大型高爐常規短期化大修施工技術

呂宏

（中冶天工上海十三冶建設有限公司，上海 201901）

1 工程概況

某廠一號2500m3高爐第一代爐役于2004年投產，采用了全冷卻壁結構，軟水密閉循環，并罐無料鐘爐頂，INBA水渣系統，DAVY塔煤氣洗滌系統，由于占地有限，采用斜橋上料。

2010年8月由于典型的爐缸“象腳”狀侵蝕，發生爐殼燒穿事故，經過設計及采購、施工準備，定于2011年1月10日停爐大修。大修改造包含內容：爐體、出鐵場、渣處理、爐頂、粗煤氣、出鐵場和焦礦槽除塵、噴煤噴吹、給排水、熱力燃氣、熱風爐、五電等系統。

2 主線施工流程

高爐本體為貫穿整個項目的關鍵，是工程的主工藝線路，整個工程組織的著力點：

停爐前設施改造、加固等→停爐、放殘鐵→清渣、清殘鐵→冷卻壁安裝→爐底水冷管更換→耐材砌筑→烘爐。

3 關鍵過程及工藝技術

3.1 降料面

過程中嚴格按風量要求操作，隨著料線降低，壓差降低、風量不斷上升時，及時把風量減至規定風量，同時適當降低頂壓。

當爐頂溫度過高，打水控制不住頂溫或爐內頻繁出現爆震時，減小風量、適當降頂壓，保證安全。若減風后爆震控制不住，考慮停氣。

當達到如下四個條件之一應停氣：①煤氣中H2%達到上限標準。②煤氣中O2%>0.8%。③料面降至爐腹。④爐殼發生嚴重跑火時。

3.2 放殘鐵、涼爐

3.2.1 殘鐵口位置的選擇

使用拉姆公式計算高爐侵蝕最低深度范圍為：8547mm~9141mm。在高爐停風檢修期間，對殘鐵口目標區域爐殼表面，每隔100mm進行爐皮溫度測量，畫出爐皮拐點，確定最深侵蝕點標高。經考察、分析，定于高爐西北方向第1段23號冷卻壁標高8.100mm為殘鐵口位置。

3.2.2 殘鐵溝位置及流向選擇

殘鐵溝布置在高爐西北方向，從殘鐵口向西方向引出6.7米左右，到達鐵道線上方由鐵水罐接鐵。

3.2.3 制作安裝殘鐵溝，制作鐵水罐過渡槽7個。

3.2.4 放殘鐵操作

降料面完成后，按爐殼上預先畫好的殘鐵口位置切割并取下爐殼，組織燒1層殘鐵口處冷卻壁，標定殘鐵口位置，清除殘鐵口開孔位置的底面和側面雜物，用可塑料找平、墊實，裝入殘鐵溝與爐殼、先裝段溝焊接好，砌好耐材。

檢查殘鐵罐，確認后組織放殘鐵小組燒殘鐵口。殘鐵口先用風動開口機鉆開殘鐵口，殘鐵開口至見紅時，用氧氣按7°角向內斜上方燒入。殘鐵流出后，殘鐵口設專人管理，確保渣鐵流動良好。

3.3 冷卻壁拆除

3.3.1 冷卻壁頂推裝置

制作門型反力架，并焊于爐殼表面，再用千斤頂將冷卻壁頂入爐內。

3.3.2 冷卻壁拆除

分為兩步進行，首先拆除13-9帶冷卻壁，然后拆除4-1帶冷卻壁；拆除順序從上往下進行。

3.4 殘鐵爆破

3.4.1 殘鐵處理方案的選擇

綜合進度、安全、可靠性因素，選定劈裂爆破方案。

3.4.2 殘鐵劈裂爆破參數

在爐內殘渣清理至反鏟及鎬頭機難以破碎的渣鐵混合物表面位置，采用鑿巖機試鉆，設定爆破參數：①炮孔直徑：80.0mm；②炮孔孔距：1000mm；③炮孔深度：1000mm；④使用炸藥種類：恩梯高爆速炸藥。

3.4.3 起爆網絡設計

考慮爆破效果的需要，選用零段毫秒雷管，用四通聯成復式網絡，用擊發器起爆。

3.4.4 裝藥設計

①炸藥類型：恩梯（65：35）；②成型方式：熔注；③外殼材料：紙質；④裝藥直徑62mm；⑤單個藥塊高度：100mm。

3.4.5 爆破鉆孔

考慮到爐底為渣鐵混合物，既有較大的強度，同時內部尚未完全冷卻，高溫區估計溫度在500-600℃左右，為在較短的時間內完成鉆孔、裝藥，專門研制了鉆頭，鉆機采用液壓驅動，鉆桿中空通冷卻水，以保證鉆進過程中，鉆頭溫度的正常。

