鄭義勍  郭軍偉

(安陽鋼鐵股份有限公司)

摘要：目前，高爐面臨巨大的環保壓力，限產、悶爐情況時常出現，在高爐爐役后期爐身冷卻壁大量破損和嚴峻的環保形勢要求下，高爐在長期悶爐開爐后，經過4 天的短暫爐況恢復，被迫進行降料面停爐操作。通過對爐缸狀況的科學分析，制定安全合理的停爐方案、嚴格控制高爐在恢復爐況和停爐期間的操作參數，實現了高爐在爐缸異常狀態下的安全停爐。

關鍵詞：高爐；異常爐況；降料面；停爐

0 前言

受嚴峻的環保形勢影響，安鋼1 號高爐容積為2 200 m³，在2016 年11 月～2017 年2 月期間1 號高爐共悶、開爐3 次，高爐生產、操作十分被動。為了積極響應采暖期間的環保政策和爐役后期高爐冷卻壁的檢修需要，1 號高爐于2017 年1 月5 日無計劃悶爐，至2 月10 日開爐，并于2 月15 日安全降料面，實現了異常爐況下的安全停爐，為接下來的高爐中修打下基礎。

1 高爐概況

安鋼1 號2 000 m³ 級高爐于2005 年建成投產，有28 個風口，3 個出鐵場，3 座改進型高溫長壽熱風爐。采用了PW 串罐無料鐘爐頂; 最新的磚壁合一技術，高熱負荷區域采用銅冷卻壁，聯合軟水密閉循環系統; 爐底、爐缸采用“陶瓷杯”+水冷炭磚薄爐底爐缸結構。至今，高爐已持續運行12 年，爐身冷卻壁破損較多，占到40%，冷卻壁的頻繁漏水造成了高爐爐型的不規則，影響高爐的順行，直接制約了高爐燃耗的優化，嚴重威脅高爐的安全生產。

2 停爐前的準備工作

此次停爐十分特殊，2017 年1 月5 日1#高爐應環保要求悶爐，2 月10 日開爐生產，因環保形勢嚴峻，2 月15 日必須停下來，爐況恢復時間只有4 天，停爐時間緊迫，難度巨大。為了下一步的檢修更換漏水冷卻壁和減少后期人工扒爐工作量，遂決定降料面停爐。但是降料面停爐前必須要解決兩個問題: 一是高爐爐缸的恢復; 二是降料面前的準備。

2．1 爐缸的恢復

近三個月來爐缸狀態始終處于比較惡劣的情況下，要實現安全降料面停爐，首先要把爐缸恢復到具備降料面的條件，物理熱1 500 ℃以上，風口要開到全風口的80%以上。

2．1．1 停爐前高爐狀態的分析

受環保要求，在2016 年11 月～ 2017 年2 月間1 號高爐共悶、開爐3 次，最近一次是2017 年1 月5日悶爐，悶爐時間長達一個月，而且2016 年11 月l1月下旬因1#，2#鐵口之間爐缸側壁溫度攀升過快，為保安全高爐長期堵上方4 個風口，并配加鈦礦護爐，導致爐缸狀態十分惡劣。

此次所留下的恢復時間太短，要求恢復過程中不容有任何偏差，且1 月5 日悶爐至2 月10 日時間過長，悶爐料負荷過重，考慮到目前爐缸的狀態，經跟廠部討論決定本次爐況恢復按爐缸凍結處理。

2．1．2 停爐前的爐況恢復

1 號高爐于2017 年2 月10 日開爐，為保證開爐恢復進度，所有風口都進行處理，觀察記錄每個風口焦炭的疏松狀態和紅焦情況，挖進1．5 m 填充新焦炭，經分析發現1#，2#鐵口方向焦炭情況較好，為保恢復效率決定只用1#鐵口上方5 個風口送風( 如圖1 所示) ，其余風口全部用磚套堵嚴，并保證送風時不被吹開。從1#、2#鐵口上方的風口向下燒至與鐵口貫通，并處理1#，2#鐵口燒入3 m 以上埋入氧槍，通入壓縮空氣和氧氣，調整合適壓力，加熱爐缸，以加速爐況的恢復進程，留專人看守，每5 小時更換一次氧槍，防止燒壞鐵口區域碳磚。

