席立朋
(河鋼集團邯鋼公司 邯寶公司 煉鐵廠，河北 邯鄲 056015)
摘要: 對邯寶煉鐵廠 2#高爐冷卻壁的破損情況及生產(chǎn)維護進行了分析。采取加強原燃料日常管理、確定合理的操作制度、優(yōu)化上下部調(diào)劑等措施后，2#高爐實現(xiàn)了穩(wěn)定順行。在修補損壞冷卻壁的同時，開孔安裝銅質(zhì)微型冷卻棒后，改善了冷卻壁的冷卻效果，有效控制了冷卻壁的損壞問題。
關(guān)鍵詞: 高爐; 冷卻壁; 維護; 實踐
0 引言
邯寶公司煉鐵廠 2#高爐( 3 200 m3 ) 由中冶南方設(shè)計院設(shè)計，是國內(nèi)比較先進的銅冷卻壁( 5 ～ 8段均為銅質(zhì)冷卻壁) 薄爐襯結(jié)構(gòu)的大型高爐，冷卻壁共有 14 段，冷卻方式為軟水串聯(lián)密閉循環(huán)結(jié)構(gòu)，其中爐腹( 5 段) 至爐腰( 6 段) 均采用噴涂造襯技術(shù)，爐身下部 7 段、8 段是鑲磚銅冷卻壁。該高爐于2009 年 4 月 21 日點火開爐今，已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)了 8 年多，處于爐役中后期。近年來，迫于成本壓力，高爐入爐原燃料質(zhì)量逐年變差、設(shè)備老化等問題日益突出。高爐操作難度加大，冷卻壁損壞逐年增多，尤其是高爐第 5 段( 共有 192 塊) 冷卻壁，已有 50 塊發(fā)生了不同程度的燒壞，損壞程度接近 25% 。為此，高爐車間通過長期摸索，大膽嘗試，果斷采取一系列措施之后，高爐煤氣流分布趨于合理、爐況更加穩(wěn)定順行。目前，2#高爐冷卻設(shè)備損壞程度已得到有效控制，各項生產(chǎn)技術(shù)指標獲得了明顯改善。
1 冷卻壁破損原因
2#高爐冷卻壁損壞主要集中在爐腹( 5、6 段) ， 分析認為損壞原因有如下幾種。
( 1) 入爐原燃料不穩(wěn)定
邯寶公司新區(qū)2 臺燒結(jié)基本上40 天左右檢修1次，檢修期間高爐要配吃 50% 落地燒結(jié)礦，原料成分不穩(wěn)定，堿度、品位、粒度等波動較大; 自產(chǎn)干焦產(chǎn)能低、性能不穩(wěn)定，高爐被迫大量使用外購焦炭、配比變動頻繁。為降低生產(chǎn)成本，高爐長期加大生礦( 澳礦) 配吃量。為減少粉塵污染料場長期給澳礦大量噴水，澳礦本來含有粉末就多，打水后成糊泥狀被裹進爐內(nèi)，嚴重影響了塊狀帶的透氣性。由于原燃料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，礦石軟熔溫度波動加大，導致軟熔帶變動、邊緣氣流頻繁，渣皮脫落。
( 2) 氣流分布不均衡
氣流分布不均衡，使得邊緣氣流不穩(wěn)定，中心偏弱; 邊緣相對發(fā)展，導致靜壓不穩(wěn)定，風壓波動加大，煤氣利用率低( 46% 左右) ，燃料比居高不下，高爐渣量加大，透氣性變差。風量逐漸萎縮，渣皮頻繁脫落，導致冷卻壁的熱流強度升高，水溫差高達 5 ℃以上。
( 3) 設(shè)備老化與管理的局限性
由于高爐爐前設(shè)備老化以及管理的局限性，經(jīng)常導致爐前渣鐵出不凈而憋爐。一旦憋爐，風量急劇萎縮，中心受阻加劇，氣流邊緣化分布增大，甚至出現(xiàn)邊緣管道，從而影響渣皮的穩(wěn)定性，導致冷卻壁燒損加劇。
2 高爐生產(chǎn)操作的維護
2． 1 加強原燃料管理
