安鋼2 200 m3高爐大修開爐實(shí)踐

牛富軍 焦虎豐 李勝杰

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

安鋼1#高爐設(shè)計爐容2 200 m3，第一代爐役于2017年10月18日順利停爐大修，爐缸標(biāo)高6.294 m以上碳磚及陶瓷杯全部拆除更換成國產(chǎn)碳磚后，對爐底及風(fēng)口區(qū)進(jìn)行了整體澆筑，更換了部分漏水冷卻壁，對爐體冷卻壁熱面進(jìn)行了噴涂修復(fù)，以恢復(fù)高爐內(nèi)襯。同時對出鐵場及槽下進(jìn)行了環(huán)保提升改造。高爐二代爐役于2018年3月24日18:06點(diǎn)火投產(chǎn)， 3月25日16:16順利打開鐵口出第一次渣鐵，首次鐵2.78%的生鐵含硅和1 503 ℃的鐵水物理熱標(biāo)志著開爐工作的順利完成。開爐第五天產(chǎn)量達(dá)到4 680 t，利用系數(shù)達(dá)到2.13 t/（m3·d）。

1 開爐前的準(zhǔn)備

1.1 高爐試水

冷卻系統(tǒng)長時間停水會導(dǎo)致內(nèi)部管道因與空氣接觸而出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，更換冷卻壁施工期間帶入系統(tǒng)中的雜物、油污等會加速初期的腐蝕與結(jié)垢，因此，清洗是系統(tǒng)運(yùn)行前的必要工作，也為下一步預(yù)膜處理提供了良好的基礎(chǔ)。在高爐烘爐前對軟水系統(tǒng)進(jìn)行了為期3天的清洗作業(yè)，清洗完畢后又對水系統(tǒng)進(jìn)行了預(yù)膜處理，以便讓清洗后處于活化狀態(tài)下的金屬表面上預(yù)先生成一層完整而又耐腐蝕的保護(hù)膜，提高設(shè)備的抑制腐蝕能力。

1.2 高爐烘爐

高爐烘爐的主要目的一是使高爐內(nèi)部耐火材料砌體的水分緩慢地蒸發(fā)，并得到充分加熱，提高高爐耐火內(nèi)襯的固結(jié)強(qiáng)度；二是加熱高爐本體設(shè)備至生產(chǎn)狀態(tài)，避免生產(chǎn)后因劇烈熱膨脹而損壞設(shè)備；三是在一定程度上消除冷卻設(shè)備的內(nèi)應(yīng)力。根據(jù)安鋼2 200 m3高爐所用耐材的理化性能制定了較為嚴(yán)格的烘爐方案和精準(zhǔn)的烘爐曲線，計劃烘爐時長168 h，烘爐溫度的控制以熱風(fēng)溫度為主、爐缸電偶溫度為輔，以高爐爐頂排出的廢氣含水量小于大氣含水量2 g/m3作為烘爐完成標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.1 烘爐曲線的制定

這次烘爐選用最為經(jīng)濟(jì)的熱風(fēng)烘爐，初始風(fēng)溫選用150 ℃，保溫8 h析出爐缸澆注料里的自由水，從150 ℃升溫至300 ℃用時24 h，在300 ℃保溫12 h，析出部分結(jié)晶水；從300 ℃升溫至600 ℃用時36 h，在600 ℃保溫36 h，析出全部結(jié)晶水，并使晶型相變完全，減少因相變造成的體積膨脹對澆注體的破壞。烘爐曲線如圖1所示。

圖1 高爐烘爐曲線

1.2.2 烘爐氣流的運(yùn)行路線

鼓風(fēng)機(jī)→冷風(fēng)總管→熱風(fēng)爐、混風(fēng)管路→熱風(fēng)總管→高爐→爐頂放散閥→排入大氣。

1.2.3 提高冷卻壁冷卻水溫

提高軟水溫度可以有效減少軟水系統(tǒng)烘爐期間帶走的熱量，有利于冷卻壁冷面與爐殼間自流式澆注料的固結(jié)和性能強(qiáng)化，烘爐期間主要采取了停用泵房板式換熱器的冷卻水，通過向膨脹罐內(nèi)通蒸汽使系統(tǒng)水溫升高，減小系統(tǒng)水量至正常水量的1/3以下等措施使水溫爭取提高到50 ℃以上。

1.2.4 爐體膨脹量測定

安鋼2 200 m3高爐爐體與周圍框架分離，正常情況下，高爐投入使用后，爐體會因爐內(nèi)耐火材料受熱及有害元素等的異常侵蝕而產(chǎn)生膨脹，為對爐體膨脹量進(jìn)行有效檢測，烘爐前在爐喉平臺安裝了一套膨脹檢測裝置；烘爐結(jié)束后，檢測到的爐體膨脹量為+0.6 cm，這與高爐局部大修有關(guān)。

