焦爐熟爐號溫度與難推焦關系探究

白劍鋒

（河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠，河北 張家口 075105）

1 研究背景

現代焦爐是指主要生產冶金焦、能回收煉焦化學產品的水平室式的焦爐，主要由爐體和附屬設備構成。爐體最上部是爐頂，爐頂的下面是相間配置的燃燒室和炭化室，爐體的下部有蓄熱室和連接蓄熱室與燃燒室的斜道區，其中每個蓄熱室下部的小煙道通過交換開閉器和煙道相連。煙道設在焦爐的基礎或基礎內兩側，煙道末端通向煙囪。

焦爐作為一種大型的工業爐窯，具有一次性投資大、使用時間長的特點，而實際生產操作中，焦爐溫度控制存在短板，使焦爐壽命縮短短。因此焦爐生產早期的熱工管理和生產組織對于爐體的維護很重要。

宣鋼焦化廠5#6#焦爐是于2008年投產的兩座JN60-6型焦爐，在投產的當年達到設計生產能力，為了滿足2500m3高爐對冶金焦的需要，投產初期在達到設計生產能力后進行強化生產，周轉時間由19小時縮減到18小時。隨著節能、原料成本壓力的增大，降低標準溫度，配煤多用弱粘結性煤種成為煉焦生產常態[1]。由此給焦爐熱工調節和生產操作帶來了更大困難，尤其是大電流、二次焦、扒焦給焦爐正常的生產秩序造成嚴重影響，甚至造成惡性循環，不僅影響生產，還會對焦爐爐體造成嚴重損害。

焦爐在使用過程中，加強熱工管理，研判溫度與推焦困難的關聯性，對于焦爐延壽意義重大，在焦化企業有很高的推廣應用價值。

2 數據采集

為了研究5#、6#焦爐熟爐號橫排溫度與推焦（電流大小）難易程度的關系，為順利推焦提供數據參考，確保生產穩定、順行。技術人員對不同結焦時間下，熟爐號橫排溫度、推焦電流、煤線、焦線進行測量，并觀察上升管火焰、爐門煙、焦餅、石墨及爐墻溫度情況。經過近8個月的數據測量，共測量熟爐號橫排溫度、煤線焦線、推焦電流80組、160個炭化室數據，覆蓋了5#、6#焦爐80個炭化室的基礎數據。

2.1 數據采集過程

（1）確定好合適的3個相鄰的熟爐號，準備好紅外測溫儀和火鉤及記錄本等，推焦前60分鐘開始測量熟爐號橫排溫度，測量要求準確，不能丟數，兩個交換測完，測完后將數據輸入計算機。

（2）推焦前5分鐘開始測量目標炭化室焦線，并觀察上升管火焰顏色。

（3）推焦前5分鐘要求機側、焦側人員到位，推焦前觀察焦餅成熟情況、爐門煙，并對焦餅拍照；推焦過程中記錄推焦平穩電流、最大電流；推焦結束后觀察爐墻石墨及爐墻低溫區，并做記錄。

（4）推焦結束，裝完煤后，測量煤線，并記錄單爐裝煤量。

（5）在次日對目標爐號重復（1）、（2）、（3）步驟。

2.2 數據說明

本文所說的推焦電流為推焦時的最大電流。

本文所說的立火道溫度為目標炭化室相鄰兩個立火道機側標準火道溫度平均值、焦側標準火道溫度平均值，且標準眼無堵塞，能反映整個橫排溫度[2]。

本文主要研究周轉時間為18：30，標準溫度：5#爐為1245℃、1295℃，6#爐為1240℃、1290℃時的熟爐號溫度；周轉時間為19：00，標準溫度：5#爐為1240℃、1290℃，6#爐為1235℃、1285℃時的熟爐號溫度；周轉時間為19：30，標準溫度：5#爐為1235℃、1285℃，6#爐為1230℃、1280℃時的熟爐號溫度。

3 數據分析

成熟的焦餅有四個特征：a焦餅有三條明顯的收縮縫，b摘門、推焦時煙塵小，c爐口、上升管的火焰呈稻黃色，d推焦電流較小，一般在120～150A。但是在生產過程中，部分焦餅未完全成熟，也能完成推焦操作，只不過會出現電流偏大，有甚者會出現難推焦事故。因此研究在不同結焦時間下，恰好能完成推焦所對應的最低立火道溫度，對生產是非常有意義的。

3.1 能推動焦餅對應最低立火道溫度的確定

3.1.1 周轉時間18:30時

表1 立火道溫度與推焦電流關系

結焦時間為18:30，標準溫度1245℃、1295℃的條件下，當熟爐號立火道溫度低于1220℃，1270℃時推焦較困難，因此可以確定焦餅可以推動的熟爐號最低溫度為1220℃，1270℃（標準火道），即低于標準溫度25℃時很可能出現難推焦事故。

