八鋼歐冶爐雙爐降料面停爐實(shí)踐

鄒慶峰，季書民

(1.新疆八一鋼鐵股份有限公司煉鐵廠； 2.寶鋼集團(tuán)八鋼公司碳中和辦公室)

前言

八鋼歐冶爐于2015年6月18開爐投產(chǎn)，通過(guò)不斷地工藝技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)。八鋼歐冶爐煉鐵工藝技術(shù)填補(bǔ)了非高爐熔融還原煉鐵領(lǐng)域的空白。

歐冶爐于2021年3月16日開始中修，計(jì)劃用時(shí)50天，主要包括豎爐、氣化爐、熱旋風(fēng)的破損耐材更換及噴涂、澆注工作。

此次中修需要騰空歐冶爐豎爐和氣化爐的爐料，停爐降料面分為兩個(gè)階段：第一階段為豎爐降料線；第二階段氣化爐降料面，在豎爐降料面前期，需安排預(yù)休風(fēng)安裝氣化爐降料面控溫霧化打水槍。針對(duì)氣化爐空料線降料面停爐是八鋼歐冶爐乃至非高爐煉鐵技術(shù)氣化爐第一次采用爐頂打水空料線停爐，是一次大膽的嘗試，制定的技術(shù)措施必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并不斷完善。

1 停爐前準(zhǔn)備工作

1.1 按計(jì)劃調(diào)整爐料結(jié)構(gòu)、熱制度及造渣制度

3月13日至停爐，平均鐵水溫度1529℃，平均[Si]2.47%，爐渣堿度0.95～1.05。鐵水溫度、鐵水含[Si]較計(jì)劃略偏低，渣堿度合適，停爐前2天全焦冶煉，同時(shí)配加螢石。CaF2能降低爐渣的熔化溫度和粘度，促進(jìn)CaO的熔化，同時(shí)還能與CaO形成低熔點(diǎn)(1386℃)的共熔體，消除渣中難熔的組成[1]。因此含氟的爐渣熔化性溫度低，流動(dòng)性好，在爐渣堿度很高時(shí)(R=1.5～3.0)，仍能保持良好的流動(dòng)性。錳礦洗爐，渣中(MnO)對(duì)堿性渣粘度影較大，對(duì)難熔爐渣MnO具有較強(qiáng)的稀釋作用，去除堆積在爐缸內(nèi)的難熔爐渣，渣中錳(Mn)2%～3%。降低爐渣堿度，改善渣鐵流動(dòng)性，增加了鐵水含錳量及渣中MnO含量，提高渣中CaF2含量，達(dá)到清洗爐缸的目的。

1.2 原燃料需求及騰倉(cāng)計(jì)劃

原燃料需求見表1。沫煤、焦沫倉(cāng)按照騰空處理，焦倉(cāng)加入約800t焦炭用于停爐時(shí)調(diào)整氣化爐頂溫，礦倉(cāng)加入1500t球團(tuán)礦以供氣化爐進(jìn)人填料使用；停爐后對(duì)溶劑庫(kù)的煙煤(1400t)，2#圓倉(cāng)內(nèi)地沫煤(約4000t)按計(jì)劃降庫(kù)存外運(yùn)。

表1 歐冶爐檢修前入爐原燃料量需求 t

1.3 豎爐打水槍的調(diào)試

豎爐打水槍不需要重新制作安裝，依然使用豎爐正常生產(chǎn)時(shí)豎爐爐頂降溫的噴霧打水裝置。氣化爐爐頂降溫的噴霧打水裝置安裝前還需進(jìn)行部分管道、閥門及儀表的制作、安裝及試壓，確保在預(yù)休風(fēng)時(shí)按指定位置安裝、調(diào)試?？樟暇€停爐最關(guān)鍵點(diǎn)是防止爆震及控制爐頂溫度，因此需要保證爐頂打水水量及霧化性能。本次停爐使用自制打水槍，安裝前對(duì)打水槍霧化性能做重點(diǎn)測(cè)試，從停爐使用效果基本滿足降氣化爐料面打水要求。同時(shí)對(duì)打水槍水流量進(jìn)行校驗(yàn)，每根水槍1個(gè)流量表，要求每根打水槍有累計(jì)流量，并校對(duì)準(zhǔn)確。檢查爐頂打水槍噴頭的出水情況，要求霧化效果要好，無(wú)堵塞現(xiàn)象。

