杜絕0．50%以下爐溫。通過提高鐵水溫度至1 485 ℃以上，每班大于1 500 ℃不少于1 爐次，進(jìn)一步活躍爐缸工作。
⑷繼續(xù)限煤比操作。噴煤量增加后爐缸中心的料柱透氣透液性降低，爐缸邊緣環(huán)流增加，不利于風(fēng)口破損的治理。控制煤比≯105 kg /t，改善爐缸工作。
⑸風(fēng)口破損按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更換，避免長期向爐內(nèi)漏水，造成鐵口噴濺。
4．2 風(fēng)口進(jìn)出水管改造，解決冷卻水量小的問題
為解決7 號高爐風(fēng)口冷卻水量不足的問題，檢修對13#風(fēng)口水管進(jìn)行改造實(shí)驗，進(jìn)出水管內(nèi)徑由32 mm 增加至38 mm，改造后13 #風(fēng)口水量由17m3 /h 提高至22 m3 /h，冷卻水量增加5 m3 /h，風(fēng)口進(jìn)出水管改造后風(fēng)口水量增加明顯，利用檢修將其余風(fēng)口水管改造，提高風(fēng)口冷卻水量。
4．3 爐缸灌漿，封堵煤氣通道
從鐵口噴濺及灌漿的情況分析，爐缸存在較大的煤氣通道，為治理鐵口噴濺，利用檢修機(jī)會繼續(xù)對爐缸進(jìn)行灌漿，封堵煤氣通道。
4．3．1 灌漿孔位置選擇
利用短期休風(fēng)在大套下沿開灌漿孔，阻斷風(fēng)口與鐵口縫隙，鐵口通道及鐵口框架灌漿。系統(tǒng)檢修在大套下沿、爐缸四段、鐵口框架、鐵口通道全面灌漿。
4．3．2 鉆孔要求
大套下沿、爐缸四段灌漿孔鉆孔深度至冷卻壁熱面，預(yù)先在鉆桿上標(biāo)好刻度標(biāo)記，防止鉆過頭損傷炭磚，鉆孔后用鋼筋棍清理灌漿孔內(nèi)周圍的耐材，并用壓縮空氣將灌漿孔內(nèi)雜物吹掃干凈。鐵口通道: 鐵口用Ф65 mm 大鉆頭鉆至2．0 m灌漿。
4．4 改善炮泥質(zhì)量
加強(qiáng)對炮泥質(zhì)量管理，針對鐵口噴濺狀況，要求廠家及時調(diào)整炮泥配方，降低炮泥在燒結(jié)過程中出現(xiàn)裂縫。
4．5 加強(qiáng)出鐵操作管理
保證鐵口深度在3．3 m 以上，減緩出鐵過程中鐵口孔道快速擴(kuò)孔; 提前鉆鐵口遇潮鐵口是用壓縮空氣進(jìn)行烘烤，抑制炮泥燒結(jié)不夠帶來的鐵口放火箭式的大噴。
5 結(jié)語
通過治理風(fēng)口破損，加強(qiáng)冷卻設(shè)備管理，灌漿維護(hù)堵塞煤氣通道，及時更換漏水小套，爐況調(diào)整改善爐缸工作狀態(tài)，調(diào)整炮泥質(zhì)量和加強(qiáng)鐵口維護(hù)，鐵口噴濺問題得到初步治理。