牛富軍

（安陽鋼鐵股份有限公司）

摘  要：通過適當(dāng)提高安鋼 3 號高爐爐頂壓力、使用氮氣稀釋爐頂煤氣、改進(jìn)爐頂打水裝置、停爐料負(fù)荷分段控制等一系列措施的實施，結(jié)合爐內(nèi)關(guān)鍵操作參數(shù)的合理控制，實現(xiàn)了 3 號高爐的順利停爐，填補(bǔ)了安鋼在特大型高爐空料線打水停爐方面的技術(shù)空白。

關(guān)鍵詞：高爐；停爐；實踐

0 前言

安鋼 3 號高爐設(shè)計爐容 4 747 m³ ，爐體冷卻采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，爐腹?fàn)t腰及爐身下部采用5 段銅冷卻壁，其余部位采用鑄鐵冷卻壁，在爐腹下部銅冷卻壁與爐缸鑄鐵冷卻壁交接處采用上下交錯式布置 2 層銅冷卻板過渡 ；高爐于 2013 年 3月 19 日點火投產(chǎn)，2019 年 4 月 24 日爐腰出現(xiàn)第一塊銅冷卻壁漏水后，爐腰爐腹部位銅冷卻壁漏水?dāng)?shù)量逐步增多，截止到 2020 年 12 月初，爐腰爐腹銅冷卻壁水管共破損 69 根，涉及銅冷卻壁 30塊 ；高溫區(qū)冷卻壁大量漏水后高爐操作內(nèi)型極端不規(guī)整，嚴(yán)重影響了煤氣流的分布和高爐爐況的穩(wěn)定順行，同時也給高爐生產(chǎn)帶來重大安全風(fēng)險；安鋼 3 號高爐于 2020 年 12 月 20 日 4 ：16 順利降料面到風(fēng)口后停爐搶修，共耗時 22 h 16 min，實現(xiàn)了高爐的安全順利停爐。

1 停爐前準(zhǔn)備

1.1  爐墻清理

受冷卻壁大量破損影響，高爐操作內(nèi)型在爐腰爐腹部位圓周分布極不均勻，為保證高爐的安全生產(chǎn)，采取長期堵上部爐殼出現(xiàn)開裂方位風(fēng)口（17#風(fēng)口）生產(chǎn) ；為減少降料面停爐過程中渣皮脫落對停爐過程帶來的不利影響，高爐降料面停爐前一般要對爐墻進(jìn)行清理 ；安鋼 3 號高爐因冷卻壁大量漏水，未刻意采取疏松邊緣的裝料制度去清洗爐墻，高爐降料面停爐前主要采取了提前捅開17# 風(fēng)口實現(xiàn)全風(fēng)口作業(yè)、適當(dāng)提高爐溫并降低爐渣堿度、減輕焦炭負(fù)荷、降低噴煤比、適當(dāng)配加錳礦和螢石入爐改善渣鐵流動性等措施對爐墻爐缸進(jìn)行了小幅度清理，主要措施見表 1。

1.2  料倉騰空

高爐礦焦槽長期使用后不可避免會出現(xiàn)倉壁粘結(jié)或耐磨材料脫落現(xiàn)象，安鋼 3 號高爐停爐期間計劃對槽下所有料倉進(jìn)行檢查處理，高爐按照降料面時間節(jié)點在預(yù)休風(fēng)前 3 天開始著手減少料倉使用數(shù)量 ：逐步騰空所有 B 列燒結(jié)倉和所有塊礦倉、堿球倉（休風(fēng)料不包含塊礦和堿球），只預(yù)留 2 個酸球倉、A 列燒結(jié)倉以及所有焦炭倉，后隨休風(fēng)料入爐，逐漸騰空槽下所有料倉。

1.3  設(shè)備準(zhǔn)備

為減少預(yù)休風(fēng)時間，降低預(yù)休風(fēng)作業(yè)強(qiáng)度，高爐利用 11 月 25 日休風(fēng)檢修機(jī)會，自爐頂煤氣封罩引至出鐵場平臺兩套（一用一備）煤氣人工取樣裝置，取樣管加裝處理管路堵塞用氮氣反吹裝置，保證降料面期間正常取樣分析。同步拆除 3 根十字測溫裝置，僅保留 135°方向一根伸入爐內(nèi)最長的十字測溫。

