柳鋼高爐中修首次氮氣涼爐實踐

莫朝興，黃樹生，閻 峰

(廣西柳州鋼鐵集團有限公司，廣西 柳州 545002)

1 引言

柳鋼6號高爐有效容積1500 m3，共22個風口，2個鐵口。高爐本體采用三段銅冷卻壁和爐身鑄鐵冷卻壁磚壁合一的薄壁爐襯技術，串罐無料鐘爐頂，陶瓷杯+碳磚綜合爐底結構，高爐冷卻系統除風口外全部采用軟水密閉循環冷卻系統。高爐于2008年12月16日投產，到2017年4月17日，約8年半時間，由于爐缸熱電偶年久失修，爐缸的監控處于真空狀態。廠部計劃利用這次停爐機會，扒凈爐缸渣鐵，仔細查看爐缸侵蝕情況。

程坤明研究發現炭磚在450 ℃溫度下受空氣和水蒸汽氧化侵蝕，48 h后其質量損失均超過15%，目前還沒有辦法使碳磚本身可以抵抗氧化侵蝕，但可以采取措施避免或減少碳磚在涼爐過程中與水接觸，來減少氧化侵蝕[1]。若按照以往的方法，對爐缸大量打水涼爐，勢必會破壞爐缸磚襯。6號高爐首次采用風口，鐵口通氮氣為主，中心死料柱間歇性少量打水的方法，實現了高爐中修安全、快速、不破壞爐缸的涼爐。

2 涼爐原理

爐內通入大量氮氣，一方面，氮氣屬于惰性氣體，能有效地隔絕紅焦炭與空氣的聯系，使高溫焦炭沒有繼續燃燒的條件；另一方面，柳鋼氣體公司生產的氮氣溫度為15～25 ℃，溫度較低，通過熱交換帶走爐內熱量，降低爐內溫度。

死鐵層是紅焦和殘渣鐵聚集區域，熱量較多，而水的比熱容4.2 kJ/kg·℃較氮氣的1.038 kJ/kg·℃大很多，且死鐵層中心區域不與爐缸耐火材料接觸，通過間歇性少量打水的方式來冷卻死鐵層。

3 氮氣涼爐方案及實施

3.1 風口區域冷卻布置

拆卸所有吹管，所有風口用氧氣管插入風口前端的焦炭層約1.5米，氧氣管與煤槍彎管焊接好后通氮氣，并把所有風口用炮泥堵嚴，用氮氣冷卻風口前的部分焦炭，見圖1。

從東，南，西，北，東南，西北六個方向的風口向下斜插入(角度約40度)中心死料柱6根5米(爐內長度約3.5米)長∮30 mm的鋼管，每小時打水5分鐘，確保水打到爐缸中心冷卻并形成蒸汽蒸發，防止水從爐缸邊緣滲下而破壞爐缸陶瓷杯，見圖2。

3.2 鐵口區域冷卻布置

分別用∮55 mm，∮65 mm的開鐵口機鉆頭鉆東、西面兩邊鐵口，并逐步擴大鐵口通道，埋入3根∮50 mm管子深度為分別2.0 m、2.5 m、3.0 m，向爐內通入氮氣，氮氣壓力約1.2 kg/cm2(見圖3)。

3.3 實施過程

4月17日23∶10爐內料線降至23.2 m，并確認料面已過風口，休風停爐。

23∶35高爐所有22個風口從煤槍通入氮氣(壓縮空氣切換成氮氣即可)，為避免區域氮氣濃度高，人員發生窒息，風口區域拉好警戒線，禁止所有人員進入。

18日8∶00從爐頂成像儀觀察爐內明火已熄滅，爐內大量的氮氣已使料面表面的紅焦炭熄滅。

18日18∶00所有風口用氧氣管插入風口前端的焦炭層約1.5 m，氧氣管與煤槍彎管焊接好后通氮氣，并把所有風口用炮泥堵嚴，用氮氣冷卻風口前的部分焦炭。

19日白班從兩邊鐵口分別埋入∮50 mm管子3根，深度為分別2.0 m、2.5 m、3.0 m，然后通入氮氣，發現爐頂溫度從75 ℃迅速降至55 ℃，冷卻效果明顯。20日夜班從東，南，西，北，東南，西北六個方向的風口向下斜插入(角度約40°)中心死料柱6根長5 m(爐內長度約3.5 m)、∮30 mm的管子，每小時打水5分鐘，確保水從爐缸中心滲入，防止水從爐缸邊緣滲下而破壞爐缸陶瓷杯。

21日白班測量爐內溫度為18～25 ℃，煤氣含量5～10 PPm，氧氣含量20.8%。停止中心死料柱的打水。風口和鐵口繼續通氮氣至24日中班,爐內溫度小于50 ℃, 煤氣濃度小于50 PPm，涼爐到位。

4 結語

柳鋼6號高爐的涼爐過程采用風口和鐵口通氮氣，死料柱間歇打水的方式，有效避免了空氣和水蒸汽對爐缸碳磚的氧化侵蝕，總結為以下幾點：

(1)整個涼爐過程耗時108小時，折合4.3天，爐內采用風口，鐵口通氮氣+中心死料柱打水的方法，實現了創新的涼爐，極大地減少了爐缸打水量(約為完全打水涼爐的1/10)，有效地保護了爐缸磚襯，氮氣消耗量為31 092 m3/d，小于正常生產時42 750 m3/d的消耗量，涼爐過程總的氮氣消耗量約為124 370 m3。

(2)18日鐵口用開口機鉆后通氮氣涼爐，管頭容易被死鐵層的鐵水燒爛、結死，涼爐效果差，若當時直接采用平燒鐵口埋管的方法，可以加快涼爐進度約1.5天

(3)涼爐末期卸掉所有中套，在風口前端安裝大功率軸流風扇能有效的抽走爐內煤氣，加快涼爐進度。由于西南面寶冶在施工，為保證安全，西南，東南兩個方向的風口沒有安裝風扇，否則涼爐進度可加快0.5天。

(4)國內極少使用氮氣涼爐，柳鋼歷史上也是首次采用，整個過程在順利條件下能實現2.5天快速，安全、無害的涼爐。

參考文獻：

[1] 程坤明.影響高爐爐底爐缸炭磚使用壽命的因素[J].煉鐵，2006，1 (25)：11-14.