禹忠劍
( 河鋼集團(tuán)宣鋼公司 煉鐵廠，河北 宣化 075100)
摘要: 介紹了宣鋼 2#高爐爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的過程，闡述了爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的處理方式，包括配加錳礦螢石洗爐、空料線集中加焦熱洗、堵風(fēng)口等措施。分析了爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的原因，總結(jié)了再回復(fù)爐況過程中存在的不足，提出預(yù)防高爐爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的措施，為其他高爐預(yù)防或處理爐墻結(jié)厚、爐缸堆積提供借鑒。
關(guān)鍵詞: 高爐; 爐墻; 結(jié)厚; 爐缸堆積; 處理
0 引言
宣鋼 2#高爐有效容積 2500 m3 ，設(shè)計(jì)30個(gè)風(fēng)口，3個(gè)鐵口，鐵口呈“Y”形排列，爐腹、爐腰及爐身下部采用 4 段銅冷卻壁，采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，配備3座改進(jìn)型內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，采取空氣、煤氣雙預(yù)熱技術(shù)，爐頂上料系統(tǒng)采取雙罐并列式，2010 年 9 月 18 日點(diǎn)火開爐。開爐后爐況比較穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)良好。2017 年?duì)t料結(jié)構(gòu)為燒結(jié)礦 80%，其余為球團(tuán)礦和塊礦，入爐焦炭結(jié)構(gòu)為自產(chǎn)干熄焦 60% + 外進(jìn)焦炭 40%，10 月份由于煉鐵系統(tǒng)、焦化系統(tǒng)、鋼軋系統(tǒng)大型聯(lián)合檢修，減配干熄焦，配加大量落地?zé)Y(jié)礦，以及外進(jìn)焦炭質(zhì)量下降，入爐原燃料質(zhì)量下降幅度較大，風(fēng)溫降低，導(dǎo)致爐況出現(xiàn)波動(dòng)，風(fēng)壓波動(dòng)大，崩料、懸料、滑尺頻繁，調(diào)整上部裝料制度起不到應(yīng)有的作用，高爐不接受風(fēng)量，爐體溫度下降，爐墻出現(xiàn)結(jié)厚和堆積征兆，造成各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)劣化。本文對(duì) 2#高爐爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的原因進(jìn)行了分析，總結(jié)了處理爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出了后續(xù)預(yù)防爐前結(jié)厚的措施，為其他高爐爐墻結(jié)厚以及預(yù)防爐墻結(jié)厚提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。
1 爐墻結(jié)厚的經(jīng)過及征兆
