鞍鋼3200 m3高爐大修技術應用與開爐達產(chǎn)實踐

張立國 ，李建軍 ，趙德勝 ，張海明 ，張殿安 ，張磊 ，劉寶奎

（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠新1號高爐（3200 m3）為鞍鋼集團本世紀初新建的第一座現(xiàn)代化大型高爐，投產(chǎn)后的高爐爐體及附屬設備處于當時國內先進水平，技術指標也長時間位于國內外同體積優(yōu)秀高爐之列。但進入2014年以來，經(jīng)歷長時間高強度冶煉后，高爐爐底、爐缸等多部位炭磚侵蝕嚴重，多個監(jiān)控點的溫度居高不下，加之高爐爐身、爐腹等部位存在多處冷卻板損毀問題，還伴隨著爐殼開裂等不利于安全生產(chǎn)的現(xiàn)象發(fā)生，受這些不利因素的影響，高爐產(chǎn)能水平受到極大制約。面對這種情況，鞍鋼公司于2016年底在歷經(jīng)多次大修方案論證后，決定利用百天左右工期，完成對爐內損毀磚襯、爐殼、冷卻壁、破損冷卻板以及部分附屬裝備的更換，同時新增一套干法除塵工藝，大修后的高爐于2017年3月27日點火送風，開爐后的高爐穩(wěn)步進入達產(chǎn)狀態(tài)，標志著整體大修工程達到設計要求。

1 大修工程主要技術應用

1.1 爐底、爐缸炭磚更換

新1號高爐停爐之前，爐底、爐缸部位均采用的是國產(chǎn)超微孔炭磚結合國產(chǎn)陶瓷襯體的砌筑結構，這種襯體構成符合當代高爐長壽理念，既可以利用陶瓷襯體抗渣鐵侵蝕能力強，又能充分發(fā)揮超微孔炭磚平均孔徑和顯氣孔率低的優(yōu)勢，能夠減輕滲鐵現(xiàn)象發(fā)生。但在此次停爐破損調查過程中，還是發(fā)現(xiàn)了爐底、爐缸侵蝕較為嚴重，尤其是爐缸二段、三段冷卻壁位置，鐵口下方最薄部位處僅剩下200 mm左右，且呈現(xiàn)出了侵蝕極不均勻的狀態(tài)，證實了此次停爐的正確性，同時也說明即使采用這種較為合理的磚襯混搭結構，在長時間高強度冶煉生產(chǎn)后，爐襯也會不可避免地出現(xiàn)破損減薄，同時也指出了無論是采用何種爐襯結構，強化冶煉制度都是導致爐內磚襯損毀的最為直接原因。新1號高爐此次大修工程爐底、爐缸磚襯新砌筑情況見表1。

表1 新1號高爐爐缸、爐底砌筑結構

由于炭磚生產(chǎn)過程中會受到原煤質量、設備條件和加工工藝制度等諸多因素影響，因此成品炭磚技術指標也會表現(xiàn)出參差不齊。鞍鋼及國內外多座高爐近些年長壽經(jīng)驗表明，采用進口SGL超微孔炭磚結合國產(chǎn)陶瓷砌體是當下較為適合新1號高爐爐底、爐缸的砌筑結構[1-2]，能夠最大限度增強爐襯在日常生產(chǎn)中的抗損毀能力，因此，此次大修方案爐底、爐缸襯體結構的制定，仍采用這種爐襯設計結構，并于2017年2月17日開始重新鋪磚，2月11日砌筑結束，整個工期歷時23天，要求在砌筑過程中嚴格執(zhí)行相關標準，力求做到減少磚縫距離，磚體耦合嚴格，縫隙料填充均勻飽滿的砌筑要求。

