孫 敏,張得科

(甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司 煉鐵廠,甘肅 嘉峪關 735100)

摘 要:對酒鋼6＃高爐降料面停爐操作進行了總結,采用不回收煤氣空料線打水的方式,考慮停爐過程中爐內易出現爆震影響安全,采用了爐內爆震預控技術,整個過程歷時9h12min,順利將料面降到了爐缸風口區域,停爐累計風量381.97km³ ,爐頂累計打水174.1m³,爐身通氮氣 47.1m³ ,實現了快速、安全停爐。

關鍵詞:停爐;降料線;打水;爐頂溫度;打水量

0 引言

甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司(簡稱:酒鋼)6＃高爐 2021年12 月21日投產以來,在酒鋼“低品位、高堿、高鋅、高硫、高灰份”的原料、燃料條件下,高爐爐況保持了長期的穩定、順行。2021年開爐至本次停爐平均風量為1164 ~ 1209m³ / min; 產量水平1362~1615t / d,其中 2023 年3月份日產達到1615t / d,入爐焦比417kg / t。 投產后高爐逐步強化,由于高爐設計、施工、選材等方面缺陷,加之調整上認識不足,邊緣氣流抑制不好,爐身水管破損速度加劇,截止2024 年6月份4 段、5段、6段破損率上升至90.62 ％、72.91％、48.96％,爐身4 段、5段爐皮出現不同程度內凹和鼓包等系列嚴重威脅高爐安全運行問題。 期間采取了降低冶煉強度、安裝微冷、異型冷卻器、硬質壓入造襯、爐體4 ~ 8段區域分四層架設噴淋打水管等一系列維護措施,爐體劣化速度得到一定控制。

1  停爐前爐體狀況

６＃高爐4~6段爐皮變形嚴重,截止停爐前4段安裝微冷 42 件,異型冷卻器1件;5段安裝微冷45件,異型冷卻器15 件;6段安裝微冷18件;休風檢查5段 3＃~20＃冷卻壁區域爐殼鼓包、凹陷呈持續惡化趨勢,5月17日休風檢查4段13＃ ~15＃冷卻壁部位爐皮鼓包100mm,5段 4＃－6＃冷卻壁處爐皮鼓包80mm,9＃ ~ 12＃冷卻壁處爐皮鼓包120mm, 較4月19 日爐皮變形量增加20 ~30mm,6段12＃~15＃鼓包,5段5 ＃ ~17＃中部爐皮鼓包呈加劇趨勢,5 段10＃部位爐皮開裂150mm 補焊處理,爐皮焊接的加強筋板焊縫拉裂,如圖1所示,檢查冷卻水管管根、墊片、螺栓罩焊縫以及已安裝的微冷和異型冷卻器焊縫均有不同程度的開焊,出現冷卻水管管根內陷和管根脫落的狀況,未破損冷卻水管管根焊縫拉裂增加,爐皮溫度波動導致局部爐殼出現冒蒸汽現象,采取增加爐殼外部噴水強制冷卻措施。

2 停爐前準備工作

2.1 參數控制

停爐前6＃高爐以“穩定順行、渣鐵熱量充沛”為主要操作方針。 穩定原料、燃料結構,穩定爐內各項操作參數,日產量維持在1360t /d,調整燃料比保證渣鐵熱量充沛,鐵水溫度>1450 ℃ 。 為保證停爐安全和處理爐墻黏結物,高爐采取增加焦比、提高爐溫、降低堿度、適當配加螢石改善渣鐵流動性等措施。 大致分為三個階段進行:①提高爐溫2d,要求生鐵[Si] 0.70％ ~1.10％,保證每爐次鐵鐵水溫度>1450 ℃ ,若有兩爐次鐵水溫度達不到要求,繼續提高爐溫0.1％ ~0.2％。 爐渣堿度按1.04±0.02 倍控制,四元堿度0.95~1.00倍中限控制;②加螢石1d, 隨著爐溫控制水平的提高,根據高爐實際爐況,6月16日17:00開始每批加200 kg螢石洗爐,保證渣鐵良好的流動性。 ③全焦冶煉1d,6月17日 0:00 焦炭負荷調至2.3 t / t,礦批14.0t;提高生鐵[ Si] 至1.0％ ~2.0％,爐渣堿度按1.00±0.02校核。

2.2 蓋面焦的加入

為了在料面形成一定厚度的焦炭層,避免爐頂打水直接接觸液態渣鐵,產生大量氣體,爐內爆震, 降料面時盡可能消除中心料柱,同時有利于在料面降到風口區之前,爐墻渣皮及黏結物脫落后能夠更好地熔化和還原,高爐預降料線停止上礦后,分5 批加入共計25t蓋面焦,焦炭入爐前在裝入料車后進行打水,務必使得焦炭全濕,加完蓋面焦后高爐不再上料。

