余星見 帥 照 力 飛 孫云鵬
（武漢鋼鐵有限公司）
摘要：對武鋼有限 5 號高爐在爐役后期采取的操作措施進行了總結(jié)。由于冷卻壁損壞嚴重，5 號高爐 8、9 段爐皮多次發(fā)紅，影響安全生產(chǎn)。通過采取調(diào)整爐內(nèi)、爐前操作制度，安裝冷卻器，灌漿造襯等措施后，實現(xiàn)了 5 號高爐爐役后期的安全和高產(chǎn)。
關(guān)鍵詞:高爐；爐役后期；操作制度；安全生產(chǎn)
0 引言
武鋼有限 5 號高爐有效容積 3 200 m3，第二代爐齡于 2007 年 12 月 23 日點火投產(chǎn)。采用了當時世界先進工藝 ：PW 并罐無料鐘爐頂裝置 ；風口、冷卻壁獨立并聯(lián)軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng) ；薄爐襯全冷卻壁帶 4 段銅冷卻壁結(jié)構(gòu)，綜合水冷薄爐底；直進開口機 ；新一代環(huán)保型 INBA。開爐后第 3 天達產(chǎn)，利用系數(shù)達到 2.026，創(chuàng)國內(nèi)同類型高爐開爐達產(chǎn)最快速度。
該爐至今已經(jīng)生產(chǎn)了近 14 年，處于爐役后期，設備嚴重老化，2019 年 6 月二燒停機后，入爐原燃料又變得復雜，導致高爐操作難度加大。2019年四季度爐身 8、9 段冷卻壁直管開始損壞，2020年損壞加劇且集中，2021 年初 8、9 段爐皮多次發(fā)紅，對 5 號高爐經(jīng)濟技術(shù)指標和高爐壽命產(chǎn)生極大影響。為完成生產(chǎn)任務，在保證安全的前提下制定并實施了一系列措施來維護 5 號高爐的生產(chǎn)，遏制了冷卻壁頻繁損壞的勢頭，實現(xiàn)了高爐安全、穩(wěn)定、順行和各項技術(shù)經(jīng)濟指標的大幅提高。
1 調(diào)整爐內(nèi)操作制度
1.1 優(yōu)化送風制度與裝料制度
裝料制度、送風制度對改變煤氣流分布、煤氣利用、造渣過程、爐缸溫度具有決定影響，對穩(wěn)定爐況有重要意義 [1]。
5 號高爐布局風口 32 個。起初設置 Φ120 mm的風口 7 個，Φ130 mm 的風口 25 個，進風面積 0.411 0 m2 。
2019 年 6 月二燒停機后，5 號高爐未再配置固定的燒結(jié)機，入爐燒結(jié)礦品種復雜，粒度不均勻且波動大，冶金性能也頻繁變化，嚴重惡化高爐料柱透氣性。2020 年 5―7 月，三煉焦干熄焦檢修，5 號高爐只能使用全濕焦。原燃料質(zhì)量惡化，特別是焦炭的質(zhì)量降低，減緩了死料柱焦炭更新周期，使滯留在死料柱中的鐵水滲碳時間延長，加劇了死料柱焦炭粉化，導致料柱透氣、透液性越來越差，進而造成爐缸堆積征兆顯現(xiàn)，中心吹不透，邊緣氣流過分發(fā)展，嚴重影響渣皮的穩(wěn)定。
此冶煉條件下，就顯得進風面積偏大，風速偏低，鼓風動能不足。2021 年利用休風機會，調(diào)整了 5 號高爐的風口布局，逐步將渣皮活躍地方的9個 Φ130 mm 風口更換為 Φ120 mm，最終縮小進風面積至 3 933 m2 ，將冷卻壁損壞嚴重方位的風口長度由 593 mm 加長到了 643 mm。保證風速在245 m/s 以上，有效提高了鼓風動能，使回旋區(qū)向中心發(fā)展，有利于爐缸初始煤氣流最大限度向中心滲透，提高了料柱的透氣性、透液性，獲得充足的中心煤氣流，使渣皮穩(wěn)定，爐缸工作均勻活躍，減少了冷卻壁損壞。風口布局調(diào)整前后的鼓風參數(shù)變化見表 1。
