鞍鋼3200 m3高爐大修停爐操作實(shí)踐

李建軍，劉德輝

（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）第2代爐役于2011年5月15日開爐，投產(chǎn)后高爐順行狀態(tài)一直良好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不斷改善，2011～2013年連續(xù)3年均利用系數(shù)超過2.3 t/(m3.d)、燃料比長期穩(wěn)定在510 kg/t以下。從2014年3月開始，爐缸環(huán)炭局部位置溫度開始上升，最高點(diǎn)達(dá)620℃，并且鐵口下方爐殼相繼出現(xiàn)多處開裂現(xiàn)象，同時(shí)爐身部位內(nèi)襯大部分脫落，爐皮溫度最高達(dá)400℃，高爐通過裝冷卻棒、爐皮打水，將利用系數(shù)控制在1.9 t/（m3.d）以下，以低產(chǎn)能高消耗運(yùn)行狀態(tài)維持安全。經(jīng)鞍鋼股份有限公司決定，于2016年12月14日停爐大修。由于停爐操作措施合理，降料線、出殘鐵操作與預(yù)期計(jì)劃幾乎保持一致，鞍鋼首次實(shí)現(xiàn)完全按計(jì)劃精確停爐。

本次大修歷時(shí)103天，主要更換爐缸內(nèi)襯、爐缸1～6段爐殼和冷卻壁，更換第11～15段鑄鐵冷卻壁，更換第7～10段銅冷卻板，濕法除塵系統(tǒng)改為干法除塵系統(tǒng)，并對重力除塵器、熱風(fēng)爐混風(fēng)設(shè)備等設(shè)備和工藝進(jìn)行改造升級。在大修過程，嚴(yán)格施工質(zhì)量管理，為日后高效長壽奠定基礎(chǔ)。

1 停爐前準(zhǔn)備

1.1 停爐前洗爐

為清除爐墻粘結(jié)物以及出好殘鐵，停爐前15天開始實(shí)施物理洗爐，即采用降低終渣堿度、提高爐溫操作制度。將鐵水ω［Si］含量控制在0.6%左右,逐漸降低入爐堿度,由1.45逐次降低到1.32。考慮到停爐降料線和出殘鐵需求，停爐前爐缸必須活躍，2016年12月11日組織1次短時(shí)間休風(fēng)，復(fù)風(fēng)后全風(fēng)口操作，風(fēng)壓由310 kPa提高到350 kPa，爐況順行一直延續(xù)到2016年12月14日預(yù)休風(fēng)前。

1.2 倒礦槽和倒焦炭槽

高爐大修停爐前，要求把9個(gè)燒結(jié)礦槽、9個(gè)球團(tuán)礦槽和6個(gè)焦炭槽中所有爐料清空,便于料槽檢修。以往均集中在停爐前2日進(jìn)行倒槽操作，為保證預(yù)休風(fēng)前高爐穩(wěn)定順行，防止在短時(shí)間內(nèi)集中倒槽，爐料粉末在短時(shí)間內(nèi)過于集中入爐，影響高爐順行，從2016年12月2日到12月10日，用9天時(shí)間把高爐所有料槽和受料槽逐個(gè)預(yù)倒1遍，最后把剩余爐料集中到幾個(gè)特定料槽中。12月11日開始逐步減少來料量，到預(yù)休風(fēng)結(jié)束后，僅剩燒結(jié)礦 800 t，球團(tuán)礦 800 t、焦炭 400 t。

2 降料線停爐操作過程

2.1 預(yù)休風(fēng)操作

在正式降料線休風(fēng)停爐前進(jìn)行1次預(yù)休風(fēng)，在爐頂十字測溫處安裝4個(gè)打水槍，在正式降料線過程，控制爐頂溫度，防止燒壞爐頂設(shè)備。更換破損風(fēng)口，保證降料線過程安全。安裝長距離料尺，用于監(jiān)控正式降料線料面下降過程。

12月13日21：00開始變料，入爐堿度1.24，減輕綜合負(fù)荷20%，12月15日0：00開始控料線；到1：00時(shí)料線降至2.7 m；2：00時(shí)料線降至 4 m,由于爐頂溫度上升，開始爐頂打水；5：00時(shí)料線降至8 m，減風(fēng)到零，完成預(yù)休風(fēng)，加蓋面焦20 t，總計(jì)上休風(fēng)料 59批，休風(fēng)前最后一次生鐵ω［Si］含量為 0.615%、ω［S］含量為 0.025%。

2.2 降料線

高爐大修停爐，理想狀態(tài)是將料面安全、平穩(wěn)降到風(fēng)口中心線，但是在降料面時(shí)容易出現(xiàn)爐頂煤氣溫度過高燒壞爐頂設(shè)備、煤氣H2含量高產(chǎn)生爆鳴、爐頂打水控制不準(zhǔn)確水蒸氣產(chǎn)生膨脹爆炸等安全隱患；此外，在降料線過程，還容易出現(xiàn)管道、爐皮開裂、頂壓冒尖、放散閥著火等事故［3-4］。因此，降料線過程要嚴(yán)格控制好煤氣成分、打水量和出鐵時(shí)機(jī)。