2.3 預休風處理

本次6＃高爐從6月17日20:30時通過空料線的方式逐步降料線,計劃在8:30時休風時料線降到6~ 8m,預降料面期間煤氣回收,頂溫按照280 ~350 ℃控制,頂溫控制主要以爐頂打水為主。 休風時料線實際降至7.2m,頂溫 298 ℃ 。 由于送風后放風閥電機異常,采用手動盤放風閥操作,造成送風延期(計劃12h),實際休風時間為8:35~21:06 時(休風12h31 min),休風期間主要完成了以下工作:

⑴檢查爐頂霧化打水降溫系統。 將現有的舊打水系統3根打水管抽出,安裝新制作的打水管,確保每根打水管水量≥10 m³ / h,安裝后送少量水,防止燒壞打水管。

⑵爐身6、9段爐皮圓周方向安裝8個氮氣吹掃點,氮氣管插入爐內100mm,上下兩層錯開。

⑶煤氣取樣管吹掃恢復。

⑷對高爐計算機系統建立的累計風量畫面和爐頂4個溫度趨勢畫面進行校對。 預休風時對冷風流量、熱風壓力、爐頂壓力和爐頂溫度測量儀表進行校對,保證計量準確,制作停爐趨勢。

⑸安裝2根加長16m 探尺 ( 均為不銹鋼探尺),調整探尺極限,提尺時提至2 ~4m;校對雷達探尺,保證探測深度 16m。

⑹對高爐區域、凈煤氣、半凈煤氣管道打水、泄水、爐基照明進行檢查,保證照明充分。

⑺全面檢查冷卻系統,確保各設備正常運行,嚴禁向爐內漏水。

⑻切斷高爐富氧,堵盲板。

⑼檢查氣密箱外部打水冷卻管。 檢查從爐喉平臺接引至爐頂東西放散口的DN42mm 管道高壓水供水正常,放散口分別安裝2套打水降塵裝置,打水下方電器設備設施做防水保護。

⑽風口二套、小套水量提至最大。

⑾通知TRT堵進出口盲板。

⑿開口機角度調至12°。

⒀為控制高爐放散煤氣期間隨煤氣大量冒煙造成環境污染問題,恢復爐頂東西放散口環形降塵打水管,在送風前10min手動打開,保證在降料線期間不間斷打水。

3 空料線停爐操作

2024 年6月17日21:06 時送風開始降料面,為避免氮氣管道堵塞,高爐在預休風期間對爐皮開孔進行疏通,在高爐送風前爐身6段、9段通入氮氣, 初始流量為850m³ /h,東尺6.59m、西尺6.71m; 0:11時風量加至992ｍ³ / min(送風比達到2.20 倍), 風壓0.157MPa,爐頂壓力0.111MPa,風溫892 ℃ , 由于爐內負荷輕及預降料面較計劃深接近0.5m,隨著爐內風量增加及風溫提升,爐頂溫度迅速上升, 21:57 時西北方向頂溫達到372 ℃ ,爐頂噴霧打水開啟,此次降料面期間風量控制較為平穩,未出現頂壓大幅冒尖導致爐內減風情況,1:45 ~ 2:40時由于H₂含量超標,爐內采取減風措施控制(885m³ / min下降至718m³ / min);由于爐頂打水產生大量蒸汽2:00時雷達探尺間歇性失真,4: 30 時料線降至14.4m后西尺坨子掉,后期料面由東尺單尺測量,綜合累計風量(38.2 萬 m² )、渣鐵排放、風口工作情況判斷在6:18時高爐結束停爐降料面工作;在整個降料面過程中未出現明顯管道氣流,也未出現爆震,降料面過程總體平穩。

3.1 停爐過程中風量、風溫與打水量控制

為有效縮短停爐時間,降料面初期盡可能控制大風量、高風溫,并且保持與風量匹配的頂壓有利于穩定爐內煤氣流分布,隨著料面下降,料層逐漸變薄逐步減小風量,降低煤氣流速防止局部產生管道,同時逐步降低風溫控制打水量,降低產生爆震的可能。

通過數據反映出降料面過程中風量、風溫的控制,使得頂溫整體平穩且有效控制了爐頂打水量,大大降低了爆震的可能,在整個停爐過程未發生爆震,本次停爐過程累計風量達到381.97km³ ,累計打水量171.702t。 本次降料面過程中具體的風量、頂溫和爐頂打水量如圖2 所示。