1.2 冷卻壁及冷卻板更換

新1號高爐設計之初就采用了區(qū)別于國內外其它大部分高爐的獨特方案，采用了爐腹、爐腰、爐身中下部位安裝43層銅冷卻板，并結合六段爐缸冷卻壁的設計結構，目的是在短時間休風狀態(tài)下，可以實現(xiàn)破損冷卻板的快速在線更換。作為新1號高爐來講，經(jīng)歷了近4年的高強度冶煉后，加之上一代高爐大修未能及時完成對爐腹、爐腰、爐身中下部等處的冷卻板進行更換，致使爐體自身多塊冷卻板破損嚴重，初步統(tǒng)計停爐前損毀數(shù)量已達到235塊，具體表現(xiàn)為生產(chǎn)過程中常可見到爐皮發(fā)紅，且伴隨著煤氣泄漏嚴重的現(xiàn)象發(fā)生，這些都嚴重制約了日常安全生產(chǎn)及冶煉強度的提升。鞍鋼決定利用此次大修時機，在搭建爐內保護吊盤后，完成對爐缸部位的五段冷卻壁整體破拆，爐腹、爐腰、爐身部位多處損毀冷卻板，以及原有多處所增設的微型冷卻器的拆除，并進行了相關冷卻裝備更換。由于工期因素的制約，此次冷卻板也未能按計劃全部更換完成，僅是對部分破損嚴重區(qū)域的冷卻板進行更換，數(shù)量總計539塊。新1號高爐此次大修工程不同爐體位置冷卻板和冷卻壁更換情況見表2。

表2 新1號高爐不同爐體位置冷卻板和冷卻壁更換情況

1.3 爐殼部分更換和修補

鞍鋼新1號高爐停爐大修還有一個重要原因，就是高爐爐體存在較為嚴重的爐殼開裂問題，由于新1號高爐為鞍鋼最早投產(chǎn)的大型高爐，爐殼是采用早期較低標準的鍋爐用鋼材質，設計爐殼厚度雖為60 mm，但在經(jīng)歷了兩代爐役的長時間高強度冶煉后，由于爐內熱應力的不斷積存，導致磚襯膨脹，致使多處冷卻裝置變形，從而形成了爐殼的脹裂現(xiàn)象，期間雖經(jīng)歷多次采用加肋筋、焊補爐殼等措施進行修補，但收效甚微；同時由于爐殼煤氣泄漏現(xiàn)象日趨嚴重，不少部位被迫點火，用以消除煤氣危險源，這也帶來了高爐爐殼基體組織中晶格加劇畸變，嚴重地影響了爐殼自身強度，給高爐日常安全生產(chǎn)帶來了極大的隱患。新1號高爐此次大修工程不同爐體位置爐殼更換情況見表3所示。

表3 新1號高爐不同爐體位置爐殼更換情況

此外，由于工程后期進度緊張等因素，此次大修工程也未能按照設計完成爐殼的整體更換，只是對破損嚴重部分進行了局部更換，這可能對日后高爐強化冶煉后的爐體日常維護帶來不利之處，未來值得引起重視。

1.4 干法除塵技術應用

由于受到國家對于環(huán)保要求的愈發(fā)嚴格及高爐經(jīng)濟性運行的雙重需要，此次高爐停爐大修最重要的工程之一就是利用這段長期停爐期，新增1套干法除塵工藝，以適應當前國家對于冶金企業(yè)要求，達到節(jié)約用水、增加發(fā)電量目的，實現(xiàn)降低煉鐵運行成本的效果。新1號高爐干法除塵工藝設備參數(shù)見表4。

表4 新1號高爐干法除塵工藝設備參數(shù)

此次干法除塵設備的安裝由于受到場地面積較為擁擠的現(xiàn)實條件制約，采取緊湊式布局方式，充分利用了周邊原有預留的空地資源，順利地實現(xiàn)了干法除塵工藝系統(tǒng)的安裝。