鞍鋼新1號高爐從2016年12月14日14：15開始降料線，到12月15日6：30休風(fēng)結(jié)束，期間每隔30 min取1次煤氣樣，分析煤氣成分，嚴(yán)格控制H2和O2成分變化，并實(shí)時(shí)探測料線變化（見表1）。本次降料線共計(jì)打水1 995 t，料面平穩(wěn)而且平整地降到風(fēng)口區(qū)域。

表1 新1號高爐降料線過程煤氣成分及料線

在降料線過程總計(jì)出3次鐵，第1次在料線接近 18 m 時(shí)，共出鐵水 320 t、渣 120 t，鐵水ω［Si］為1.145%、溫度1 483℃；第2次在料線接近21 m時(shí)，共出鐵水 320 t、渣 140 t，鐵水ω［Si］為 2.0%、溫度1 525℃；第3次接近停風(fēng)，共出鐵水26 t、渣110 t，鐵水ω［Si］為 1.0%、溫度 1 523 ℃。 降料線期間鐵水物理熱和渣鐵流動(dòng)性良好，為最后出殘鐵提供了有力的條件。

3 出殘鐵操作

高爐出殘鐵操作是停爐操作重要環(huán)節(jié)之一，如果殘鐵口位置選擇在內(nèi)襯侵蝕最薄弱位置，出殘鐵過程中容易造成內(nèi)襯崩塌，誘發(fā)安全事故［1］；殘鐵量估算不準(zhǔn)確，造成殘鐵出不凈，爐內(nèi)渣鐵殘留量過多，增加爐缸清理難度。

3.1 殘鐵口位置選擇

根據(jù)鞍鋼新1號高爐第5層滿鋪碳磚檢測電偶溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過模擬計(jì)算，判斷陶瓷墊基本保持完整，因此，殘鐵口高度選擇在第1～第2層陶瓷墊之間位置，即爐缸二段冷卻壁底部向上680 mm的位置。

根據(jù)高爐爐缸碳磚檢測電偶溫度數(shù)據(jù)，判斷2號鐵口是侵蝕最為嚴(yán)重區(qū)域，因此，選擇殘鐵口位置應(yīng)該避開2號鐵口。為了不影響高爐停爐前正常出鐵和便于殘鐵溝砌筑，同時(shí)便于殘鐵運(yùn)輸，最終殘鐵口選擇在1號鐵口偏北、2號風(fēng)口下方位置。

3.2 殘鐵量計(jì)算

根據(jù)鞍鋼經(jīng)驗(yàn)，按以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算爐缸內(nèi)殘鐵量［2］：

式中，p為殘鐵量，t；k為殘鐵系數(shù)，一般為0.4～0.6，侵蝕嚴(yán)重的爐底取上限，較輕取下限；d為爐缸直徑，m；h為實(shí)際死鐵層深度，m；ρ為熱態(tài)鐵水密度,t/m3。

按此經(jīng)驗(yàn)公式，本次鞍鋼新1號高爐殘鐵計(jì)算量為1 080 t,實(shí)際出殘鐵用時(shí)7個(gè)多小時(shí)，實(shí)際殘鐵量大約1 000 t左右，從最后扒爐缸結(jié)果看爐缸殘鐵出的非常凈，只是在底部環(huán)狀帶有小量殘鐵，計(jì)算殘鐵量與實(shí)際殘鐵量基本一致。

3.3 出殘鐵

為方便殘鐵運(yùn)輸，殘鐵坑設(shè)在2號鐵口擺嘴下第5和第6鐵道路線上。按殘鐵量1 080 t設(shè)計(jì)殘鐵坑，殘鐵坑參數(shù)為21 m×10 m，深度是向地面下挖1 000 mm，底部先墊300 mm厚的焦粉，然后墊200 mm的無瀝青搗打料并搗實(shí)，用火烘烤干，四周用搗打料壘實(shí)，中間用搗打料壘成2 500 mm×2 000 mm×800 mm的模子，共44塊，設(shè)計(jì)能力可以滿足1 300 t殘鐵。

殘鐵溝鋼板槽高1 000 mm，寬1 200 mm，殘鐵溝總長34 m，殘鐵溝向南延長10 m，向北延長12 m，殘鐵溝的坡度為10°，南北兩側(cè)殘鐵溝與墻體之間留有1 000 mm的安全平臺(tái)，主殘鐵溝與南北兩側(cè)殘鐵溝交叉點(diǎn)設(shè)有沉鐵坑，起緩沖作用，保證出殘鐵工作更加安全。

4 大修施工實(shí)踐

高爐長壽是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其中施工質(zhì)量也是高爐長壽系統(tǒng)工程中重要環(huán)節(jié)，因此，在高爐大修時(shí)，制定先進(jìn)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和加強(qiáng)施工質(zhì)量管理具有重要意義。

4.1 制定爐缸爐底砌筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

本次鞍鋼新1號高爐施工標(biāo)準(zhǔn)參照文獻(xiàn)［5］制定。

4.1.1 爐底砌筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）爐底每層炭磚及找平層抽查不少于4處，要求每處5 m2范圍內(nèi)不少于10點(diǎn)，比規(guī)定磚縫大50%不能超過4點(diǎn)。