大型高爐要實現(xiàn)穩(wěn)定順行，需要有穩(wěn)定的原燃料條件保證。高爐入爐前的原燃料管理對爐內(nèi)塊狀帶透氣及軟熔帶的形成有明顯影響，對穩(wěn)定氣流及冶煉過程有直接作用。
2． 1． 1 篩分管理
根據(jù)生產(chǎn)要求，高爐車間分別制定出不同的粒度標準，每天對大粒度燒結(jié)礦、小粒度燒結(jié)礦、自產(chǎn)干焦、外進焦及回收的焦丁進行粒級測定。為了提高篩分效果，確保原燃料粒級穩(wěn)定，防止粉礦入爐。根據(jù)槽下設(shè)備能力及高爐爐料用量，在每個振動篩篩頭焊加不同大小的擋料板，在滿足供料的前提下盡量降低料層厚度，有效地保證了入爐原料中小于5 mm 粒級的數(shù)量低于 3% ，焦炭中小于 25 mm 的低于 5% 。對于原料場已篩除掉 25% ～ 30% 粉料的塊礦，再經(jīng)槽下二次過篩后，才可以入爐。基于自產(chǎn)球團水分低、含粉少且易篩分的特點，只需在槽下進行一次過篩即可滿足生產(chǎn)要求。
2． 1． 2 配比管理
入爐原燃料的配比，包括爐料配比、大小燒配比及干焦配比。在爐料結(jié)構(gòu)調(diào)整上，依據(jù)原料成分及高溫性能數(shù)據(jù)，適當增加還原性好和渣量系數(shù)低的爐料配比，以降低燃料消耗。另外，避免同種料超過3% 的變更，同時燒結(jié)礦堿度調(diào)整也不能過大，使綜合爐料的高溫性能保持相對穩(wěn)定。特殊情況下，則制定相應的應對措施，例如配用落地燒結(jié)礦，先在原料場進行一次過篩，進入指定料倉，再換用大眼篩進行篩分; 在雨天配用塊礦時，則下調(diào)塊礦的配比來降低入爐料的含粉率。在燒結(jié)機檢修期間，提前下調(diào)小燒配比，直到燒結(jié)開機恢復正常料位后，再恢復小燒配比，杜絕小燒大幅度減少，甚至斷檔的情形發(fā)生，為爐內(nèi)氣流的相對穩(wěn)定提供條件。
2． 1． 3 優(yōu)化排料順序
制定篩網(wǎng)使用、更換、檢查制度，調(diào)整槽下篩分速度。根據(jù)篩網(wǎng)使用壽命定期更換篩網(wǎng)，加強巡檢，對堵篩或斷齒及時進行處理。正常生產(chǎn)時嚴格控制料倉料位，防止因料位過低爐料進倉時造成二次粉化。排料順序要求球團礦布到礦石環(huán)帶部位，小燒及焦丁要混合均勻，其排料時間應接近礦石總排料時間。
2． 2 控制合理的煤氣流分布
高爐合理的煤氣流分布是高爐煉鐵的核心，影響到高爐的穩(wěn)定順行、指標優(yōu)化、長壽等問題。合理的煤氣流分布表現(xiàn)為爐況的穩(wěn)定順行，最有代表性的分布特征是“邊緣平穩(wěn)順暢，中心開放”。在加完礦后，中心氣柱不受影響或影響較小，中心火柱窄而強、爐況順行良好，煤氣利用率較高，爐缸工作活躍，燃料比低，這有利于渣皮穩(wěn)定，高爐長壽有利。
2． 2． 1 下部調(diào)劑
下部調(diào)劑是高爐操作的基礎(chǔ)，風口回旋區(qū)域決定了煤氣流的第一次分布。回旋區(qū)的形狀和大小是影響爐缸周向和徑向氣流及溫度分布的關(guān)鍵因素。一般情況下，某部位風口面積越大，則該部位邊緣氣流就越強，對爐壁的沖刷就越大。合理的初始煤氣流分布，有利于爐缸的均勻活躍以及合理的操作爐型建立，在此基礎(chǔ)上下部調(diào)劑應以維持較高的鼓風動能、保證充足而穩(wěn)定中心氣流和均勻活躍爐缸為原則。截至 2016 年底，高爐車間在原有的基礎(chǔ)上逐漸縮小進風面積，小風口( Φ 120 mm) 由原來的 5 個增加到 8 個，風口面積由原來的 0． 