2 預(yù)休風(fēng)

近年來，隨著高爐冶煉技術(shù)的進(jìn)步，為加快降料面進(jìn)程和降低燃料消耗，國內(nèi)已有高爐在空料線打水停爐前不再進(jìn)行預(yù)休風(fēng)作業(yè) ；考慮到安鋼3 號高爐存在大量冷卻壁漏水，爐腰爐腹冷卻壁多數(shù)存在漏水可能性的現(xiàn)狀，為確保安全順利降料面到風(fēng)口，選擇在降料面前進(jìn)行12 h 的預(yù)休風(fēng)作業(yè)。

2.1  休風(fēng)料的選擇

高爐休風(fēng)料計算生鐵 [Si] 含量取 0.8%，計算爐渣 R₂ 取 1.0，適當(dāng)配加錳礦、螢石入爐（鐵水[Mn] 含量按 0.8% 控制，渣中（CaF₂）按 4.3% 控制）來改善爐渣的流動性。休風(fēng)料取消焦丁入爐，考慮到降料面過程料柱逐漸變薄、煤氣利用率逐漸變差的生產(chǎn)實際，礦批和礦焦比的選擇分兩段入爐，第一段休風(fēng)料礦批 98 t/ 批，礦焦比 2.8 t/t，走15 批，第二段休風(fēng)料礦批 95 t/ 批，礦焦比 2.5 t/t，走 23 批。為保證停爐后期有充足的爐缸溫度，防止熔渣在料面結(jié)成硬塊，以加速停爐后的爐內(nèi)清理工作 ^[1]，選擇加 3 批蓋面焦，共計 114 t，考慮蓋面焦全爐礦焦比 2.43 t/t，全爐總焦比為 655 kg/t。

2.2  預(yù)休風(fēng)作業(yè)

于 12 月 18 日 17:50 休風(fēng)后及時關(guān)閉高爐漏水和有可能漏水的冷卻壁，并對水管根部做加固處理后加噴水冷卻，防止向爐內(nèi)漏水。對爐殼開裂、跑煤氣的地方進(jìn)行補(bǔ)焊處理，對爐殼焊縫前期出現(xiàn)開焊的地方，使用 AB 膠進(jìn)行涂抹覆蓋。同時，將高爐原有爐頂打水裝置全部更換為高效霧化噴頭，提高降溫效果，從十字測溫安裝孔插入新制作的 8 根霧化式噴水槍，增加最大水量到 200 m³ /h以上，以滿足高爐降料面的需要 ；從風(fēng)口平臺氮氣集氣包將氮氣由靜壓孔引入爐內(nèi)，增加爐身部位氮氣的通入量 ；將原有的機(jī)械探尺量程由 6 m調(diào)整為 27 m，并選用不銹鋼耐高溫鋼絲繩，對鋼絲繩和墜砣之間的連接部分做耐高溫保護(hù)，以確保降料面期間探尺的正常使用 ；并對煤氣系統(tǒng)的程序聯(lián)鎖功能進(jìn)行校驗，以保證降料面期間煤氣系統(tǒng)的安全；在爐頂大放散平臺加裝 3 臺監(jiān)控攝像，用以在停爐期間對爐頂放散情況進(jìn)行有效監(jiān)控。

3 降料面作業(yè)

3.1  降料面過程關(guān)鍵參數(shù)

安鋼 3 號高爐按計劃于 12 月 19 日早 6:00 開始送風(fēng)降料面，初始料線平均 1.82 m，前期高爐少量使用富氧以加速降料面進(jìn)程，8:30 風(fēng)量最高加到 6 000 m³ /h，對應(yīng)料線 7.07 m，23 ：33 料線下到24.08 m（爐腰以下 2.18 m）時改為常壓操作，12月 20 日 4 ：16 風(fēng)口見空后高爐休風(fēng)停爐。整個停爐過程氣流平穩(wěn)，風(fēng)壓波動小，無爆震發(fā)生，總耗時 22 h 16 min，共耗風(fēng) 488.4 萬 m³ ，消耗氧氣16 333 m³ ，折合總耗風(fēng)量為 496.18 萬 m³ ，爐頂打水 2 507.6 t，與計劃的 2 600 t 基本接近，停爐過程關(guān)鍵參數(shù)控制情況見表 2。