送風制度和裝料制度必須堅持上、下部調(diào)劑相結(jié)合的方針。5 號高爐為配合下部風口面積縮小、風口加長的送風制度，相應逐步調(diào)整上部裝料制度，最終將焦炭 1# 角位布料環(huán)數(shù)增加 1 環(huán)，7#、8# 角位布料環(huán)數(shù)各增加 0.5 環(huán) ；礦石 4#、7# 角位布料環(huán)數(shù)各增加 1 環(huán)，8# 角位布料環(huán)數(shù)增加 2 環(huán)。增加邊緣布礦量，提高邊緣礦焦比，適當抑制邊緣氣流 ；堵不如疏，為了打開邊緣和中心兩條合理的煤氣通道，在礦石、焦炭布料角度相同的基礎上，5 號高爐將布料角度整體逐步內(nèi)推，最終將最大角度減小了 2°，角度差由 10.5°縮小到 9°。 整體縮短了布料寬度加大料層厚度，同時縮小了中心無礦區(qū)，這樣既穩(wěn)定了邊緣氣流又使中心氣流更加集中。
通過對送風制度和裝料制度的調(diào)整，煤氣流分布趨于合理，爐況穩(wěn)定順行，渣皮穩(wěn)定，冷卻壁損壞趨勢得到了有效遏制。調(diào)整前后爐身 8 段冷卻壁溫度變化趨勢如圖 1 所示。
1.2 控制合理的熱制度和造渣制度
物理熱充足、流動性良好的爐渣和鐵水是高爐順行的必要條件。熱制度直接反映了爐缸工作的熱狀態(tài)。冶煉過程中控制充足而穩(wěn)定的爐溫，是保證高爐穩(wěn)定順行的基本前提，過低或過高的爐溫都會導致爐況不順 [2]。表示熱制度的指標有兩個 ：一個是鐵水溫度，另一個是生鐵含硅量。2021 年嚴格控制 5號高爐 [Si] 在 0.35% ～ 0.45%，鐵水溫度 1 510 ～1 520 ℃，既維持了爐況穩(wěn)定順行又使爐缸具有充足的熱量。
實踐證明一定的煤氣利用率可對應一定的燃料比。高爐區(qū)工日常操作以每小時燃料比為依據(jù)，作業(yè)區(qū)制定了煤氣利用率對應燃料比的參考表，區(qū)工依據(jù)中控監(jiān)測畫面的煤氣利用率 通過調(diào)劑噴吹量、富氧量等參數(shù)來控制燃料比，保持爐溫平穩(wěn)、充足。
適宜的理論燃燒溫度能滿足高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量，保證液態(tài)渣鐵充分加熱和還原反應的順利進行，理論燃燒溫度過低或過高都會導致爐況不順。在以燃料比為操作依據(jù)的基礎上，參考理論燃燒溫度來控制 5 號高爐的熱制度。根據(jù)操作經(jīng)驗，將 5 號高爐的理論燃燒溫度控制在 2 200 ～ 2 300 ℃較適宜。
造渣制度應適合于高爐冶煉要求，有利于穩(wěn)定順行和冶煉優(yōu)質(zhì)生鐵。武鋼有限燒結(jié)礦原料以澳大利亞精礦粉為主，Al2O3 含量偏高，時有導致爐渣中 Al2O3 的含量高于 16%。有研究證明，渣中Al2O3 過高時爐渣熔點變高，穩(wěn)定性變差，黏度變大，爐缸的透氣性、透液性降低 ；渣鐵分離困難 , 脫硫能力降低 ；爐渣明顯粘稠，渣鐵流動性變差，影響爐況穩(wěn)定順行和生鐵質(zhì)量。
針對這種情況，一方面，聯(lián)系原料片區(qū)提高燒結(jié)礦的堿度，由 1.85 提高至 2.00 以上 ；另一方面，調(diào)整用料結(jié)構(gòu)，在爐渣堿度控制在 1.20±0.02，在保證生鐵質(zhì)量的基礎上適當降低燒結(jié)礦的配比，配加適量石灰石。這樣既減少了 Al2O3 入爐量，又通過適當加大渣量，稀釋渣中 Al2O3 含量，使爐渣Al2O3 的含量控制在 15.5% 以下。5 號高爐燒結(jié)礦 配比和渣中 Al2O3 含量變化見表 2。
1.3 加強冷卻制度
