張立朝1 楊利興1 周明燦1 吳官印2
（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司 遼寧 營口 115007；2. 鞍鋼集團鋼鐵研究院 遼寧 鞍山 114009）
摘 要：對鲅魚圈鋼鐵分公司1號高爐降料線停爐過程進行了總結，詳細介紹了高爐停爐前預休風操作，降料線操作過程、“三頂”指標控制原則，并根據實踐效果進行了經驗總結。
關鍵詞：高爐；降料線；停爐；中修
鞍鋼股份鲅魚圈鋼鐵分公司1號高爐一代爐役于2008年9月6日點火開爐，爐體冷卻結構采取板壁結合模式，爐缸1、3、4、5段為低鉻光面鑄鐵冷卻壁，爐缸2段及鐵口區域為光面銅冷卻壁，爐腹為4層銅冷卻板，爐身中下部7-11帶為銅冷卻壁，爐身上部12-16帶為球墨鑄鐵鑲磚冷卻壁，爐喉為2段無水冷鋼磚，2015年12月4日由于爐身冷卻壁壞管增多，影響到高爐順行及生產安全，高爐進行了第一代爐役期的降料線停爐中修，更換了7-11段冷卻壁和部分冷卻板，2018年4月份開始，爐身8段銅冷卻壁又有部分管路破損，因此趁2018年6月份高爐大修時對8帶銅冷卻壁、12帶鑄鐵冷卻壁進行了更換，2019年10月份冷卻板開始出現壞管現象，2023年5月份爐身冷卻壁開始出現損壞情況，最多時冷卻壁壞管達到38根，冷卻壁破損12塊，為此2024年2月19日高爐進行了第二代爐役期降料線停爐中修。
1預休風變料及停爐準備
1.1配料計算
1.1.1 預休風變料
通過對以往高爐大中修變料情況進行總結分析并結合目前高爐運行狀態，本次高爐預休風變料計劃減輕綜合負荷20%（扣除噴吹量），終渣堿度控制在0.98左右，休風前爐溫控制Si=0.8%±0.2。原燃料成分如表1、表2、表3所示。
表1 原燃料化學成分
|
|
TFe |
FeO |
CaO |
Si02 |
MgO |
Mn |
Al2O3 |
S |
密度 |
|
燒結 |
57.05 |
8.45 |
9.65 |
4.96 |
1.66 |
0.50 |
2.04 |
0.02 |
1.84 |
|
球團 |
64.20 |
0.87 |
0.17 |
6.70 |
0.33 |
0.00 |
0.16 |
0.05 |
1.98 |
|
焦炭 |
0.57 |
0.02 |
0.18 |
6.05 |
0.16 |
|
3.58 |
0.56 |
0.500 |
表2 焦炭工業分析
|
灰分 |
水分 |
揮發分 |
S |
|
11.92 |
0.24 |
1.46 |
0.56 |
表3 焦炭灰分分析
|
Fe2O3 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
SiO2 |
TiO2 |
|
4.8 |
30.03 |
|
1.36 |
50.78 |
|
預休風前高爐基礎入爐堿度1.45，入爐焦比360Kg/t，焦丁比35kg/t，批重85t，綜合焦比525Kg/t，按減輕綜合負荷20%計算，綜合焦比提高到656Kg/t（不算噴煤量），提高入爐焦比至624Kg/t，焦丁比35Kg/t，入爐堿度1.28，批重85t，計劃料單：燒結60.6t/p，球團24.4t/p，焦丁1.88t/p，焦炭32.91t/p。
1.1.2變料節點計算
預休風計劃于2024年2月19日3點開始減風，4點風到零，預休風料線控制在6米左右，爐料體積平均壓縮率13%，爐體各部位容積如表4所示。
表4 高爐各部位容積計算
|
部位 |
爐缸 |
爐腹 |
爐腰 |
爐身 |
爐喉 |
料線容積 |
裝料容積 |
工作容積 |
|
高度 |
5.4 |
4.4 |
2 |
17.7 |
2 |
462.7 （6米料線） |
2910.565 |
3480.265 |
|
直徑 |
13.3 |
|
15.22 |
|
9.6 |
|||
|
容積 |
750.21 |
730.78 |
363.87 |
2030.3 |
