唐鋼2號高爐爐墻結(jié)厚處理實踐

(河北鐵集團(tuán)唐鋼公司)

葛玉春 馬明鑫

0 概況

唐鋼2 號高爐于2013年10月29日進(jìn)行停爐大修，主要更換爐缸耐材，全部銅冷卻壁和部分鐵冷卻壁，高爐于2014年1月6日16∶ 16 點火送風(fēng)，實現(xiàn)了開爐快速達(dá)產(chǎn)達(dá)效。開爐后冶煉強度提高較快，高爐壁體溫度持續(xù)下行，壓量關(guān)系趨緊，風(fēng)量水平萎縮，爐墻出現(xiàn)嚴(yán)重粘結(jié)，最終導(dǎo)致爐況失常。2014上半年多次調(diào)整上部裝料制度，但效果很不理想，并沒有解決爐墻粘結(jié)問題，高爐下半年以均勻活躍爐缸為突破口，適當(dāng)加長和縮小風(fēng)口面積，提高鼓風(fēng)動能，改善爐缸的透氣性和透液性，創(chuàng)造爐況順行條件，結(jié)合改善原燃料質(zhì)量，加強操作爐型管理，爐前鐵口噴濺現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)，爐況適應(yīng)能力明顯增強，長期保持穩(wěn)定順行，煤氣利用率得到改善，燃料比不斷降低。

1 爐墻粘結(jié)簡述

正常生產(chǎn)的高爐，爐墻內(nèi)側(cè)有粘結(jié)物(又稱渣皮)，穩(wěn)定而活躍的渣皮層有保護(hù)爐墻的作用，但由于各種原因?qū)е聽t料在爐墻上形成粘結(jié)，那就破壞了正常的操作爐型，使高爐下料不暢，煤氣流分布不合理，高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將受到極大的影響［1］。根據(jù)粘結(jié)的形狀分為環(huán)形粘結(jié)和局部粘結(jié)，環(huán)行粘結(jié)遍布整個高爐截面，局部粘結(jié)居于爐內(nèi)一側(cè)，環(huán)形粘結(jié)和局部粘結(jié)是由于高爐圓周工作不均勻才造成的。根據(jù)粘結(jié)生成部位來分，又分為上部粘結(jié)和下部粘結(jié)，上部粘結(jié)主要是由于對邊緣管道行程、原燃料堿金屬含量高或粉末多、長期的低料線作業(yè)、偏料、爐內(nèi)高溫區(qū)上移等因素造成的;下部粘結(jié)多是爐溫、渣堿度大幅波動、下部管道行程、懸料、冷卻強度過大以及冷卻設(shè)備漏水等因素造成的［2］。

唐鋼2 號高爐爐腹、爐腰和爐身下部采用銅冷卻壁，爐身8 段～13 段采用鑄鐵冷卻壁，各段冷卻壁的平均溫度變化如圖1、圖2 所示。

從圖1、圖2 可以看出，1)高爐共出現(xiàn)了四次冷卻壁溫度處于低點的時間段;2)四次粘結(jié)銅冷卻壁的波動幅度較小，在一定溫度區(qū)間內(nèi)震蕩;3)8 段～10 段冷卻壁的溫度變化較劇烈，而11 段～13 段冷卻壁的溫度變化幅度較小。根據(jù)冷卻壁的溫度變化情況可判斷，爐墻粘結(jié)主要發(fā)生在爐身中下部。

唐鋼2 號高爐全爐溫差的變化趨勢如圖3 所示。

從圖3 可以看出，這四次粘結(jié)全爐水溫差既有各分區(qū)水溫差相差很大的，又有各分區(qū)水溫差基本接近的，由此可判斷出這四次粘結(jié)既有局部粘結(jié)又有環(huán)形粘結(jié)。

2 爐墻粘結(jié)的判斷與計算

根據(jù)全爐各區(qū)總溫差近似計算出各段水溫差，進(jìn)而計算出單塊冷卻壁熱流強度，由已知爐襯電偶溫度計算出爐襯內(nèi)側(cè)表面溫度，即爐內(nèi)溫度，并由此得出正常狀態(tài)下的爐內(nèi)溫度波動范圍，以此作為判斷爐襯工作狀態(tài)的依據(jù)。

圖1 銅冷卻壁的溫度變化

圖2 鐵冷卻壁的溫度變化

圖3 全爐分區(qū)水溫差的變化

2．1 基準(zhǔn)期的選擇

開爐初期的爐襯內(nèi)側(cè)表面溫度即表示爐內(nèi)溫度，以開爐后的爐襯電偶溫度穩(wěn)定階段作為基準(zhǔn)期，計算出爐內(nèi)基準(zhǔn)溫度。爐內(nèi)溫度計算方法如圖4 所示。