1.3 氣密性及耐壓試驗(yàn)

氣密性及耐壓試驗(yàn)的目的是為了檢驗(yàn)施工質(zhì)量和驗(yàn)證各類管道、工藝設(shè)施的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時對整個高爐、熱風(fēng)爐、煤氣系統(tǒng)的流程工況做一次系統(tǒng)性的強(qiáng)度測試。選擇在高爐烘爐開始后高爐爐內(nèi)壓力達(dá)到0.1 MPa時進(jìn)行氣密性試驗(yàn)，烘爐進(jìn)入降溫末期關(guān)閉各氣孔后進(jìn)行了耐壓試驗(yàn)，耐壓試驗(yàn)最高壓力取0.23 MPa。耐壓試驗(yàn)氣流運(yùn)行路線：鼓風(fēng)機(jī)→冷風(fēng)放風(fēng)閥→熱風(fēng)爐→高爐→重力除塵器→干式布袋除塵器→減壓閥組→減壓閥組后放散閥→排向大氣。

1.4 開爐方案的制定

本次采用枕木開爐，為了節(jié)約木材，裝入的木頭全部為公司鐵路運(yùn)輸部門廢棄的枕木和硬雜木，與全焦開爐相比，枕木開爐有利于點(diǎn)火后爐料的順利下降和軟熔帶的生成。取料線1.5 m，高爐各部體積見表1。

表1 安鋼2 200 m3大修后各部體積 m3

1.4.1 焦批的選擇

國內(nèi)大型高爐開爐時，焦炭層厚度在爐腰處取0.2～0.3 m，爐喉處取0.5～0.6 m為宜。結(jié)合開爐原燃料的冶金性能，為提高開爐裝料料柱的透氣性，保證適合的焦層厚度，確定焦批為15 t/批，爐腰處焦炭層厚為0.245 4 m，爐喉處焦炭層厚為0.565 9 m。

開爐負(fù)荷料采用定焦調(diào)礦的方式，分步提高焦炭負(fù)荷和爐渣堿度，以實(shí)現(xiàn)礦焦比和爐渣堿度在高度上的合理分配，有利于生鐵含硅的快速、穩(wěn)定降低，實(shí)現(xiàn)精確控制。

1.4.2 爐料結(jié)構(gòu)

開爐料選用固定鐵料配比，調(diào)整副料量的爐料結(jié)構(gòu)，鐵料固定配比：燒結(jié)80%+豫河球團(tuán)15%+羅伊山塊礦5%，副料主要有白云石、石灰石、螢石、硅石、錳礦。開爐料的主要成分見表2。

表2 開爐料的主要成分

1.4.3 全爐參數(shù)及終渣成分

開爐料計算[Si]取3.0%，鐵水含鐵取94%，計算堿度由0.95倍分步過渡到1.05倍,全爐參數(shù)見表3，為改善渣鐵流動性能，冶煉合格生鐵，開爐料的爐渣堿度和Al2O3含量不宜太高[1]。開爐料終渣成分控制見表4。

表3 開爐料全爐參數(shù)

表4 開爐料終渣成分

1.4.4 空焦及凈焦位置

高爐生產(chǎn)的主要反應(yīng)區(qū)是風(fēng)口以上區(qū)域，風(fēng)口以下的焦炭雖然被不斷更新，但從整體上講只起簡單的骨架作用，同時考慮軟熔帶以下“死焦堆”的存在，一般開爐料爐腹1/2以下只裝不帶熔劑的凈焦；開爐時，爐底爐缸是逐漸被加熱的，應(yīng)避免熔化的渣鐵過早進(jìn)入尚未充分加熱的爐缸，在可能的條件下含鐵爐料的位置要裝在較高的位置，以盡量推遲第一批渣鐵到達(dá)爐缸的時間[2]，這樣易于提高首次鐵的物理熱和改善渣鐵的流動性。安鋼2 200 m3高爐大修開爐料的實(shí)際凈焦裝完的位置在爐腹以上0.5 m處，第一批負(fù)荷料則放在爐腰以上5.2 m處。

1.5 裝料

1.5.1 裝料入爐

先從爐頂裝入高0.8 m的底焦（實(shí)際裝入干焦量為38 t）后扒平，確保底焦覆蓋好三個鐵口煤氣導(dǎo)出管，溜槽α角度用最小角，底焦裝入后按照要求裝入枕木約150 m3后接近風(fēng)口大套下沿，然后再裝入凈焦152 t，料面基本與風(fēng)口小套中心線平。在此基礎(chǔ)上，開始往高爐裝開爐料。裝料計劃見表5。