1.5 其它技術應用

除以上技術外，此次大修工程還應用了較多其它技術，如爐體噴涂料由高鋁質改為氮化硅質；爐頂采用PC2.5加強型水冷齒輪箱，并采用新型低噪音高爐煤氣調節(jié)閥組技術；對于熱風爐工藝系統(tǒng)，采用了更換新型煤氣、空氣雙預熱換熱器，熱風爐短管三岔口處采用組合磚砌筑技術；同時為提升高爐工藝自動化控制水平，高爐、熱風爐、上料、沖渣等系統(tǒng)均采用國際先進三電一體化集中控制系統(tǒng)，并輔助安裝了一整套高爐專家系統(tǒng)技術等。

2 高爐開爐

開爐效果的好壞直接關系到日后爐況運行狀態(tài)，還會對爐體長壽具有決定性的影響，因此，當大修工程進入尾期后，公司多個部門及煉鐵總廠相關人員就提前介入了高爐開爐工作，并迅速組織各方面條件，做到預先準備，以滿足開爐工作的需要。

2.1 烘爐

高爐一代爐役投產(chǎn)之初，需要對爐體內部進行預熱烘爐，以達到消除爐襯水分、熱應力和不良膨脹的效果。由于本次熱風爐本體未參與大修，仍處于保溫狀態(tài)，因此，此次烘爐采用熱風爐鼓風烘爐，烘爐過程中以熱風溫度為基準，鼓入風量為調劑手段，同時以爐頂溫度為制約條件，整個烘爐期間要求嚴格按烘爐曲線進行烘爐，熱風流量控制在2 000～2 500 m3/min。新1號高爐烘爐溫度控制曲線見圖1。

圖1 新1號高爐烘爐溫度控制曲線

烘爐風溫由室溫開始，以50℃/h的速度穩(wěn)定升至200℃，保持恒溫40 h，并以50℃/h速度升至350℃，溫度恒定20 h，再以50℃/h速度升至450℃，恒溫時間 93 h，在爐體充分預熱后，以50℃/h的速度降至150℃，烘爐工作于2017年3月26日凌晨2：00結束，歷時168 h。烘爐期間要求熱風爐換爐風溫波動小于20℃，并保證爐頂溫度不超標的前提下盡量使用上限風量；如遇爐頂溫度超標時，可適當降低風溫30～50℃，打開風口大蓋并以自然風進行冷卻，同時爐頂放散閥全開，保證控制烘爐溫度恒定。

2.2 試壓及試漏

高爐作為密閉容器，在爐體墊板焊嚴、高爐壓漿、烘爐這些工作都結束后，還需要對爐體的氣密性進行檢測，此次高爐系統(tǒng)通風試漏、試壓和煤氣除塵系統(tǒng)、熱風爐系統(tǒng)均采用同步進行方式，并配套8 000 m3/h電動風機為試漏、試壓風源。氣密性試漏和強度性試壓分階段進行，于2017年3月26日8：05開始送風試漏、試壓，至24：45結束。在氣密性試漏中，爐頂壓力要求控制在0.05 MPa，之后再采取站臺階的方式將頂壓提升至極限0.23 MPa進行強度性試壓，測試完畢后，對存在的不同漏點進行處置。本次試漏工作中統(tǒng)計查出爐體漏點207處，全部都按要求在規(guī)定時間做出了處理，說明本次爐體大修整體效果良好。

2.3 爐體裝料

開爐工作的關鍵之處就在于不同爐料的合理搭配組成，需要在詳細計算基礎上，保持入爐爐料堿度與焦炭負荷的合理性設置，即要做到保證不同爐料的傾倒數(shù)量及裝填次序無失誤。新1號高爐開爐之前，也在總結過去多座高爐開爐裝料制度基礎上，經(jīng)過多次驗算，最終確定了開爐料的種類及料批布料順序。新1號高爐開爐裝填料規(guī)定條件見表5。

表5 新1號高爐開爐裝填料規(guī)定條件

此次新1號高爐采用15段設置方式，段數(shù)設置較多的目的在于，能夠使爐內O/C的分布平滑過度，改善料柱透氣性，有利于下料順暢。新1號高爐爐體不同段數(shù)焦炭負荷見表6。