3.2  風(fēng)量與頂壓的使用

降料面期間風(fēng)量控制原則是在爐況允許的前提下，降料線前期維持較高風(fēng)量，以縮短控料線時間。3 號高爐 6 ：00 送風(fēng)，8 ：30 風(fēng)量逐漸增加到 6 000 m³ /min 后頂溫上升較多，由于 TRT 前期暖機(jī)未投用，受煤氣處理系統(tǒng)降溫能力和公司煤氣管網(wǎng)溫度控制要求的制約，高爐減風(fēng)到 5 800 m³ /min 以下，12 ：00 料面降到爐身下部后風(fēng)量控制到 4 000 m³ /min，并隨料面的下降逐漸減小入爐風(fēng)量，23 ：33 料線下到 24.08 m（爐腰以下 2.18 m）高爐改常壓操作，風(fēng)量最低減到 1 571 m³ /min，改常壓后及時回風(fēng)到2 800 m³ /min 左右。

降料面期間適當(dāng)提高爐頂壓力，一方面有利于爐內(nèi)還原反應(yīng)的進(jìn)行和煤氣流的穩(wěn)定，另一方面保持較高的爐內(nèi)壓力有利于及時出凈爐內(nèi)渣鐵。安鋼 3 號高爐在這次降料面停爐過程中， 頂壓的使用較正常生產(chǎn)時高出 20 ～ 50 kPa 左右。本次降料面過程中頂壓與風(fēng)量的實際使用情況如圖 1 所示。

3.3  風(fēng)溫的控制

高爐降料面期間應(yīng)根據(jù)實際情況使用風(fēng)溫，但必須保證爐況順行，防止大的崩料、懸料及風(fēng)口破損，以利于安全停爐 ^[2]。本次降料面停爐前期送風(fēng)階段料面較淺，風(fēng)溫最高達(dá)到 1 100 ℃，料面降到爐身中部以后風(fēng)溫下降到 1 000 ℃左右，并維持到改常壓，考慮到后期爐溫下降明顯，改常壓后提高風(fēng)溫使用水平，最高到 1 160 ℃。

3.4  頂溫控制與爐頂打水

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 ～ 350 ℃，齒輪箱溫度<70 ℃，在整個降料面期間，由于通入大量氮氣 , 齒輪箱溫度持續(xù)偏低，結(jié)合表 2 可以看出，降料面前期風(fēng)量偏大、頂溫控制偏高，對應(yīng)爐頂?shù)拇蛩恳财螅L(fēng)量減到 4 000 m³ /min 以下，煤氣量減少后，爐頂打水量相應(yīng)減少，23 ：33 停止煤氣回收后，頂溫基本保持在 300 ℃以下，爐頂打水停止；停爐過程荒煤氣溫度和爐頂溫度如圖 2 所示。

3.5  煤氣成分管控

高爐降料面期間煤氣的正確處理是安全順利停爐的重要一環(huán)，安鋼 3 號高爐這次降料面停爐期間停止煤氣回收的標(biāo)準(zhǔn) ：降料面后期，爐內(nèi)爆震頻繁，依靠減風(fēng)難以控制 ；煤氣指數(shù) <1.0 ；H₂ ≤ 10% ；O₂ ≤ 0.6%，滿足任意一項時即停止煤氣回收。在確保原有爐頂煤氣在線分析儀正常使用的同時，降料面期間每 30 min 人工取樣分析一次，整個降料面過程爐頂煤氣氧氣含量最高為 0.5%，煤氣中 H2 含量與煤氣指數(shù)曲線如圖 2 所示。

從圖 3 可以看出，19 ：30 與 20 ：30 兩次人工分析 H₂ 含量超過 10%，但隨后的取樣復(fù)驗均小于10%，23 ：00 以后，人工分析數(shù)據(jù)計算煤氣指數(shù)小于 1.0，且料面已進(jìn)入爐腹 2 m，停爐小組綜合研判后停止煤氣回收。