1)熱流強度的計算

單位面積冷卻壁的熱流強度計算公式如下:

式中:q——熱流強度，w/m2;

V——水量，m3/h;

ΔT——水溫差，℃;

A——冷卻壁面積，m2。

2)爐內(nèi)溫度的計算

式中:q——熱流強度，w/m2;

λ——導(dǎo)熱系數(shù)，w/m·℃;

L——測溫點到爐襯內(nèi)側(cè)距離，m;

T1——爐襯電偶溫度，℃;

T2——爐襯內(nèi)側(cè)溫度，℃。

3)爐內(nèi)基準(zhǔn)溫度的選擇

圖4 爐內(nèi)溫度計算示意圖

選取爐襯溫度平穩(wěn)的一段時期作為基準(zhǔn)計算，時間段選為2014年1月11日～19日，并由此計算出爐襯正常工作狀態(tài)下的正、負(fù)波動區(qū)間，即得出Max(T2)和Min(T2)。

2．2 非正常工作狀態(tài)下的計算

計算同公式(1)和公式(2)，得出非正常工作狀態(tài)下的爐襯內(nèi)側(cè)溫度T2＇，并由此跟爐內(nèi)基準(zhǔn)溫度范圍做比較，判斷此時爐襯工作狀態(tài):

當(dāng)T2＇＜Min(T2)時，判斷為“爐墻粘結(jié)”，并根據(jù)公式(2)反算出粘結(jié)尺寸;

當(dāng)T2＇＞Max(T2)時，視情況判斷為“爐襯侵蝕”;

（6）管理功能薄弱。多數(shù)平臺把重點放在實驗項目的虛擬仿真技術(shù)上，而對仿真實驗平臺的管理功能研發(fā)投入精力較少，導(dǎo)致管理功能較弱。學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)、預(yù)約、操作、記錄、書寫報告、提交成果，教師的實時審批、監(jiān)管、指導(dǎo)、批閱等各環(huán)節(jié)都應(yīng)在仿真平臺中實時進(jìn)行，平臺不僅要有仿真試驗功能，更應(yīng)具有實驗全過程實時管理功能，這樣才能更好的提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

當(dāng)Min(T2)≤T2＇≤Max(T2)時，判斷為“正?！薄?/p>

以2014年3月2日的爐身溫度為例，得出的計算結(jié)果如圖5 所示。

圖5 爐身各段四區(qū)爐墻粘結(jié)物計算厚度示意圖

結(jié)合計算結(jié)果、圖5 以及高爐運行參數(shù)可以判斷:1)高爐各區(qū)均出現(xiàn)不同程度爐墻粘結(jié)現(xiàn)象;2)爐墻粘結(jié)在高爐爐身徑向方向上具有一致性;3)爐身8 段～10 段爐墻粘結(jié)具有不均勻性，一區(qū)和四區(qū)粘結(jié)比較嚴(yán)重。

3 爐墻結(jié)厚原因分析

3．1 開爐操作爐型不合理

二爐大修6 段、7 段銅冷卻壁和8 段鐵冷卻壁全部重新更換為鑲磚冷卻壁，9 段冷卻壁只更換8塊鑲磚冷卻壁，其余32 塊未更換且鑲磚已掉光，所以8 段與9 段交接的地方約有170 mm 錯臺，上部噴涂彌補的效果很小，10 段～13 段局部各有2 塊～4塊冷卻壁更換，局部存在爐型不規(guī)整。

合理的操作爐型是煤氣流在經(jīng)過爐腰后上升過程中不斷收縮，而錯臺的存在勢必會打破這一平衡，首先會造成爐料下降不順暢，其次使得熱的煤氣流在經(jīng)過爐身下部這個錯臺后進(jìn)入一個較之前大的容積范圍，從而造成流速上的降低，使得在這個區(qū)域熱的煤氣流和爐料的熱交換增加，極易造成爐料提早過熔，在發(fā)生下部煤氣流異常時形成粘結(jié)。

3．2 原燃料質(zhì)量波動大

當(dāng)環(huán)保要求燒結(jié)機限產(chǎn)時，高爐配吃大量落地?zé)Y(jié)礦，燒結(jié)礦堿度的大幅調(diào)整或焦炭結(jié)構(gòu)的頻繁變化，這些都會造成原燃料質(zhì)量的大幅波動，勢必會造成爐內(nèi)煤氣流的變化，進(jìn)而影響到爐缸熱制度和造渣制度，而爐缸熱量的變化和爐料堿度的變化會導(dǎo)致爐料軟熔帶根部的上下變化，很容易形成爐墻粘結(jié)。

