潘存儉

(甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司 煉鐵廠,甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

摘 要:針對(duì)酒鋼4＃高爐爐役后期風(fēng)口頻繁破損的原因進(jìn)行分析, 結(jié)合高爐爐役后期爐體破損狀況,通過采取提高入爐品位控制、優(yōu)化焦炭配置、降低堿負(fù)荷、降低煤比、強(qiáng)化爐況管理工作等措施治理風(fēng)口破損,確保了爐役后期高爐安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞:高爐;風(fēng)口破損;爐體狀況; 堿負(fù)荷;冷卻壁

0 引言

甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司(簡稱: 酒鋼)4＃高爐始建于2003 年，爐容 450ｍ³ ,于2004 年10月17日投產(chǎn),運(yùn)行至2008年4~8段冷卻壁大 量破損,于2008 年10月30日停爐中修,2008年12月15日點(diǎn)火開爐,運(yùn)行至2012年?duì)t缸碳磚侵蝕嚴(yán)重,于 2012年8月10日停爐,第1代爐役結(jié)束,累計(jì)產(chǎn)鐵 398.63萬t,有效利用系數(shù)2.94t / (ｍ³·ｄ),入爐焦比482.6kg / t。 2012年9月12日高爐點(diǎn)火開爐,2015 年年底受市場影響,于2015 年12月1日停爐, 期間對(duì)爐身下部、爐腹、爐腰部分的冷卻壁進(jìn)行了更換,于2016年3月21日開爐,2021 年3月15日—4月30日停爐中修更換4 ~9段冷卻壁,2021年下半年執(zhí)行產(chǎn)能壓減政策,于 2021 年10月12日停爐, 2021年12月13日開爐,投產(chǎn)后高爐運(yùn)行平穩(wěn)。

2022年7月高爐配加釩鈦礦冶煉實(shí)驗(yàn)至2022年12月截止,期間鈦負(fù)荷由12kg / t左右上升至39kg /t, 爐況保持穩(wěn)定順行,但爐身冷卻水管大量破損,風(fēng)口破損加劇,爐況強(qiáng)化程度大幅降低。

1 爐體狀況

1.1  冷卻壁水管破損狀況

2021 年3—4月份4＃高爐年修4 ~ 9段冷卻壁全部更換(西部重工制造,冷卻壁燕尾槽耐材進(jìn)行搗打澆筑),爐缸澆筑處理。 2021年10月高爐停爐后檢查爐身噴涂料全部磨損或脫落,原冷卻壁燕尾槽搗打料全部脫落,尤其是5段 4＃、5＃、6＃和6段5＃、6＃冷卻壁熱面燕尾槽已磨平,5段冷卻壁上部局部冷卻水管裸露,停爐期間對(duì)5段 4＃、5＃、6＃和6段5＃、6＃冷卻壁水管拆分單走,對(duì)4~6段冷卻壁熱面進(jìn)行噴涂處理,如圖1和圖2所示。

2022年4月爐身冷卻水管出現(xiàn)破損狀況,冷卻水管破損持續(xù)發(fā)展,2023年4月冷卻壁水管破損7根,截至2023年10月30日共計(jì)破損159根,4、5、6段分別破損43、63、53根,破損率分別為44.8％、65.8％、55.2％,冷卻壁水管堵死159根,未拆分14根。 冷卻水管破損及每月破損根數(shù)統(tǒng)計(jì)見表1,如圖3所示。

1.2 爐皮運(yùn)行狀況

由于高爐爐身冷卻水管損壞較多(4 ~ 6段共計(jì)損壞159 根),其中水養(yǎng)3根,封堵 126 根,冷卻壁水管大量破損封堵后爐體冷卻強(qiáng)度不足,爐身4 ~ 6段冷卻壁水管進(jìn)、出水管根焊縫出現(xiàn)開焊現(xiàn)象,利用高爐 4月18日高爐系統(tǒng)檢修進(jìn)行補(bǔ)焊處理,見表2。另外,5段 5＃、6＃、18＃、22＃冷卻壁部位和6段 18＃、19＃、20＃冷卻壁部位爐皮出現(xiàn)發(fā)紅,且6段 19＃冷卻壁部位爐皮出現(xiàn)輕微變形,如圖4所示。

