酒鋼7 號高爐鐵口噴濺分析及治理實踐
呂曉勃，秦占邦
( 酒鋼集團宏興股份煉鐵廠，甘肅嘉峪關735100)
摘要: 2015 年5 月至7 月，由于鐵口區域煤氣竄漏及冷卻設備漏水的影響，酒鋼7 號高爐3 個出鐵口均出現了噴濺現象，對高爐的安全平穩運行造成較大的影響，通過采取治理風口破損，加強冷卻設備管理，灌漿封堵煤氣通道等措施，鐵口噴濺問題得到治理。
關鍵詞: 高爐; 鐵口噴濺; 灌漿
1 概述
酒鋼7 號高爐( 2650 m3 ) 于2011 年3 月6 日開爐，設計3 個鐵口，開爐爐況順行，鐵口工作正常，從2015 年5 月份鐵口出現噴濺現象，6月22 日系統檢修后鐵口噴濺問題開始顯現，出現了鐵口長時間噴濺的情況，在高爐鐵口打開后，渣鐵流即開始噴濺，噴濺距離遠，嚴重時越過撇渣器; 噴濺時間長，噴濺能夠持續1 h，甚至整個出鐵過程中噴濺。噴濺過程中伴隨濃重的黃煙，爐前工作量大，高爐生產成本增加，造成環境污染，影響到爐前正常出鐵及爐況順行，由于鐵口噴濺渣鐵不能出凈，影響爐況穩定順行。
2 鐵口噴濺危害
2．1 渣鐵出不凈，影響爐況穩定順行
鐵口噴濺現象直接導致高爐渣鐵排放不均，鐵口噴濺嚴重時每爐出鐵量由300 ～ 400 t 下降至100～200 t，渣鐵出不凈，理論鐵量差達到400 t，爐內憋渣鐵，風量萎縮，爐況惡化，導致高爐懸料。
2．2 形成出鐵事故
鐵口噴濺會對鐵口泥套造成破壞，由于鐵口泥套沖刷，被迫臨時休風時重新搗制泥套，拆泥套時發現泥套異常擴大，如果爐前未及時發現、處理，會導致堵不上口、燒壞泥炮甚至鐵水下鐵道等惡性事故。
2．3 爐前工作量大
由于鐵口噴濺嚴重，每次出鐵均有大量渣鐵噴到溝外，爐前工作量大，爐前工已無法清理大量噴濺的渣鐵，臨時調用挖掘機清理噴濺渣鐵，出鐵準備時間長，影響到正常出鐵秩序。
2．4 鐵口區域工作環境差，威脅到安全與環保
噴濺形成的煙塵一方面妨礙爐前工觀察鐵口情況，另一方面產生大量揚塵，環保達不到要求。
2．5 影響生產成本
鐵口的噴濺造成出鐵效果差，出鐵不均勻，單爐出鐵量減少，日鐵次增加，炮泥用量上升。
3 鐵口噴濺原因分析
高爐鐵口噴濺的原因是液態渣鐵從鐵口孔道中高速流出時混入高爐煤氣、水蒸氣等，在流出鐵口后體積發生急劇膨脹噴濺。
3．1 鐵口區域煤氣來源分析
3．1．1 冷卻壁與炭磚間的縫隙
高爐冷卻壁與炭磚之間采用碳素搗打料填充，爐缸砌筑時搗打料不密實，開爐后搗打料收縮，出現縫隙，形成煤氣通道。
3．1．2 風口各套與風口組合磚之間縫隙
風口套與組合磚之間填充的緩沖泥漿，高爐投入生產后，受溫度影響，風口套及組合磚均會膨脹，就會成為高爐煤氣泄漏的通道。
3．1．3 爐殼與冷卻壁間縫隙
在高爐砌筑時，冷卻壁之間的縫隙，采用鐵屑填充，爐殼與冷卻壁之間灌漿，由于7 號高爐冬季灌漿，漿料不飽滿，逐漸變形龜裂，形成無數的裂縫空隙，高爐煤氣不斷地沖刷灌漿料裂縫，形成更大的煤氣通道。
3．2 從冷卻壁水管及風口破損情況分析
3．2．1 冷卻水管破損情況分析
8 段冷卻水管破損采取閉水養護措施，待檢修集中將破損冷卻水管修復，但補焊后的冷卻水管易再次剪切開焊，8 段銅冷卻壁閉水養護存在向爐內漏水。9 段背部蛇形管破損，首先也是采取閉水養護的措施，養護期間也存在向爐內漏水，由于長期破損，冷卻水管向爐內漏水，水擴散時迅速汽化，與碳搗料發生氧化反應( 水與碳在≤1 000 ℃時發生反應: C+2H2O=CO2+2H2) ，導致碳搗層發生氧化侵蝕粉化，產生裂縫。
3．2．2 風口破損情況分析
2015 年風口破損頻繁，風口破損集中部位均在鐵口區域( 表1) ，這些損壞的風口在更換前閉水養護，正常生產時風口泄漏量達到0．58 t /h( 表2) ，休風后檢查風口破損較大，由于風口破損向爐內漏水，當泄漏的水聚集在煤氣縫隙處，高溫汽化體積膨脹，使煤氣縫隙進一步擴展，煤氣縫隙延伸至鐵口區域，煤氣和水蒸氣進入鐵口通道，導致鐵口噴濺。
