昆鋼煉鐵廠2#高爐治理鐵口噴濺操作實踐

董云昆

（昆鋼煉鐵廠高爐作業區）

1 概況

昆鋼煉鐵廠二號高爐有效容積2 500 m3，于2022年2月28日點火投產。高爐使用新型并罐式無料鐘爐頂，薄壁內襯結構形式，軟水密閉循環系統，30個風口，共有三個鐵口合計兩個矩形出鐵場，鐵口采用二用一備出鐵方式，兩個鐵口交替出鐵，爐底爐缸結構為炭磚+陶瓷杯，關鍵部位使用超微孔炭磚；爐底采用管徑Φ108*14 mm材質1Cr18Ni9Ti不銹鋼鋼管作為冷卻設備，共57根，間距54 mm，平行排列布置在爐底封板之上。開爐后，特別是隨著冶煉強度逐步提高，鐵口噴濺問題越發制約爐前正常的渣鐵排放工作，在出鐵過程中大量的渣鐵噴濺物粘結泥套及溝壩，產生大量煙塵，增加泥炮堵口作業難度更易造成安全生產隱患，因出鐵后清理工作勞動強度及時間明顯增加，出鐵正點率得不到保證，造成高爐憋風情況頻繁，影響高爐長周期穩定順行及技術經濟指標的進一步提高[1]。

2 2#高爐鐵口分布及結構

2.1 鐵口分布

鐵口分布情況見圖1所示。1#、2#、鐵口夾角為78°與3#鐵口夾角為135°。

圖1 鐵口分布情況

2.2 鐵口結構

高爐鐵口主要由鐵口框架、保護板、磚套泥套、鐵流孔道及泥包組成。外端與爐殼焊接在一起，內端與爐缸中的環形炭磚相接觸，周圍用填料搗實。鐵口框架內采用超微孔異型碳磚砌筑圓形孔道，鐵口保護板內用澆注料澆注而成，最外層是使用專用泥套泥制作的鐵口泥套，高爐鐵口結構示意圖見圖2所示。

圖2 高爐鐵口結構

3 鐵口噴濺帶來的危害

（1）昆鋼地處中國西南，由于特殊的地理位置，高爐綜合入爐品位低，長期維持在55 %～56 %左右，噸鐵渣比400 kg～500 kg。由于鐵口噴濺導致渣鐵排放不暢，極易造成高爐憋風。

（2）2#高爐采用薄壁內襯結構形式，為面冷卻。當爐內邊緣氣流較為發展時，渣皮會大范圍脫落，除影響氣流分布外，還會使爐缸熱損增加，從而造成爐況波動。保持合理的全風操作是根本。開爐至今，正常爐況下大量的減風操作都是因為出鐵過程中鐵口噴濺，渣鐵排放速度小于渣鐵生成速度造成。出大量渣鐵積滿主溝，影響泥套完整度，嚴重時渣鐵在溝壩內的流動可控性降低，易造成跑大流及堵不上鐵口或堵口跑泥。

（3）鐵口噴濺出大量渣鐵積滿主溝，增加爐前勞動強度，清理及維護時間增加，影響出鐵正點率。

（4）噴濺嚴重時頻繁堵口重開，除額外消耗鉆桿及堵泥外甚至丟鐵次，造成鐵量差過大。

（5）噴濺過程中產生大量煙塵，安全環保壓力增加。

（6）影響產量進一步提升。

4 鐵口噴濺的原因分析

4.1 爐缸欠活躍

2#高爐于2022年2月28日18：16送風點火，起始風量1 700 m3/min，后逐加風量至2 480 m3/min。17:50礦批38 t、焦批17.9 t至3月2日15:00準備對3#鐵口開口作業時，因開口機力量不足，堵口時鐵口冒泥，鐵口孔道中含有渣鐵等因素，開口機無法正常打開鐵口，采用大量氧氣燒開鐵口，使鐵口孔道變大，最終形成“跑大流”的現象。在鐵口無法正常堵口的情況下，高爐被迫于16:34休風。期間共下料138批，出鐵6爐次，累計凈重1 810.4 t。3月3日23:06復風，只能用2#鐵口出鐵，爐缸內約有近千噸鐵水，為求穩，復風按處理爐缸凍結來組織，堵1#～10#、21#～30#，開11#～20#風口，均在1#至2#鐵口之間，俗稱“半邊風”，隨然根據爐況恢復進程后續捅風口作業，但靠進3#鐵口區域因該鐵口仍處于事故狀態，為保安全，只能堵風口作業，因受該鐵口區域狀態影響，相當于減小了爐缸容積，造成爐缸欠活躍，從3#鐵口及大溝經過修整投入使用后，最開始的鐵口噴濺便從3#鐵口出現。

