鞍鋼3200 m3高爐大修技術(shù)應(yīng)用與開(kāi)爐達(dá)產(chǎn)實(shí)踐

張立國(guó) ，李建軍 ，趙德勝 ，張海明 ，張殿安 ，張磊 ，劉寶奎

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009；2.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠(chǎng)，遼寧鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠(chǎng)新1號(hào)高爐（3200 m3）為鞍鋼集團(tuán)本世紀(jì)初新建的第一座現(xiàn)代化大型高爐，投產(chǎn)后的高爐爐體及附屬設(shè)備處于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，技術(shù)指標(biāo)也長(zhǎng)時(shí)間位于國(guó)內(nèi)外同體積優(yōu)秀高爐之列。但進(jìn)入2014年以來(lái)，經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度冶煉后，高爐爐底、爐缸等多部位炭磚侵蝕嚴(yán)重，多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的溫度居高不下，加之高爐爐身、爐腹等部位存在多處冷卻板損毀問(wèn)題，還伴隨著爐殼開(kāi)裂等不利于安全生產(chǎn)的現(xiàn)象發(fā)生，受這些不利因素的影響，高爐產(chǎn)能水平受到極大制約。面對(duì)這種情況，鞍鋼公司于2016年底在歷經(jīng)多次大修方案論證后，決定利用百天左右工期，完成對(duì)爐內(nèi)損毀磚襯、爐殼、冷卻壁、破損冷卻板以及部分附屬裝備的更換，同時(shí)新增一套干法除塵工藝，大修后的高爐于2017年3月27日點(diǎn)火送風(fēng)，開(kāi)爐后的高爐穩(wěn)步進(jìn)入達(dá)產(chǎn)狀態(tài)，標(biāo)志著整體大修工程達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 大修工程主要技術(shù)應(yīng)用

1.1 爐底、爐缸炭磚更換

新1號(hào)高爐停爐之前，爐底、爐缸部位均采用的是國(guó)產(chǎn)超微孔炭磚結(jié)合國(guó)產(chǎn)陶瓷襯體的砌筑結(jié)構(gòu)，這種襯體構(gòu)成符合當(dāng)代高爐長(zhǎng)壽理念，既可以利用陶瓷襯體抗渣鐵侵蝕能力強(qiáng)，又能充分發(fā)揮超微孔炭磚平均孔徑和顯氣孔率低的優(yōu)勢(shì)，能夠減輕滲鐵現(xiàn)象發(fā)生。但在此次停爐破損調(diào)查過(guò)程中，還是發(fā)現(xiàn)了爐底、爐缸侵蝕較為嚴(yán)重，尤其是爐缸二段、三段冷卻壁位置，鐵口下方最薄部位處僅剩下200 mm左右，且呈現(xiàn)出了侵蝕極不均勻的狀態(tài)，證實(shí)了此次停爐的正確性，同時(shí)也說(shuō)明即使采用這種較為合理的磚襯混搭結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度冶煉生產(chǎn)后，爐襯也會(huì)不可避免地出現(xiàn)破損減薄，同時(shí)也指出了無(wú)論是采用何種爐襯結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化冶煉制度都是導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)磚襯損毀的最為直接原因。新1號(hào)高爐此次大修工程爐底、爐缸磚襯新砌筑情況見(jiàn)表1。

表1 新1號(hào)高爐爐缸、爐底砌筑結(jié)構(gòu)

由于炭磚生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)受到原煤質(zhì)量、設(shè)備條件和加工工藝制度等諸多因素影響，因此成品炭磚技術(shù)指標(biāo)也會(huì)表現(xiàn)出參差不齊。鞍鋼及國(guó)內(nèi)外多座高爐近些年長(zhǎng)壽經(jīng)驗(yàn)表明，采用進(jìn)口SGL超微孔炭磚結(jié)合國(guó)產(chǎn)陶瓷砌體是當(dāng)下較為適合新1號(hào)高爐爐底、爐缸的砌筑結(jié)構(gòu)[1-2]，能夠最大限度增強(qiáng)爐襯在日常生產(chǎn)中的抗損毀能力，因此，此次大修方案爐底、爐缸襯體結(jié)構(gòu)的制定，仍采用這種爐襯設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，并于2017年2月17日開(kāi)始重新鋪磚，2月11日砌筑結(jié)束，整個(gè)工期歷時(shí)23天，要求在砌筑過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，力求做到減少磚縫距離，磚體耦合嚴(yán)格，縫隙料填充均勻飽滿(mǎn)的砌筑要求。

