蕪湖新興焦炭置換法停爐新工藝

李玨明， 李紅全， 沈洪流， 李志剛， 謬德明

（1.蕪湖新興鑄管有限責任公司煉鐵部， 安徽 蕪湖 241000；2.成都市明德冶金技術服務有限責任公司， 四川 成都 610023）

目前因環保管控的要求，鋼鐵行業高爐停爐的方式都是帶煤氣停爐，焦炭置換法停爐工藝就是一種帶煤氣停爐的新工藝方式，主要通過用焦炭置換風口帶以上的料柱進行停爐，使高爐停爐后在扒爐（熱扒）過程利用焦炭輕、流動性好的特點，讓其自動流出爐外，同時還能少打水，保護高爐耐材的壽命，并且扒出的焦炭不含雜質可以不用篩分繼續使用，經效明顯。但是該工藝在行業內沒有成熟經驗，蕪湖新興鑄管煉鐵部經過工藝攻關后，在其1 280 m3高爐2019 年11 月中修時成功應用此工藝。

1 焦炭置換法停爐的危險性

焦炭置換法核心就是必須將停爐后風口帶以上料柱都置換成焦炭，在停爐過程后期的停爐料由于缺少礦層的過渡，會發生爆震的風險。高爐爆震的原因：水氣化快速膨脹造成的爆炸。

1）水流過大，在接觸炙熱爐料、爐體時，液態水體積急劇膨脹，極易引起爆炸。因為1 kg 的液態水體積是0.001 m3，在標態情況下，溫度升高至100 ℃氣化后，體積膨脹至1.244 m3，體積膨脹1 244 倍。正常焦炭的燃燒溫度在450～650 ℃之間，在降料面鼓風情況下，料柱煤氣阻力小，氣體通過的速度更快，料柱內等溫線上移，焦炭表面溫度更高，因此，如果水流直接與炙熱的焦炭接觸，段時間內會大量氣化，造成體積膨脹，引起爆炸。

2）水煤氣反應強化爆炸效果。液態水或者水蒸氣與炙熱的焦炭接觸時，會發生水煤氣反應。

這個過程中，如果液態水與焦炭發生水煤氣反應，體積膨脹倍數是水氣化體積的兩倍，即使是氣態的水蒸氣與焦炭發生反應，體積膨脹也要增加一倍。而焦炭吸水性強，大量焦炭填充爐內，加上停爐過程中打水，必然會造成爆震性可能性加大，因此如何降低爆震的可能性是成功使用新工藝的基礎。

2 主要采取措施

1）控制合理的頂溫水平。頂溫過高，液態水進入爐內體積膨脹的體積越大，在爐喉區域極易造成爆震；頂溫過低，液態水氣化效果不好，水蒸氣有向下分布接觸炙熱焦炭的可能，引起水煤氣反應。料線越淺，頂溫的水平應控制的范圍高一些，水汽能夠及時排除，不與焦炭接觸；料線越深，頂溫水平控制的范圍應低一些，保持合理的低溫控制區。實際上，由于料線越深，氣流速度越快，很難控制后期的頂溫，這也是深料線時打水強度較大的原因。為此制定頂溫控制水平在200～350 ℃，料線越深，頂溫按下限控制，提前打水控制。

2）打水霧化和控制打水量。1g 一滴的水的比表面積是4.86 cm2/g。高爐打水霧化能夠將液態水霧化至250 μm 左右，即將1g 水打散成490 000 個小水珠，表面積增加至3 840 cm2，增加790 倍，能夠快速吸收熱量，降低頂溫。因此停爐前安裝了新型的霧化打水噴淋頭，在爐喉位置成8 個方向，均勻布置，并安裝了流量表，同時按照根據爐頂四個方向的爐頂測溫，確定打水量和打水方向。

3）氮氣使用。利用無料鐘爐頂裝配的氣密箱氮氣冷卻系統，全開氮氣，提高爐頂氮氣量，減少煤氣中的含氧量。

4）制定停爐安全警戒點。當混合煤氣中含ρ（H2）＞6%或 ρ（O2）＞2%、煤氣成分曲線 CO2數值出現明顯拐點、控制風量仍然出現爐頂壓力劇烈波動、頻繁爆震必須立刻停爐。

5）優化停爐料，控制爐溫。針對焦炭置換法的特點，核算兩段停爐料，一為蓋面焦，總量焦炭375 t，作為風口以上料柱的填充層；另一為負荷料，焦比選擇551 kg，主要因焦炭置換法的特點，料柱因大量使用焦炭，造成阻力小，過高的爐溫會產生大量煤氣流竄行，造成形成局部氣流，因此爐溫按照0.5～0.6%控制，見表1。同時為防止出現不可控因素，預休風時，盡可能降低料線。

表1 停爐料

3 停爐過程

停爐作業前，高爐進行了一次預休風，下完停爐料后，高爐休風對探尺進行了加長，對打水裝置進行了安裝，并對漏水的風口進行了更換，后于17:56 分復風，復風前料線4.8m，復風后風量恢復到1 000 m3/min，初始，頂溫和頂壓上升較快，減風后頂溫打水控制住，逐步加風到2 000 m3/min，維持一個半小時左右，后根據頂溫情況逐步減風，到23:30 分左右，因煤氣在線監測系統中的H2含量上升到6%，23:56 分切煤氣休風，停爐料線12.2 m，停爐用時6 h，未發生爆震及管道氣流等現象，停爐后料面到爐身下部（爐身高爐14.750 m），焦炭完全填充風口以上爐腰、爐腹和下部，具體操作見表2，停爐記錄表。

此次停爐爐溫控制較低，但從實際高爐停爐操作看效果較好。停爐前預休風最后一爐爐溫0.48%，停爐作業過程末期爐溫0.26%，未出現以前負荷較輕爐溫上行造成停爐過程中煤氣流波動，爐溫見表3，停爐前后爐溫表。

4 焦炭置換法停爐的實際效果

1）因焦炭填充了風口以上料柱，扒爐工期提前一天。見圖1，焦炭自流。

圖1 焦炭自流

表2 停爐記錄表

表3 預休風和停爐爐溫表 %

2）扒出的焦炭約200 余t，不用篩分直接轉入高爐使用。

3）整個工藝負荷料焦比比以往停爐降低100 kg/t，節省焦炭約24 t。

5 結論

1）焦炭置換法停爐，特別要注意爐溫的控制，因料柱阻力小，容易形成局部氣流，爐溫控制以停爐前0.5%，實際0.4%左右較為適宜。另外降料線過程中，軟熔帶下移，焦炭層溫度如果過高，噴到大量打水落下，會形成氣化反應，造成體積膨脹，引起爆炸。

2）停爐操作，一定要注意打水量，以頂溫控制住為主，頂溫一旦下行，就可以停止打水，避免大量水流入焦炭。

3）嚴格執行含 ρ（H2）>6%或 ρ（O2）>2%的控制標準，在焦炭置換法一旦計算焦炭層接近風口，不能看頂溫和頂壓操作，立刻可轉為停爐作業。