3．3 開爐上下部制度不匹配

二爐爐腹角78 ゜31 '5 ″偏大，開爐下部風(fēng)口面積偏大，風(fēng)口長度偏短，容易造成邊緣氣流發(fā)展，爐缸中心吹不透，爐缸工作狀態(tài)逐步變差，爐況波動較大。采取長期發(fā)展邊緣煤氣流的操作制度是滋生爐墻粘結(jié)的溫床［1］，邊緣煤氣流旺盛，促成高爐沿爐墻處溫度升高，礦石過早熔化，當(dāng)出現(xiàn)懸料、坐料等爐況失常時，高爐圓周溫度下降，已熔化的爐料就可能再凝結(jié)，形成粘結(jié)。

4 爐墻粘結(jié)處理措施

4．1 改善原燃料質(zhì)量，加強入爐原燃料監(jiān)控

精料是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，提高入爐品位是精料的核心。原燃料質(zhì)量提高，改善高爐料柱透氣性和透液性，有利于降低入爐焦比和操作爐型的穩(wěn)定，減少了局部管道氣流。

1)2 號高爐確定合理的爐料結(jié)構(gòu)為:燒結(jié)礦(74%)+球團(tuán)礦(6%)+麥克礦(20%)，嚴(yán)格控制生礦比不超20%，通過調(diào)整燒結(jié)礦和球團(tuán)礦的配比調(diào)整爐渣堿度，入爐礦石品位達(dá)到57．8%左右，渣量大幅降低，渣鐵比降到320kg/t． Fe 左右，入爐礦石品位提高和渣量降低能有效改善料柱透氣性和透液性，同時能形成合理穩(wěn)定的軟熔帶，有利于爐況的穩(wěn)定順行。

2)及時了解原燃料，特別是焦炭質(zhì)量和燒結(jié)礦的變化，自產(chǎn)焦產(chǎn)量不能滿足生產(chǎn)，且質(zhì)量不穩(wěn)定，必須配吃一定數(shù)量的外購焦，外購焦的比例約為40%，在一定程度上能夠提高和穩(wěn)定焦炭質(zhì)量，保持焦炭結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定，加強對焦炭灰份、轉(zhuǎn)鼓、反應(yīng)性和反應(yīng)后強度等指標(biāo)的監(jiān)控，高爐區(qū)和焦化區(qū)、燒結(jié)區(qū)加強聯(lián)系與溝通，當(dāng)焦炭質(zhì)量和燒結(jié)礦發(fā)生波動時及時采取應(yīng)對措施，避免爐況出現(xiàn)較大波動。

3)高爐加強篩網(wǎng)管理，提高篩分效果，減少入爐料粉末，對焦炭和燒結(jié)礦進(jìn)行槽下篩分管理，合理控制篩速，在保證不影響上料速度的前提下，盡量關(guān)小閘門開度。要求崗位人員加強責(zé)任心，加強原燃料系統(tǒng)的檢查與維護(hù)，定時檢查原燃料設(shè)備，清理槽下篩網(wǎng)。

4．2 上下部制度調(diào)整

合理的下部送風(fēng)制度是爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，決定著下部初始煤氣流分布，確保爐缸工作均勻活躍，爐頂布料決定著爐料分布和中上部煤氣流走向。

4．2．1 上部裝料制度的調(diào)整

使用以形成布料平臺為根本的裝料制度，使平臺的寬度和穩(wěn)定性達(dá)到最佳狀態(tài)，確立“穩(wěn)定中心氣流，適當(dāng)抑制邊緣氣流”的布料方針，提高爐況的適應(yīng)性和最佳的煤氣利用率，保證爐溫充沛穩(wěn)定，渣鐵流動性好，下料均勻穩(wěn)定，爐體溫度合適穩(wěn)定。

開爐點火送風(fēng)后的裝料制度調(diào)整過程見表1。

表1 爐況各階段裝料制度

由表1 可知，調(diào)整過程主要為先嘗試開放邊緣氣流，避免爐墻粘結(jié)，但是效果并不好，然后調(diào)整為抑制邊緣氣流，穩(wěn)定中心氣流，消除邊緣竄氣和偏滑尺現(xiàn)象，穩(wěn)定壁體溫度場，最后逐步形成邊緣平坦、中心漏斗的料面形狀，邊緣及中心氣流進(jìn)一步合理穩(wěn)定，煤氣利用明顯改善，達(dá)到45%以上，冷卻壁溫度場穩(wěn)定性提高，爐況實現(xiàn)長期穩(wěn)定順行。