1.2 冷卻壁及冷卻板更換

新1號(hào)高爐設(shè)計(jì)之初就采用了區(qū)別于國(guó)內(nèi)外其它大部分高爐的獨(dú)特方案，采用了爐腹、爐腰、爐身中下部位安裝43層銅冷卻板，并結(jié)合六段爐缸冷卻壁的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，目的是在短時(shí)間休風(fēng)狀態(tài)下，可以實(shí)現(xiàn)破損冷卻板的快速在線(xiàn)更換。作為新1號(hào)高爐來(lái)講，經(jīng)歷了近4年的高強(qiáng)度冶煉后，加之上一代高爐大修未能及時(shí)完成對(duì)爐腹、爐腰、爐身中下部等處的冷卻板進(jìn)行更換，致使?fàn)t體自身多塊冷卻板破損嚴(yán)重，初步統(tǒng)計(jì)停爐前損毀數(shù)量已達(dá)到235塊，具體表現(xiàn)為生產(chǎn)過(guò)程中?？梢?jiàn)到爐皮發(fā)紅，且伴隨著煤氣泄漏嚴(yán)重的現(xiàn)象發(fā)生，這些都嚴(yán)重制約了日常安全生產(chǎn)及冶煉強(qiáng)度的提升。鞍鋼決定利用此次大修時(shí)機(jī)，在搭建爐內(nèi)保護(hù)吊盤(pán)后，完成對(duì)爐缸部位的五段冷卻壁整體破拆，爐腹、爐腰、爐身部位多處損毀冷卻板，以及原有多處所增設(shè)的微型冷卻器的拆除，并進(jìn)行了相關(guān)冷卻裝備更換。由于工期因素的制約，此次冷卻板也未能按計(jì)劃全部更換完成，僅是對(duì)部分破損嚴(yán)重區(qū)域的冷卻板進(jìn)行更換，數(shù)量總計(jì)539塊。新1號(hào)高爐此次大修工程不同爐體位置冷卻板和冷卻壁更換情況見(jiàn)表2。

表2 新1號(hào)高爐不同爐體位置冷卻板和冷卻壁更換情況

1.3 爐殼部分更換和修補(bǔ)

鞍鋼新1號(hào)高爐停爐大修還有一個(gè)重要原因，就是高爐爐體存在較為嚴(yán)重的爐殼開(kāi)裂問(wèn)題，由于新1號(hào)高爐為鞍鋼最早投產(chǎn)的大型高爐，爐殼是采用早期較低標(biāo)準(zhǔn)的鍋爐用鋼材質(zhì)，設(shè)計(jì)爐殼厚度雖為60 mm，但在經(jīng)歷了兩代爐役的長(zhǎng)時(shí)間高強(qiáng)度冶煉后，由于爐內(nèi)熱應(yīng)力的不斷積存，導(dǎo)致磚襯膨脹，致使多處冷卻裝置變形，從而形成了爐殼的脹裂現(xiàn)象，期間雖經(jīng)歷多次采用加肋筋、焊補(bǔ)爐殼等措施進(jìn)行修補(bǔ)，但收效甚微；同時(shí)由于爐殼煤氣泄漏現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，不少部位被迫點(diǎn)火，用以消除煤氣危險(xiǎn)源，這也帶來(lái)了高爐爐殼基體組織中晶格加劇畸變，嚴(yán)重地影響了爐殼自身強(qiáng)度，給高爐日常安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大的隱患。新1號(hào)高爐此次大修工程不同爐體位置爐殼更換情況見(jiàn)表3所示。

表3 新1號(hào)高爐不同爐體位置爐殼更換情況

此外，由于工程后期進(jìn)度緊張等因素，此次大修工程也未能按照設(shè)計(jì)完成爐殼的整體更換，只是對(duì)破損嚴(yán)重部分進(jìn)行了局部更換，這可能對(duì)日后高爐強(qiáng)化冶煉后的爐體日常維護(hù)帶來(lái)不利之處，未來(lái)值得引起重視。

1.4 干法除塵技術(shù)應(yīng)用

由于受到國(guó)家對(duì)于環(huán)保要求的愈發(fā)嚴(yán)格及高爐經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行的雙重需要，此次高爐停爐大修最重要的工程之一就是利用這段長(zhǎng)期停爐期，新增1套干法除塵工藝，以適應(yīng)當(dāng)前國(guó)家對(duì)于冶金企業(yè)要求，達(dá)到節(jié)約用水、增加發(fā)電量目的，實(shí)現(xiàn)降低煉鐵運(yùn)行成本的效果。新1號(hào)高爐干法除塵工藝設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 新1號(hào)高爐干法除塵工藝設(shè)備參數(shù)