1.4 歐冶爐降料面分兩個(gè)階段操作

第一階段為豎爐降料線；第二階段氣化爐降料面。預(yù)休風(fēng)安裝氣化爐降溫噴霧裝置在豎爐降料面前，3月15日8∶30安排預(yù)休風(fēng)，安裝氣化爐降料面控溫霧化打水裝置，從氣化爐的2#、5#氧氣燒嘴的中心氧氣通道，配置法蘭與氧氣通道尺寸一致，拆除氣化爐原先的氧氣法蘭，安裝氣化爐爐頂降溫的噴霧打水裝置。

2 豎爐降料面停爐操作

2.1 降溫噴霧裝置控制

3月15日19∶45預(yù)休風(fēng)后開風(fēng)，于20∶00開始降豎爐料線。豎爐降溫噴霧裝置具體工藝操作流程見圖1。噴霧槍為8套呈水平均布間隔、中心對(duì)稱布置在所述的豎爐爐頂上，每套噴霧槍的進(jìn)水端都設(shè)置有切斷閥以及過(guò)濾裝置，噴霧槍上設(shè)置著帶有進(jìn)出水口的冷卻水套，每四套噴霧槍為一組，每組噴霧槍的進(jìn)出水口依次串聯(lián)與冷卻水管路連接在一起。每套噴霧槍的末端都連接著一根供水支管以及供氣支管，供水支管與供氣支管相連通進(jìn)行氣水混合，進(jìn)入噴霧槍向豎爐內(nèi)噴灑，對(duì)爐頂煤氣進(jìn)行降溫。氣動(dòng)閥、切斷閥均通過(guò)相連的PLC控制器與遠(yuǎn)程控制微機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

圖1 豎爐爐頂降溫的噴霧打水裝置

2.2 豎爐爐料排料操作參數(shù)控制

堅(jiān)爐料線從19.4m開始，全程用時(shí)11小時(shí)，豎爐DRI螺旋排料速度穩(wěn)定，煤氣全部回收。從豎爐排空的時(shí)間分析，較歷次豎爐清空的爐料下降速率相差不大，5月16日2∶00開始，4#DRI螺旋的壓力開始大幅波動(dòng)，壓力波動(dòng)值由2.1MPa到7.8MPa，判斷4#DRI螺旋上方可能出現(xiàn)爐料粘結(jié)，有大塊爐料。這與檢修時(shí)打開DRI螺旋上方人孔，發(fā)現(xiàn)4#DRI螺旋上方有爐料粘結(jié)大塊，與在豎爐降料線過(guò)程中的4#DRI螺旋壓力波動(dòng)反饋相符。由表2可以看出整個(gè)豎爐料面下降均勻，螺旋轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定，DRI螺旋排料率穩(wěn)定。

表2 豎爐降料線過(guò)程中各種操作參數(shù)值

2.3 豎爐爐料結(jié)構(gòu)的調(diào)整

豎爐爐料結(jié)構(gòu)及氣化爐迎料見表3。豎爐爐料按照降料線前的料柱80%球團(tuán)+20%燒結(jié)控制，降料線時(shí)，豎爐料柱為80%球團(tuán)+20%粒鋼。氣化爐燃料控制按照豎爐降料線前24小時(shí)爐溫提至1500℃以上，焦比約200kg/t；降料線前焦比提升至450kg/t，停止噴煤，采用全焦冶煉，爐溫提升至1550℃以上。休風(fēng)前最后一爐鐵全焦冶煉，焦比980kg/t以上。