4．2．2 下部送風(fēng)制度的調(diào)整

下部調(diào)劑主要調(diào)整風(fēng)口長度和面積，使送風(fēng)制度更加合理，形成合理的初始煤氣流，確保爐缸工作均勻活躍。開爐以后，風(fēng)口面積S =0．3292 m2，風(fēng)口具體配置見表2。

表2 開爐后高爐風(fēng)口調(diào)整具體配置

由表2 可知，2014年下半年大幅縮小風(fēng)口面積和加長風(fēng)口長度，保持煤氣流吹透中心，實現(xiàn)爐缸工作均勻活躍，結(jié)合進(jìn)行上部裝料制度的摸索，達(dá)到上下部制度相匹配，在大風(fēng)量水平的基礎(chǔ)上，充分抑制邊緣氣流，確保爐況穩(wěn)定順行。

4．3 合理控制熱制度和造渣制度

1)冶煉過程中控制充足且穩(wěn)定的爐溫是保證高爐穩(wěn)定順行的基本前提，2 號高爐控制生鐵［Si］在0．45% ～0．55%，鐵水物理熱1500 ℃以上，增強對外界不利因素的抵抗能力，減少爐況波動，風(fēng)口全部均勻噴吹，提高風(fēng)溫平均水平，充分發(fā)揮熱風(fēng)爐的潛力，加強對熱風(fēng)爐燒爐和換爐的管理，提高全風(fēng)溫意識，保證渣鐵物理熱充足穩(wěn)定。

2)控制適宜的爐渣堿度，綜合考慮爐渣流動性和脫硫能力兩方面的影響，造渣制度選擇爐渣堿度在1．15 ～1．20。由于外礦中Al2O3含量較高，導(dǎo)致高爐渣中Al2O3含量較高，爐渣的冶金性能也發(fā)生了變化，保持MgO/Al2O3在0． 5 ～0． 6，爐渣中的Al2O3是各種原燃料帶入高爐的，可通過合理配煤，降低噴吹煤粉和焦炭帶入高爐Al2O3量。

5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善效果

結(jié)合原燃料質(zhì)量情況，通過調(diào)整上下部制度等一系列措施的實施，唐鋼2 號高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到有效地提高，2014年第四季度和2015年第一季度主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 2014年第四季度和2015年第一季度主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1)爐型合理穩(wěn)定:實現(xiàn)渣皮穩(wěn)定，壁體溫度場合理，高爐適應(yīng)原燃料變化能力明顯增強，爐況大幅波動次數(shù)明顯減少，保持高爐長期穩(wěn)定順行。

2)利用系數(shù)提高:通過操作制度的調(diào)整，有利于增加風(fēng)量，利用系數(shù)提高到2．30 t/(m3·d)以上。

3)能耗降低:爐況穩(wěn)定順行，可以降低入爐焦比，加重焦炭負(fù)荷，改善煤氣利用率，降低燃料比，從而高爐能耗降低。

6 結(jié)語

1)開爐先天性操作爐型的不合理是造成爐墻粘結(jié)的根本原因，改造型高爐更換部分冷卻壁時應(yīng)引起重視。

2)合理的下部送風(fēng)制度是爐況穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，需通過下部調(diào)劑活躍爐缸，改善爐況順行，然后輔助上部料制，優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

3)根據(jù)爐身磚襯溫度計算出爐墻粘結(jié)厚度，為爐況判斷提供參考，爐內(nèi)精細(xì)化操作，控制穩(wěn)定的爐溫和堿度是避免爐墻粘結(jié)的有效途徑。

4)高爐穩(wěn)定順行是一項系統(tǒng)工程，任何因素的影響都可能導(dǎo)致爐況波動或失常，應(yīng)繼續(xù)堅持精料方針，建立完善的高爐管理體系，對日常操作實行量化管理，制定科學(xué)適宜的高爐操作方針，通過控制合理穩(wěn)定操作爐型，實現(xiàn)高效與長壽，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］廖可橋． 爐墻結(jié)厚的處理和預(yù)防［J］．鄂鋼科技，2005(3):24－25．

［2］王筱留． 鋼鐵冶金學(xué)(煉鐵部分第二版)［M］． 北京:冶金工業(yè)出版社，2004:188 －189．