3.5 爐內清理

在高爐西北側出鐵場上爐殼開口，尺寸為高 7061mm、寬 3265mm（詳見圖 1，2），開口底標高7.019m，頂標高14.080m。

圖1 清渣孔開口位置立面示意圖

圖2 清渣孔開口位置側面示意圖

用2臺150型反鏟，1臺配鎬頭，進入爐內進行破碎作業，1臺設于出鐵場平臺，負責將破碎的爐內廢料、殘鐵、耐材、拆除的冷卻壁從清渣口清出高爐。將清渣口下方鐵道線回填碎石，設置一臺220型反鏟，負責清理裝車。

3.6 冷卻壁安裝

本項目需要更換的冷卻壁為第1-4帶低鉻鑄鐵冷卻壁和第9-13帶鑲磚球墨鑄鐵冷卻壁，為在1-4代冷卻壁安裝完成后即投入爐底耐材的施工。為此設置的特殊措施：1-4帶冷卻壁安裝用環形吊，9-13帶冷卻壁安裝用吊盤，9-13帶冷卻壁安裝用環形吊。

第1-4帶冷卻壁在出鐵場平臺設置平板小車將冷卻壁運至爐內，再利用環形吊對冷卻壁進行安裝。

第9-13帶冷卻設備安裝時利用設在爐頂的手拉葫蘆作為吊具，設于中間的吊盤作為工作平臺。

3.7 耐材施工

采用下部環形吊作為爐內耐材砌筑的吊裝設施。

以正東側的風口作為進料口，在風口平臺面搭設臨時平臺，爐內用料使用出鐵場行車吊至臨時平臺鋪設的輥道上，通過風口推進爐內。

碳磚運輸采用尼龍吊帶，安裝采用真空吸盤。

4 結語

4.1 大型高爐的大修方式，在條件允許的情況下，宜采取異地組裝，推移到位的快速大修方式。條件不允許的，采用本文所論述的常規條件下的優化大修方式，也能達到較好的工期目標。

4.2 高爐大修的停爐降料面、放殘鐵，是整個大修過程的關鍵之一，國內以往慣例是由生產單位主導進行，此次由施工單位牽頭，組織有經驗的廠家與業主組成工作團隊，成功實施了本次大修的停爐。但筆者認為，由于生產單位對自身情況較為了解，還是應以生產單位為主進行。

4.3 此次大修放殘鐵，對殘鐵口的方位選定，由于現場條件及放殘鐵與清渣等方案需要，初方案所處位置之外，其他均不合適，因此確定較快。殘鐵口的標高，參考了理論計算、原事故發生時照片、溫度測定值，有意識的放低了100mm，實際打開殘鐵口過程中，確實偏低。此次放殘鐵，自料面降到位至殘鐵放盡，耗時50小時，殘鐵口向上移動了兩次，最終停止時，渣鐵流動性仍較好。這說明一般擔心的放殘鐵應盡量迅速，以免爐缸遠端向涼，導致殘鐵無法放盡的現象沒有出現。因此建議今后大型高爐放殘鐵，在不開兩孔情況下，標高可稍放低些，過程中可以進行調整，以利盡量放盡殘鐵，為后續工作打好基礎。

4.3 殘鐵的處理，是大型高爐大修的重大不確定因素，此次大修采用的劈裂爆破工藝，基本上解決了這一難題。鉆孔、裝藥、爆破、清理各個環節均有了可靠的措施，可保證在殘鐵放的極不理想的情況下，短時間內完成殘鐵的處理。今后大型高爐的大修，可首選此工藝，快捷、安全、效果突出。

4.4 高爐大修，冷卻壁的更換必不可少，為了爭取時間，必須采取兩層作業的措施，即下部冷卻壁安裝完成后，立即安裝爐缸保護棚及環行吊，使得上部冷卻壁的安裝與下部耐材施工同步進行，交叉進行，以縮短整個大修工期。

4.5 高爐爐底爐缸耐材牽涉重大，是今后爐況的保障，施工過程必須嚴加控制。在次基礎上在施工措施、人員配備、作業方式上優化，來確保砌筑工期可靠的最短化。

[1]中冶天工上海十三冶建設有限公司某高爐大修工程施工組織設計、施工方案.

[2]周傳典.高爐煉鐵生產技術手冊[M].北京：冶金工業出版社，2002.

[3]項鐘庸,王筱留等.高爐設計：煉鐵工藝設計理論與實踐》冶金工業出版社 2007年