144.76 |
①裝料容積計算
中修一般要求變料到爐腰下沿時風到零，根據表4可計算裝料容積：
裝料容積=363.872+2177.54+144.765-462.7=2223.477m3；按爐容擴大8%計算，實際裝料容積2223.477×1.08=2401.355m3；
②每批爐料體積計算
一批礦體積=(60.6÷1.838+24.4÷1.98)×(1-13%)=39.40m3
一批焦炭體積=32.91÷0.55×(1-13%)=52.06m3
一批礦加焦體積=39.40+52.06=91.46m3
一批焦丁體積=1.88÷0.45×(1-13%)=3.63m3
一批料總體積=91.46+3.63=95.09m3
③變料節點計算
按照休風前平均料速10批/小時，設提前變料時間為T，計算如下：
10÷2×T×95.09=2401.355 求得T=5.05小時
按照19日3：00停止上料，根據計算結果同時考慮下料單至爐料進爐內時間間隔，本次預休風計劃提前5小時變料步驟如下：
①、18日中班18:00降低入爐堿度（1.45降至1.39）
②、18日中班18:00降低入爐堿度（1.39降至1.33）
③、18日中班22：00變料入爐，提高入爐焦比至624Kg/t，焦丁比35Kg/t，入爐堿度1.28，批重85t。具體料單：燒結60.6t/p，球團24.4t/p，焦丁1.88t/p，焦炭32.91t/p。
1.1.3上休風料及減風過程
18日中班22：00變料入爐后，由于爐溫維持中上限加之輕負荷料對氣流影響，料速明顯減慢，料速有10p/h 減少至8p/h，同時爐頂打水增多，為此裝料制度做出調整:
；制度調整后氣流受控，但料速未見快，于是0:30將富氧由18000m3/h加至21000m3/h，上休風料期間逐步降低料線，至4點休風累計上料46批，比計劃少4批。
19日3:03開始減風，減風開始后上2批料，減風逐漸控制料線，4:02倒流休風結束，減風時間59min，休風前【Si】＝0.677%，休風料線5.58米，達到了控制目標。
1.2停爐準備
為減少停爐時渣皮脫落和停爐后的渣皮量，停爐前4-5天開始采用適當發展邊緣的裝料制度，并控制爐溫中限，堿度下限。操作上以穩順為主，卡死部分壞管，減少冷卻設施漏水。
停爐前預休風除了正常裝填休風料外，最重要的任務就是在休風期間為停爐做好各種外圍準備。本次預休風4:02-9:57累計5h55min，主要完成以下工作。
1) 本次預休風期間對冷卻系統及設備進行了全面檢查，更換損壞的風口并卡死冷卻壁壞管，保證降料線期間冷卻系統不向爐內漏水。
2) 放散閥更改配置增加自動關閉程序及模擬 調整了三個爐頂放散閥保護值同時增加自動關閉程序。爐頂4#電動放散閥配重減輕至0.15MPa，1#液壓放散閥：爐內大于0.17MPa時自動放散，低于0.165MPa時自動關閉，2#液壓放散閥：爐內大于0.18MPa時自動放散，低于0.175MPa時自動關閉。
3) 探尺校對：檢查1#、3#探尺，更換鋼繩確保兩尺都能夠探測到24米的深度。
4) 煤氣取樣：增設兩2條煤氣取樣管路：從爐頂壓力西北方向處接一條煤氣取樣管到爐臺，再從重力除塵器煤氣切斷閥門上方處接一條煤氣取樣管到爐臺留做備用，同時加裝氮氣反吹，防止取樣管堵塞。
5) 爐頂系統檢查：檢查并調試煤氣放散閥、均壓閥、煤氣切斷閥、干法入口盲板閥等設備嚴密情況，保證遠程操作正常，同時對放散平臺雜物、油污進行徹底清理。
6) 爐頂蒸汽系統檢查：煤氣系統的蒸汽暢通，壓力大于0.6MPa。
7) 爐頂打水裝置檢查：本次降料線爐頂打水設施利用原有自動打水裝置（自動控制具備區域干預功能）。預休風更換了所有16組打水槍，更換6組電磁閥并做好方位確認，打水槍有良好的霧化效果，打水量滿足要求。
8) 爐身靜壓力孔道通氮氣：爐身9帶、11帶爐身靜壓力孔道均未透開，未通過壓力孔向爐內通氮氣。
2降料線操作
2.1 停爐過程高爐操作