表5 開爐裝料計劃

計劃開爐裝料共66批，實(shí)際裝入65批，實(shí)際裝入料批數(shù)和計劃批數(shù)相差控制在了±1批之內(nèi)。

1.5.2 裝料矩陣的選擇與后期調(diào)整

38 t鋪底焦與枕木上方到風(fēng)口小套中心線之間的152 t焦炭放料時，溜槽采用3°傾角。

凈焦1～11批放料時，溜槽采用3°傾角，凈焦第12批至空焦裝完采用以下布料矩陣：C332213（41.5°39°36.5°34°31°10°）。負(fù)荷料1開始采用以下布料矩陣：O343（36°34°32°）C332213（38° 36° 34° 32° 30° 10°），高爐裝料到料線6 m后打開爐頂大人孔觀察實(shí)際料面形狀，并在此基礎(chǔ)上對布料矩陣進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，形成了合理的布料平臺。

2 開爐操作

2.1 點(diǎn)火

安鋼2 200 m3高爐二代爐役于2018年3月24日18:06送風(fēng)點(diǎn)火，堵1#、7#、11#、15#、21#共5個風(fēng)口（全風(fēng)口28個），送風(fēng)面積0.247 4 m2，高爐送風(fēng)風(fēng)量1 500 m3/min，對應(yīng)熱風(fēng)壓力110 kPa，對應(yīng)實(shí)際風(fēng)速187 m/s；高爐點(diǎn)火風(fēng)溫700 ℃，送風(fēng)10 min后點(diǎn)著9#、12#風(fēng)口，19:30風(fēng)口全亮（堵的5個風(fēng)口除外），18:31料線開始松動；由于開爐送風(fēng)后爐子的透氣性較差、頂溫持續(xù)偏低，煤氣含氧量一直偏高，22:10坐料后透氣性指數(shù)由12.8上升至34.7，煤氣分析O2含量達(dá)到1.2%，隨著爐況趨于穩(wěn)定，下料順暢后煤氣含氧量低于引煤氣要求的0.6%，23:16開始引煤氣作業(yè)，24:00高爐引煤氣成功。

2.2 鐵口處理

開爐前，在三個出鐵口安裝煤氣導(dǎo)出管，爐內(nèi)鐵口區(qū)域未鋪設(shè)鐵口泥包，送風(fēng)后分別于25日6:30、5:10、7:40見渣后堵口，后為保證鐵口安全和出好首次鐵，分別于10：30、11:00、11:10打開1#鐵口、2#鐵口、3#鐵口置換出鐵孔道炮泥。

2.3 加風(fēng)速度

高爐開爐點(diǎn)火送風(fēng)后,初期加風(fēng)應(yīng)以保證下料順暢為原則，在軟熔帶形成時期要采取守風(fēng)量、慢加風(fēng)甚至減風(fēng)的方法進(jìn)行過渡，待風(fēng)壓恢復(fù)到正常水平，順行良好，可繼續(xù)加風(fēng)并適當(dāng)加快速度。按照此原則，安鋼2 200 m3高爐24日18:06送風(fēng)點(diǎn)火，前期加風(fēng)速度較計劃稍快，料線走勢呆滯，高爐22:10減風(fēng)坐料后料線走勢好轉(zhuǎn)，高爐開始回風(fēng)，至25日1:00風(fēng)量加至2 328 m3/min，后期加風(fēng)速度基本與制定的送風(fēng)計劃一致，開爐點(diǎn)火后24 h的加風(fēng)曲線如圖2所示。

2.4 出鐵出渣

開爐第一次出渣出鐵不僅是對整個前期工作的一次總檢驗(yàn)，同時還決定了開爐的成功與否。第一次出渣出鐵時間的選擇既要保證爐缸儲存夠一定的渣鐵量，又需防止渣鐵儲存量超過安全容鐵量而損壞風(fēng)口套。大型高爐一般以鐵口水平面以上儲存100 t鐵水作為出第一次鐵的條件。

圖2 開爐點(diǎn)火后24 h加風(fēng)曲線

2.4.1 理論計算與下料批數(shù)的雙控制

參照國內(nèi)高爐開爐經(jīng)驗(yàn)，大型高爐首次鐵出鐵時間控制在20～24 h較為合適，但時間只能作為一個參考，以累計風(fēng)量計算應(yīng)該更為合理。安鋼2 200 m3高爐大修開爐前，對第一次出渣、出鐵（計劃鐵量超過鐵口中心線后100 t）時的累計風(fēng)量進(jìn)行了理論計算，預(yù)計第一次出渣時的累計風(fēng)量為262.94萬m3，第一次出鐵時的累計風(fēng)量為 345.44 萬 m3。