3.1.2 周轉時間19:00時

結焦時間為19:00，標準溫度1240℃、1290℃的條件下，當熟爐號立火道溫度低于1215℃，1265℃時推焦較困難，因此可以確定焦餅可以推動的熟爐號最低溫度為1215℃，1265℃（標準火道），即低于標準溫度25℃時很可能出現難推焦事故。

3.1.3 周轉時間19:30時

結焦時間為19:30，標準溫度為1235℃、1285℃的條件下，當熟爐號立火道溫度低于1210℃，1260℃時推焦較困難，因此可以確定焦餅可以推動的熟爐號最低溫度為1210℃，1260℃（標準火道），即低于標準溫度25℃時很可能出現難推焦事故。

3.2 熟爐號低溫立火道溫度的確定

當炭化室焦餅處于結焦末期，焦餅基本成熟（焦餅中心溫度達到950℃以上），之后處于燜爐階段，在這個時期焦餅溫度上升很快；由于焦餅溫度越來越高，焦餅與立火道爐墻之間的溫度梯度越來越小，傳熱變得越來越慢，煤氣燃燒產生的熱量更多的被立火道爐墻吸收，立火道溫度升高更快一般比標準溫度高30℃～50℃。

如果熟爐號溫度與標準溫度相當（±10℃內），說明焦餅基本成熟，達到焦餅收縮的要求，對推焦產生的阻力較小。當熟爐號溫度低于標準溫度30℃以上時，說明焦餅成熟不好，焦餅收縮很小，對推焦產生較大的阻力。

3.3 熟爐號低溫火道數與推焦電流的關系

從下表和圖中可以明顯看出：隨著熟爐號低溫立火道數的增加，最大推焦電流呈現上升趨勢，并且連續低溫數的增加對推焦電流的影響最大。

3.4 造成難推焦最小連續低溫火道數的確定

從下表和圖中可以明顯看出：當連續低溫數大于6個時推焦電流增大的速度明顯加快，當連續低溫數為8個時，推焦電流較大，出現難推焦的幾率大大增加。

表2 連續低溫數與推焦電流關系

4 難推焦處理措施

4.1 難推焦的原因分析

（1）爐溫控制不合理，焦餅成熟度差。由于煤料加熱收縮，正常成熟的焦餅和爐墻約有8mm～10mm的收縮縫，因為整個焦餅溫度低或局部溫度低，焦餅收縮度不夠，推焦過程中焦餅摩擦阻力增大，導致難推焦的發生。老齡化焦爐，由于斜道、立火道死眼較多，溫度系數整體偏低，炭化室焦餅成熟變差，這是老齡焦爐推焦過程中最常見的問題，此類問題相對容易解決。

（2）炭化室頂部和護墻石墨過多，焦餅和爐墻縫隙減小。這種現象導致推焦阻力增加，在日常生產中只要維持正常的生產秩序，加大焦爐管理，此種現象出現幾率較小，解決較容易。

（3）裝煤量多，煤焦線高，爐頂空間較小，平煤控制時間不準確（或平煤不到位），造成煤料膨起，堵塞裝煤孔，推焦過程導致阻力增大，從而發生難推焦。這種現象只要控制好合理的裝煤量，加大裝平煤操作管理，都比較容易處理。

（4）設備點檢不到位，推焦桿變形，導焦柵柵板突出等都會增加推焦阻力，導致難推焦發生。崗位加大設備點檢頻次、力度，生產實際操作中也容易解決。

（5）溫度過高，焦炭過火，推焦過程發生“炸焦”，焦餅完整度遭到破壞，焦炭擠壓，完全沒有收縮縫存在。此類現象不多見，但處理起來比較困難，需要對整個炭化室進行扒焦處理。

（6）配合煤發生較大變化，或人為降低配煤成本，增加了揮發較低及粘結較低的煤種，使得煉焦煤粘結性較低，在結焦過程中，不能成焦，導致煤料在炭化室收縮變小，推焦阻力增大。此類現象往往發生在大量爐號，造成的危害最大，需要多個循環恢復正常生產。所以配合煤發生重大變化時一定提前預判，進行小焦爐試驗進行驗證。

（7）爐墻熔洞或變形。由于老齡化焦爐爐體狀況偏差，爐墻麻面、熔洞較多，個別爐號爐墻變形，生產四班在裝煤前沒有及時發現本爐號熔洞，裝煤后煤料進入熔洞，形成“楔子”，使推焦阻力增大，導致難推焦現象發生。此類情況在老齡焦爐發生較多，解決起來也比較困難，一般只能通過扒焦解決。

4.2 難推焦的預防措施

4.2.1 提高標準溫度

提高標準溫度是避免難推焦的最直接，最有效地辦法。但是在當前的“節能、降耗”壓力下，提高標準溫度必然會使煤氣消耗升高，所以提高標準溫度只能在不超過噸焦耗煤氣指標（185m3/t）的前提下適當的提高，因此該項措施被受到限制，具有局限性。