2 風(fēng)口破損狀況

自2023年三季度以來,共計(jì)破損21件風(fēng)口,從風(fēng)口損壞部位看,絕大部分風(fēng)口均為上部前端燒損, 主要原因?yàn)闋t內(nèi)邊緣氣流不穩(wěn)定,形成的渣皮極易脫落,脫落的渣皮堆積在風(fēng)口前端,熔融后導(dǎo)致風(fēng)口上部燒損,且部分風(fēng)口存在二次熔損的現(xiàn)象,如圖5所示。

3 風(fēng)口破損原因解析

3.1 爐體破損

酒鋼4＃高爐目前4~6段(4段為爐腹、5段為爐腰、6段為爐身下部)冷卻壁水管共計(jì)破損159 根, 4、5、6段冷卻壁破損率分別達(dá)到45.8 ％、64.6％、55.2％,冷卻壁水管破損后采取堵死措施,導(dǎo)致爐體冷卻強(qiáng)度不足,爐腹、爐腰、爐身下部大部分區(qū)域僅剩爐皮,形成的渣皮極易脫落;近期爐內(nèi)表現(xiàn)出邊緣氣流不穩(wěn)定,從爐墻溫度判斷,在風(fēng)口破損前爐腰及爐身一段 2 點(diǎn)、4點(diǎn)溫度不穩(wěn)定,波動(dòng)幅度較大(55~870 ℃ ),爐墻渣皮不能穩(wěn)定形成,渣皮頻繁脫落后滴落至風(fēng)口上部,是風(fēng)口破損的主要原因。

3.2 入爐品位下降、焦炭變料頻繁

自2023年二季度以來,鋼鐵行業(yè)經(jīng)營困難、持續(xù)虧損,為進(jìn)一步降低生鐵成本,1＃高爐停爐進(jìn)行超低排改造大修,逐步提高高燒配比,入爐品位由53％下降到50.5％ ,高爐進(jìn)行低品位冶煉。 同時(shí)焦炭庫存不足,450ｍ³高爐焦炭種類變化頻繁且配比不穩(wěn)定,見表3。 每次焦炭種類變換或配比進(jìn)行調(diào)整時(shí),爐內(nèi)氣流均會(huì)發(fā)生不同程度波動(dòng),高爐需調(diào)整批重、調(diào)輕焦炭負(fù)荷應(yīng)對(duì)。

4＃高爐目前主要使用焦炭為自產(chǎn)5＃、6＃焦?fàn)t大焦及浩海外購焦,焦炭成份見表4。

由表4可知,自產(chǎn) 5＃、6＃大焦焦炭硫磺偏高,為1.09％,浩海外購焦通常為濕熄焦, 水分 5.0％ ~13.0％,灰分高達(dá)15.40％,焦炭質(zhì)量波動(dòng)較大。入爐品位低、渣量大,高爐爐缸工作逐步變差,風(fēng)口及回旋區(qū)的碎焦量增加,爐缸透性變差,爐內(nèi)崩料、滑尺增加,導(dǎo)致爐內(nèi)氣流不穩(wěn)定,爐墻渣皮頻繁脫落,燒壞風(fēng)口。

3.3 有害元素

酒鋼本部使用的燒結(jié)礦原料來自鏡鐵山礦,其鐵礦石主要成分包括鏡鐵礦、褐鐵礦和菱鐵礦,并且其中有害堿金屬 k₂O、Na₂O、ZnO 含量比較高,分別為 0.301％、0.082％、0.152％,導(dǎo)致酒鋼本部各高爐入爐堿負(fù)荷在7~8kg / t,最高時(shí)接近9kg /t,遠(yuǎn)高于國內(nèi)其他鋼鐵行業(yè)的平均水平^[1] 。 酒鋼高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)受到入爐原料中堿金屬 K、Na 等有害元素循環(huán)富集的影響,一直落后于國內(nèi)的先進(jìn)水平。 堿金屬對(duì)高爐冶煉的主要危害會(huì)使燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的開裂、粉化概率增加,降低焦炭的強(qiáng)度,造成爐內(nèi)料柱的透氣性變差。 還會(huì)侵蝕和破壞高爐爐體的耐火材料,縮短爐襯的壽命等。 同時(shí)它們還會(huì)在爐內(nèi)循環(huán)富集,加劇了對(duì)爐內(nèi)冷卻設(shè)備及爐況穩(wěn)定順行的破壞。 結(jié)合 2023 年堿負(fù)荷變化趨勢, 分析風(fēng)口破損的情況,如圖 6所示,兩者呈正比關(guān)系。

