COREX爐豎爐清空工藝研究

鐘　聲，劉建東

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200941)

COREX爐豎爐清空工藝研究

鐘聲，劉建東

(中冶寶鋼技術(shù)服務(wù)有限公司，上海 200941)

摘要：COREX爐(又名歐冶爐，熔融還原煉鐵裝置)豎爐在周期性生產(chǎn)3～6 個(gè)月后，在料倉(cāng)中形成3種類型的結(jié)塊：第1種是在豎爐中心或者DRI螺旋之間形成的死料區(qū)結(jié)塊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致DRI螺旋卡阻無(wú)法向氣化爐供料；第2種是從這些死料區(qū)結(jié)塊延伸到豎爐爐壁乃至圍管部分的結(jié)塊，結(jié)塊沿分料倉(cāng)隔墻向上蔓延且會(huì)形成連環(huán)結(jié)料，有時(shí)達(dá)到5～10 m高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)堵塞圍管通風(fēng)孔，導(dǎo)致豎爐爐況惡化；第3種是AGD管道上方及其與爐壁交接處堆積的結(jié)塊，影響豎爐還原冶煉工藝，很難維持正常生產(chǎn)。針對(duì)上述情況，需要半年左右進(jìn)行一次豎爐清空，以改善豎爐爐況和滿足功能考核的需求。著重從豎爐清空的關(guān)鍵技術(shù)和施工安全角度進(jìn)行了研究，并提出了COREX爐豎爐清空工藝。

關(guān)鍵詞：COREX；豎爐清空；工藝

寶鋼股份羅涇煉鐵廠的2座COREX 3000相繼于2007年11月和2011年3月建成，均為成套引進(jìn)奧鋼聯(lián)的技術(shù)裝備，單爐設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵水150萬(wàn) t。COREX爐由還原豎爐和熔融氣化爐兩大本體組成。還原豎爐采用高架式結(jié)構(gòu)，位于熔融氣化爐上面，還原豎爐下部水平沿圓周方向布置有8臺(tái)螺旋排料機(jī)，連續(xù)地在熱狀態(tài)下向熔融氣化爐供料[1]。生產(chǎn)過(guò)程中，還原豎爐容易形成結(jié)塊，結(jié)塊形式有：1)在豎爐中心形成的死料柱；2)DRI分料倉(cāng)相鄰馬背之間架橋形成的橋形結(jié)塊，并沿豎爐內(nèi)壁向上蔓延，有時(shí)會(huì)形成5～10 m高的掌形結(jié)塊；3)是AGD(2#爐)與爐壁交接處堆積的結(jié)塊。據(jù)國(guó)外設(shè)備方專家的經(jīng)驗(yàn)，每3個(gè)月至半年左右需進(jìn)行一次清理，這種清理作業(yè)即稱為豎爐清空。豎爐清空作業(yè)在COREX 3000 42.7 m平臺(tái)上進(jìn)行,清理出的積料由落灰管進(jìn)入干渣坑。豎爐清空作業(yè)是COREX煉鐵系統(tǒng)必不可少的一項(xiàng)工藝流程，作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，作業(yè)難度大，作業(yè)危險(xiǎn)性性高?？疾旖Y(jié)果顯示，國(guó)外COREX 2000、COREX 1000型豎爐清空時(shí)，多次發(fā)生人員傷亡及環(huán)境污染事故，針對(duì)這項(xiàng)危險(xiǎn)性較高的施工，應(yīng)研究出一套安全可靠、切實(shí)可行的施工工藝，才能保證施工作業(yè)的順利進(jìn)行。

1工藝流程

改進(jìn)設(shè)計(jì)的豎爐軸測(cè)圖如圖1所示，相應(yīng)的施工流程圖如圖2所示。

圖1　豎爐軸測(cè)圖

圖2　施工流程圖

2工藝流程的關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過(guò)2008年3月26日在外方專家指導(dǎo)下進(jìn)行的第1次豎爐清空，以及后期數(shù)次獨(dú)立實(shí)施的豎爐清空作業(yè)，總結(jié)提煉了豎爐清空的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1爐溫控制技術(shù)

2.1.1爐溫控制的原因

經(jīng)過(guò)多次豎爐清空的試驗(yàn)對(duì)比得出，應(yīng)對(duì)爐內(nèi)溫度進(jìn)行控制，主要原因在于：1)爐溫過(guò)高容易引起積料(主要為海綿鐵)的氧化變硬，不利于破鑿作業(yè)；2)爐溫過(guò)高容易使得爐內(nèi)、外形成壓差而產(chǎn)生空氣對(duì)流，從而造成爐內(nèi)高溫氣體或粉塵通過(guò)爐孔向外噴出傷人。

2.1.2主要控制技術(shù)