表6 新1號高爐體爐不同段數(shù)的焦炭負荷

新1號高爐大修工程結束后，依然沿用了鞍鋼煉鐵總廠常用的傳統(tǒng)開爐方式，并于2017年3月26日15：15進行爐底墊底焦炭的傾倒，至16：00時結束后進行爐內枕木料填裝，枕木數(shù)量共計 2 300根，至2017年3月27日6：00結束。此次裝填過程中采用人工排擺的方式，摒棄以往粗放投入方式，目的是加快枕木燃燒，快速形成爐內爐料反應空間，達到迅速開爐的效果。之后凈焦裝填至高爐爐腹1/2處，爐身1/8以下為控料，以上部位為正常料，并按計劃上料至爐喉位置，料線按計劃控制在1.80 m。其中正常爐料的結構為鞍鋼二燒燒結礦加弓長嶺球團，期間配加錳礦、石灰石、硅石及菱鎂石熔劑，用以調節(jié)爐渣堿度，遵循正常料下取入爐焦比為750 kg/t，開爐渣比為1 150 kg/t的原則，同時提高球團礦比至35%，目的在于提升開爐料鐵品位，使高爐出鐵過程更加順利。

2.4 點火送風

此次開爐共計堵6個風口，堵住的風口在圓周方向上成均勻分布狀態(tài)，以保證開爐過程中爐缸都能保持工作狀態(tài)活躍，并于2017年3月27日23：50點火送風，之后料尺出現(xiàn)松動，送風初期4個鐵口眼全部打開，但3月28日5：00時2號、3號、4號鐵口噴出瓦斯過大，致使爐前煙塵大、出鐵場煤氣含量較高現(xiàn)象，被迫采取堵炮措施，并只留下1號鐵口，至3月28日24:00時，在此期間上料共計56批（批重42 t），開始進行第一爐出鐵作業(yè)；至3月29日8：00時，2號鐵口出鐵，出鐵過程中爐渣走水沖渣工藝，表觀可看到渣鐵流動性良好，說明爐溫充沛，渣鐵分離良好，經(jīng)過測試后，鐵水物理熱達到1 420℃，此次出鐵量共計達到176 t，鐵水中 ω[Si]量為 4.29%，ω[S]含量為 0.01%；至2017年4月1日風量提升至5 000 m3/min，高爐風口全部打開，2017年4月1日9:00氧氣流量為5 000 m3/h，入爐焦比降低至350 kg/t，鐵水中ω[Si]降至 0.7%～0.9%,開始供應后續(xù)煉鋼工藝生產(chǎn)，至此時，標志著鞍鋼煉鐵總廠新1號高爐開爐取得圓滿成功。

3 高爐投產(chǎn)效果

新1號高爐開爐之初，就制定出嚴格操作標準。在裝料制度的選擇上，采用“中心加焦”方式進行日常布料，形成以中心氣流為基礎，兼顧邊緣氣流為輔助，邊緣與中心氣流相結合的方式，以達到氣流合理分布的目的，同時采取逐步加大批重及提升頂壓的方法，用以改善爐內煤氣利用率，改進爐內冶煉進程。下部調劑制度選擇上，采取穩(wěn)中求進的方針，杜絕激進提升冶煉強度行為的發(fā)生，采取“站住臺階，再緩步往上爬”的操作策略，逐步加大風量，提升風溫，在穩(wěn)步降低入爐焦比，提升噴吹煤比的同時，做到富氧量的逐步提升，力求保證投產(chǎn)初期高爐內部的鼓風動能、理論燃燒溫度、風口回旋區(qū)形狀及爐腹煤氣量指數(shù)等重要操作參數(shù)都控制在適宜水平，實現(xiàn)爐缸工作狀態(tài)均勻及活躍。日常生產(chǎn)中，在做到保持入爐原燃料質量及搭配比例穩(wěn)定，杜絕頻繁的堿度變動的同時，穩(wěn)定鐵水物理熱量，并嚴禁發(fā)生低爐溫的現(xiàn)象，以保證爐內渣鐵充分分離和必要的爐內脫硫條件。并優(yōu)化爐前操作，維護必要的鐵口深度，要求及時出凈爐內渣鐵，做到杜絕憋鐵的事件發(fā)生。新1號高爐開爐初期，高爐生產(chǎn)表現(xiàn)穩(wěn)定，爐況順行狀況良好，此期間主要操作指標和燃料消耗也處于較為理想水平，實現(xiàn)了優(yōu)化投產(chǎn)的目標。2017年新1號高爐投產(chǎn)初期高爐操作指標見表7。