3.4 爐況管理

由于外圍原料、燃料條件波動(dòng)較大,現(xiàn)場設(shè)備設(shè)施老舊,工長操作水平差異等多方面因素對(duì)高爐穩(wěn)定順行造成較大影響,4＃高爐又處于爐役后期,高爐日常管理顯得尤為重要,風(fēng)口頻繁破損主要存在以下管理原因:

⑴作業(yè)區(qū)管理技術(shù)人員對(duì)風(fēng)口頻繁燒損原因分析不到位、不全面,護(hù)爐措施與風(fēng)口布局調(diào)整未有效結(jié)合,治理措施效果不明顯。

⑵應(yīng)對(duì)外圍條件變化能力不足,手段單一,在原料、燃料變化或調(diào)整時(shí)應(yīng)對(duì)不及時(shí),導(dǎo)致爐內(nèi)氣流變化大,頻繁出現(xiàn)管道過吹現(xiàn)象,爐內(nèi)滑尺崩料次數(shù)增加,加劇風(fēng)口破損。

⑶日常爐況管理存在漏洞,爐況出現(xiàn)波動(dòng)時(shí),關(guān)鍵參數(shù)控制不到位導(dǎo)致爐況波動(dòng)。

4 風(fēng)口破損應(yīng)對(duì)治理

4.1 開放中心兼顧邊緣氣流

由于爐身冷卻壁破損嚴(yán)重,爐體狀況較差,爐內(nèi)采取開放中心、控制邊緣氣流、活躍爐缸的技術(shù)路線,為避免爐內(nèi)邊緣氣流不穩(wěn)定、頻繁滑尺、崩料,爐墻渣皮脫落導(dǎo)致風(fēng)口燒損,通過上下部調(diào)劑力求保持爐內(nèi)兩股氣流穩(wěn)定^[2]。 通過逐步摸索, 4＃高爐下部風(fēng)口布局采取穩(wěn)定進(jìn)風(fēng)面積,逐步加長風(fēng)口長度的措施,達(dá)到增加回旋區(qū)深度,開放中心氣流的目的。 同時(shí),上部調(diào)劑由焦4環(huán)礦2環(huán)調(diào)整為焦4環(huán)礦3環(huán),上、下部調(diào)劑相結(jié)合,調(diào)整后爐況穩(wěn)定性增強(qiáng),滑尺、崩料次數(shù)減少,爐內(nèi)氣流分布趨于穩(wěn)定。 調(diào)整前后各點(diǎn)電偶溫度變化情況見表5。

4.2 提高入爐品位優(yōu)化焦炭結(jié)構(gòu)

隨著1＃ 高爐投產(chǎn), 高燒配比由70％ 降低至60％,入爐品位由50.5％逐步提高至52.5％,渣量下降明顯,爐況穩(wěn)定性增強(qiáng)。 針對(duì)4＃高爐焦炭使用種類繁雜、變料頻繁的特點(diǎn),優(yōu)化焦炭倉位管理,1號(hào)焦倉裝主要用自產(chǎn)焦炭(配比50％ ~55％),2號(hào)焦倉裝外購焦炭(配比 40％ ~ 45％),３ 號(hào)焦倉作為備用焦倉(配比5％ ~ 10％),應(yīng)對(duì)外圍燃料變化時(shí)使用,這樣可將焦炭變化對(duì)爐況造成的影響降低至最小。 同時(shí)加強(qiáng)原料、燃料管理,增加原料、燃料的巡檢頻次,變更焦炭種類時(shí)提前與相關(guān)部室溝通聯(lián)系, 高爐及時(shí)確認(rèn),做好上料組織及應(yīng)對(duì)工作。

4.3 保證合理的鼓風(fēng)動(dòng)能和爐缸熱量

在保證爐況穩(wěn)定的前提下, 確保風(fēng)量在1200ｍ³ / ｍｉｎ以上,提高風(fēng)溫使用水平至1180℃ , 鼓風(fēng)動(dòng)能達(dá)到42 kJ/ s 以上,保證中心氣流及爐缸活躍性。 修訂爐溫和鐵水溫度的控制標(biāo)準(zhǔn),入爐品位上升后,通過采取上、下部調(diào)劑提高煤氣利用率、降低鐵水 Ｓｉ 含量、保證鐵水物理熱的控制措施,高爐煤氣利用率>39％,控制日平均爐溫0.40％ ~0.60％,保證高爐鐵水溫度不≮1460 ℃ ,通過參數(shù)調(diào)整,爐況穩(wěn)定性增強(qiáng),風(fēng)口破損數(shù)量減少。