主要控制技術(shù)包括：1)在作業(yè)過(guò)程中，用于爐內(nèi)積料破鑿的8個(gè)DRI螺旋觀察孔和用于清料出爐的8個(gè)DRI螺旋孔，不能同時(shí)開2個(gè)(含)以上孔，最大限度地防止?fàn)t內(nèi)、外氣流交換導(dǎo)致爐溫升高；2)不定時(shí)地向豎爐內(nèi)充氮?dú)庖越档蜖t溫；3)在豎爐內(nèi)人工清料前，打開2個(gè)頂部大人孔、8個(gè)DRI螺旋孔及8個(gè)DRI螺旋觀察孔，采用軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行凉爐，用紅外線測(cè)溫儀測(cè)溫，使溫度控制在<60 ℃。

2.2DRI螺旋拆裝技術(shù)

DRI螺旋單只質(zhì)量約為3 t，是用來(lái)將溫度約為1 000 ℃的海綿鐵從豎爐旋轉(zhuǎn)落入氣化爐。由于長(zhǎng)時(shí)間高溫環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)，有些螺旋葉片磨損，有些被落料砸傷，有些被掉落的馬背鋼板卡死，導(dǎo)致DRI螺旋拆除時(shí)有諸多困難；另外，DRI螺旋拆除應(yīng)越快越好，以免空氣進(jìn)入爐內(nèi)，使?fàn)t內(nèi)物料氧化變硬結(jié)塊。

圖3　螺旋專用小車

通過(guò)DRI螺旋觀察孔觀察完豎爐內(nèi)的積料情況后，根據(jù)積料的情況安排拆除DRI螺旋的順序。一般來(lái)講，DRI螺旋上方積料少的先拆除，積料多的后拆除，有卡死現(xiàn)象的先做好標(biāo)記留在最后拆除。利用DRI螺旋專用小車(見圖3)完成其拆裝時(shí)的運(yùn)輸工作。每拆除一個(gè)DRI螺旋，應(yīng)使用事前制作好的盲板將其孔及時(shí)封閉，盡量少進(jìn)入空氣。

2.3AGD積料Cardox清堵技術(shù)

COREX爐豎爐臨近降料線后，通過(guò)豎爐頂部安裝的熱成像儀觀察發(fā)現(xiàn)，在AGD管道與爐墻間存在積料現(xiàn)象(見圖4)。該處積料為高溫的海綿鐵，遇空氣后存在發(fā)生燒結(jié)出現(xiàn)液相的可能，加劇了積料的粘結(jié)強(qiáng)度，更加難以清理，在豎爐清空期間無(wú)法用常規(guī)手段快速處理；因此，提出使用Cardox清堵AGD上方積料的方案。

圖4　AGD管道積料示意圖

Cardox清堵方法(液態(tài)CO2氣爆)主要包括爐體鉆孔、安裝Cardox專用卡槽、爆破及堵孔幾個(gè)環(huán)節(jié)。

Cardox專用設(shè)備示意圖如圖5所示。Cardox清堵系統(tǒng)時(shí)包括1個(gè)高強(qiáng)度、可重復(fù)使用、裝有液態(tài)二氧化碳的爆破筒，加熱器和1個(gè)安全墊片。當(dāng)使用小的電流啟動(dòng)后，加熱器加熱內(nèi)部的液態(tài)二氧化碳成為氣體，管道中壓力持續(xù)增大壓迫安全墊片，隨后釋放出體積擴(kuò)大600倍、壓力達(dá)到40 000 PSI(275.8 MPa)的二氧化碳?xì)怏w，這都發(fā)生在毫秒時(shí)間內(nèi)。將卡槽安裝在可能積料的位置，這樣可以使Cardox在預(yù)先設(shè)定的位置進(jìn)行清堵工作。

圖5　Cardox專用設(shè)備示意圖

2.4豎爐內(nèi)積料破碎技術(shù)

豎爐內(nèi)積料(見圖6)較多(約300 m3)、而且較高(約5～10 m)。由于DRI螺旋觀察孔相對(duì)較小，爐內(nèi)溫度較高(約200 ℃)，而積料量達(dá)300 m3，且落料時(shí)會(huì)從觀察人孔中噴出大量火焰，清料難度很大。

圖6　豎爐內(nèi)積料示意圖

項(xiàng)目組同南京伊頓機(jī)械有限公司聯(lián)合研制了COREX豎爐清空專用破鑿機(jī)，對(duì)爐內(nèi)的積料進(jìn)行破碎作業(yè)。該破鑿機(jī)可以遙控操作，其機(jī)械臂不但可以360°旋轉(zhuǎn)，且所有管線和防護(hù)玻璃等全都符合耐高溫安全保護(hù)要求。