4.2.2 提高橫排均勻性

大電流、二次焦相當大一部分原因是因為橫排溫度均勻性差，低溫火道數較多引起的，尤其是當連續的低溫火道數達到一定數量時，造成焦餅局部（或某一段）成熟不好、收縮差，導致焦餅阻力大于推焦桿推力，導致難推焦事故。這是難推焦事故的主要原因，因此需要調溫工加強高、低溫爐號處理，尤其是低溫火道的處理，確保小孔板、磚煤氣道、斜道暢通，提高橫排均勻系數。

4.2.3 提高爐頭溫度

在許多的難推焦事故中，往往是由于爐頭溫度低引起的。由于爐頭處熱量散失最多、最快，所以爐頭溫度偏低，尤其是使用高低煤氣加熱時爐頭溫度更低，因此需要使用爐頭補充加熱來給爐頭補充熱量。但是由于補充加熱系統進1米管煤氣管道較細、截門較小，加之焦爐煤氣含有焦油、奈等雜質較多，很容易引起堵塞，所以需要經常對爐頭補充加熱系統進行檢查、疏通，確保爐頭焦餅充分成熟。

4.2.4 加強生產基本操作

加強爐墻石墨清掃。如果焦爐使用標準溫度偏高，爐墻很容易產生石墨，并且石墨掛結很快。當石墨達到一定厚度時，就會造成推焦阻力偏大，引起大電流、二次焦。因此生產系統需要定時對爐墻石墨進行清掃，減小爐墻對焦餅的阻力。

加強裝、平煤操作。對于裝煤操作，要求裝滿，機焦側不得出現缺角現象，避免因此而引起高溫事故。平煤要求平實平透，防止裝煤堵塞裝煤孔引起難推焦事故。堵眼難推焦事故的處理難度和工作量很大，需要把堵眼的焦餅扒出，如果在推焦時把焦餅推炸，焦餅碎裂，那么處理難度就會更大。

4.2.5 改善配煤結構

改善配煤結構，增加肥煤和焦煤比例，提高配合煤的粘結性和結焦性，有利于提高焦餅的收縮性，可以大大降低爐墻與焦餅的阻力。但是當前“降本、增效”壓力很大，所以該項措施受到限制。

4.3 難推焦的處理措施

4.3.1 扒焦

打開爐門，如果爐頭焦餅偏生，可以在推焦前把爐頭偏生、發粘的焦餅扒出，再進行推焦操作，可以避免二次焦的發生。

圖1 扒焦處理設備

二次焦時，推第一次未推動后，一方面對爐頭焦餅進行扒除，另一方面通知中控（調火）測量橫排溫度。當反饋爐頭溫度偏低或個別火道（12個以下）溫度偏低時，對爐頭扒焦后進行二次推焦。二次推焦時，依舊不能將焦餅推出需要使用自制推焦耙子進行推焦。

4.3.2 燜爐

當反饋整排溫度偏低或有12個以上連續低溫號時，需要對上爐門燜爐，待焦餅成熟時再推焦。

5 焦爐損壞分析

焦爐正常壽命(設計年限)理應大于25年，但我國焦爐使用年限大多是偏短的。從國外的情況來看也存在著同樣的問題，在二十世紀70年代中后期，一座焦爐一般可以運行20年，但這時就需要進行煙道維護，這樣可以將焦爐壽命延長大約15年。從已停產大修的45座焦爐統計，焦爐壽命結構如表3。

表3 焦爐壽命結構

從以上統計可見，我國焦爐通常壽命偏短，達到設計年限僅占33.3%，說明我國有2/3的焦爐未達到正常使用年限就已經夭折，大多數焦爐是由于事故造成的損壞。我國第一座自主設計的6m焦爐為JN60-82型出現以下問題：1991年5月，6號焦爐出現冒煙著火，個別保護板、鋼柱、框后出現冒煙著火，到91年9月，火勢猛長，著火范圍大幅度增大，以至于生產上靠打上升管蓋、加煤口蓋都無法維護。同時，JN60-82型焦爐爐墻相繼大面積變形，以至于造成十孔不能出焦生產，隨著焦爐著火的與日俱增，嚴重影響了爐體各部位和護爐鐵件，造成護爐鐵件出現失控狀況，損傷嚴重。

6 結論

焦爐難推焦與焦爐爐溫調節有極大的關聯性，當熟爐號溫度低于標準溫度25℃時推焦電流開始變大，可能出現難推焦事故。當難推焦次數累計到一定數量時，就會對焦爐造成損害，導致焦爐無法達到原設計壽命。

在煉焦生產組織過程中要及時調節爐溫、加強生產操作及爐體熱修管理，避免出現難推焦事故導致的爐頭損壞；同時日常管理要做好基礎數據采集整理和分析，指導生產，滿足生產需要的同時盡量延長爐體使用壽命，創造效益最大化。