高爐于2024年2月19日9:57開始送風降料線，10：17高爐送煤氣成功，為了加快降料線進程，11:02當風量逐步加至4500m3/min時，高爐開始富氧，第一步加氧至6000m3/h，10min后加氧至8000m3/h；爐況前期較為穩定，沒有出現大的爆震，此過程風量逐步加至5500m3/min左右，風壓275KPa，12:07頂壓出現一次較大的向上尖峰，頂壓由120KPa上升至135KPa，高爐采取了減氧操作，氧量由8000m3/h減至4000m3/h左右，風量依然維持在5500m3/min左右，12:00送風后約2小時出降料線第一次鐵，出鐵量510噸后堵鐵口（理論鐵量1265噸）。13:01西北側爐頂溫度持續超標，為了控制頂溫高爐除了調整打水量操作外同時進行了減風撤風溫操作，風量由5500m3/min減至5100m3/min，風溫由1130℃降至1080℃；頂溫穩定后又加風至5300m3/min風壓225KPa，13:40由于煤氣化驗顯示氧含量達到1.24%，高爐采取了停氧操作，此時料線深度14.9m。此后風量維持5000m3/min，爐況穩定，頂溫受控，16:00送風后約6小時出第二次鐵，出鐵量255噸后堵鐵口。隨料線下降，為保持料層合理的壓量關系，高爐主動減少風量，風量由5300m3/min逐步減至4800m3/min，風壓180Kpa，此時料線深度20.8m。隨料線降至爐身下部，由于渣皮脫落，爐身水溫差最高升至10.73℃，高爐主動減少風量撤風溫，調整打水量，風量由4800m3/min逐步減至4000m3/min，風壓110KPa，風溫降至1000℃，20日2:00 12#、13#、14#風口吹空，煤氣中CO2上至15.87%，遂決定停止回收煤氣，2：07開2號放散、2:08開4號放散、2:10開1號放散，2：15關煤氣切斷閥；煤氣放散后，頂壓受切斷閥限制降至較低水平，為了加快這一階段降料線節奏，2:44決定打開煤氣切斷閥，利用干法盲板閥切斷煤氣，同時關閉4號放散閥，繼續加風提頂壓；6:25風口全黑，5:00打開兩場同時出鐵，6:38高爐休風到零，降料線結束，總計降料線用時20h41min，累積消耗風量475.8萬m3，爐頂共打水2685.5t，料線實際將至風口上沿，中心焦柱堆高2m。降料線過程高爐參數、出鐵情況及爐頂煤氣成分變化如表5、表6、表7所示所示。
表5 降料線過程高爐參數變化
|
時間 |
料線 |
風量 |
風壓 |
頂壓 |
壓差 |
風溫 |
富氧 |
平均頂溫 |
|
9:57 |
|
2300 |
40 |
4 |
36 |
1054 |
0 |
144 |
|
11:04 |
|
4500 |
212 |
92 |
120 |
1131 |
7000 |
297 |
|
11:52 |
9.5 |
5519 |
278 |
123 |
155 |
1124 |
8208 |
318 |
|
13:00 |
|
5100 |
245 |
120 |
125 |
1100 |
3800 |
253 |
|
14:00 |
|
5200 |
222 |
111 |
111 |
1080 |
0 |
227 |
|
15:00 |
16.9 |
5400 |
226 |
112 |
114 |
1080 |
0 |
189 |
|
16:00 |
18.8 |
5200 |
210 |
102 |
108 |
1050 |
0 |
238 |
|
17:00 |
20.8 |
5050 |
190 |
91 |
99 |
1030 |
0 |
198 |
|
18:00 |
22.8 |
4300 |
142 |
75 |
67 |
1000 |
0 |
194 |
|
19:00 |
|
4000 |
111 |
60 |
51 |
1000 |
0 |
180 |
|
20:00 |
24.1 |
3200 |
98 |
64 |
34 |
1000 |
0 |
193 |
|
21:00 |