418 9 m2 減小到目前0． 407 2 m2，同時將北邊32#、29#風口長度由原來的 643 mm 加長到 663 mm，以改善北邊氣流分布。實踐表明，風口布局調(diào)整之后，高爐下部初始氣流的分布得到改善，使爐缸煤氣流更容易達到中心，中心氣流充沛后邊緣逐漸穩(wěn)定，水溫差由原來的 4℃逐漸恢復到 2． 5 ℃ 以下，渣皮穩(wěn)定，爐缸工作均勻，冷卻壁損壞得到有效抑制。
2． 2． 2 上部調(diào)劑
長期以來，2#高爐采用上部布料矩陣為“平臺加漏斗”模式，沒有中心加焦，依靠布料形成的漏斗穩(wěn)定中心氣流，同時能夠保證一定的邊緣透氣性。這種料制的特點是當原燃料質(zhì)量穩(wěn)定的時候，中心和邊緣氣流分布較為合理。但原燃料質(zhì)量變差后，由于渣量增加，料柱透氣性降低，造成中心氣流減弱，邊緣氣流增強，這對高爐冷卻壁壽命造成嚴重威脅，爐腹作為冶煉的滴落帶，損壞程度尤為嚴重。為此，原有的裝料制度已不適應原料條件，經(jīng)過摸索，2#高爐采取中心加焦的模式，以保證中心氣流，布料矩陣上大膽嘗試將中心最小角度 15 ℃ 增加 3 圈焦炭，將礦石最外 2 環(huán)調(diào)整為各 4 圈，典型的布料矩陣為 C333223O4432，這樣更有利于中心氣流的增強和邊緣氣流的抑制，對邊緣冷卻壁起到很好的保護作用。
2． 3 確定合理的造渣制度和穩(wěn)定的熱制度
爐渣堿度不合理、熱制度不穩(wěn)定在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)渣皮脫落，造成高爐中下部爐墻熱負荷頻繁波動，嚴重威脅高爐冷卻壁壽命。高爐熱制度不合理，爐溫大幅度波動，嚴重影響高爐爐腹煤氣指數(shù)的波動，料柱的透氣性和透液性差，不利于高爐渣鐵的正常排放，經(jīng)常因憋爐而大量減風，加速了氣流邊緣化，導致爐腹冷卻壁損壞加劇。為此，2#高爐采取了如下措施。
( 1) 穩(wěn)定充足的爐溫
2#高爐 以 前 對［Si］的 控 制 范 圍 是 0． 25% ～0． 4% ，物理熱( 1 500 ± 10) ℃，日常生產(chǎn)中為追求產(chǎn)量，嚴格控制為上限，導致爐溫長期控制水平為0． 25 ～ 0． 30，熱量勉強在 1 500 ℃。如果遇到外界原燃料變化，爐溫急劇下滑，爐缸大幅虧熱，不利于爐況的穩(wěn)定。為此，車間大膽嘗試將［Si］的控制范圍調(diào)整為 0． 3% ～ 0． 4% ，物理熱控制范圍調(diào)整為( 1 510 ± 10) ℃，日常操作中盡量 將［Si］控 制 在0． 35% 左右，物理熱1 510 ℃左右，高爐穩(wěn)定性良好，料速均勻，產(chǎn)量穩(wěn)步提高。
( 2) 爐渣堿度調(diào)整
以前片面的認為，只要生鐵合格，爐渣堿度越低流動性越好，對冶煉越有利，堿度長期按照 1． 18 ～1． 23 控制。實踐證明，長期的低堿度操作導致爐渣的溶化性溫度降低，過低的爐渣堿度不利于爐腹渣皮的穩(wěn)定，嚴重威脅爐腹銅冷卻壁的壽命。為此，車間結(jié)合生產(chǎn)實際，將高爐堿度范圍調(diào)整為 1． 23 ～1． 28，提高礦石的熔化性溫度，在合理的爐溫基礎(chǔ)上使得爐腹渣皮更趨于穩(wěn)定，有效地減緩了爐腹銅冷卻壁的損壞。
2． 4 加強高爐操作與爐前管理工作