合理的冷卻制度是延長爐襯壽命的重要措施，在條件允許范圍內(nèi)，適當提高爐體冷卻強度，有利于形成穩(wěn)定的渣皮保護冷卻壁。2021 年 6 月起逐步將 5 號高爐冷卻壁進水量從 4 700 m3 /h 提高到5 100 m3 /h 左右。同時將進水溫度由原來 41 ℃調(diào)整為 35 ～ 37 ℃，每班密切關(guān)注冷卻壁溫度、熱負荷曲線和渣皮的狀況，根據(jù)水溫差控制進水溫度。當水溫差 >6.5 ℃時，進水溫度按下限控制 ；當水溫差 <4.5 ℃時，進水溫度按上限控制。嚴格控制各區(qū)域熱流強度不大于設計值，使冷卻壁系統(tǒng)的冷卻能力得到提高。
爐役后期，5 號高爐 8 段冷卻壁損壞嚴重，冷卻能力不足，引起爐皮溫度高，多次冒煙、發(fā)紅。針對此狀況，利用高爐定休機會在冷卻壁破損嚴重和爐皮發(fā)紅的部位開孔，安裝柱狀冷卻器，并在冷卻器的灌漿孔處采用硬質(zhì)壓入造襯技術(shù)，壓入耐火材料，實現(xiàn)灌漿造襯。保證造襯料以冷卻器為生根點，粘附在冷卻壁上形成保護層。截至目前，在 8-1、8-6、8-41、8-44 等區(qū)域共安裝了冷卻柱75 個，灌漿造襯 35 t，極大調(diào)高了該處冷卻壁的冷卻強度，爐皮溫度大幅降低，起到了保護爐殼的作用，降低爐皮開裂、燒穿的機率 ；同時緩解了其他區(qū)域冷卻壁的破損，有效延長高爐壽命。在冷卻壁損壞區(qū)域外部打水冷卻。為確保打水均勻，在高爐爐身 8 段安裝環(huán)管 ；在冷卻壁損壞嚴重區(qū)域加裝釘子耙 ；日常檢查時如果發(fā)現(xiàn)溫度高的區(qū)域，再加裝地對空冷卻，這樣由面及點地加強冷卻，確保爐皮溫度受控。
2 調(diào)整爐前操作制度
爐前操作是高爐冶煉操作中的一個重要組成部分，如果不能按時出凈渣鐵，爐缸中液態(tài)渣、鐵面升高后使爐缸料柱的透氣性惡化，不僅風壓升高、風量降低、下料速度降低，而且在爐缸工作不活躍時還會導致崩料或懸料 [3]。因此，抓好爐前工作，及時出凈渣鐵，有利于煤氣流合理分布，爐況穩(wěn)定順行和穩(wěn)定渣皮。
5 號高爐距離武鋼有限煉鋼廠最遠，路線長，如果鉆頭選大了，出鐵時間短，煉鋼出罐稍晚或運輸部稍耽擱就會等罐 ；如果鉆頭選小了，渣鐵排放慢，不能及時騰空爐缸 ；這兩種情況都易導致爐內(nèi)憋風，影響爐況順行和渣皮穩(wěn)定。為此，2021年經(jīng)過不斷試驗、總結(jié)，摸索出一種連續(xù)出鐵新模式，即一側(cè)鐵口出鐵 130 min 后，打開另一側(cè)鐵口，然后再堵先開的鐵口，循環(huán)往復。這樣既解決了等罐或渣鐵排放慢的問題，又穩(wěn)定了出鐵時間，保證兩側(cè)渣鐵排放均勻，而且沒有出鐵間隔，延長了有效出渣鐵時間，有利于高爐常態(tài)化穩(wěn)定順行。
針對這一新模式，制定出一套完整的出鐵制度，以保證爐前渣鐵及時排出。
（1）加強對鐵口泥套和液壓炮的檢查和維護，確保其處于正常工作狀態(tài)，杜絕冒泥或拉風堵口等情況發(fā)生。
（2）控制鐵口深度在 2.8 ～ 3 m。鐵口主要是靠打入的新泥形成泥包來保護的，打泥數(shù)量的多少應根據(jù)鐵口深度和渣鐵數(shù)量、鐵口的工作情況確定。打入的炮泥是維護鐵口的保證，當打泥量不足時彌補不了出鐵時鐵口泥包的損耗，不能保持正常的鐵口深度；打泥過多時，又會造成潮鐵口，給下次開鐵口造成困難。因此，維護正常鐵口深度與打泥量的適當與穩(wěn)定十分重要。經(jīng)過多次反復的摸索，最終確定 5 號高爐 1 號、4 號出鐵場的正常打泥量為 16 s，2 號、3 號出鐵場的正常打泥量為 14 s，控制好鐵口深度。