2017 年 9 月初配合鋼軋廠年修，高爐系統(tǒng)、焦化系統(tǒng)聯(lián)合檢修，2#高爐減配干熄焦至 20%，燒結(jié) 1#機(jī)年修 11 天，期間配加落地?zé)Y(jié)礦 400 t/h，外進(jìn)焦炭質(zhì)量下降，灰分升高，入爐原燃料質(zhì)量下降。10月份后自產(chǎn)焦炭灰分也出現(xiàn)升高現(xiàn)象，風(fēng)量下降趨勢(shì)明顯，爐況穩(wěn)定性下降。至 10 月 14 日后風(fēng)壓升高，風(fēng)量萎縮，料尺動(dòng)作停止、滑落，出現(xiàn)懸料、崩料、偏尺，9 段、10 段溫度下降、呆滯，爐體熱負(fù)荷下降并低于10 000 MCal/h，順行程度變差，難于接受風(fēng)量、風(fēng)溫，調(diào)整上部裝料制度、大幅度減輕焦炭負(fù)荷，對(duì)邊緣、中心氣流進(jìn)行疏導(dǎo)，效果不明顯。至此，爐墻結(jié)厚形成，由于長(zhǎng)期慢風(fēng)作業(yè)，爐缸產(chǎn)生堆積。9段、10 段溫度和爐體熱負(fù)荷變化趨勢(shì)見圖 1，爐芯溫度變化見圖 2。
2 爐墻結(jié)厚的原因
2． 1 入爐原燃料品質(zhì)劣化
2． 1． 1 焦炭質(zhì)量下降
2#高爐正常的用焦結(jié)構(gòu)為自產(chǎn)干熄焦 60% +外購(gòu)焦 40%。聯(lián)合檢修期間，焦化廠改出濕熄焦，干熄焦配比減少至 20%。由于濕熄焦水分不穩(wěn)定、波動(dòng)較大，影響高爐熱制度的穩(wěn)定性，高爐順行程度下降，爐體熱負(fù)荷波動(dòng)大。同期自產(chǎn)焦炭、外購(gòu)焦灰分升高，外購(gòu)焦灰分由 12． 7% 升高至 15． 2%，10 月10 ～30 日焦炭灰分由 12． 8% 升高至 13． 2%，見圖3。灰分升高后，在高溫狀態(tài)下，灰分與角質(zhì)的膨脹性不同，灰分顆粒會(huì)產(chǎn)生裂紋，使焦炭高溫強(qiáng)度降低，10 月1 ～10 日外購(gòu)焦1、外購(gòu)焦2 熱性能見圖4、圖 5。高溫區(qū)焦炭骨架作用明顯降低，爐缸內(nèi)焦炭孔隙度下降，透氣性、透液性變差，長(zhǎng)期鼓風(fēng)動(dòng)能不足，爐芯溫度下降，爐缸堆積，入爐焦炭質(zhì)量劣化是爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的主要原因［1］ 。
2． 1． 2 燒結(jié)礦質(zhì)量下降
為了降低成本，取消了鐵混料平鋪工藝。入燒各種原料改為直供方式，燒結(jié)礦化學(xué)成分波動(dòng)較大，尤其是燒結(jié)礦堿度，影響高爐熱制度、造渣制度的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響煤氣流分布。聯(lián)合檢修期間雨季頻繁，鈣灰存在一定的消化現(xiàn)象，燒結(jié)混合料料溫降低，低于 60 ℃，燒結(jié)礦粒級(jí)變小，影響高爐料柱透氣性。燒結(jié)礦堿度、平均粒度變化情況，如圖 6 所示。
2． 1． 3 高爐鋅負(fù)荷升高
2017 年 2#高爐的鋅負(fù)荷逐漸增高，在 9 月份時(shí)達(dá)到峰值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于《高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB0427—015) 要求的 150 g /t。2017 年 2#高爐鋅負(fù)荷情況，如圖 7 所示。鋅礦物在高于高溫區(qū)被還原為氣態(tài)鋅，其沸點(diǎn)低( 905 ℃) ，部分鋅蒸氣隨煤氣排出爐外，大部分鋅與爐襯或爐料反應(yīng)，在爐身下部甚至爐身上部形低熔點(diǎn)化合物，造成爐墻結(jié)厚甚至結(jié)瘤，或滲入爐襯的孔隙和磚縫中，氧化后引起爐襯膨脹而破壞爐殼［2］。鋅在高爐內(nèi)循環(huán)富集量越大，其危害性越大［3］。鋅負(fù)荷升高是爐墻結(jié)厚的重要原因［4］。
