江陰興澄特鋼1#高爐冷卻壁損壞后的操作與維護實踐

劉運峰，李容成，胡慕凱

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司煉鐵廠，江蘇 江陰 214429)

江陰興澄特鋼1#高爐(公稱容積1280 m3)于 2015年11月開爐投產。設計20個風口，東西出鐵場各一個鐵口。高爐爐缸采用炭磚+陶瓷杯結構。高爐本體采用全鑄鐵冷卻壁和軟水密閉循環冷卻模式。配置三座頂燃式熱風爐、底濾法水沖渣工藝。開爐之初由于無1000 m3級高爐操作經驗，爐況順行欠佳，裝制調整不合理，中心氣流未打開，長期靠發展邊緣的操作模式維持生產，導致爐腹至爐身下部經常大面積渣皮脫落，冷卻壁溫度在400～800 ℃之間波動。雖采取減風、控氧措施，由于冷卻壁溫度經常超過鑄鐵冷卻壁的相變溫度，1#高爐自2018年10月起，爐腹部位冷卻壁開始損壞。到2020年4月之后，冷卻壁燒損率加劇。爐腹段160根冷卻壁水管已跳接改為工業開路水冷卻的管路達到11路，閉水管路達到37路，損壞率高達30%。在2020年4月～2020年8月，冷卻壁損壞區域在不斷擴大，西側、西北側尤為嚴重。爐腹至爐身下部區域冷卻壁壁體已不復存在，冷卻效果大幅降低，破損區域很難形成穩定性渣皮，從而導致高爐爐況一直處于波動狀態，多次出現氣流分布失常。由于大量冷卻水進入高爐，導致高爐消耗居高不下。在日常生產中，爐殼發紅的狀況時常出現，存在重大安全隱患。在此期間采取以下應對措施：(1)爐殼安裝銅冷卻柱和爐殼外部打水冷卻。(2)爐殼開裂嚴重部位，在其外部安裝冷卻水箱。(3)對輕微漏水的冷卻壁進行控水。(4)嚴重漏水的冷卻壁管路進行閉水，并采用跳接改為工業水冷卻。(5)漏水嚴重區域安裝攝像，加強監控。(6)爐內操作采用抑制邊緣氣流，開放中心氣流的布料模式。提高爐溫，(Si)/%按0.4%～0.6%、物理熱按1480～1500 ℃控制。(7)爐前加強渣鐵排放，確保出盡渣鐵。由于采取了上述有效措施，從冷卻壁破損到停爐中修，1#高爐未發生安全生產事故。

1 冷卻壁漏水對高爐操作的影響

1.1 高溫區冷卻壁漏水，導致高爐燃料消耗增加

爐身下部至爐腹區域爐內溫度大概在700～1300 ℃，這個區域冷卻壁大量破損，會使冷卻水直接進入爐內高溫區，并與焦炭發生反應：H2O+C=CO+H2，此反應大量耗熱(1 kgH2O耗熱7285 kJ)并消耗固定碳[1]。結果產生還原性氣體，但在上升過程中并未得到充分利用，不能補償其不利方面，最終會造成燃料消耗量增加。根據熱力學計算，1 kg水漏入爐內，通過升溫、汽化和分解反應所消耗的熱量,需要 1.117 kg的焦炭來補償，同時考慮到 1 kg水分解產生的氫氣有三分之一參加還原反應，抵消了0.364 kg焦炭的消耗，綜合起來，1 kg水漏入爐內要消耗 0.753 kg焦炭[2]。漏水越多，消耗的焦炭量越多。下面是1#高爐正常冷卻壁和冷卻壁破損后的高爐操作指標。

表1 1#高爐不同階段主要技經指標

從上表可以看出冷卻壁破損后高爐指標不斷惡化，高爐產量從正常生產時的4000 t→3950 t→3800 t→3700 t，焦比從312 kg/t→322 kg/t→335 kg/t→360 kg/t，燃料比從518 kg/t→523 kg/t→526 kg/t→530 kg/t。主要原因還是冷卻壁漏水，消耗爐內大量熱量造成的。