2 月10 日18: 40 高爐送風，送風風量為500 m³ /min，送風風口5 個，風口面積為0．052 9 m²，風溫為700 ℃，考慮爐缸嚴重虧熱，按照“寧酸勿堿，寧熱勿涼”的原則，第一批料集中加凈焦255 t，為爐缸體積的1．35 倍，正常料負荷為1．67，每批配加錳礦600 kg，計算爐渣堿度1．1，保證渣鐵能夠順利排出。上部布料則以透氣性為主，縮小礦帶，發展兩股氣流。22: 00 1#鐵口拔出氧槍，排出渣鐵約為20 t，流動性較差，物理熱為1 330 ℃。因爐缸嚴重虧熱，嚴格控制新渣鐵的生成速度，風量維持在700 m³ /min，適當富氧2 000 m³ /h，至11 日12: 00風溫用到1 000 ℃，逐步提高理論燃燒溫度，2 月10日22: 00～2 月11 日22: 00 共出鐵14 次，每次出鐵時間為5 min～6 min，兩次鐵之間間隔1．5 h，確保及時排出涼渣鐵，達到加熱活躍爐缸的目的。11 日20: 45爐缸熱量改善，物理熱上到1 480 ℃，渣鐵流動好轉，風口較為活躍，高爐開始捅風口加風，開風口原則是風口活躍，爐溫上行，渣鐵流動性好轉。恢復過程中理論風速不超過240 m/s，實際風速不超過310 m/s。因恢復時間短，2#，3#鐵口區域不夠活躍，熱量不足，渣鐵難以排放，只能靠1#單鐵口出鐵，恢復進程受阻，因恢復時間短，同時7 ～ 11 號風口又不在鐵口附近( 如圖2 所示) ，風口不活躍，導致無法捅開，至14 日停爐前風量加到2 600 m³ /min，送風風口數目為21 個，占風口總數的75%，物理熱基本穩定在1 510 ℃以上，具備降料面條件。

2．2 降料面前的準備

2 月14 日3: 00 高爐停止上料，待8: 00 休風時，料面為4． 09 m，期間共下料7 批，最上面加焦炭100 t，降料面之前鐵水物理熱1 508 ℃，爐渣R =1．08。休風后進行十字測溫和布料溜槽的拆除，關閉漏水冷卻壁的水管，更換漏水小套、中套，檢查水冷齒輪箱的冷卻水，防止往爐內漏水，嚴格做到打水可控。對爐殼跑風開焊處進行補焊維修。安裝爐喉霧化打水管并調試，要求總水量≥120 m³ /h，水壓≥1．2 MPa，打水管四個方向共設有8 根水管，每個方向均可單獨控制，實現停爐過程中對頂溫的靈活控制，打水管調試完成后通水，避免插入爐內受熱變形彎曲或者堵死霧化孔。調試爐喉氮氣、蒸汽，要求壓力大于0．5 MPa，保證停爐期間煤氣安全。在爐頂壓力取樣口處增設新爐喉煤氣取樣管，引至出鐵廠平臺，防止堵塞，通氮氣反吹，保證停爐過程能夠及時對爐喉煤氣化驗分析。更換3 個料面探尺，增加量程到24 m，保證降料面過程中對料面的實時監控。

3 降料面停爐過程

3．1 降料面操作

2 月14 日14: 30 高爐復風開始降料面，此時料線平均4 m。因高爐開爐不久，爐缸狀態差，負荷輕，受頂溫的制約及為防止管道出現，最終確定送風風量為2 800 m³ /min，風溫為950 ℃，控制理論燃燒溫度在2 250 ℃ ～ 2 300 ℃之間。受爐缸風口偏堵的影響，送風后下料不均勻，1#料線下料最快，3#料線最慢，料面呈斜坡狀態，為防止塌料導致煤氣爆震，密切關注頂壓和頂溫走勢及變化情況，嚴格控制風量，風壓。前期用風原則是只要頂溫和煤氣成份可控，風量用到最大。

前期料線下降順暢，進展較快。降料面過程中有三個節點: 一是料面進入爐身下部之前，此時的煤氣成份正常，H₂含量可控，保證頂溫在300 ℃左右，風量可適當加大; 二是爐身下部至爐腰，此時因料層減薄，打水量的增加，H₂ 含量上升較為明顯，應適當控制風量; 三是料面進入爐腰，此時煤氣成份接近安全管理值的上限，要密切關注煤氣成份。2 月14 日16: 46 至第一次出鐵前，1 # 料線8 m，風量2 600 m³ /min，H₂ 含量為3．4%，此時處于爐身中部，頂溫和煤氣成份可控。23: 37，1#料線16．33 m，煤氣中H₂ 含量為7．8%，從探尺和煤氣分析，料面進入爐身下部，頂壓不穩小尖峰較多，為了防止煤氣爆震，控制風量到2 450 m³ /min。2 月15 日1: 00，1#料線18．17 m，煤氣中H₂ 含量達到11．5%，從探尺和煤氣分析得出，料面到達爐腰。因H₂ 含量接近目標管理值，為保證煤氣安全于1: 20 高爐停止回收煤氣，減風壓至74 kPa，風量1 960 m³ /min，繼續降料面。15 日4: 00，1#料線20．12 m，從料尺判斷，料面進入爐腹，防止渣皮脫落，風量減到1 650 m³ /min。5: 51 高爐休風，累計風量1 989 萬m³ /min( 如圖3 所示) ，1#料線21．28 m，2#料線19．52 m，3#料線18．04 m。