2． 2 高爐操作原因
為了提高產(chǎn)量增加入爐風(fēng)量，2#高爐風(fēng)口面積擴(kuò)大至 0．332 1 m2 ，短期內(nèi)高爐產(chǎn)量得到提升。進(jìn)入 9 月份后，入爐原燃料質(zhì)量下降，邊緣氣流波動(dòng)大，風(fēng)量呈萎縮趨勢(shì)，鼓風(fēng)動(dòng)能下降，10 月份后風(fēng)溫由 1 090 ℃下降至 1 040 ℃，鼓風(fēng)動(dòng)能進(jìn)一步降低，爐缸活躍度下降，中心氣流減弱，風(fēng)溫低軟融帶位置上移，以及爐體熱負(fù)荷波動(dòng)劇烈( 見圖 8) 。高溫局部氣流使高爐中部的爐料熔化后重新粘結(jié)在爐墻上，為中上部結(jié)厚提供了條件。在原燃料條件發(fā)生較大的變化后，對(duì)外圍變化對(duì)高爐的影響認(rèn)識(shí)不足，沒有根據(jù)外圍變化對(duì)高爐操作制度進(jìn)行調(diào)劑，是本次爐墻粘結(jié)的操作原因。
3 爐墻結(jié)厚、爐缸堆積的處理過程
3． 1 降低冷卻水量
為消除結(jié)厚，改善順行，10 月 14 日降低爐體冷卻水量 400 m 3 /h，并提高水溫 2 ℃。16 日爐體水量減至 2 800 m 3 /h，降低爐體冷卻強(qiáng)度，采取發(fā)展邊緣氣流的裝料制度。17 日再次疏松邊緣保障中心，減少礦石第 1 環(huán)、第 5 環(huán)礦圈數(shù)，對(duì)邊緣、中心進(jìn)行疏導(dǎo)，18 日配加錳礦、螢石，改善渣鐵流動(dòng)性，計(jì)算焦比提高至 423 kg /t，21 日風(fēng)量 3 000 m 3 /min。采取退礦批、輕負(fù)荷、調(diào)整布料矩陣、配加錳礦和螢石等措施，發(fā)展邊緣氣流消除爐墻粘結(jié)，由于高爐順行程度差，爐溫控制偏低，效果不明顯［5］。
3． 2 集中加焦熱洗
第一次集中加焦熱洗。10月23日采取熱酸洗處理爐墻粘結(jié)，共計(jì)加焦 139．2 t，爐體熱負(fù)荷水平有所上升。從風(fēng)口工作看，有部分渣皮脫落，25 日風(fēng)量逐步恢復(fù)至4000m3 /min，爐內(nèi)壓量關(guān)系逐步趨向穩(wěn)定，崩滑料現(xiàn)象減少，熱負(fù)荷由4 500 MCal/h上升至7 000 MCal/h，下部溫度仍處于低位狀態(tài)，爐墻結(jié)厚仍沒有消除。
第二次集中加焦熱洗。10 月 26 日由于干熄焦數(shù)量不足，被迫配加高灰分的庫(kù)存干熄焦后，爐體溫度大幅下降，熱負(fù)荷水平下降至 4 500 MCal/左右，壓量關(guān)系不穩(wěn)，出現(xiàn)懸料、崩料現(xiàn)象，用風(fēng)困難，風(fēng)量萎縮至 3 000 m3 /min 左右。
降料面法消除爐墻結(jié)厚適用于對(duì)爐墻上部結(jié)厚問題的處理，在處理過程中應(yīng)使用大風(fēng)量，使高溫煤氣流對(duì)結(jié)厚部位產(chǎn)生較大的沖刷力［6］。10 月 31日空料線 12．1 m，集中加焦 425．1 t 熱洗，爐墻粘結(jié)消除，熱負(fù)荷水平上升至 20 000 MCal/h 左右，見圖9。由于長(zhǎng)期低風(fēng)量以及高爐溫影響，風(fēng)量 3 000m3 /min 恢復(fù)困難，邊緣氣流不穩(wěn)，十二段靜壓頻繁分叉，爐頂翻料，料動(dòng)不好，中心的氣流較弱，爐缸堆積嚴(yán)重。