風口破損的原因分析: 一是由于冷卻水管破損向爐內漏水，造成爐缸邊緣溫度下降，爐缸局部不活，加之爐體維護和更換風口休風次數增加，加劇風口破損。二是7 號高爐風口冷卻強度不足，風口平均水量為17．9 m3 /h，平均水溫差10．5 ℃，水溫差最高達到15 ℃，而1 號高爐風口平均水量為40．6m3 /h，平均水溫差4．5 ℃，通過1 號、7 號高爐風口冷卻水量和水溫差對比分析，7號高爐風口水量小、水溫差高，冷卻強度不足，是風口頻繁破損的原因之一。查找資料，2 500 m3 級高爐為保證風口小套不被燒壞，通常將其前端的高速水室過水流速在15．0m/s 以上，而7 號高爐風口流速僅為9．3 m/s，風口水量不足，流速偏低。
3．3 灌漿情況分析
7 月份四次休風，均選擇在鐵口附近灌漿( 表3、圖2) ，7月20 日在1#、2#大套下沿開灌漿孔，分別灌漿300 kg，從灌漿量計算，漿料總體積為0．35m3，由此分析，爐缸風口至鐵口區域存在較大面積煤氣通道，這與7 月14 日北鐵口來水相對應。從新開灌漿孔看，存在煤氣火及滲水現象，也能說明爐缸存在煤氣通道。
長期漏水對爐缸炭磚的氧化侵蝕嚴重，水蒸汽通過炭磚的縫隙流入炭磚，在500 ℃以上與碳反應生成CO2，氧化侵蝕后的炭磚表面會產生脆化區域，呈軟粉狀，且脆化的炭磚導熱性能大幅度下降，在煤氣流沖刷和鐵水環流的作用下易破碎，加劇炭磚的侵蝕。
從風口大套下沿開灌漿孔鉆孔， 21#、28#風口大套下沿鉆孔至200 mm，出現滲水現象，判斷冷卻壁之間填料不密實存在通道。7 月14 日休風北鐵口滲水，休風后24#風口斷水后，北鐵口滲水情況明顯減少，判斷鐵口滲水來源為破損風口，因此，下部重點治理風口破損，首先解決風口漏水對鐵口噴濺的影響，并通過灌漿封堵煤氣通道，解決鐵口噴濺的問題。
4 鐵口噴濺的處理
4．1 治理風口破損
⑴制定7 號高爐加螢石洗爐方案，按方案配加螢石，解決7 號高爐爐缸不活的問題。
⑵爭取風量，提高爐況穩定性。上部調劑以引導中心氣流為主，采取縮小礦石平臺，布料矩陣上保持邊緣礦角在39．0° ～ 40．5°，以抑制邊緣氣流，通過縮小礦石布料角差至7．5° ～8．5°，十字測溫中心溫度穩定在600 ℃以上，風量達到4 400 m3 /min、鼓風動能不小于110 kJ /s，提高爐況的穩定性。
⑶穩定爐溫控制，確保爐缸溫度充足。活躍爐缸工作狀態，提高渣鐵物理熱，使爐缸熱量充足，以縮小中心死焦堆，穩定生鐵含Si 在0．55%～ 0．85%，平均生鐵含Si 控制在0．65%以上，杜絕0．50%以下爐溫。通過提高鐵水溫度至1 485 ℃以上，每班大于1 500 ℃不少于1 爐次，進一步活躍爐缸工作。
⑷繼續限煤比操作。噴煤量增加后爐缸中心的料柱透氣透液性降低，爐缸邊緣環流增加，不利于風口破損的治理。控制煤比≯105 kg /t，改善爐缸工作。
⑸風口破損按標準進行更換，避免長期向爐內漏水，造成鐵口噴濺。
4．2 風口進出水管改造，解決冷卻水量小的問題
為解決7 號高爐風口冷卻水量不足的問題，檢修對13#風口水管進行改造實驗，進出水管內徑由32 mm 增加至38 mm，改造后13 #風口水量由17m3 /h 提高至22 m3 /h，冷卻水量增加5 m3 /h，風口進出水管改造后風口水量增加明顯，利用檢修將其余風口水管改造，提高風口冷卻水量。
4．3 爐缸灌漿，封堵煤氣通道
從鐵口噴濺及灌漿的情況分析，爐缸存在較大的煤氣通道，為治理鐵口噴濺，利用檢修機會繼續對爐缸進行灌漿，封堵煤氣通道。
4．3．1 灌漿孔位置選擇
利用短期休風在大套下沿開灌漿孔，阻斷風口與鐵口縫隙，鐵口通道及鐵口框架灌漿。系統檢修在大套下沿、爐缸四段、鐵口框架、鐵口通道全面灌漿。
4．3．2 鉆孔要求
大套下沿、爐缸四段灌漿孔鉆孔深度至冷卻壁熱面，預先在鉆桿上標好刻度標記，防止鉆過頭損傷炭磚，鉆孔后用鋼筋棍清理灌漿孔內周圍的耐材，并用壓縮空氣將灌漿孔內雜物吹掃干凈。鐵口通道: 鐵口用Ф65 mm 大鉆頭鉆至2．0 m灌漿。
4．4 改善炮泥質量
加強對炮泥質量管理，針對鐵口噴濺狀況，要求廠家及時調整炮泥配方，降低炮泥在燒結過程中出現裂縫。
4．5 加強出鐵操作管理
保證鐵口深度在3．3 m 以上，減緩出鐵過程中鐵口孔道快速擴孔; 提前鉆鐵口遇潮鐵口是用壓縮空氣進行烘烤，抑制炮泥燒結不夠帶來的鐵口放火箭式的大噴。
5 結語
通過治理風口破損，加強冷卻設備管理，灌漿維護堵塞煤氣通道，及時更換漏水小套，爐況調整改善爐缸工作狀態，調整炮泥質量和加強鐵口維護，鐵口噴濺問題得到初步治理。