江陰興澄特鋼1#高爐冷卻壁損壞后的操作與維護(hù)實(shí)踐

劉運(yùn)峰，李容成，胡慕凱

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司煉鐵廠，江蘇 江陰 214429)

江陰興澄特鋼1#高爐(公稱容積1280 m3)于 2015年11月開爐投產(chǎn)。設(shè)計(jì)20個(gè)風(fēng)口，東西出鐵場(chǎng)各一個(gè)鐵口。高爐爐缸采用炭磚+陶瓷杯結(jié)構(gòu)。高爐本體采用全鑄鐵冷卻壁和軟水密閉循環(huán)冷卻模式。配置三座頂燃式熱風(fēng)爐、底濾法水沖渣工藝。開爐之初由于無1000 m3級(jí)高爐操作經(jīng)驗(yàn)，爐況順行欠佳，裝制調(diào)整不合理，中心氣流未打開，長(zhǎng)期靠發(fā)展邊緣的操作模式維持生產(chǎn)，導(dǎo)致爐腹至爐身下部經(jīng)常大面積渣皮脫落，冷卻壁溫度在400～800 ℃之間波動(dòng)。雖采取減風(fēng)、控氧措施，由于冷卻壁溫度經(jīng)常超過鑄鐵冷卻壁的相變溫度，1#高爐自2018年10月起，爐腹部位冷卻壁開始損壞。到2020年4月之后，冷卻壁燒損率加劇。爐腹段160根冷卻壁水管已跳接改為工業(yè)開路水冷卻的管路達(dá)到11路，閉水管路達(dá)到37路，損壞率高達(dá)30%。在2020年4月～2020年8月，冷卻壁損壞區(qū)域在不斷擴(kuò)大，西側(cè)、西北側(cè)尤為嚴(yán)重。爐腹至爐身下部區(qū)域冷卻壁壁體已不復(fù)存在，冷卻效果大幅降低，破損區(qū)域很難形成穩(wěn)定性渣皮，從而導(dǎo)致高爐爐況一直處于波動(dòng)狀態(tài)，多次出現(xiàn)氣流分布失常。由于大量冷卻水進(jìn)入高爐，導(dǎo)致高爐消耗居高不下。在日常生產(chǎn)中，爐殼發(fā)紅的狀況時(shí)常出現(xiàn)，存在重大安全隱患。在此期間采取以下應(yīng)對(duì)措施：(1)爐殼安裝銅冷卻柱和爐殼外部打水冷卻。(2)爐殼開裂嚴(yán)重部位，在其外部安裝冷卻水箱。(3)對(duì)輕微漏水的冷卻壁進(jìn)行控水。(4)嚴(yán)重漏水的冷卻壁管路進(jìn)行閉水，并采用跳接改為工業(yè)水冷卻。(5)漏水嚴(yán)重區(qū)域安裝攝像，加強(qiáng)監(jiān)控。(6)爐內(nèi)操作采用抑制邊緣氣流，開放中心氣流的布料模式。提高爐溫，(Si)/%按0.4%～0.6%、物理熱按1480～1500 ℃控制。(7)爐前加強(qiáng)渣鐵排放，確保出盡渣鐵。由于采取了上述有效措施，從冷卻壁破損到停爐中修，1#高爐未發(fā)生安全生產(chǎn)事故。

1 冷卻壁漏水對(duì)高爐操作的影響

1.1 高溫區(qū)冷卻壁漏水，導(dǎo)致高爐燃料消耗增加

爐身下部至爐腹區(qū)域爐內(nèi)溫度大概在700～1300 ℃，這個(gè)區(qū)域冷卻壁大量破損，會(huì)使冷卻水直接進(jìn)入爐內(nèi)高溫區(qū)，并與焦炭發(fā)生反應(yīng)：H2O+C=CO+H2，此反應(yīng)大量耗熱(1 kgH2O耗熱7285 kJ)并消耗固定碳[1]。結(jié)果產(chǎn)生還原性氣體，但在上升過程中并未得到充分利用，不能補(bǔ)償其不利方面，最終會(huì)造成燃料消耗量增加。根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，1 kg水漏入爐內(nèi)，通過升溫、汽化和分解反應(yīng)所消耗的熱量,需要 1.117 kg的焦炭來補(bǔ)償，同時(shí)考慮到 1 kg水分解產(chǎn)生的氫氣有三分之一參加還原反應(yīng)，抵消了0.364 kg焦炭的消耗，綜合起來，1 kg水漏入爐內(nèi)要消耗 0.753 kg焦炭[2]。漏水越多，消耗的焦炭量越多。下面是1#高爐正常冷卻壁和冷卻壁破損后的高爐操作指標(biāo)。

表1 1#高爐不同階段主要技經(jīng)指標(biāo)

從上表可以看出冷卻壁破損后高爐指標(biāo)不斷惡化，高爐產(chǎn)量從正常生產(chǎn)時(shí)的4000 t→3950 t→3800 t→3700 t，焦比從312 kg/t→322 kg/t→335 kg/t→360 kg/t，燃料比從518 kg/t→523 kg/t→526 kg/t→530 kg/t。主要原因還是冷卻壁漏水，消耗爐內(nèi)大量熱量造成的。