|
3400 |
76 |
40 |
36 |
1000 |
0 |
131 |
|
22:00 |
24.1 |
3300 |
81 |
48 |
33 |
1000 |
0 |
128 |
|
23:00 |
|
3300 |
69 |
39 |
30 |
1000 |
0 |
139 |
|
0:00 |
|
3133 |
71 |
45 |
26 |
1000 |
0 |
135 |
|
1:00 |
|
3280 |
71 |
46 |
25 |
1000 |
0 |
152 |
|
2:00 |
|
2670 |
62 |
47 |
15 |
1000 |
0 |
168 |
|
3:00 |
|
2000 |
60 |
55 |
5 |
1000 |
0 |
266 |
|
4:00 |
|
2400 |
54 |
45 |
9 |
1000 |
0 |
408 |
|
5:00 |
|
2520 |
48 |
37 |
11 |
1000 |
0 |
429 |
|
6:00 |
|
2780 |
60 |
45 |
15 |
1050 |
0 |
360 |
|
6:30 |
|
2733 |
62 |
48 |
14 |
1054 |
0 |
319 |
表6 渣鐵排放統計
|
開始 |
出鐵結束 |
鐵口深度 |
實際量 |
渣量 |
Si |
S |
終渣堿度 |
|
12:00 |
13:40 |
3.5 |
510.1 |
160 |
1.002 |
0.024 |
1.08 |
|
16:30 |
19:55 |
3.4 |
255.4 |
390 |
1.11 |
0.026 |
1.09 |
|
4:55 |
6:50 |
3.5 |
|
185 |
|
|
|
|
5:05 |
6:45 |
3.4 |
|
220 |
|
|
|
表7 降料線過程爐頂煤氣成份變化
|
化 驗 室 |
爐頂煤氣分析（色譜） |
西北側料線 |
南側料線 |
||||||||
|
時間 |
CO2 |
CO |
H2 |
O2 |
N2 |
CO2 |
CO |
H2 |
N2 |
||
|
11:30 |
10.54 |
28.27 |
1.17 |
0.98 |
61.97 |
13 |
28 |
1.27 |
54.77 |
|
8.26 |
|
12:00 |
9.8 |
27.66 |
2.19 |
1 |
62.93 |
13.82 |
28.49 |
1.45 |
54.64 |
9.9 |
|
|
12:30 |
8.35 |
24.82 |
2.59 |
1.24 |
66.56 |
13.71 |
30.06 |
2.05 |
52.23 |
|
|
|
13:00 |
0.41 |
0.49 |
0.13 |
1.84 |
98.8 |
11.65 |
29.07 |
2.18 |
55.24 |
|
|
|
13:30 |
0.02 |
0.1 |
|
2.29 |
100 |
10.85 |
30.49 |
3.24 |
53.3 |
14.2 |
14.6 |
|
14:00 |
0.01 |
0.08 |
0.16 |
2.5 |
68.83 |
8.77 |
29.61 |
3.34 |
55.87 |
|
|
|
14:30 |
6.61 |
33.61 |
4.25 |
0.81 |
58.33 |
8.24 |
29.36 |
3.68 |
56.47 |
|
|
|
15:00 |
6.89 |
33.44 |
5.32 |
0.79 |
57.37 |
8.01 |
31.61 |
4.45 |
53.24 |
16.9 |
|
|
15:30 |
6.97 |
32.1 |
5.63 |
0.8 |
58.39 |
7.73 |
28.69 |
4.85 |
56.25 |
|
|
|
16:00 |
6.97 |
33.6 |
