禹忠劍
( 河鋼集團宣鋼公司 煉鐵廠，河北 宣化 075100)
摘要: 介紹了宣鋼 2#高爐爐墻結厚、爐缸堆積的過程，闡述了爐墻結厚、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、堵風口等措施。分析了爐墻結厚、爐缸堆積的原因，總結了再回復爐況過程中存在的不足，提出預防高爐爐墻結厚、爐缸堆積的措施，為其他高爐預防或處理爐墻結厚、爐缸堆積提供借鑒。
關鍵詞: 高爐; 爐墻; 結厚; 爐缸堆積; 處理
0 引言
宣鋼 2#高爐有效容積 2500 m3 ，設計30個風口，3個鐵口，鐵口呈“Y”形排列，爐腹、爐腰及爐身下部采用 4 段銅冷卻壁，采用聯合軟水密閉循環冷卻系統，配備3座改進型內燃式熱風爐，采取空氣、煤氣雙預熱技術，爐頂上料系統采取雙罐并列式，2010 年 9 月 18 日點火開爐。開爐后爐況比較穩定順行，技術經濟指標良好。2017 年爐料結構為燒結礦 80%，其余為球團礦和塊礦，入爐焦炭結構為自產干熄焦 60% + 外進焦炭 40%，10 月份由于煉鐵系統、焦化系統、鋼軋系統大型聯合檢修，減配干熄焦，配加大量落地燒結礦，以及外進焦炭質量下降，入爐原燃料質量下降幅度較大，風溫降低，導致爐況出現波動，風壓波動大，崩料、懸料、滑尺頻繁，調整上部裝料制度起不到應有的作用，高爐不接受風量，爐體溫度下降，爐墻出現結厚和堆積征兆，造成各項經濟指標劣化。本文對 2#高爐爐墻結厚、爐缸堆積的原因進行了分析，總結了處理爐墻結厚、爐缸堆積的經驗教訓，提出了后續預防爐前結厚的措施，為其他高爐爐墻結厚以及預防爐墻結厚提供借鑒經驗。
1 爐墻結厚的經過及征兆
2017 年 9 月初配合鋼軋廠年修，高爐系統、焦化系統聯合檢修，2#高爐減配干熄焦至 20%，燒結 1#機年修 11 天，期間配加落地燒結礦 400 t/h，外進焦炭質量下降，灰分升高，入爐原燃料質量下降。10月份后自產焦炭灰分也出現升高現象，風量下降趨勢明顯，爐況穩定性下降。至 10 月 14 日后風壓升高，風量萎縮，料尺動作停止、滑落，出現懸料、崩料、偏尺，9 段、10 段溫度下降、呆滯，爐體熱負荷下降并低于10 000 MCal/h，順行程度變差，難于接受風量、風溫，調整上部裝料制度、大幅度減輕焦炭負荷，對邊緣、中心氣流進行疏導，效果不明顯。至此，爐墻結厚形成，由于長期慢風作業，爐缸產生堆積。9段、10 段溫度和爐體熱負荷變化趨勢見圖 1，爐芯溫度變化見圖 2。
2 爐墻結厚的原因
2． 1 入爐原燃料品質劣化
2． 1． 1 焦炭質量下降
2#高爐正常的用焦結構為自產干熄焦 60% +外購焦 40%。聯合檢修期間，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定、波動較大，影響高爐熱制度的穩定性，高爐順行程度下降，爐體熱負荷波動大。同期自產焦炭、外購焦灰分升高，外購焦灰分由 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，在高溫狀態下，灰分與角質的膨脹性不同，灰分顆粒會產生裂紋，使焦炭高溫強度降低，10 月1 ～10 日外購焦1、外購焦2 熱性能見圖4、圖 5。高溫區焦炭骨架作用明顯降低，爐缸內焦炭孔隙度下降，透氣性、透液性變差，長期鼓風動能不足，爐芯溫度下降，爐缸堆積，入爐焦炭質量劣化是爐墻結厚、爐缸堆積的主要原因［1］ 。
2． 1． 2 燒結礦質量下降
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，燒結礦化學成分波動較大，尤其是燒結礦堿度，影響高爐熱制度、造渣制度的穩定性，進而影響煤氣流分布。聯合檢修期間雨季頻繁，鈣灰存在一定的消化現象，燒結混合料料溫降低，低于 60 ℃，燒結礦粒級變小，影響高爐料柱透氣性。燒結礦堿度、平均粒度變化情況，如圖 6 所示。
2． 1． 3 高爐鋅負荷升高
2017 年 2#高爐的鋅負荷逐漸增高，在 9 月份時達到峰值，遠遠高于《高爐煉鐵工程設計規范》( GB0427—015) 要求的 150 g /t。2017 年 2#高爐鋅負荷情況，如圖 7 所示。鋅礦物在高于高溫區被還原為氣態鋅，其沸點低( 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，在爐身下部甚至爐身上部形低熔點化合物，造成爐墻結厚甚至結瘤，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］。鋅在高爐內循環富集量越大，其危害性越大［3］。鋅負荷升高是爐墻結厚的重要原因［4］。
2． 2 高爐操作原因