4.2 爐溫下限流動性差

高爐解剖證明，礦石在900 ℃左右開始軟化，1 000 ℃左右開始軟熔，1 400～1 500 ℃開始滴下（見圖3）由于礦石成分不同，滴下溫度也不相同1 400 ℃左右是滴下溫度的下限。在風口區以下，焦炭和噴吹燃料燃燒后的灰分進人爐渣，爐渣成分改變，引起熔化溫度的變化。根據高爐終渣性能研究，風口區以下的爐芯焦溫度低于1 400 ℃時，爐渣難以在爐芯焦中自由流動。在這種情況下，爐渣或鐵水不斷地滯留在爐芯焦中，使后續滴落的鐵渣不能順利穿過和滴落。鐵水和爐渣能順利也穿過爐芯焦，是鐵渣流出爐缸的保證。正常生產中的高爐就是一個壓力容器，從軟熔帶開始熔化，自滴落帶下爐缸的渣鐵液最終匯聚于爐缸，當鐵口打開，在爐內壓力的推動下渣鐵向鐵口孔道流出，充足的物理熱，使渣鐵具有良好的流動性，渣鐵液池充滿整個鐵口孔道，鐵口區域及不相臨的爐缸其他位置的渣鐵也不斷的向所出鐵的區域有絮匯聚，從而達到渣鐵的有效排放，當路缸內渣鐵出凈后，壓力伴隨煤氣便開始吹出鐵口孔道，從而正常封堵鐵口，如渣鐵流動性降低，不能在鐵口打開后有效充滿整個孔道及向該區域流動，那么隨壓力推動的氣流便有隙可乘，在鐵口孔道內混合著渣鐵向外溢出，形成噴濺[2]。

圖3 爐缸內情況

4.3 鐵口過深

2#高爐鐵口砌筑深度見圖4，圖5，圖6，圖7。在不考慮鐵口框架外的澆筑料及新做泥套的厚度，砌筑并澆好鐵口保護包后，鐵口距爐缸深度為0.9 m+2.0 m+1.3 m=4.2 m，加上泥套厚度，約超過4.5 m左右，參考同為2 500 m31#高爐鐵口深度3.2 m～3.3 m范圍，加上實際生產作業過程中的開鐵口作業及出鐵情況，2#高爐鐵口實際是過深的。

圖4 鐵口框架縱伸

圖5 鐵口框架與碳磚縱伸

圖6 鐵口保護包框架

圖7 澆筑完成的鐵口保護包

鐵口過深，容易使鐵口中心線以下的爐缸殘鐵量減少，弱化其保護爐底的能力。使死料柱大部份直接落于爐缸底部。鐵水流將以鐵口為中心點，半徑距離越小越先流出，越遠流出越慢，對下部及整個爐缸渣鐵儲存區來說，新生成的渣鐵難以有效的匯集在一起，或者說因難以匯集而分散在幾個區域，因此鐵流速度過慢。

4.4 鐵口竄煤氣

新建或者大修后的高爐，壓入高爐內的炮泥不容易形成泥包，即使形成泥包，其強度也達不到出鐵要求。制作新的泥包（見圖8），在開爐后及出鐵初期能有效地形成泥包，保護泥套，延長泥套的使用壽命。同時出鐵初期，能形成合適的鐵口深度，滿足出鐵需要，在出鐵過程中，受爐內壓力影響較小，可使鐵流穩定，保證鐵口出鐵的穩定性。但2#高爐開爐前泥包澆筑在鐵口碳磚之外的粘土保護磚上，隨著開爐后的冶煉進程，粘土磚很快就會侵蝕及沖刷掉，而與保護包連接處就會產生大的間隙，從而造成煤氣竄入。