5.71 |
0.81 |
56.86 |
7.52 |
28.72 |
4.73 |
56.4 |
18.8 |
|
|
16:30 |
6.88 |
32.03 |
6.04 |
0.84 |
58.12 |
8.33 |
27.99 |
5 |
54.44 |
|
|
|
17:00 |
6.26 |
31.38 |
6.98 |
0.86 |
58.37 |
6.71 |
28.27 |
5 |
57.22 |
20.8 |
|
|
17:30 |
6.52 |
31.34 |
8.06 |
0.84 |
57.05 |
7.11 |
27.28 |
5 |
56.88 |
|
|
|
18:00 |
6.76 |
32.19 |
10.64 |
0.74 |
51.93 |
7.45 |
26.43 |
5 |
56.46 |
22.8 |
|
|
18:30 |
6.4 |
29.74 |
7.91 |
0.87 |
58.97 |
7.96 |
26.73 |
5 |
55.23 |
|
|
|
19:00 |
5.83 |
30.08 |
8.11 |
0.87 |
59.23 |
6.38 |
27 |
5 |
57.76 |
|
22.8 |
|
19:30 |
6.68 |
28.65 |
9.05 |
0.8 |
58.72 |
7.19 |
25.85 |
5 |
57.34 |
|
|
|
20:00 |
6.73 |
27.8 |
8.83 |
0.8 |
59.77 |
7.35 |
24.7 |
5 |
58.43 |
24.1 |
|
|
20:30 |
6.06 |
28.28 |
8.97 |
0.88 |
60.71 |
6.57 |
25.37 |
5 |
57.64 |
|
|
|
21:00 |
6.06 |
27.74 |
9.1 |
0.88 |
59.87 |
6.3 |
25.07 |
5 |
58.06 |
|
23 |
|
21:30 |
5.68 |
27.69 |
8.21 |
0.92 |
61.05 |
5.46 |
26.07 |
5 |
58.19 |
|
|
|
22:00 |
5.62 |
27.5 |
9.63 |
0.86 |
59.45 |
5.81 |
24.29 |
5 |
59.11 |
|
|
|
22:30 |
4.66 |
28.98 |
8.55 |
0.92 |
60.59 |
5.94 |
24.68 |
5 |
59.27 |
24.1 |
23 |
|
23:00 |
6.28 |
26.45 |
8.94 |
0.82 |
61.08 |
6.1 |
24.45 |
5 |
59.12 |
|
|
|
23:30 |
6.22 |
24.8 |
8.31 |
0.82 |
60.25 |
6.82 |
23.6 |
5 |
59.59 |
|
|
|
0:00 |
7.55 |
23.24 |
9.3 |
0.82 |
62.01 |
7.19 |
22.44 |
5 |
60 |
|
|
|
0:30 |
9.22 |
20.65 |
8.83 |
0.85 |
63.69 |
8.59 |
20.38 |
5 |
60 |
|
|
|
1:00 |
11.91 |
16.46 |
8.63 |
0.88 |
66.47 |
9.45 |
18.45 |
5 |
60 |
|
|
|
1:30 |
15 |
11.06 |
8.6 |
0.93 |
68.41 |
13.75 |
12.82 |
5 |
60 |
|
|
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2:00 |
15.87 |
9.08 |
8.97 |
0.91 |
67.9 |
15.93 |
9.49 |
5 |
60 |