3.2 停爐過程中爐頂溫度與打水量控制

停爐過程中,爐頂溫度與打水量的控制至關重要,合理控制這兩個因素,不僅能夠確保停爐過程的煤氣系統的安全,還能減少對設備的損害。 爐頂溫度與打水量的控制是一個動態的過程,需要操作人員具備豐富的經驗和敏銳的觀察力,通過實時監測溫度變化,及時調整打水量和其他操作參數,才能確保頂溫始終處于安全可控的范圍內,打水量過多,霧化效果變差,爐頂溫度偏低,水可能直接打在料面, 與熾熱焦炭接觸后產生大量H₂容易發生爆震,不利于安全停爐;打水量過少,爐頂溫度控制高,不利于煤氣系統安全。

隨著料線的降低,料層變薄頂溫上升速度逐步加快,雖然可通過控制風量進而控制頂溫,但由于大風量可加快停爐,操作過程盡可能控制相對較大風量,過程中根據頂溫情況開啟爐頂打水降溫裝置,盡可能做到維持相對穩定的打水量,以控制爐頂溫度總體在范圍之內。 控制停爐前期爐頂溫度350 ~400 ℃ ,控制停爐后期(料面進入爐腰后)爐頂溫度400~460 ℃ ,氣密箱溫度≤100 ℃ 。 4個爐頂溫度電偶溫度偏差控制≤50 ℃ ;根據料面位置及風量維持相適應的水量的情況下,頂溫持續升高,通過減風和降低風溫配合控制達到頂溫控制平穩,停爐過程頂溫、打水量以及氮氣流量見表1。

3.3 煤氣成分與氮氣控制

在停爐降料面過程中如何防止爆震是停爐過程中爐體安全的關鍵。 ①降料面初期料層較厚,頂溫整體上升速度較慢,打水量整體較小,爐內H₂含量較低,爐內爆震幾率小;②降料面料線淺時,打水不會與紅熱焦炭直接接觸從而產生大量蒸汽。當料面接近爐腰時,焦炭層薄,此處焦炭接近完全燃燒,爐頂打水與紅熱焦炭接觸產生大量H₂ ,與此同時由熱風帶入的部分O₂ 不能完全燃燒而殘余至爐內,H₂、O₂含量上升,超過規定含量后爐內會發生爆震影響安全停爐;為確保停爐安全送風前爐身8個氮氣吹掃點閥門打開,爐身氮氣總閥門開度控制8％ ~10％(流量約860m³ /h),確保通入的N₂可以稀釋煤氣中的H₂、O₂,22:51 時N₂通入量達到3056m³ / h, 23:45時N₂通入量達到2035 m³ / h,1:53 時N₂通入量達到最大量 7500m³ /h; 至停爐通入量為 47.1km³ ;過程中煤氣中H₂、O₂含量變化與N₂量調 整如圖3所示。

3.4 降料面過程料面位置分析

根據探尺探測料面距離與煤氣成份判斷料面的具體位置,具體煤氣成份數值與料面參考位置關系為:

⑴H₂上升接近CO₂值時,料面降至爐身下部。

⑵H₂大于CO₂ 時料面進入爐腰。

⑶CO₂開始回升料面進入爐腹。

⑷O₂開始回升料面接近風口帶。

對比煤氣成份6＃高爐實際降料面和煤氣成份, 22:30~1:00時煤氣成分中H₂(0.4％)呈上升趨勢, 直至1:00時CO₂成份3.4％,H₂含量接近CO₂含量, 從數據結果分析料面接近爐身下部位置,理論計算2－11.3m料面位于爐身,1:00時實際東尺測量料面11.258m,雷達探尺測得料面12.56m;1:00~1:45時H₂含量上升(3.5％上升6.3％),CO₂含量上升(3.4％上升5.2％);H₂含量大于CO₂含量。 從數據結果分析料面接近爐腰位置,理論計算料線11.8－12.9m 料面位于爐腰,1:30分西尺測量料面11.973m,雷達探尺測得料面13.26m;3:15分CO₂含量降至1.4％,3:15－3:45 分CO₂含量開始回升(1.4％上升7.6％),從數據結 果分析料面接近爐腹位置,理論計算料面13.4 ~ 15.8 ｍ料面位于爐腹位置,3:30時西尺測量料面13.958m,東尺測量料面15.587m;5:15~6:05 時O₂含量呈回升趨勢(0.8％上升2.4％),從數據結果分析料面接近風口帶位置,理論計算料線16.2m料面位于風口位置,5:30 時東尺測量料面16.21m。

綜上所述:本次停爐過程中煤氣取樣分析數據基本符合爐內料面理論下降趨勢。 (注:2:00時雷達探尺間歇性失真、4:30時西尺坨子掉;2:00時后雷達探尺數據只做參考,4:30 時后西尺數據不作為依據。)