表3 豎爐爐料結(jié)構(gòu)及氣化爐迎料料單

2.4 豎爐降料線頂溫和打水量控制

豎爐降料面過(guò)程中，盡量爭(zhēng)取用較大的頂煤氣流量，隨料面的降低，煤氣溫度升高噴水量加大，氣體增加，這時(shí)逐漸減少頂煤氣流量(見表4)。控制頂煤氣流量的原則是：停爐初期盡量頂煤氣操作；中后期隨著隨著料柱料面下降，頂煤氣量約為煤氣流量的50%～60%。頂煤氣流量、頂溫、打水噴霧量等根據(jù)情況變化進(jìn)行調(diào)整，否則會(huì)出現(xiàn)豎爐爐況的波動(dòng)、造成懸料。這樣做的好處是減少爐墻粘結(jié)和縮短降料面的時(shí)間。

表4 豎爐降料線頂溫控制

3 氣化爐降料面停爐操作

3.1 氣化爐氧量及拱頂溫度降溫噴霧裝置控制

豎爐排空后，氣化爐風(fēng)口氧總量42000Nm3/h，拱頂4個(gè)氧氣燒嘴氧量3500×4Nm3/h，3月16日11∶30投14#風(fēng)口，共計(jì)投入24個(gè)風(fēng)口。本次氣化爐空料線降料面停爐是八鋼歐冶爐氣化爐第一次采用爐頂打水空料線停爐，為了提高降料線的速度，節(jié)約檢修時(shí)間，但是又要兼顧氣化爐拱頂溫度，必須提高風(fēng)口氧量，加快氣化爐內(nèi)焦炭的燃燒速度。

考慮到氣化爐爐缸的清理難度，降低工作量，計(jì)劃將料線降至LIR04621的位置，突破歷年只能降到料位LIR04623的料線位置，因?yàn)榱衔籐IR04623距離LIR04621有3.7m的料柱高度，降到料線LIR04621位置，必須采取有效措施控制氣化爐頂溫≤1050℃。因拱頂溫度3個(gè)值其中2個(gè)值高于1180℃后，延時(shí)超過(guò)20分鐘后歐冶爐就要休風(fēng)。具體頂溫控制氧量及頂溫控制見圖2、圖3。

圖2 歐冶爐氣化爐風(fēng)口氧量

圖3 歐冶爐氣化爐拱頂溫度

3月16日10∶40后繼續(xù)維持風(fēng)口氧總量42000Nm3/h的流量，氣化爐拱頂溫度偏高，在距離跳機(jī)點(diǎn)時(shí)，頂溫不易下行、難控，停氧煤燒嘴、粉塵氧量，開氣化爐2支打水霧化噴霧冷卻槍，11∶36因氣化爐拱頂溫度控制不及時(shí)過(guò)高觸發(fā)跳機(jī)連鎖，造成休風(fēng)。因氣化爐拱頂有觸發(fā)工廠跳機(jī)的連鎖：即拱頂溫度3個(gè)值其中2個(gè)值高于1180℃后，延時(shí)超過(guò)20分鐘造成休風(fēng)跳機(jī)。

開風(fēng)后，只依靠打水霧化噴霧裝置不能應(yīng)對(duì)氣化爐的頂溫控制，故又采用煤下料罐備部分焦炭，在拱頂大幅波動(dòng)無(wú)法控制時(shí)，通過(guò)煤線向氣化爐兩次加入100t焦炭，同時(shí)降低風(fēng)口氧量，從而將實(shí)際拱頂溫度控制在950～1000℃，風(fēng)口氧最低控制在16000Nm3/h。

3.2 氣化爐氧量控制

氣化爐降料線的關(guān)鍵控制點(diǎn)是控制煤氣中的氧含量，由于歐冶爐風(fēng)口采用純氧燃燒，氣化爐料柱在降料線后期，料柱較短，易造成煤氣中的氧含量>2%的標(biāo)準(zhǔn)，造成閃爆事故?？刂泼簹庵醒鹾坎扇×艘韵麓胧?/p>