1.2 高溫區冷卻壁漏水，對高爐休、復風影響

從操作方面看，高爐在休風、復風過程中，破損冷卻壁沒有及時控水或控水量不到位，會使冷卻水大量漏入爐內。漏入爐內的冷卻水與爐料接觸，在一定溫度下形成爐瘤粘結在爐墻上，影響爐內氣流分布和爐料正常下降，容易引起崩、滑料，甚至造成高爐懸料。具體表現在高爐慢風操作時，爐內崩料、滑料、坐料次數增加(如表2)。冷卻壁漏水，導致高爐不順，高爐被迫減風甚至慢風操作，如果破損冷卻壁控水力度不夠就會造成爐涼甚至爐缸凍結的嚴重事故。2020年4月15日，1#高爐定修12小時處理冷卻壁漏水，復風后出現了深崩料，料線達到5m 左右并伴有嚴重管道行程，煤氣流分布失常。1#高爐在恢復過程中出現懸料，工長及時采取大幅度控風、控水、縮礦批、輕負荷、加凈焦等有力措施，12h后爐溫開始回升，嚴格按壓差操作，高爐逐步恢復到全風狀態。通過上述現象，可以分析認為：冷卻壁漏水是引起爐況不順的主要原因。

表2 2020年1#高爐爐況波動情況

2 冷卻壁漏水的高爐操作

2.1 采取多種措施對漏水冷卻壁處理，完善各種監控制度

正常生產時對爐缸以上6～15段的冷卻壁160根水管進行逐一排查，采取逐根同時關閉爐底進水閥和爐頂回水閥，利用憋壓原理對冷卻壁水管進行漏水排查。對檢查出的漏水管路進行在線改為工業開路水，整路開路水雖能控制漏水冷卻壁漏入爐內的水量，但是會降低此路其它段冷卻壁的冷卻強度。針對這一情況，我們利用休風機會對漏水管路做水平衡，查出漏水的具體位置，排查結果顯示多為爐腹的6～7段冷卻壁。隨后對漏水的6～7段冷卻壁進行水管跳接，漏水段改為工業開路水，未漏水的恢復軟水。由于爐腹段漏水管路偏多，而且比較集中，有的區域冷卻壁甚至不復存在。在日常生產中，時常會出現爐殼冒蒸汽，甚至出現爐殼發紅現象。為了減少這些情況的發生，我們利用休風機會對只剩爐殼的區域安裝銅冷卻柱。對冷卻壁集中損壞的區域，在爐殼外部安裝冷卻水箱，其它區域實行爐外打水強制冷卻。并在冷卻壁水管損壞區域安裝爐殼測溫熱電偶，現場安裝攝像頭實時監控，把爐殼測溫和現場攝像全部連接到主控室的大屏上等一系列措施。這樣不但大大減少了爐內漏水量，也增強了冷卻壁破損區域爐殼的冷卻強度。同時我們制訂了多項管理制度，如定時測量、巡查制度、匯報制度，要求值班工長和配管工一起聯合監控漏水冷卻壁，做到勤監測、勤記錄、勤調劑，加強責任心，嚴禁弄虛作假，保證數據的真實性。對漏水冷卻壁按漏水程度分區段分類別進行水溫差的控制管理．當班配管工每半小時巡查，每2 h測量、記錄一次。漏水特別嚴重的，水溫差按上限控制在 70～90 ℃，保證出水管頭不斷水；漏水比較嚴重的，水溫差按 40～50 ℃進行控制，以不冒蒸汽為標準，若遇到慢風、休風須關小、關死進水閥；漏水一般的冷卻壁水溫差按 25～35 ℃來控制，休風也要關小進水閥到不斷水為止[3]。