破鑿時(shí)，操作人員應(yīng)站在上風(fēng)口，并遠(yuǎn)距離遙控操作破鑿機(jī)。指揮人員在觀察孔處指揮破鑿機(jī)作業(yè)時(shí)，向破鑿機(jī)作業(yè)人員發(fā)出打擊方向指令后，應(yīng)站在人孔法蘭后，破鑿機(jī)才能開始作業(yè)。指揮人員應(yīng)穿戴好全套隔熱服、面罩、手套和防塵眼鏡等勞防用品。如發(fā)現(xiàn)觀察孔有連續(xù)的黑煙噴出時(shí)，應(yīng)立即停止破鑿，所有人員躲避至消防定置點(diǎn)，防止破鑿落料時(shí)的噴火傷人。

2.5環(huán)保清料技術(shù)

破鑿?fù)暌欢康姆e料后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清理。由于需要清除的積料達(dá)300 m3，本技術(shù)采用把料鏟及挖掘機(jī)進(jìn)行清料。清料時(shí)應(yīng)防止豎爐內(nèi)大的結(jié)塊掉落后砸傷人，清理人員和清理機(jī)械應(yīng)配合好，并設(shè)專人對(duì)清理和運(yùn)送機(jī)械進(jìn)行指揮協(xié)調(diào)，以防被機(jī)械撞傷。由于操作平臺(tái)的作業(yè)空間較小，為了防止清理用的破鑿機(jī)、叉車和鏟車等將平臺(tái)上的防護(hù)欄桿撞壞而滑落，在平臺(tái)欄桿前使用鋼絲繩拉好防護(hù)圈，鏟車在運(yùn)送物料時(shí)應(yīng)緩慢平穩(wěn)，防止物料灑落，并作好防護(hù)，以免被高溫的物料燙傷。

清理出的細(xì)小顆粒物料由鏟車運(yùn)送到落料管處，通過(guò)落料管排放到干渣坑，排渣管道排往干渣坑。使用挖掘機(jī)和鏟斗車清理和運(yùn)送物料時(shí)，機(jī)械設(shè)備應(yīng)操作平穩(wěn)，以防止物料被灑落，造成高溫物料的燙傷。由于排料會(huì)產(chǎn)生大量風(fēng)塵，專門設(shè)計(jì)了除塵管道及密封式除塵干渣坑(見圖7和圖8)。

圖7　倒渣小房及除塵　　　　圖8　密封式除塵　管道　干渣坑

3結(jié)語(yǔ)

在經(jīng)過(guò)2008年3月25日和2008年7月7日2次COREX豎爐清空后，本工藝已基本成熟。2008年3月至今，該工藝在寶鋼2臺(tái)COREX 3000豎爐清空中都得到了良好的應(yīng)用(1#COREX爐4次豎爐清空：2008年9月28日、2009年5月6日、2010年1月4日和2010年7月27日，2#COREX爐2次豎爐清空：2011年10月10日和2012年4月28日)，作業(yè)時(shí)間由最初的10 d逐步減少為3 d，作業(yè)效率大幅提高，也比國(guó)外COREX 2000豎爐清空工藝縮短了4 d，確保了施工的安全、質(zhì)量及進(jìn)度，且從未發(fā)生任何環(huán)境污染事故，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，使中冶牌豎爐清空工藝逐漸成為業(yè)主單位認(rèn)可甚至依賴的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 許海法，郭麗，張志浩.COREX豎爐爐料黏結(jié)的機(jī)理研究和影響因素分析[J].寶鋼技術(shù),2011(6): 44-47.

責(zé)任編輯鄭練

Study of the COREX Reducation Shaft Empty Process

ZHONG Sheng, LIU Jiandong

(MCC Baosteel Technology Services Co., Ltd., Shanghai 201900)

Abstract：When COREX (also known as the OuYe Furnace, iron making by smelting reduction device) is in production in period 3 to 6 months in reduction shaft, three types of agglomerates will form in the silo. The first one is blocking material on dead material zone between the center of the reduction shaft or the DRI screw, and it will lead to DRI screw jam and unable to feed the melter gasifier at worst. The second is the agglomeration extension from dead material zone into the vertical furnace tube wall and the surrounding portion, it will spread along the wall and form chain blocking material which sometimes will be up to 5～10 m high, and may block the ventilation holes around the tube making deterioration of reduction shaft. The third is the agglomeration above the AGD pipe and the furnace wall, which will impact iron making by smelting reduction process, and hard to maintain normal production. In this case, it takes about six months to conduct a shaft furnace emptied, in order to improve the shaft furnace and meet the functional requirements. This paper focuses on the key technology and construction safety in reduction shaft empty process, and puts forward the COREX reduction shaft empty process.

Key words:COREX, reducation shaft empty, process

收稿日期：2015-05-18

作者簡(jiǎn)介：鐘聲(1966-)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，大學(xué)本科,主要從事冶金工程等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TF 557

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A