牛富軍

（安陽鋼鐵股份有限公司）

摘  要：通過適當提高安鋼 3 號高爐爐頂壓力、使用氮氣稀釋爐頂煤氣、改進爐頂打水裝置、停爐料負荷分段控制等一系列措施的實施，結合爐內關鍵操作參數的合理控制，實現了 3 號高爐的順利停爐，填補了安鋼在特大型高爐空料線打水停爐方面的技術空白。

關鍵詞：高爐；停爐；實踐

0 前言

安鋼 3 號高爐設計爐容 4 747 m³ ，爐體冷卻采用軟水密閉循環系統，爐腹爐腰及爐身下部采用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，2019 年 4 月 24 日爐腰出現第一塊銅冷卻壁漏水后，爐腰爐腹部位銅冷卻壁漏水數量逐步增多，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 ；高溫區冷卻壁大量漏水后高爐操作內型極端不規整，嚴重影響了煤氣流的分布和高爐爐況的穩定順行，同時也給高爐生產帶來重大安全風險；安鋼 3 號高爐于 2020 年 12 月 20 日 4 ：16 順利降料面到風口后停爐搶修，共耗時 22 h 16 min，實現了高爐的安全順利停爐。

1 停爐前準備

1.1  爐墻清理

受冷卻壁大量破損影響，高爐操作內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，采取長期堵上部爐殼出現開裂方位風口（17#風口）生產 ；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# 風口實現全風口作業、適當提高爐溫并降低爐渣堿度、減輕焦炭負荷、降低噴煤比、適當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倉壁粘結或耐磨材料脫落現象，安鋼 3 號高爐停爐期間計劃對槽下所有料倉進行檢查處理，高爐按照降料面時間節點在預休風前 3 天開始著手減少料倉使用數量 ：逐步騰空所有 B 列燒結倉和所有塊礦倉、堿球倉（休風料不包含塊礦和堿球），只預留 2 個酸球倉、A 列燒結倉以及所有焦炭倉，后隨休風料入爐，逐漸騰空槽下所有料倉。

1.3  設備準備

為減少預休風時間，降低預休風作業強度，高爐利用 11 月 25 日休風檢修機會，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°方向一根伸入爐內最長的十字測溫。

2 預休風

近年來，隨著高爐冶煉技術的進步，為加快降料面進程和降低燃料消耗，國內已有高爐在空料線打水停爐前不再進行預休風作業 ；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存在漏水可能性的現狀，為確保安全順利降料面到風口，選擇在降料面前進行12 h 的預休風作業。

2.1  休風料的選擇

高爐休風料計算生鐵 [Si] 含量取 0.8%，計算爐渣 R₂ 取 1.0，適當配加錳礦、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實際，礦批和礦焦比的選擇分兩段入爐，第一段休風料礦批 98 t/ 批，礦焦比 2.8 t/t，走15 批，第二段休風料礦批 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，防止熔渣在料面結成硬塊，以加速停爐后的爐內清理工作 ^[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  預休風作業

于 12 月 18 日 17:50 休風后及時關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，防止向爐內漏水。對爐殼開裂、跑煤氣的地方進行補焊處理，對爐殼焊縫前期出現開焊的地方，使用 AB 膠進行涂抹覆蓋。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 ；從風口平臺氮氣集氣包將氮氣由靜壓孔引入爐內，增加爐身部位氮氣的通入量 ；將原有的機械探尺量程由 6 m調整為 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，以確保降料面期間探尺的正常使用 ；并對煤氣系統的程序聯鎖功能進行校驗，以保證降料面期間煤氣系統的安全；在爐頂大放散平臺加裝 3 臺監控攝像，用以在停爐期間對爐頂放散情況進行有效監控。

3 降料面作業

3.1  降料面過程關鍵參數

安鋼 3 號高爐按計劃于 12 月 19 日早 6:00 開始送風降料面，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程，8:30 風量最高加到 6 000 m³ /h，對應料線 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 風口見空后高爐休風停爐。整個停爐過程氣流平穩，風壓波動小，無爆震發生，總耗時 22 h 16 min，共耗風 488.4 萬 m³ ，消耗氧氣16 333 m³ ，折合總耗風量為 496.18 萬 m³ ，爐頂打水 2 507.6 t，與計劃的 2 600 t 基本接近，停爐過程關鍵參數控制情況見表 2。

3.2  風量與頂壓的使用

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

降料面期間適當提高爐頂壓力，一方面有利于爐內還原反應的進行和煤氣流的穩定，另一方面保持較高的爐內壓力有利于及時出凈爐內渣鐵。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時高出 20 ～ 50 kPa 左右。本次降料面過程中頂壓與風量的實際使用情況如圖 1 所示。

3.3  風溫的控制

高爐降料面期間應根據實際情況使用風溫，但必須保證爐況順行，防止大的崩料、懸料及風口破損，以利于安全停爐 ^[2]。本次降料面停爐前期送風階段料面較淺，風溫最高達到 1 100 ℃，料面降到爐身中部以后風溫下降到 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

為了確保爐頂設備安全和爐況的穩定順行，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 , 齒輪箱溫度持續偏低，結合表 2 可以看出，降料面前期風量偏大、頂溫控制偏高，對應爐頂的打水量也偏大，風量減到 4 000 m³ /min 以下，煤氣量減少后，爐頂打水量相應減少，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，安鋼 3 號高爐這次降料面停爐期間停止煤氣回收的標準 ：降料面后期，爐內爆震頻繁，依靠減風難以控制 ；煤氣指數 <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%，但隨后的取樣復驗均小于10%，23 ：00 以后，人工分析數據計算煤氣指數小于 1.0，且料面已進入爐腹 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 號鐵口周邊風口已經吹空，料線已經降至風口，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

20 日 4 ：16 高爐停爐休風后進入涼爐階段。爐身氮氣、煤槍氮氣繼續向爐內通入，8 ：50 開爐頂大人孔后四個鐵口通氮氣冷卻爐缸側壁，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，高爐涼爐結束。

5 結語

（1）本次空料線打水停爐前，采取適當提高爐溫、降低爐渣堿度、降低噴煤比、適當配加錳礦和螢石改善渣鐵流動性等一系列措施，對爐墻爐缸進行了適度清理，預休風期間及時關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、跑煤氣的地方進行補焊處理，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，實現了爐頂溫度的精準控制，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爆震的風險，是高爐順利降料面的重要措施。

（3）工藝參數的合理控制與使用是成功降料面的關鍵，隨著降料線過程的進行，爐內料柱的厚度變薄，壓損減少，為避免出現管道行程，逐漸減少風量，高爐改常壓操作前風量最低減到 1 571 m³ /min，降低爐頂溫度并停止爐頂打水，改常壓后及時回風到 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渣鐵，另一方面也起到了穩定氣流和加快降料面進程的作用。

（4）停爐后檢查發現，通過 45°方向十字測溫安裝孔加裝的打水管根部出現斷裂、打水管下垂，給這次降料面停爐帶來一定的安全隱患，應該與大型高爐爐喉直徑大、打水管插入偏深有一定關系，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熱量，降低鐵水溫度，本次降料面到爐身下部后爐溫出現快速下降，適當控制氮氣通入量后爐溫出現明顯回升。

6 參考文獻

［1］ 周傳典 . 高爐煉鐵生產技術手冊［M］. 北京 ：冶金工業出版社，2003 ：446.

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