此次干法除塵設(shè)備的安裝由于受到場(chǎng)地面積較為擁擠的現(xiàn)實(shí)條件制約，采取緊湊式布局方式，充分利用了周邊原有預(yù)留的空地資源，順利地實(shí)現(xiàn)了干法除塵工藝系統(tǒng)的安裝。

1.5 其它技術(shù)應(yīng)用

除以上技術(shù)外，此次大修工程還應(yīng)用了較多其它技術(shù)，如爐體噴涂料由高鋁質(zhì)改為氮化硅質(zhì)；爐頂采用PC2.5加強(qiáng)型水冷齒輪箱，并采用新型低噪音高爐煤氣調(diào)節(jié)閥組技術(shù)；對(duì)于熱風(fēng)爐工藝系統(tǒng)，采用了更換新型煤氣、空氣雙預(yù)熱換熱器，熱風(fēng)爐短管三岔口處采用組合磚砌筑技術(shù)；同時(shí)為提升高爐工藝自動(dòng)化控制水平，高爐、熱風(fēng)爐、上料、沖渣等系統(tǒng)均采用國(guó)際先進(jìn)三電一體化集中控制系統(tǒng)，并輔助安裝了一整套高爐專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)等。

2 高爐開(kāi)爐

開(kāi)爐效果的好壞直接關(guān)系到日后爐況運(yùn)行狀態(tài)，還會(huì)對(duì)爐體長(zhǎng)壽具有決定性的影響，因此，當(dāng)大修工程進(jìn)入尾期后，公司多個(gè)部門(mén)及煉鐵總廠(chǎng)相關(guān)人員就提前介入了高爐開(kāi)爐工作，并迅速組織各方面條件，做到預(yù)先準(zhǔn)備，以滿(mǎn)足開(kāi)爐工作的需要。

2.1 烘爐

高爐一代爐役投產(chǎn)之初，需要對(duì)爐體內(nèi)部進(jìn)行預(yù)熱烘爐，以達(dá)到消除爐襯水分、熱應(yīng)力和不良膨脹的效果。由于本次熱風(fēng)爐本體未參與大修，仍處于保溫狀態(tài)，因此，此次烘爐采用熱風(fēng)爐鼓風(fēng)烘爐，烘爐過(guò)程中以熱風(fēng)溫度為基準(zhǔn)，鼓入風(fēng)量為調(diào)劑手段，同時(shí)以爐頂溫度為制約條件，整個(gè)烘爐期間要求嚴(yán)格按烘爐曲線(xiàn)進(jìn)行烘爐，熱風(fēng)流量控制在2 000～2 500 m3/min。新1號(hào)高爐烘爐溫度控制曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 新1號(hào)高爐烘爐溫度控制曲線(xiàn)

烘爐風(fēng)溫由室溫開(kāi)始，以50℃/h的速度穩(wěn)定升至200℃，保持恒溫40 h，并以50℃/h速度升至350℃，溫度恒定20 h，再以50℃/h速度升至450℃，恒溫時(shí)間 93 h，在爐體充分預(yù)熱后，以50℃/h的速度降至150℃，烘爐工作于2017年3月26日凌晨2：00結(jié)束，歷時(shí)168 h。烘爐期間要求熱風(fēng)爐換爐風(fēng)溫波動(dòng)小于20℃，并保證爐頂溫度不超標(biāo)的前提下盡量使用上限風(fēng)量；如遇爐頂溫度超標(biāo)時(shí)，可適當(dāng)降低風(fēng)溫30～50℃，打開(kāi)風(fēng)口大蓋并以自然風(fēng)進(jìn)行冷卻，同時(shí)爐頂放散閥全開(kāi)，保證控制烘爐溫度恒定。

2.2 試壓及試漏

高爐作為密閉容器，在爐體墊板焊嚴(yán)、高爐壓漿、烘爐這些工作都結(jié)束后，還需要對(duì)爐體的氣密性進(jìn)行檢測(cè)，此次高爐系統(tǒng)通風(fēng)試漏、試壓和煤氣除塵系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)均采用同步進(jìn)行方式，并配套8 000 m3/h電動(dòng)風(fēng)機(jī)為試漏、試壓風(fēng)源。氣密性試漏和強(qiáng)度性試壓分階段進(jìn)行，于2017年3月26日8：05開(kāi)始送風(fēng)試漏、試壓，至24：45結(jié)束。在氣密性試漏中，爐頂壓力要求控制在0.05 MPa，之后再采取站臺(tái)階的方式將頂壓提升至極限0.23 MPa進(jìn)行強(qiáng)度性試壓，測(cè)試完畢后，對(duì)存在的不同漏點(diǎn)進(jìn)行處置。本次試漏工作中統(tǒng)計(jì)查出爐體漏點(diǎn)207處，全部都按要求在規(guī)定時(shí)間做出了處理，說(shuō)明本次爐體大修整體效果良好。