結(jié)合開爐后的實(shí)際下料情況確定第一次鐵開口時間：累計風(fēng)量323.79萬m3時，第56批料入爐（計算冶煉周期45批料），此時爐內(nèi)生成鐵量應(yīng)為258.72+18.14×11=458.15 t，減去死鐵層計算儲鐵量380.646 t后剩余77.504 t，高爐準(zhǔn)備出鐵。

2.4.2 首次出鐵

25日16:16 ，打開1#鐵口出第一次鐵，16:18見渣，此時的累計風(fēng)量為335萬m3，理論計算鐵口中心線以上應(yīng)有鐵水129 t，實(shí)際出鐵52 t（因渣溝及臨時小坑冒泡未透風(fēng)堵口）。首次鐵鐵水含硅2.78%，與開爐算料計劃生鐵含硅基本接近，鐵水物理熱1 503 ℃，渣鐵流動性良好，鐵水成分見表6。

表6 第一次出鐵鐵水成分

3 指標(biāo)優(yōu)化與達(dá)產(chǎn)

3.1 開風(fēng)口

本次開爐堵5個風(fēng)口送風(fēng)，出首次鐵時的對應(yīng)風(fēng)量為2 900 m3/min，出渣出鐵后高爐開始加風(fēng)，25日24：00風(fēng)量加至全風(fēng)3 400 m3/min，對應(yīng)熱風(fēng)溫度900 ℃、熱風(fēng)壓力280 kPa，實(shí)際風(fēng)速262 m/s。26日3:45 開始捅開1#風(fēng)口，10:30捅開21#風(fēng)口，23：40捅開11#風(fēng)口后風(fēng)量加至3 950 m3/min，對應(yīng)風(fēng)溫加至1 000 ℃； 27日7:25 捅開15#風(fēng)口，17:30捅開7#風(fēng)口后高爐進(jìn)入全風(fēng)作業(yè)。

3.2 降低鐵水含硅

首次鐵具有良好的渣鐵流動性和物理熱，為高爐開爐后快速提高生產(chǎn)水平創(chuàng)造了條件，出第一次鐵后，在不降低鐵水物理熱的前提下生鐵含硅快速降低，26日鐵水含硅就下降到了1.0%以下。開爐后鐵水含硅的降低情況如圖3所示。

圖3 開爐后鐵水含硅降低情況

3.3 強(qiáng)化冶煉與氣流調(diào)整

點(diǎn)火送風(fēng)以后，為使?fàn)t況快速恢復(fù)到正常狀態(tài)，高爐開始分步增加焦炭負(fù)荷（見表7），26日6:10（30批）焦炭負(fù)荷加至3.03后，11:00高爐開始噴煤迎負(fù)荷，27日20:52開始富氧。伴隨著負(fù)荷的增加，對高爐布料矩陣做了相應(yīng)調(diào)整（見表8），逐步優(yōu)化氣流分布。

表7 點(diǎn)火后高爐加負(fù)荷情況

3.4 開爐后主要指標(biāo)

安鋼2 000 m3高爐24日18:06點(diǎn)火送風(fēng)以后，通過快速降低生鐵含硅、穩(wěn)步增加焦炭負(fù)荷、盡快實(shí)現(xiàn)富氧噴煤、及時開風(fēng)口實(shí)現(xiàn)全風(fēng)作業(yè)等有效措施和手段，結(jié)合上部對布料矩陣的優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了爐內(nèi)兩道氣流的合理分布和高爐各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的快速優(yōu)化，開爐第五天利用系數(shù)達(dá)到2.13 t/（m3·d），高爐開爐后主要技術(shù)指標(biāo)見表9。

表9 高爐開爐后主要技術(shù)指標(biāo)

表8 送風(fēng)后布料矩陣調(diào)整

4 結(jié)語

（1）制定科學(xué)合理的開爐方案是保證安全順利開爐的關(guān)鍵[3]，安鋼2 200 m3高爐（二代）開爐焦比選擇合適，負(fù)荷料放在爐身下部適當(dāng)靠上，避免鐵料過早下達(dá)爐缸，有利于首次鐵獲得良好的物理熱和渣鐵流動性。

（2）通過理論計算與下料批數(shù)的雙控制來確定首次鐵出鐵時間，實(shí)現(xiàn)了對第一次出鐵時間和出鐵量的精準(zhǔn)控制。

（3）開爐出首次鐵后，開風(fēng)口加風(fēng)與增加焦炭負(fù)荷和降低生鐵含硅有計劃同步聯(lián)動，是高爐快速達(dá)產(chǎn)的關(guān)鍵。

（4）首次鐵物理熱充足，渣鐵分離良好，INBA渣處理設(shè)施及時投用，有效解決了開爐期間使用干渣坑帶來的環(huán)境污染問題，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保開爐。