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2.2 爐頂參數控制
2.2.1 “三頂”指標控制
降料線過程最重要的操作依據包含三個爐頂指標，即頂溫、頂壓、爐頂煤氣成分，俗稱“三頂”，停爐的過程就是平衡頂溫、頂壓及爐頂煤氣成分的過程。
本次降料線停爐為了保護好爐頂設備，降料線前已將爐頂齒輪箱、閥箱氮氣調至最大，齒輪箱冷卻水調至最大量，降料線過程中爐頂溫度控制在250－350℃之間，齒輪箱溫度≯80℃，閥箱溫度≯120℃，以干法除塵布袋入口溫度≯250℃為控制原則，溫度超標則主動采取增加打水、減風、撤風溫等手段控制，降料線全過程頂溫受控。
高爐降料線過程因打水及墻皮脫落等因素極易引發爆震現象，造成頂壓大幅波動，處理不好極易造成停爐過程爐況波動，甚至出現次生事故[1]。本次降料線爐頂打水采用高爐爐頂裝備的具備區域干預功能全自動霧化打水槍，實現定方向定量打水，降料線過程中打水槍霧化效果良好，頂壓控制平穩。同時本次降料線停爐前對爐頂放散進行配置更改與增加自動關閉程序，系統保護同時，實現定壓自動關閉。在霧化打水前提下，根據料線深度控制風量、風壓、風溫對稱關系，維持不易產生管道行程的煤氣速度，頂壓平穩，本次降料線未出現頂爆震現象。
為保證煤氣系統安全，降料線過程還需要控制煤氣中氫氣含量<12%，氧氣含量<2%[2]，特別是料線降到爐腰下部，煤氣含氫氣量顯著升高時，H2含量控制最高不超過13%，停爐速度及時控制在較低水平，及時采取減少風量、降低打水量以及降低風溫等措施以保安全。為防止氧氣含量超標，一般部分風口吹空后即停止回收煤氣。本次降料線過程中，煤氣成分嚴格受控，氫氣含量9%左右，最高10.64%，氧氣含量0.9%最高1.84%。
2.2.2 料線與煤氣CO2變化
理論上認為隨料線的降低，CO2也相應減少，當料線降低到爐腰附近時達到最低水平，一般為3-5%，以后又逐漸升高，當降到風口附近時，CO2含量又升高到最大值，一般為15-18%[3]，降料線過程CO2含量變化如圖1所示。
圖1 CO2含量與料線關系
此次降料線過程對爐頂煤氣成份監測除了采用高爐本身自帶的色譜煤氣分析儀實時檢測數據外，還每30分鐘采集一次爐頂煤氣樣本送往煤焦化驗室化驗，檢測爐頂煤氣成分（CO，CO2，H2，O2）。根據色譜分析儀和化驗室化驗結果，如表7所示，并對部分數據做了理論性的補充，做了隨料面降低對應煤氣成分曲線圖，如圖2所示。料面深度與煤氣CO2含量變化近似拋物線關系規律。本次降料線CO2拐點為4.66%，對應爐腹中部，因超探尺上限，無料線數據，當實際料線降至風口中心線時CO2為15.87%，此時（2:00）部分風口燒空，停止回收煤氣。
圖2 實際降料線過程CO2含量變化趨勢
3經驗總結
⑴從1號高爐歷次大中修更換冷卻壁的情況來看，爐身8段(標高22.02m)即爐身與爐腰的過渡是冷卻壁破損最為嚴重的位置，該部位銅冷卻壁的壽命基本為6-8年左右，可以說該部位冷卻壁工作環境成為提高爐身銅冷卻壁壽命的限制環節。
⑵降料線停爐過程爐頂打水霧化、風量與風壓控制、煤氣成分控制是降料線關鍵。在霧化打水前提下，應根據料線深度控制風量、風壓、風溫對稱關系，隨料線降低逐漸減少風量，維持適宜煤氣速度。
⑶通過對爐頂煤氣化驗和在線色譜分析數據進行統計分析，發現數據反映的CO2拐點較理論上位置要更低一些，基本上都在爐腹中部位置。
⑷高爐深度降料線過程存在諸多的危險因素，操作上要明確“三頂”指標的控制標準和預案，停爐的過程就是應用減風、撤風溫、打水、停止回收煤氣等手段平衡頂溫、頂壓及爐頂煤氣成分的過程。
參考文獻：
［1］ 曹華，宋文剛. 寶鋼4000m3級高爐降料線操作實踐［J］. 煉鐵. 2007（26）：6-8
［2］辛建.萊鋼4號高爐停爐降料線實踐［J］.2013年全國中小高爐煉鐵技術交流會.2013:156-159
［3］ 周傳典. 高爐煉鐵生產技術手冊［M］. 北京： 冶金工業出版社. 2005： 101-102.