為了提高產量增加入爐風量，2#高爐風口面積擴大至 0．332 1 m2 ，短期內高爐產量得到提升。進入 9 月份后，入爐原燃料質量下降，邊緣氣流波動大，風量呈萎縮趨勢，鼓風動能下降，10 月份后風溫由 1 090 ℃下降至 1 040 ℃，鼓風動能進一步降低，爐缸活躍度下降，中心氣流減弱，風溫低軟融帶位置上移，以及爐體熱負荷波動劇烈( 見圖 8) 。高溫局部氣流使高爐中部的爐料熔化后重新粘結在爐墻上，為中上部結厚提供了條件。在原燃料條件發生較大的變化后，對外圍變化對高爐的影響認識不足，沒有根據外圍變化對高爐操作制度進行調劑，是本次爐墻粘結的操作原因。
3 爐墻結厚、爐缸堆積的處理過程
3． 1 降低冷卻水量
為消除結厚，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，降低爐體冷卻強度，采取發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、第 5 環礦圈數，對邊緣、中心進行疏導，18 日配加錳礦、螢石，改善渣鐵流動性，計算焦比提高至 423 kg /t，21 日風量 3 000 m 3 /min。采取退礦批、輕負荷、調整布料矩陣、配加錳礦和螢石等措施，發展邊緣氣流消除爐墻粘結，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，共計加焦 139．2 t，爐體熱負荷水平有所上升。從風口工作看，有部分渣皮脫落，25 日風量逐步恢復至4000m3 /min，爐內壓量關系逐步趨向穩定，崩滑料現象減少，熱負荷由4 500 MCal/h上升至7 000 MCal/h，下部溫度仍處于低位狀態，爐墻結厚仍沒有消除。
第二次集中加焦熱洗。10 月 26 日由于干熄焦數量不足，被迫配加高灰分的庫存干熄焦后，爐體溫度大幅下降，熱負荷水平下降至 4 500 MCal/左右，壓量關系不穩，出現懸料、崩料現象，用風困難，風量萎縮至 3 000 m3 /min 左右。
降料面法消除爐墻結厚適用于對爐墻上部結厚問題的處理，在處理過程中應使用大風量，使高溫煤氣流對結厚部位產生較大的沖刷力［6］。10 月 31日空料線 12．1 m，集中加焦 425．1 t 熱洗，爐墻粘結消除，熱負荷水平上升至 20 000 MCal/h 左右，見圖9。由于長期低風量以及高爐溫影響，風量 3 000m3 /min 恢復困難，邊緣氣流不穩，十二段靜壓頻繁分叉，爐頂翻料，料動不好，中心的氣流較弱，爐缸堆積嚴重。
3． 3 恢復爐缸工作
經過集中加焦熱洗爐墻粘結消除后，主要工作轉移到恢復風量提高爐缸工作的活性。由于爐缸堆積嚴重，11月2 日30#風口燒漏，休風更換。至 11月 8 日由于爐缸堆積嚴重，中心氣流很弱，盡管調整上部裝料制度，發展中心氣流，效果不明顯。此時，風量只有3000 m3 /min 左右，風速、鼓風動能低，鼓風動能 5 000 kg·m /s。
11 月 9 日鑒于爐墻粘結消除后，風量恢復困難，風速、鼓風動能低，為提高風速、鼓風動能，休風堵 1#、6#、11#、16#、21#、26#風口，送風風口面積0．264 2 m2 。11 月 10 日風量達到了 3400 ～3 500m3 /min，鼓風動能達到了11000 ～12 000 kg·m /s，見圖 9。此后，爐況進入快速恢復階段，逐步捅開風口，擴大礦批，加重焦炭負荷，至 11 月 15 日堵一個風口作業，風量用至 4750～4800 m3 /min，實現全風作業。至此，爐況恢復全面正常。
4 結論
( 1) 良好的原燃料條件是高爐保持穩定順行的根本，是高爐強化冶煉的基礎。高爐原料條件發生重大變化時，預知預判，應及時調整高爐操作制度，除減輕焦炭負荷、調整上部裝料制度外，風量萎縮時堵風口是提高鼓風動能的有效操作。本次 2#高爐爐墻結厚、爐缸堆積再次印證精料的重要性。
( 2) 爐墻結厚重在預防。大型高爐控制合理的操作爐型，應采取合理的邊緣和中心充沛的操作制度，建立預警機制，規定爐體熱負荷的合理范圍，防止爐墻結厚。當邊緣煤氣流不足時，要及時調整布料矩陣，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、造渣制度的穩定性，杜絕產生邊緣局部氣流。
( 3) 在處理爐墻結厚時，要保持爐況穩定順行，在保障足夠的中心氣流的前提下，發展合理的邊緣氣流，如過分的發展邊緣氣流會造成結厚上移。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，則應大幅度減輕焦炭負荷。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) 提高焦炭質量，尤其是焦炭的高溫強度，能提高爐缸內焦炭的粒度，改善透氣性和透液性，是預防爐缸堆積的原料條件。在日常生產中，各種因素導致的短時間慢風操作消除后，應立即恢復全風，如因爐況不順導致的低風量，除上部調劑外，還應堵幾個風口，提高鼓風動能。