3.6  爐前出鐵

從保證降料面期間安全和高壓段有利于出凈爐內(nèi)渣鐵的角度考慮，計劃高壓段不間斷出鐵；停爐最后一次鐵要求在用的三個鐵口全部打開出鐵，盡可能減少爐缸殘存渣鐵量，降低停爐后爐缸清理的工作量。20 日 3:30 觀察 2 號鐵口周邊風(fēng)口已經(jīng)吹空，料線已經(jīng)降至風(fēng)口，組織出最后一次鐵，實際降料面停爐期間共出鐵 9 次，出鐵量1 873.08 t，較理論鐵量少 146 t。出鐵情況及爐溫水平見表 3。

4 涼爐作業(yè)

20 日 4 ：16 高爐停爐休風(fēng)后進(jìn)入涼爐階段。爐身氮氣、煤槍氮氣繼續(xù)向爐內(nèi)通入，8 ：50 開爐頂大人孔后四個鐵口通氮氣冷卻爐缸側(cè)壁，使用十字測溫加裝的 8 根噴水槍冷卻爐缸中心死焦堆，21 日夜班從風(fēng)口插入 7 根前端焊死后間隔性 2 m開孔的 DN50 無縫鋼管到爐缸中心，以加強(qiáng)死焦堆的降溫。22 日中班鐵口停止通氮氣，24 日 5 ：00 停止打水，高爐涼爐結(jié)束。

5 結(jié)語

（1）本次空料線打水停爐前，采取適當(dāng)提高爐溫、降低爐渣堿度、降低噴煤比、適當(dāng)配加錳礦和螢石改善渣鐵流動性等一系列措施，對爐墻爐缸進(jìn)行了適度清理，預(yù)休風(fēng)期間及時關(guān)閉漏水和有可能漏水的冷卻壁，并對水管根部做加固處理，對爐殼開裂、跑煤氣的地方進(jìn)行補(bǔ)焊處理，為安全順利停爐提供了保障。

（2）爐頂 12 根高效霧化噴槍和由十字測溫安裝孔加裝的 8 根打水管在降料面期間的單獨控制，實現(xiàn)了爐頂溫度的精準(zhǔn)控制，爐頂高校霧化噴槍的使用保證了爐頂打水與高爐煤氣的充分接觸，提高了降溫效果，在減少爐頂打水量的同時也在一定程度上降低了降料面期間爐內(nèi)爆震的風(fēng)險，是高爐順利降料面的重要措施。

（3）工藝參數(shù)的合理控制與使用是成功降料面的關(guān)鍵，隨著降料線過程的進(jìn)行，爐內(nèi)料柱的厚度變薄，壓損減少，為避免出現(xiàn)管道行程，逐漸減少風(fēng)量，高爐改常壓操作前風(fēng)量最低減到 1 571 m³ /min，降低爐頂溫度并停止?fàn)t頂打水，改常壓后及時回風(fēng)到 2 800 m³ /min 左右。在降料面過程中提高爐頂壓力的使用水平，一方面有利于及時出凈爐內(nèi)渣鐵，另一方面也起到了穩(wěn)定氣流和加快降料面進(jìn)程的作用。

（4）停爐后檢查發(fā)現(xiàn)，通過 45°方向十字測溫安裝孔加裝的打水管根部出現(xiàn)斷裂、打水管下垂，給這次降料面停爐帶來一定的安全隱患，應(yīng)該與大型高爐爐喉直徑大、打水管插入偏深有一定關(guān)系，建議大型高爐降料面停爐時選擇在煤氣封罩或十字測溫安裝孔加裝高效霧化噴槍。

（5）氮氣的大量使用有效的稀釋了煤氣中 H₂濃度，保證了煤氣系統(tǒng)的安全。但高爐中下部大量氮氣的通入在稀釋煤氣濃度的同時也會大量消耗爐內(nèi)熱量，降低鐵水溫度，本次降料面到爐身下部后爐溫出現(xiàn)快速下降，適當(dāng)控制氮氣通入量后爐溫出現(xiàn)明顯回升。

6 參考文獻(xiàn)

［1］ 周傳典 . 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］. 北京 ：冶金工業(yè)出版社，2003 ：446.

［2］ 宋永清 . 高爐煉鐵［M］. 北京 ：冶金工業(yè)出版社，2016 ：188.