2.2 增加鐵水含硅量和物理熱，提高爐子抗風險能力

穩定的熱制度是保證爐況穩定、順行的前提。尤其在冷卻壁破損嚴重，大量漏水的情況下，保持物理熱充足尤為重要。否則，物理熱和硅長期維持下限，遇到爐況波動，就會發生爐涼事故。為此，1#高爐作業區制定了漏水期間爐溫管控標準：鐵水物理熱嚴格按1480～1500 ℃控制，要求工長每爐鐵測量兩次鐵水溫度。在來渣后30min和出鐵后期各測一次，及時掌握爐溫變化趨勢?；瘜W熱【Si】按0.4%～0.6%控制。二者之一低于下限值，工長必須采取提爐溫措施。通過增加噴煤量提高燃料比、減氧控制料速、增加焦比5～10 kg/t和適當補加凈焦等措施，確保爐溫提至目標值，以提高高爐抗風險能力。

2.3 堅持每天夜班出來召開爐況分析會，制定科學合理的操作方針

隨著冷卻壁破損的加劇，高爐操作的難度也逐步加大，煉鐵分廠組織1#高爐作業區成立操業會。由首席工程師親自掛帥，組員由正副作業長、爐前作業長、爐前大班長、夜班出來的正副工長、爐前炮手、爐前班長和接班的工長組成，每天8:30召開夜班爐況總結會。認真分析爐況，集思廣益，制定科學、合理的操作方針?？傮w操作思想為：抑制邊緣氣流，開放中心氣流，操作上穩定爐溫、氣流、跑料三要素，對操作參數進行量化。爐溫(Si)/%按0.4%～0.6%、物理熱按1480～1500℃控制。氣流方面根據十字測溫調整裝制，保證邊緣溫度在60～100 ℃，次中心溫度在200～350 ℃，中心溫度在450～650 ℃。礦批由正常生產時的40 t →37 t→35 t,保證料批7～8批/h。控制全壓差≤170 kPa，上部壓差≤35 kPa，下部壓差110～120 kPa，超過此范圍，采取控氧、減風、加焦比等措施，確保爐況順行。

2.4 強化渣鐵排放，為高爐操作創造條件

爐渣在爐缸中的滯留率是影響爐況順行的重要因素，加強爐前渣鐵排放尤為重要。而爐缸渣鐵的潔凈率是由鐵口深度、出鐵時間、鐵流速度決定的。

通過組織爐前技術人員和工長討論，對爐前的操作參數進行了全面優化。將1#和2#鐵口上方的風口直徑由Φ115 mm→Φ110 mm，風口長度由425 mm→450 mm，開口間隔時間由20 min→15 min，鉆頭直徑由Φ42 mm→Φ45 mm。通過對上面的參數調整，爐前渣鐵排放時間由過去的70～90 min→110～130 min，鐵流速度由3～4 t/min→4～5 t/min。有力提升了渣鐵排放率，減少了爐缸渣鐵滯留率，促進了爐況穩定順行。

1#高爐在高溫區冷卻壁損壞漏水的情況下，由于采取措施得到，在生產、安全兩不誤的情況下，持續生產達17個月。最后按公司計劃，安全停爐中修。

3 結語

(1)高溫區冷卻壁漏水容易造成爐墻粘結，形成粘結物。改變了1#高爐操作爐型，影響爐況順行、爐內操作和技術指標，是高爐安全生產的重大隱患。

(2)在高爐冷卻壁破損嚴重，操作上爐內采取強力抑制邊緣氣流，開放中心氣流，爐外水管串聯改單聯、對爐殼噴水冷卻，加強監控和巡查等多種措施相結合，是維持安全生產的有力保障。

(3)臨近高爐中修，爐前加強渣鐵排放，維持適當的鐵水含硅量和充足的物理熱，為爐況順行，減少波動打下堅實的基礎。