3． 3 恢復(fù)爐缸工作
經(jīng)過集中加焦熱洗爐墻粘結(jié)消除后，主要工作轉(zhuǎn)移到恢復(fù)風(fēng)量提高爐缸工作的活性。由于爐缸堆積嚴(yán)重，11月2 日30#風(fēng)口燒漏，休風(fēng)更換。至 11月 8 日由于爐缸堆積嚴(yán)重，中心氣流很弱，盡管調(diào)整上部裝料制度，發(fā)展中心氣流，效果不明顯。此時(shí)，風(fēng)量只有3000 m3 /min 左右，風(fēng)速、鼓風(fēng)動(dòng)能低，鼓風(fēng)動(dòng)能 5 000 kg·m /s。
11 月 9 日鑒于爐墻粘結(jié)消除后，風(fēng)量恢復(fù)困難，風(fēng)速、鼓風(fēng)動(dòng)能低，為提高風(fēng)速、鼓風(fēng)動(dòng)能，休風(fēng)堵 1#、6#、11#、16#、21#、26#風(fēng)口，送風(fēng)風(fēng)口面積0．264 2 m2 。11 月 10 日風(fēng)量達(dá)到了 3400 ～3 500m3 /min，鼓風(fēng)動(dòng)能達(dá)到了11000 ～12 000 kg·m /s，見圖 9。此后，爐況進(jìn)入快速恢復(fù)階段，逐步捅開風(fēng)口，擴(kuò)大礦批，加重焦炭負(fù)荷，至 11 月 15 日堵一個(gè)風(fēng)口作業(yè)，風(fēng)量用至 4750～4800 m3 /min，實(shí)現(xiàn)全風(fēng)作業(yè)。至此，爐況恢復(fù)全面正常。
4 結(jié)論
( 1) 良好的原燃料條件是高爐保持穩(wěn)定順行的根本，是高爐強(qiáng)化冶煉的基礎(chǔ)。高爐原料條件發(fā)生重大變化時(shí)，預(yù)知預(yù)判，應(yīng)及時(shí)調(diào)整高爐操作制度，除減輕焦炭負(fù)荷、調(diào)整上部裝料制度外，風(fēng)量萎縮時(shí)堵風(fēng)口是提高鼓風(fēng)動(dòng)能的有效操作。本次 2#高爐爐墻結(jié)厚、爐缸堆積再次印證精料的重要性。
( 2) 爐墻結(jié)厚重在預(yù)防。大型高爐控制合理的操作爐型，應(yīng)采取合理的邊緣和中心充沛的操作制度，建立預(yù)警機(jī)制，規(guī)定爐體熱負(fù)荷的合理范圍，防止?fàn)t墻結(jié)厚。當(dāng)邊緣煤氣流不足時(shí)，要及時(shí)調(diào)整布料矩陣，疏松邊緣。防止低料線操作，改善原燃料條件，從根源上降低有害元素含量，維持熱制度、造渣制度的穩(wěn)定性，杜絕產(chǎn)生邊緣局部氣流。
( 3) 在處理爐墻結(jié)厚時(shí)，要保持爐況穩(wěn)定順行，在保障足夠的中心氣流的前提下，發(fā)展合理的邊緣氣流，如過分的發(fā)展邊緣氣流會(huì)造成結(jié)厚上移。控制足夠高鐵水溫度和硅含量，降低爐渣堿度。如果不能保持高爐順行，則應(yīng)大幅度減輕焦炭負(fù)荷。減少各種入爐有害元素含量。大量集中加焦熱洗是處理爐墻結(jié)厚比較激烈的手段，見效快，但存在可能燒壞冷卻壁的弊端。
( 4) 提高焦炭質(zhì)量，尤其是焦炭的高溫強(qiáng)度，能提高爐缸內(nèi)焦炭的粒度，改善透氣性和透液性，是預(yù)防爐缸堆積的原料條件。在日常生產(chǎn)中，各種因素導(dǎo)致的短時(shí)間慢風(fēng)操作消除后，應(yīng)立即恢復(fù)全風(fēng)，如因爐況不順導(dǎo)致的低風(fēng)量，除上部調(diào)劑外，還應(yīng)堵幾個(gè)風(fēng)口，提高鼓風(fēng)動(dòng)能。