2#高爐冷卻壁破損的關(guān)鍵因素是爐缸不活導致氣流邊緣化發(fā)展，為此車間要求生產(chǎn)班組在爐內(nèi)操作與爐前出鐵方面要相互創(chuàng)造條件，大型高爐的操作靠“穩(wěn)”，日常調(diào)劑要趁早，根據(jù)爐況發(fā)展趨勢爭取早調(diào)、少調(diào); 堅決杜絕人為因素造成爐溫的大起大落，正常情況下低爐溫時間不得超過 2 爐，鐵水物理熱嚴格控制在下限 1 500 ℃。這樣以來，有效避免了因爐溫波動造成爐況的失常。正常情況下，要先守住大風量，因出鐵造成的憋爐要及時控氧，力保風量在 5 400 m3 /h 以上。
爐前管理要在原有基礎(chǔ)上細化，責任到人。鐵口負責人要保證鐵口深度在 3 400 mm 以上，鐵口打泥量要穩(wěn)定在 22 塊左右，崗位工要做好鐵前設(shè)備的巡檢工作，加強對“爐前四大件”等高爐主體設(shè)備、設(shè)施隱患的排查工作和日常維護工作，保證鐵口合格率在 98% 以上，出鐵正點率保持在 96% 以上，力求出鐵零間隔，堅決杜絕鐵口異常及開口時間過長而造成爐內(nèi)憋鐵事故。
2． 5 冷卻壁與爐皮的日常維護
2． 5． 1 日常管理
目前 2#高爐冷卻壁損壞區(qū)域主要集中在爐腹( 5 段) ，要求配管崗位工加強日常點檢，嚴格監(jiān)測該段的溫度變化。正常情況下該段的溫度要穩(wěn)定在38 ℃左右，如有異常升高，說明爐腹渣皮脫落，爐內(nèi)操作要密切注意水線變化，當水溫差上升至 4 ℃ 以上、水線有下行較快的趨勢時要果斷控制壓差，及時減風控氧，降低冶強; 同時，通知崗位工排查漏水部位，改通工業(yè)水以降低水壓，減少爐內(nèi)漏水量。正常情況下高爐配管工每小時檢查 1 次風口，測量 1 次爐腹爐皮溫度并記錄在案，時刻注意這些數(shù)據(jù)的變化情況。
結(jié)合實際將軟水壓力提高 50 kPa 以增加軟水流速，同時將進水溫度由原來的 39 ℃降低到目前的37 ℃，以增強冷卻效果。利用休風機會，在爐皮 5段安裝臨時打水裝置進行爐皮冷卻。
2． 5． 2 定期計劃休風
利用定期計劃休風對漏煤氣的爐皮部位進行補焊，對損壞的冷卻壁水管做改管跨接，并把燒漏的水管灌漿堵死，嚴防煤氣外串。在修補損壞冷卻壁的同時，開孔安裝銅質(zhì)微型冷卻棒，改善冷卻效果。截至目前高爐已安裝微型冷卻棒共計 76 根。
3 高爐的運行狀況
經(jīng)過為期 2 個多月的摸索與調(diào)整，2#高爐爐腹爐腰及爐身下段各點溫度逐漸下行( 見圖 1) ，渣皮趨于平穩(wěn)。
2#高爐生產(chǎn)從 2016 年 7 月進入了生產(chǎn)平穩(wěn)上升的階段，高爐爐缸活躍，爐溫維持中限偏上，爐渣堿度與鐵水溫度相對應，脫硫效果良好，渣鐵流動性良好，高爐逐漸接受大風量操作，日產(chǎn)逐月上升，焦比明顯降低，煤比逐漸步入正常的生產(chǎn)軌道上來。2016 年 4 ～ 11 月份 2#高爐的各項生產(chǎn)指標得到很大改善，如表 1 所示。
4 結(jié)語
邯寶公司煉鐵廠 2#高爐通過做好上下部調(diào)劑，以穩(wěn)定爐況為手段，積極打通中心煤氣通路，減弱邊緣氣流分布，改善風口布局，適當增大鼓風動能，高爐日常操作中從原燃料入手，加強日常管理，改善冷卻強度，安裝微冷、爐皮打水等措施，有效地改善了高爐氣流的分布，爐缸活躍程度得到改善，爐缸熱量充沛，渣鐵流動性良好，爐腹渣皮穩(wěn)定，高爐生產(chǎn)趨于平穩(wěn)。目前，2#高爐冷壁損壞得到有效控制。