4.4 降低煤比控制水平

較高的煤比會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)煤粉量無法充分燃燒, 導(dǎo)致滴落帶渣流受阻,爐缸的透液性和透氣性下降, 嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成爐缸出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。 煤比上升會(huì)造成邊緣氣流發(fā)展,風(fēng)口回旋區(qū)縮短,中心氣流減弱。 根據(jù)以往處理爐況的經(jīng)驗(yàn),目前4＃高爐適宜的煤比水平在125 ~130kg /t,高爐爐況整體穩(wěn)定順行。

4.5 強(qiáng)化基礎(chǔ)工作

高爐爐役后期冷卻壁破損嚴(yán)重,管理技術(shù)人員須以護(hù)爐為第一要?jiǎng)?wù),在保證高爐安全平穩(wěn)運(yùn)行的前提下,護(hù)爐與治理風(fēng)口破損相結(jié)合,主要采取措施如下:

⑴利用好每一次高爐檢修機(jī)會(huì),對(duì)冷卻水管開焊及爐身煤氣漏點(diǎn)部位進(jìn)行補(bǔ)焊消缺處理,對(duì)爐皮高溫區(qū)域進(jìn)行硬質(zhì)壓入造襯,確保高爐爐體安全穩(wěn)定運(yùn)行。

⑵認(rèn)真分析風(fēng)口破損原因,針對(duì)性地制定好風(fēng)口治理措施,上下部調(diào)劑相結(jié)合,堅(jiān)持開放中心、穩(wěn)定邊緣氣流的原則。

⑶加強(qiáng)高爐日常爐況管理,避免人為因素造成爐況波動(dòng)。

5 結(jié)語

從風(fēng)口破損治理過程看,在今后生產(chǎn)中要注意以下幾方面的問題:

⑴高爐爐役后期,冷卻壁大量破損,對(duì)爐內(nèi)氣流分布造成較大影響,合理的送風(fēng)制度、裝料制度是爐況穩(wěn)定順行的關(guān)鍵,在爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上要減少和杜絕高爐滑尺、崩料,穩(wěn)定煤氣流。

⑵高爐在入爐品位大幅下降時(shí),須保持穩(wěn)定的燃料種類及配比,才能保證爐況的基本穩(wěn)定。 如原料條件差,焦炭質(zhì)量也差,將會(huì)導(dǎo)致高爐爐況波動(dòng)、產(chǎn)量及技術(shù)指標(biāo)水平下降,并伴隨冷卻壁及風(fēng)口等冷卻設(shè)備破損。

⑶穩(wěn)定高爐熱制度,尤其是鐵水物理熱要控制在1460 ℃以上,確保爐缸活躍性及熱平衡。

⑷做好高爐排堿工作,嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)防堿富集技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),及時(shí)跟蹤高爐排堿情況,并根據(jù)排堿情況采取相應(yīng)措施,防止堿富集。

⑸適當(dāng)降低煤比,煤比過高導(dǎo)致煤粉燃燒性下降,未燃煤粉聚集在爐內(nèi),導(dǎo)致爐內(nèi)邊緣氣流發(fā)展, 煤氣利用率下降、風(fēng)口及冷卻設(shè)備破損等不利因素。

⑹強(qiáng)化爐況管理,通過上、下部調(diào)劑,穩(wěn)定爐內(nèi)煤氣流分布,抓管高爐操作及關(guān)鍵參數(shù)控制,應(yīng)對(duì)好原料、燃料及外部影響因素的變化。

參考文獻(xiàn):

[1] 劉玉香,劉發(fā)旭,楊玉成.酒鋼高爐風(fēng)口破損治理實(shí)踐[J].甘肅冶金,2015,37(02):46-49.

[2] 孫永清,楊禮平,徐益軍,等.湘鋼四高爐風(fēng)口破損原因探討及對(duì)策[J].金屬材料與冶金工程,2023,51(03):44-47.