2.3 爐體裝料

開(kāi)爐工作的關(guān)鍵之處就在于不同爐料的合理搭配組成，需要在詳細(xì)計(jì)算基礎(chǔ)上，保持入爐爐料堿度與焦炭負(fù)荷的合理性設(shè)置，即要做到保證不同爐料的傾倒數(shù)量及裝填次序無(wú)失誤。新1號(hào)高爐開(kāi)爐之前，也在總結(jié)過(guò)去多座高爐開(kāi)爐裝料制度基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)多次驗(yàn)算，最終確定了開(kāi)爐料的種類(lèi)及料批布料順序。新1號(hào)高爐開(kāi)爐裝填料規(guī)定條件見(jiàn)表5。

表5 新1號(hào)高爐開(kāi)爐裝填料規(guī)定條件

此次新1號(hào)高爐采用15段設(shè)置方式，段數(shù)設(shè)置較多的目的在于，能夠使?fàn)t內(nèi)O/C的分布平滑過(guò)度，改善料柱透氣性，有利于下料順暢。新1號(hào)高爐爐體不同段數(shù)焦炭負(fù)荷見(jiàn)表6。

表6 新1號(hào)高爐體爐不同段數(shù)的焦炭負(fù)荷

新1號(hào)高爐大修工程結(jié)束后，依然沿用了鞍鋼煉鐵總廠(chǎng)常用的傳統(tǒng)開(kāi)爐方式，并于2017年3月26日15：15進(jìn)行爐底墊底焦炭的傾倒，至16：00時(shí)結(jié)束后進(jìn)行爐內(nèi)枕木料填裝，枕木數(shù)量共計(jì) 2 300根，至2017年3月27日6：00結(jié)束。此次裝填過(guò)程中采用人工排擺的方式，摒棄以往粗放投入方式，目的是加快枕木燃燒，快速形成爐內(nèi)爐料反應(yīng)空間，達(dá)到迅速開(kāi)爐的效果。之后凈焦裝填至高爐爐腹1/2處，爐身1/8以下為控料，以上部位為正常料，并按計(jì)劃上料至爐喉位置，料線(xiàn)按計(jì)劃控制在1.80 m。其中正常爐料的結(jié)構(gòu)為鞍鋼二燒燒結(jié)礦加弓長(zhǎng)嶺球團(tuán)，期間配加錳礦、石灰石、硅石及菱鎂石熔劑，用以調(diào)節(jié)爐渣堿度，遵循正常料下取入爐焦比為750 kg/t，開(kāi)爐渣比為1 150 kg/t的原則，同時(shí)提高球團(tuán)礦比至35%，目的在于提升開(kāi)爐料鐵品位，使高爐出鐵過(guò)程更加順利。

2.4 點(diǎn)火送風(fēng)

此次開(kāi)爐共計(jì)堵6個(gè)風(fēng)口，堵住的風(fēng)口在圓周方向上成均勻分布狀態(tài)，以保證開(kāi)爐過(guò)程中爐缸都能保持工作狀態(tài)活躍，并于2017年3月27日23：50點(diǎn)火送風(fēng)，之后料尺出現(xiàn)松動(dòng)，送風(fēng)初期4個(gè)鐵口眼全部打開(kāi)，但3月28日5：00時(shí)2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)鐵口噴出瓦斯過(guò)大，致使?fàn)t前煙塵大、出鐵場(chǎng)煤氣含量較高現(xiàn)象，被迫采取堵炮措施，并只留下1號(hào)鐵口，至3月28日24:00時(shí)，在此期間上料共計(jì)56批（批重42 t），開(kāi)始進(jìn)行第一爐出鐵作業(yè)；至3月29日8：00時(shí)，2號(hào)鐵口出鐵，出鐵過(guò)程中爐渣走水沖渣工藝，表觀(guān)可看到渣鐵流動(dòng)性良好，說(shuō)明爐溫充沛，渣鐵分離良好，經(jīng)過(guò)測(cè)試后，鐵水物理熱達(dá)到1 420℃，此次出鐵量共計(jì)達(dá)到176 t，鐵水中 ω[Si]量為 4.29%，ω[S]含量為 0.01%；至2017年4月1日風(fēng)量提升至5 000 m3/min，高爐風(fēng)口全部打開(kāi)，2017年4月1日9:00氧氣流量為5 000 m3/h，入爐焦比降低至350 kg/t，鐵水中ω[Si]降至 0.7%～0.9%,開(kāi)始供應(yīng)后續(xù)煉鋼工藝生產(chǎn)，至此時(shí)，標(biāo)志著鞍鋼煉鐵總廠(chǎng)新1號(hào)高爐開(kāi)爐取得圓滿(mǎn)成功。