3.5 爐前渣鐵排放

本次停爐過程剩余爐料計算理論鐵量共計約105t,計劃出三次鐵,前兩次鐵均采用 Φ51mm鉆頭開口,出鐵后期適當噴鐵口,累計風量13.9萬 m³ (30％)。 出第一次鐵,理論鐵量約50t,累計風量31.6萬 m³ (65％);出第二次鐵,理論鐵量約55t;料 面降至風口帶時,風口呈渾濁黑色狀態或掛渣,出最 后一爐鐵,采用 Φ55mm 鉆頭開口,出鐵情況見表2。

4 降料面過程存在的問題

⑴預休風復風前,由于檢查確認不到位導致,20:30時準備復風時由于放風閥電動裝置電機燒損,導致無法加風,21:06 時采用手動盤放風閥加風,致使送風時間延后36min。

⑵高爐停爐操作最重要的是頂溫控制,爐頂霧化打水系統是關鍵,但由于前期預休風期間對爐頂打水系統調試確認不到位,導致爐頂霧化打水系統東南、東北兩點自動打水失效,只能手動操作增加打水誤差,且在0:00時調試過程中打水中斷頂溫異常上升(531℃ ),瞬間打水量增加;①短時間爐內煤氣成分變化較大,對停爐過程煤氣成分分析造成影響; ②H₂瞬間上升超標準,對安全平穩停爐造成負面影 響。

⑶預休風期間設備安裝、調試過程存在漏洞, 2:00時雷達探尺間歇性失真、4:30時西尺坨子掉, 導致停爐過程數據檢測手段減少,增加停爐料面檢測難度。

5 成功的經驗

⑴預休風預降料線是一項需要精確規劃和精細操作的工作。 在停爐前,通過合理調整風量、風壓等參數,逐步減少爐內原料供應,使料線逐漸下降,這一過程并非簡單的操作,而是需要對爐內狀況進行實時監測和準確判斷,確保預降料線準確合理;本次預降料線6.59m,這一料線高度為停爐降料面提供了極大便利,縮短了降料面時間;其次,此料線高度為爐頂點火創造了良好的條件,點火是停爐過程中的一個關鍵環節,它直接關系到停爐的安全性和后續預休風工作開展。

⑵停爐降料面最關鍵的就是爐頂打水,爐頂溫度的控制一直是個難題,過高的頂溫不僅會對爐頂設備造成損害,還可能引發安全隱患。 本次停爐降料面采用自動霧化打水系統,自動霧化打水系統通過精確的傳感器和智能控制算法,能夠實時監測爐頂溫度,并根據溫度變化自動調整打水量和霧化程度,這種精準的控制有效避免了過度打水導致的爐內溫度驟降和不均勻冷卻,同時也最大程度地減少了水的消耗。

⑶本次停爐在爐身6、9段爐皮圓周方向安裝8個氮氣吹掃點,上下兩層錯開;在停爐過程中通過8個氮氣吹掃點通入N₂稀釋爐內H₂、O₂,確保停爐過程中H₂、O₂含量在控制范圍內,有效避免了由于H₂、O₂含量超標導致爐內爆震,使得停爐過程中零爆震,實現了安全、順利停爐。

⑷在預休風期間經過精細化調整。 ①設置各項參數趨勢圖,保證整個停爐過程各項重要參數的記錄,確保各項參數的準確性;②恢復調試煤氣取樣管,確保管道通暢煤氣成份準確;本次停爐煤氣成分中的H₂、O₂、CO₂含量分析與實際料面基本吻合,為整個停爐過程提供了有效的數據支持,使得停爐過程安全平穩。

⑸根據以往經驗停爐按3次鐵組織,本次停爐共計出鐵2次,預休風前爐溫、物理熱控制合理,送風后第一次鐵口打開渣鐵物理熱充足,出鐵順暢渣鐵排放超出預期理論鐵量,爐缸騰出一定的空間,有利于保持較大風量燃燒中心料柱的焦炭,減少爐缸堆積加快降料面進度, 降料面時間比計劃提前48min。

6  結語

以安全停爐減少甚至消除停爐過程中的爆震為切入點,在停爐前對各個環節進行了分析,探討并制定詳盡的方案措施,保證整個停爐過程安全受控,完成安全停爐之目的。 綜合分析停爐過程,本次針對停爐過程預防爆震,從三方面考慮:第一方面采取上下兩層錯開的方式設置氮氣通入點;第二方面在爐皮圓周方向安裝8個氮氣吹掃點,均勻分散的吹掃點設置方式有助于更均勻、更有效稀釋爐內H₂、O₂; 第三方面根據H₂、O₂的變化及時調整N₂通入量, 使得整個停爐過程中H₂、O₂含量在控制范圍內,停爐過程中實現了零爆震。

參考文獻:

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