（2）搗打料密度符合設(shè)計(jì)要求，壓縮比要大于40%。

（3）上下層之間磚縫不允許重合。

（4）泥漿飽和度大于95%。

要求磚縫＜1 mm，表面平整度用3 m標(biāo)尺測量，誤差為±1 mm,超微孔碳磚、德國西格里磚縫＜0.5 mm。

4.1.2 爐缸砌筑質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）每層炭磚抽檢不少于4處，要求每處5m2范圍內(nèi)不少于10點(diǎn)，比規(guī)定磚縫大50%不能超過4點(diǎn)。

（2）同一層內(nèi)合門少于4處，不能在鐵口區(qū)域，并應(yīng)該均勻分布。

（3）不能有3層重縫，上下層重縫與相鄰兩層重縫不能在同一位置。

（4）砌體與冷卻壁或爐殼之間用搗料填實(shí)。

（5）泥漿飽和度大于98%。

砌筑的質(zhì)量要求和允許誤差，按表2中標(biāo)準(zhǔn)要求。

冷卻壁與碳磚之間搗打料，每次鋪料厚度小于300 mm,搗打后壓下量不小于35%，直徑Φ6 mm金屬棒手工插入深度不大于50 mm；風(fēng)口組合磚灰漿飽滿度≥98%，磚縫（2±1）mm，爐內(nèi)施工環(huán)境溫度≥5℃。

表2 爐缸砌筑質(zhì)量要求內(nèi)容

4.2 冷卻系統(tǒng)施工實(shí)踐

（1）更換爐缸1～6段冷卻壁。其中爐缸2段、鐵口區(qū)為軋銅冷卻壁，水道直徑為60 mm，爐缸其余各段為鑄鐵冷卻壁，水管規(guī)格為Φ73 mm×6 mm，同時(shí)更換爐缸1～5段爐殼，更換第7到第10段539塊銅冷卻板，更換爐身上部1～5段鑄鐵冷卻壁。

（2）安裝20個(gè)銅質(zhì)冷卻棒。由于22層與23層冷卻板之間間距較大，存在冷卻盲區(qū)，本次大修在該區(qū)域安裝20個(gè)銅質(zhì)冷卻棒，冷卻棒規(guī)格為Φ90 mm，長度140 mm，通軟水冷卻。

（3）爐喉鋼磚取消水冷。原爐喉鋼磚分為上下兩段，上段高度為1 430 mm，內(nèi)部灌漿，下段高度為930 mm，原為水冷，本次大修取消水冷，全部改為內(nèi)部灌漿。

4.3 熱風(fēng)爐檢修

煙道閥、冷風(fēng)閥、助燃空氣閥、煤Ⅰ閥、煤Ⅱ閥返廠檢修，更新DN2400凈煤氣切斷閥、混風(fēng)閥、3個(gè)熱風(fēng)閥和3個(gè)熱風(fēng)支管波紋管，對混風(fēng)器進(jìn)行改造，并重新焊接管皮和砌筑耐火材料。

3個(gè)外端管和三岔口部位耐火材料拆除，重新噴涂、砌筑。外端管砌筑時(shí)，沿軸向噴涂層、輕質(zhì)層和重質(zhì)層均留了2道20 mm寬的膨脹縫，以保證波紋管的伸縮功能。更新煤氣換熱器，本次大修仍采用板式換熱器。

5 結(jié)論

（1）鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠新1號高爐本次降料線是在總結(jié)鞍鋼多年停爐降料線操作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，利用溫度場數(shù)據(jù)判斷爐底侵蝕深度和計(jì)算爐內(nèi)殘鐵量，與實(shí)際殘鐵量高度一致。

（2）降料線過程要嚴(yán)格控制煤氣成分、打水量和出鐵時(shí)機(jī)，防止出現(xiàn)管道、爐皮開裂等事故。

（3）本次新1號高爐降料線打水依然采用傳統(tǒng)模式，爐頂打水量共計(jì)1 995 t。

目前先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)采用爐頂霧化打水裝置，既能夠滿足日常使用，又可滿足降料線打水，并且節(jié)約水量，3200 m3高爐降料線打水僅需水量800～1 000 t，因此，鞍鋼應(yīng)借鑒該項(xiàng)技術(shù)。

［1］成蘭伯.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］.北京:冶金工業(yè)出版社,1996.

［2］夏中慶.高爐操作與實(shí)踐［M］.沈陽:遼寧人民出版社,1988.

［3］曹華,宋文剛.寶鋼4000 m3級高爐降料線操作實(shí)踐 ［J］.煉鐵，2007,26（1）： 6-8.

［4］宋玉龍.寶鋼降料線操作技術(shù)的進(jìn)步 ［J］.寶鋼技術(shù)，2016（6）：50-52

［5］張國銀,王會(huì)榮,王磊.3200 m3高爐本體內(nèi)襯砌筑施工技術(shù)［J］.天津冶金,2007(增刊):98-103.