3．2 煤氣管理

高爐降料面過程中，煤氣的化驗分析尤為重要，煤氣成份能間接反映料面的位置。隨著料面的下降，煤氣中CO₂ 含量會呈現先降后升的趨勢，標志著爐內間接還原的結束，待CO₂ 含量降到最低點即3%～5%時，料面進入爐腰。待料面進入爐腹后，隨著直接還原的發生，CO₂ 含量開始回升。而H₂ 和O₂ 濃度也是煤氣安全的關鍵參數，隨著打水量的增加，H₂ 含量逐漸上升，如果過多的水和焦炭反應會產生大量的水煤氣，極易產生煤氣爆炸，所以打水量的控制和H₂ 濃度管理是降料面過程中的重要環節。隨著料面的下降，料層變薄，若不及時調整風量，會導致煤氣中O₂ 濃度超標，也極易形成爆炸性氣體，O₂ 濃度的管理也是保證安全降料面的重要環節，H₂ 和O₂ 濃度的管理標準分別見表1 和表2。

根據煤氣成分分析料面位置: ( 1) H₂ 上升，接近CO₂ 時，料面在爐身下部; ( 2) H₂＞CO₂ 時，料面可能進入爐腰; ( 3) CO₂ 開始回升，料面可能進入爐腹。

3．3 打水量控制

在降料面過程中，打水是整個降料面過程的主要操作，爐頂打水由主控室專人控制。為了保證爐頂設備安全和煤氣系統的安全，爐頂溫度要控制在300 ℃ ～ 450 ℃，最高不超過450 ℃，最低不得小于300 ℃，防止凝水聚集，氣密箱溫度控制在60 ℃以下，降料面前，氣密箱冷卻氮氣開到最大，確保氣密箱溫度在停爐期間保持平穩。根據送風參數，氣密箱溫度，頂溫和煤氣成分合理打水調節閥閥位開度，嚴格控制頂溫最低點方向的打水量，防止因料面偏，積水塌料造成爆炸事故，保證煤氣系統安全。為了確保打水霧化，停爐過程打水以新增霧化系統為主，待能力不能滿足時，開舊爐喉打水系統降頂溫。本次停爐新增霧化打水量為1 515 t，舊打水系統打水量為128 t。

3．4 出渣鐵管理

降料面期間，原則上安排出鐵3 次。因開爐恢復時間短，3#鐵口不活，本次停爐主要使用1#，2#鐵口出鐵。第一次出鐵，大約送風2 h 左右出鐵，選用直徑80 mm 鉆頭開口; 第二次鐵結合理論鐵量，在料面降至爐身下部或爐腰部位時出鐵; 最后一次出鐵在休風停爐前0．5 h，1#，2#鐵口同時打開，力爭多出渣鐵，大噴鐵口，直至休風。

考慮到高爐開爐不久，爐缸不活，殘余渣鐵較多，為了保證降料面的質量，加快了出鐵節奏，16: 46出第一次鐵，出鐵約85 t，之后間隔每1．5 h 出鐵一次，在料線到達爐身下部時，共出鐵220 t，因渣鐵分離差，隨后出鐵均改出火渣。

4 結語

( 1) 本次停爐因開爐不久，通過短期恢復爐況，克服了爐缸狀態差，料面偏差大的不利因素，實現了安全停爐。

( 2) 本次停爐從14 日14: 30 ～ 15 日5: 50，用時15．5 h，因爐缸不活，1#料線降到風口中心線下部，其余兩個料線在爐腹中下部。1#料線深21．28 m，2#料線深19．52 m，3#料線深18．04 m。

( 3) 合理的霧化打水和嚴格對煤氣中氫氣，氧氣濃度管理是本次安全停爐的關鍵。

( 4) 通過計算理論鐵量，合理安排出鐵節奏可有效加速降料面的進程。

5 參考文獻

［1］ 李世杰，楊占海，侯健，等．邯鋼8 號高爐快速停爐降料面實踐［J］．煉鐵，2012，31( 4) : 48－50．

［2］ 周傳典．高爐煉鐵生產技術手冊［M］．北京: 冶金工業出版社，2012: 429－456．