表7 新1號高爐投產(chǎn)初期高爐操作指標

4 結語

（1）鞍鋼煉鐵總廠新1號高爐停爐破損調查發(fā)現(xiàn)，爐底、爐缸呈現(xiàn)出了整體侵蝕不均勻的狀態(tài)，證實了此次停爐正確性，同時也說明無論采用何種磚襯材質及搭配結構，長時間強化冶煉制度下，都是導致爐內磚襯損毀的最為直接原因。

（2）開爐工作的關鍵之處在于不同爐料的合理搭配組成，需要在詳細計算基礎上，保持爐料堿度與焦炭負荷設置的合理性，并要保證做到不同爐料的傾倒數(shù)量及裝填次序無失誤。

（3）采用多段數(shù)O/C負荷設置方式，能夠達到爐內O/C負荷的分布平滑過度效果，有利于改善料柱透氣性及開爐初期的渣鐵流動性，能夠實現(xiàn)爐況穩(wěn)定順行。

（4）圓周方向上堵住成均勻分布狀態(tài)的部分風口，可以幫助爐體下部初始煤氣流分布均勻，有利于保持開爐過程中爐缸活躍的狀態(tài)工作。

（5）開爐后的生產(chǎn)經(jīng)驗表明，應杜絕激進提升冶煉強度行為，采取“站住臺階，再緩步往上爬”的操作策略，以保證鼓風動能、理論燃燒溫度、風口回旋區(qū)形狀及爐腹煤氣量指數(shù)等重要操作參數(shù)控制在適宜水平，達到活躍爐缸的效果。

[1] 張立國，張偉，郭天永，等．鞍鋼高爐爐缸炭磚的應用探討[J]．煉鐵，2016，35（4）：26-28．

[2]張立國，謝明輝，車玉滿，等．鞍鋼大型高爐長壽生產(chǎn)實踐[J]．煉鐵，2013，32（5）：2-4．

[3] 梁利生．寶鋼湛江鋼鐵1號高爐開爐及生產(chǎn)操作實踐[J]．中國冶金，2016，26（9）：72-73．

[4] 劉天柱，孫占國，張慶東，等．安鋼2200 m3高爐開爐與達產(chǎn)實踐[J]．煉鐵， 2006， 25（5）：11-14．

[5] 劉京瑞，李志明，高遠．邯鋼3200 m3高爐開爐達產(chǎn)實踐[J]．煉鐵， 2010， 29（2）：12-15．

[6]王濤，張衛(wèi)東，任立軍，等．首鋼京唐公司1號高爐開爐實踐[J]．煉鐵， 2010， 29（2）： 8-10．

[7] 周榮彬．沙鋼3號高爐開爐及達產(chǎn)實踐 [J]．煉鐵，2006，25（4）：44-45．

[8]熊亞飛，周國錢，張慶喜，等．武鋼1號高爐封爐開爐生產(chǎn)操作實踐[J]．煉鐵， 2010， 29（3）： 30-33．

[9] 熊亞飛,黃立準．武鋼7號高爐開爐達產(chǎn)實踐[J]．煉鐵，2007，26（1）： 10-14．

[10]王志君，王寶海，湯清華．新建高爐開爐操作中值得重視的問題[J]．煉鐵， 2010， 29（5）： 19-20．