（3）合理使用鉆頭，保持合適的鐵口孔徑。鐵口孔徑大小直接影響渣鐵流速，孔徑過大，渣鐵流速大，造成出鐵時間偏短，還可能引起渣鐵溢出主溝、下渣過鐵或壓死 INBA 轉(zhuǎn)鼓等事故?？讖竭^小，渣鐵排放速度遠小于冶煉速度，爐缸渣鐵液面上升，導致憋爐或燒壞風口小、中套，影響爐況穩(wěn)定順行。正常情況下，5 高爐選用Φ55 mm 的鉆頭，開鐵口后鐵流可穩(wěn)定在 6.0 t/min 左右，滿足 5 號高爐日常生產(chǎn)需求。
3 加強原燃料監(jiān)管
隨著風溫水平的提高，噴吹燃料的增加，焦比降低，焦炭作為料柱骨架的作用越來越重要。5號高爐非常重視焦炭對高爐冶煉的影響，及時掌握焦化配煤實績和焦炭理化性能，加強來料實物檢查和槽上、槽下的溝通。一旦發(fā)現(xiàn)問題，一方面及時對外協(xié)調(diào)，另一方面合理調(diào)劑，科學應對，以免焦炭惡化，應對不及時導致爐況波動，影響渣皮穩(wěn)定。
過篩效果差，入爐粉焦就多。在軟熔帶，粉焦和軟熔的礦石黏結(jié)在一起，滯留熔融物增多，使煤氣流運動受到的阻力明顯增大，煤氣向透氣性相對好的邊緣區(qū)域流動，導致邊緣氣流發(fā)展甚至可能引發(fā)管道崩、懸料；料柱透液性惡化，鐵水和熔渣不易滲透料柱而淤積在風口下方，易燒壞風口，這些都嚴重了影響渣皮和爐況的穩(wěn)定。5 號高爐利用休風機會對焦炭篩網(wǎng)進行更換，將原來的普通棒條篩更換成防夾型棒條篩。
對比普通棒條篩，防夾型棒條篩篩齒光滑，物料通過性強，不易結(jié)瘤 ；棒條上翹，過篩物料落差大，不易夾料。更換后，有效改善了焦炭的過篩效果，大大減少了入爐粉焦。焦炭使用24 h 后兩種篩網(wǎng)狀況如圖 2 所示。日常要求每班崗位員工班前、班中、下班前檢查原燃料系統(tǒng)各皮帶和設備 ；翻濕焦時及時清理焦炭篩網(wǎng)，保證過篩效果。
5 號高爐槽上設置 6 個焦炭槽，通常 1 ～ 3 號槽進廠內(nèi)或外購濕焦，4 ～ 6 號槽進干焦。 一般以兩個干焦槽加一個濕焦槽使用。干、濕焦理化性能差異大，尤其是水份和熱態(tài)強度。為避免濕焦混進干焦槽，改變用焦結(jié)構(gòu)，導致爐溫和爐況波動，5 號高爐要求崗位員工在進濕焦時立即高爐區(qū)工并密切監(jiān)視進槽情況，確保各槽焦炭質(zhì)量穩(wěn)定。
經(jīng)過采取一系列的合理措施后，不僅 5 號高爐冷卻壁損壞勢頭得到了有效遏制，而且各項經(jīng)濟指標明顯提高，詳見表 3。
4 結(jié)語
（1）在爐役后期 , 通過采取一系列改進措施實現(xiàn)了 5 號高爐的安全、高產(chǎn)。
（2）生產(chǎn)中采用合理的送風制度和裝料制度，控制穩(wěn)定的熱制度和造渣制度，匹配好爐前操作制度，有利于爐況穩(wěn)定順行和高爐長壽。
（3）爐役后期，控制合理的冷卻參數(shù)，在關(guān)鍵部位加裝冷卻器，灌漿造襯，可使爐皮溫度大幅降低，保證生產(chǎn)安全。
（4）原燃料對高爐冶煉影響極大，操作者應當加強入爐原燃料的關(guān)注和監(jiān)管。
5參考文獻
［1］ 郝素菊，蔣武鋒，趙麗樹，等 . 高爐煉鐵 500 問［M］. 北京 : 化學工業(yè)出版社，2008 ：177.
［2］ 周傳典 . 高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊［M］. 北京 : 冶金工業(yè)出版社，2008 ：351.
［3］ 張殿有 . 高爐冶煉操作技術(shù) ( 第 2 版 )［M］. 北京 : 冶金工業(yè)出版社，2010 ：218.