1.2 高溫區(qū)冷卻壁漏水，對(duì)高爐休、復(fù)風(fēng)影響

從操作方面看，高爐在休風(fēng)、復(fù)風(fēng)過程中，破損冷卻壁沒有及時(shí)控水或控水量不到位，會(huì)使冷卻水大量漏入爐內(nèi)。漏入爐內(nèi)的冷卻水與爐料接觸，在一定溫度下形成爐瘤粘結(jié)在爐墻上，影響爐內(nèi)氣流分布和爐料正常下降，容易引起崩、滑料，甚至造成高爐懸料。具體表現(xiàn)在高爐慢風(fēng)操作時(shí)，爐內(nèi)崩料、滑料、坐料次數(shù)增加(如表2)。冷卻壁漏水，導(dǎo)致高爐不順，高爐被迫減風(fēng)甚至慢風(fēng)操作，如果破損冷卻壁控水力度不夠就會(huì)造成爐涼甚至爐缸凍結(jié)的嚴(yán)重事故。2020年4月15日，1#高爐定修12小時(shí)處理冷卻壁漏水，復(fù)風(fēng)后出現(xiàn)了深崩料，料線達(dá)到5m 左右并伴有嚴(yán)重管道行程，煤氣流分布失常。1#高爐在恢復(fù)過程中出現(xiàn)懸料，工長(zhǎng)及時(shí)采取大幅度控風(fēng)、控水、縮礦批、輕負(fù)荷、加凈焦等有力措施，12h后爐溫開始回升，嚴(yán)格按壓差操作，高爐逐步恢復(fù)到全風(fēng)狀態(tài)。通過上述現(xiàn)象，可以分析認(rèn)為：冷卻壁漏水是引起爐況不順的主要原因。

表2 2020年1#高爐爐況波動(dòng)情況

2 冷卻壁漏水的高爐操作

2.1 采取多種措施對(duì)漏水冷卻壁處理，完善各種監(jiān)控制度

正常生產(chǎn)時(shí)對(duì)爐缸以上6～15段的冷卻壁160根水管進(jìn)行逐一排查，采取逐根同時(shí)關(guān)閉爐底進(jìn)水閥和爐頂回水閥，利用憋壓原理對(duì)冷卻壁水管進(jìn)行漏水排查。對(duì)檢查出的漏水管路進(jìn)行在線改為工業(yè)開路水，整路開路水雖能控制漏水冷卻壁漏入爐內(nèi)的水量，但是會(huì)降低此路其它段冷卻壁的冷卻強(qiáng)度。針對(duì)這一情況，我們利用休風(fēng)機(jī)會(huì)對(duì)漏水管路做水平衡，查出漏水的具體位置，排查結(jié)果顯示多為爐腹的6～7段冷卻壁。隨后對(duì)漏水的6～7段冷卻壁進(jìn)行水管跳接，漏水段改為工業(yè)開路水，未漏水的恢復(fù)軟水。由于爐腹段漏水管路偏多，而且比較集中，有的區(qū)域冷卻壁甚至不復(fù)存在。在日常生產(chǎn)中，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)爐殼冒蒸汽，甚至出現(xiàn)爐殼發(fā)紅現(xiàn)象。為了減少這些情況的發(fā)生，我們利用休風(fēng)機(jī)會(huì)對(duì)只剩爐殼的區(qū)域安裝銅冷卻柱。對(duì)冷卻壁集中損壞的區(qū)域，在爐殼外部安裝冷卻水箱，其它區(qū)域?qū)嵭袪t外打水強(qiáng)制冷卻。并在冷卻壁水管損壞區(qū)域安裝爐殼測(cè)溫?zé)犭娕?，現(xiàn)場(chǎng)安裝攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控，把爐殼測(cè)溫和現(xiàn)場(chǎng)攝像全部連接到主控室的大屏上等一系列措施。這樣不但大大減少了爐內(nèi)漏水量，也增強(qiáng)了冷卻壁破損區(qū)域爐殼的冷卻強(qiáng)度。同時(shí)我們制訂了多項(xiàng)管理制度，如定時(shí)測(cè)量、巡查制度、匯報(bào)制度，要求值班工長(zhǎng)和配管工一起聯(lián)合監(jiān)控漏水冷卻壁，做到勤監(jiān)測(cè)、勤記錄、勤調(diào)劑，加強(qiáng)責(zé)任心，嚴(yán)禁弄虛作假，保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。對(duì)漏水冷卻壁按漏水程度分區(qū)段分類別進(jìn)行水溫差的控制管理．當(dāng)班配管工每半小時(shí)巡查，每2 h測(cè)量、記錄一次。漏水特別嚴(yán)重的，水溫差按上限控制在 70～90 ℃，保證出水管頭不斷水；漏水比較嚴(yán)重的，水溫差按 40～50 ℃進(jìn)行控制，以不冒蒸汽為標(biāo)準(zhǔn)，若遇到慢風(fēng)、休風(fēng)須關(guān)小、關(guān)死進(jìn)水閥；漏水一般的冷卻壁水溫差按 25～35 ℃來控制，休風(fēng)也要關(guān)小進(jìn)水閥到不斷水為止[3]。