(1)通過(guò)系統(tǒng)保安氮?dú)庀♂屆簹庵械难鹾浚獨(dú)饬恳姳?，合計(jì)34600Nm3/h。

表5 煤氣中的氮含量

(2)操作過(guò)程中，將豎爐CGD頂煤氣閥門打開：煤氣管網(wǎng)形成由干法除塵、豎爐至氣化爐的冷態(tài)氮?dú)饧袄涿簹饨?jīng)過(guò)氣化爐拱頂輸出，即稀釋了氣化爐再生的煤氣中的氧含量，同時(shí)也緩解氣化爐拱頂溫度超過(guò)跳機(jī)點(diǎn)的控制，具有雙重功效，效果顯著。

通過(guò)含氧量的煤氣稀釋氣化爐含氧量控制在<2%的標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，具體見表6。

表6 歐冶爐氣化爐煤氣成分

表6中，15∶00后氧含量逐漸上升，根據(jù)風(fēng)口鼓氧量與爐內(nèi)的焦炭燃燒反應(yīng)計(jì)算，氣化爐料位接近LIR04621區(qū)域，16∶05關(guān)閉2#、3#、4#風(fēng)口氧氣手動(dòng)閥，隨后又關(guān)閉5#、6#、18#風(fēng)口，打開頂煤氣噴吹閥門，通過(guò)噴吹煤氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w，控制入爐氧過(guò)剩時(shí)，保證了對(duì)爐內(nèi)氧含量的有效、安全控制。

3.3 氣化爐煤氣控制

氣化爐降料面到后期，煤氣氧含量逐漸升高，為了確保安全，17∶50煤氣切出并網(wǎng)操作，用事故放散6350低壓側(cè)放散。

3.4 爐前出渣出鐵控制

在空料線停爐過(guò)程中，熱量充沛，共出鐵2爐，總計(jì)出鐵1392t，出渣1120t，從鐵水來(lái)看, 鐵水物理熱良好，平均[Si]3.8%，[Mn]1.14%，R2=0.84，基本符合目標(biāo)值。因?yàn)榇舜瓮t加錳礦洗爐故[Mn]偏高。豎爐清空后，7∶40開北鐵口，9∶35堵口。15∶30間隔6小時(shí)后打開北鐵口，出至休風(fēng)停爐。本次休風(fēng)鐵水溫度控制均在1550℃，鐵水含硅最高3.8%，渣鐵流動(dòng)性好，排放順暢，爐缸的渣鐵基本排空，為爐前檢修創(chuàng)造了條件。

表7 渣鐵成分

4 歐冶爐雙爐降料面停爐需注意的問(wèn)題

(1)本次氣化爐降料線工作因打水槍安裝方案不完善，圖紙與現(xiàn)場(chǎng)閥門尺寸不符，未提前到現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，導(dǎo)致備件準(zhǔn)備接口法蘭尺寸錯(cuò)誤，與原計(jì)劃不符，導(dǎo)致檢修速度慢。對(duì)2支打水霧化槍打水量預(yù)計(jì)不足。

(2)3月16日19∶10發(fā)生塔架信號(hào)傳輸故障，電器模塊燒損引起多點(diǎn)位同時(shí)觸發(fā)工廠連鎖跳機(jī)。預(yù)再次送風(fēng)時(shí)，煤氣清洗入口錐泵組無(wú)法開啟。

5 結(jié)語(yǔ)

歐冶爐停爐是一項(xiàng)非常危險(xiǎn)的作業(yè)，操作不當(dāng)，會(huì)引發(fā)煤氣爆炸等一系列問(wèn)題，因此必須做到安全、順利停爐。

歐冶爐停爐操作關(guān)鍵點(diǎn)：(1)氣化爐降料線要控制好爐內(nèi)氧含量，采用氮?dú)庀♂屆簹庵醒鹾康募夹g(shù)，將煤氣中的氧含量控制在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，同時(shí)配合打水噴霧降溫裝置霧化噴霧，選擇合適的噴霧裝置，保證霧化效果和降溫需求，噴水量和爐頂溫度配合好，才能安全、順利停爐；(2)其次要在降料面前把爐況調(diào)劑好，用錳礦洗爐確保氣化爐爐缸活躍，使?fàn)t缸內(nèi)的粘結(jié)物減少，利于后期爐缸清理。