3 高爐投產(chǎn)效果

新1號(hào)高爐開(kāi)爐之初，就制定出嚴(yán)格操作標(biāo)準(zhǔn)。在裝料制度的選擇上，采用“中心加焦”方式進(jìn)行日常布料，形成以中心氣流為基礎(chǔ)，兼顧邊緣氣流為輔助，邊緣與中心氣流相結(jié)合的方式，以達(dá)到氣流合理分布的目的，同時(shí)采取逐步加大批重及提升頂壓的方法，用以改善爐內(nèi)煤氣利用率，改進(jìn)爐內(nèi)冶煉進(jìn)程。下部調(diào)劑制度選擇上，采取穩(wěn)中求進(jìn)的方針，杜絕激進(jìn)提升冶煉強(qiáng)度行為的發(fā)生，采取“站住臺(tái)階，再緩步往上爬”的操作策略，逐步加大風(fēng)量，提升風(fēng)溫，在穩(wěn)步降低入爐焦比，提升噴吹煤比的同時(shí)，做到富氧量的逐步提升，力求保證投產(chǎn)初期高爐內(nèi)部的鼓風(fēng)動(dòng)能、理論燃燒溫度、風(fēng)口回旋區(qū)形狀及爐腹煤氣量指數(shù)等重要操作參數(shù)都控制在適宜水平，實(shí)現(xiàn)爐缸工作狀態(tài)均勻及活躍。日常生產(chǎn)中，在做到保持入爐原燃料質(zhì)量及搭配比例穩(wěn)定，杜絕頻繁的堿度變動(dòng)的同時(shí)，穩(wěn)定鐵水物理熱量，并嚴(yán)禁發(fā)生低爐溫的現(xiàn)象，以保證爐內(nèi)渣鐵充分分離和必要的爐內(nèi)脫硫條件。并優(yōu)化爐前操作，維護(hù)必要的鐵口深度，要求及時(shí)出凈爐內(nèi)渣鐵，做到杜絕憋鐵的事件發(fā)生。新1號(hào)高爐開(kāi)爐初期，高爐生產(chǎn)表現(xiàn)穩(wěn)定，爐況順行狀況良好，此期間主要操作指標(biāo)和燃料消耗也處于較為理想水平，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化投產(chǎn)的目標(biāo)。2017年新1號(hào)高爐投產(chǎn)初期高爐操作指標(biāo)見(jiàn)表7。

表7 新1號(hào)高爐投產(chǎn)初期高爐操作指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

（1）鞍鋼煉鐵總廠(chǎng)新1號(hào)高爐停爐破損調(diào)查發(fā)現(xiàn)，爐底、爐缸呈現(xiàn)出了整體侵蝕不均勻的狀態(tài)，證實(shí)了此次停爐正確性，同時(shí)也說(shuō)明無(wú)論采用何種磚襯材質(zhì)及搭配結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)化冶煉制度下，都是導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)磚襯損毀的最為直接原因。

（2）開(kāi)爐工作的關(guān)鍵之處在于不同爐料的合理搭配組成，需要在詳細(xì)計(jì)算基礎(chǔ)上，保持爐料堿度與焦炭負(fù)荷設(shè)置的合理性，并要保證做到不同爐料的傾倒數(shù)量及裝填次序無(wú)失誤。

（3）采用多段數(shù)O/C負(fù)荷設(shè)置方式，能夠達(dá)到爐內(nèi)O/C負(fù)荷的分布平滑過(guò)度效果，有利于改善料柱透氣性及開(kāi)爐初期的渣鐵流動(dòng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)爐況穩(wěn)定順行。

（4）圓周方向上堵住成均勻分布狀態(tài)的部分風(fēng)口，可以幫助爐體下部初始煤氣流分布均勻，有利于保持開(kāi)爐過(guò)程中爐缸活躍的狀態(tài)工作。

（5）開(kāi)爐后的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，應(yīng)杜絕激進(jìn)提升冶煉強(qiáng)度行為，采取“站住臺(tái)階，再緩步往上爬”的操作策略，以保證鼓風(fēng)動(dòng)能、理論燃燒溫度、風(fēng)口回旋區(qū)形狀及爐腹煤氣量指數(shù)等重要操作參數(shù)控制在適宜水平，達(dá)到活躍爐缸的效果。

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