2.2 增加鐵水含硅量和物理熱，提高爐子抗風(fēng)險(xiǎn)能力

穩(wěn)定的熱制度是保證爐況穩(wěn)定、順行的前提。尤其在冷卻壁破損嚴(yán)重，大量漏水的情況下，保持物理熱充足尤為重要。否則，物理熱和硅長(zhǎng)期維持下限，遇到爐況波動(dòng)，就會(huì)發(fā)生爐涼事故。為此，1#高爐作業(yè)區(qū)制定了漏水期間爐溫管控標(biāo)準(zhǔn)：鐵水物理熱嚴(yán)格按1480～1500 ℃控制，要求工長(zhǎng)每爐鐵測(cè)量?jī)纱舞F水溫度。在來渣后30min和出鐵后期各測(cè)一次，及時(shí)掌握爐溫變化趨勢(shì)。化學(xué)熱【Si】按0.4%～0.6%控制。二者之一低于下限值，工長(zhǎng)必須采取提爐溫措施。通過增加噴煤量提高燃料比、減氧控制料速、增加焦比5～10 kg/t和適當(dāng)補(bǔ)加凈焦等措施，確保爐溫提至目標(biāo)值，以提高高爐抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

2.3 堅(jiān)持每天夜班出來召開爐況分析會(huì)，制定科學(xué)合理的操作方針

隨著冷卻壁破損的加劇，高爐操作的難度也逐步加大，煉鐵分廠組織1#高爐作業(yè)區(qū)成立操業(yè)會(huì)。由首席工程師親自掛帥，組員由正副作業(yè)長(zhǎng)、爐前作業(yè)長(zhǎng)、爐前大班長(zhǎng)、夜班出來的正副工長(zhǎng)、爐前炮手、爐前班長(zhǎng)和接班的工長(zhǎng)組成，每天8:30召開夜班爐況總結(jié)會(huì)。認(rèn)真分析爐況，集思廣益，制定科學(xué)、合理的操作方針?？傮w操作思想為：抑制邊緣氣流，開放中心氣流，操作上穩(wěn)定爐溫、氣流、跑料三要素，對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行量化。爐溫(Si)/%按0.4%～0.6%、物理熱按1480～1500℃控制。氣流方面根據(jù)十字測(cè)溫調(diào)整裝制，保證邊緣溫度在60～100 ℃，次中心溫度在200～350 ℃，中心溫度在450～650 ℃。礦批由正常生產(chǎn)時(shí)的40 t →37 t→35 t,保證料批7～8批/h?？刂迫珘翰睢?70 kPa，上部壓差≤35 kPa，下部壓差110～120 kPa，超過此范圍，采取控氧、減風(fēng)、加焦比等措施，確保爐況順行。

2.4 強(qiáng)化渣鐵排放，為高爐操作創(chuàng)造條件

爐渣在爐缸中的滯留率是影響爐況順行的重要因素，加強(qiáng)爐前渣鐵排放尤為重要。而爐缸渣鐵的潔凈率是由鐵口深度、出鐵時(shí)間、鐵流速度決定的。

通過組織爐前技術(shù)人員和工長(zhǎng)討論，對(duì)爐前的操作參數(shù)進(jìn)行了全面優(yōu)化。將1#和2#鐵口上方的風(fēng)口直徑由Φ115 mm→Φ110 mm，風(fēng)口長(zhǎng)度由425 mm→450 mm，開口間隔時(shí)間由20 min→15 min，鉆頭直徑由Φ42 mm→Φ45 mm。通過對(duì)上面的參數(shù)調(diào)整，爐前渣鐵排放時(shí)間由過去的70～90 min→110～130 min，鐵流速度由3～4 t/min→4～5 t/min。有力提升了渣鐵排放率，減少了爐缸渣鐵滯留率，促進(jìn)了爐況穩(wěn)定順行。

1#高爐在高溫區(qū)冷卻壁損壞漏水的情況下，由于采取措施得到，在生產(chǎn)、安全兩不誤的情況下，持續(xù)生產(chǎn)達(dá)17個(gè)月。最后按公司計(jì)劃，安全停爐中修。

3 結(jié)語

(1)高溫區(qū)冷卻壁漏水容易造成爐墻粘結(jié)，形成粘結(jié)物。改變了1#高爐操作爐型，影響爐況順行、爐內(nèi)操作和技術(shù)指標(biāo)，是高爐安全生產(chǎn)的重大隱患。

(2)在高爐冷卻壁破損嚴(yán)重，操作上爐內(nèi)采取強(qiáng)力抑制邊緣氣流，開放中心氣流，爐外水管串聯(lián)改單聯(lián)、對(duì)爐殼噴水冷卻，加強(qiáng)監(jiān)控和巡查等多種措施相結(jié)合，是維持安全生產(chǎn)的有力保障。

(3)臨近高爐中修，爐前加強(qiáng)渣鐵排放，維持適當(dāng)?shù)蔫F水含硅量和充足的物理熱，為爐況順行，減少波動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。