圖8 鐵口保護包

5 鐵口噴濺的治理

5.1 活躍爐缸

計劃4月16日休風換6#小套，由Φ110 mm，長度660 mm，斜5°換成Φ120 mm，長度633 mm斜7°，可更換過程中發現其下部剛好被熔損見圖9。在對17#小套更換時同樣出現熔損痕跡見圖10。對此為活躍爐缸，利用計劃休風，有步驟的更換部份小套，通過調整小套角度后，風口回旋區向爐缸中心延伸，相當于縮小爐缸直徑，加強中心氣流，更換情況見表1。

表1 近幾月來小套更換情況統計

圖9 6#風口小套

圖10 17#風口小套

5.2 提高物理熱

根據原燃料情況，制定操作爐溫為1 450℃～1 470 ℃，如焦炭冷熱態及燒結礦指標正常，則取低值，反之取高值，通過在一定范圍內合理的提高物理熱后，出鐵情況好轉（見表2）。

表2 對2022年5-6月PT范圍內出鐵情況統計情況表

5.3 控制鐵口深度

通過實際摸索，現確定堵口打泥量穩定在0.5格～1格，鐵口深度按3.2～3.5控制，在保證渣鐵排放速度外，更有效提高鐵口開穿率，進一步避免燒氧，悶炮等情況的發生，有效緩解了因噴濺造成的出鐵矛盾（見表3）。

表3 2022年5-7月鐵口深度與出鐵數據統計

表4 2#高爐開爐以來重要經濟指標

5.4 鐵口灌漿

通過鐵口孔道灌漿方式，利用另一鐵口出鐵的時間間隙，用65～70 mm鉆頭對鐵口進行鉆孔，深度為2.8 m左右。泥炮內裝滿炮泥，泥炮嘴換上帶有壓漿管的特制保護套（見圖11），將泥炮口對準鐵口，保護套上的管子連接灌漿機，將自流修補料壓入提前鉆好的鐵口孔道，保持半小時左右再退炮。通過經常性的灌漿，起到了填補縫隙的作用，減少了鐵口噴濺現象。

圖11 鐵口孔道

6 治理鐵口噴濺主要措施總結

活躍爐缸，保證一次氣流分布正常。保證爐缸熱制度，使爐溫充沛，渣鐵流動性良好。控制合理的鐵口深度，使爐缸內渣鐵能有序有效出凈。鐵口內竄氣要進行灌漿以填補縫隙。由于爐缸內涉及“氣”“固”，“液”三種形態運動，三種運動又相互影響，調整不好又容易激化矛盾，所以制理鐵口噴濺需要全盤考慮，單使用一至兩種措施及方法不足以從根本上消除噴濺。

7 其他輔助措施

優化出鐵組織，積極調配鐵罐對位，在出鐵過程中隨時密切關注鐵量差情況，根據當前出渣鐵情況靈活組織平行出鐵，減小因渣鐵排放不暢對爐內造成的影響。在爐基1段2段冷卻壁上靠鐵口方向安裝9根排氣管，24小時1天1排，可部分排除串于的氣體，見圖12，圖13。

圖12 排氣管示意圖

圖13 排氣管排放圖

8 鐵口噴濺治理效果

經過一系列的措施治理，三班統一開口及堵口操作控制，鐵口噴濺已基本被控制煙塵外溢明顯減小，出鐵主溝兩側渣鐵堆積轉為正常。見圖14，圖15。

圖14 噴濺治理前

圖15 噴濺制理后

9 結語

（1）從高爐操作來說，爐缸的活躍程度及充沛的熱制度是高爐操作的基礎，要根據高爐冶煉強度控制好鐵口深度，合理的鐵口深度按3.2～3.5 m控制。

（2）經過一系列的措施治理，三班統一開口及堵口操作控制，鐵口噴濺已基本被控制，噴濺占比次數從83.3 %下降至41.7 %，二次開口率從38.6 %降低至18.6 %，減少二次開口次數后，煙塵外溢明顯減小，出鐵主溝兩側渣鐵堆積轉為正常。

（3）對新建或大修的高爐做鐵口泥包，泥包不易過大，容易縮小爐缸面積；泥包砌筑或是澆筑因在鐵口碳磚完成后，而不是在粘土保護磚上，這樣能很大程度避免因粘土磚侵蝕而竄氣。