云南某1350 m3高爐全焦開(kāi)爐生產(chǎn)實(shí)踐*

陳 礁，林安川，劉緣緣

（1.武鋼集團(tuán)昆明鋼鐵股份有限公司煉鐵廠，云南 蒙自 661101；2.昆明工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650302）

云南某高爐有效容積1 350 m3，設(shè)有22個(gè)風(fēng)口，2個(gè)鐵口。2021年3月完成空料線降料面停爐檢修，在實(shí)施完成爐腹?jié)仓?nèi)襯修復(fù)工作（爐腹冷卻板區(qū)域增加冷卻水管并澆筑，爐身進(jìn)行噴涂修復(fù)）后進(jìn)行開(kāi)爐。由于高爐開(kāi)爐是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的龐大工程，需要準(zhǔn)確的工藝計(jì)算、高效的生產(chǎn)組織以及耗費(fèi)大量的人力物力[1]。尤其是，開(kāi)爐填充爐缸及以下部位不僅需要耗費(fèi)數(shù)百噸價(jià)格昂貴的規(guī)整木材，更需要大量人工將木材搬入爐內(nèi)進(jìn)行整齊擺放。由此，出于安全性、節(jié)約人力和相對(duì)稀缺得多的木材資源考慮，本次開(kāi)爐嘗試使用全焦炭填充開(kāi)爐，這也是該高爐首次采用全焦填充、帶風(fēng)裝料、預(yù)埋氧槍技術(shù)的全新開(kāi)爐方式。高爐在2021年3月21日21:16時(shí)點(diǎn)火后，通過(guò)制定合理的開(kāi)爐方案、精心的開(kāi)爐準(zhǔn)備和嚴(yán)格按照方案執(zhí)行，有序完成了烘爐、試壓、熱負(fù)荷試車等各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)順利開(kāi)爐奠定了良好基礎(chǔ)條件；在開(kāi)爐進(jìn)程中通過(guò)對(duì)適宜冶煉操作參數(shù)的精準(zhǔn)計(jì)算和精心控制，高效協(xié)調(diào)各方面生產(chǎn)組織，克服了全焦開(kāi)爐過(guò)程中易于產(chǎn)生高爐懸料、憋風(fēng)現(xiàn)象的不足。開(kāi)爐進(jìn)程中高爐無(wú)休風(fēng)，開(kāi)爐15.8 h后出鐵，56.6 h后實(shí)現(xiàn)全風(fēng)口作業(yè)，至3月24日，高爐產(chǎn)鐵4 113.65 t，利用系數(shù)達(dá)3.02 t/（m3·d），實(shí)現(xiàn)安全快速開(kāi)爐達(dá)產(chǎn)。

1 開(kāi)爐準(zhǔn)備

1.1 高爐烘爐

為使高爐澆筑和噴涂的耐材水分緩慢蒸發(fā)，提高澆筑料的整體強(qiáng)度；同時(shí)讓整個(gè)爐體設(shè)備逐漸加熱至生產(chǎn)狀態(tài)，避免生產(chǎn)后因劇烈膨脹而損壞設(shè)備。高爐澆筑噴涂后，需要進(jìn)行烘爐作業(yè)[2]。3月17日17:16時(shí)，開(kāi)始高爐本體烘爐：采用熱風(fēng)爐烘爐，以熱風(fēng)溫度為控制溫度，計(jì)劃烘爐72 h，分三段進(jìn)行升溫（詳見(jiàn)表1計(jì)劃烘爐過(guò)程參數(shù)）。烘爐升溫至500℃后恒溫20 h且爐頂廢氣濕度接近大氣濕度，即達(dá)到烘干標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行休風(fēng)自然涼爐。

表1 計(jì)劃烘爐過(guò)程參數(shù)Tab.1 Planning blast furnace baking process parameters

烘爐期間為保護(hù)爐頂設(shè)備，以風(fēng)量作為調(diào)劑手段，嚴(yán)格控制頂溫不超過(guò)350℃、齒輪箱溫度不超過(guò)50℃。此外，為保證烘爐順利進(jìn)行，從19#風(fēng)口處加裝了1個(gè)熱電偶伸到爐內(nèi)作監(jiān)測(cè)參考。在實(shí)際烘爐過(guò)程中，初始送風(fēng)階段經(jīng)高爐鼓風(fēng)機(jī)送出的冷風(fēng)溫度已達(dá)72.6℃，因此第一階段升溫情況略有偏差；在恒溫500℃烘爐5 h后，爐缸內(nèi)焦炭著火，短時(shí)間內(nèi)適量降低風(fēng)溫至400℃烘爐，整體上做到了和計(jì)劃的吻合。烘爐情況如圖1烘爐曲線所示。

圖1 1 350 m3高爐烘爐曲線Fig.1 Furnace drying curve of 1350 m3blast furnace

2.2 試壓檢漏

此次檢修涉及高爐本體、熱風(fēng)爐、煤氣管道等多個(gè)區(qū)域，為確保高爐工藝系統(tǒng)的嚴(yán)密性，不影響后續(xù)工作，因此必須提前做好檢漏補(bǔ)漏。在烘爐結(jié)束后，用高爐鼓風(fēng)機(jī)向高爐、熱風(fēng)爐及煤氣系統(tǒng)進(jìn)行送風(fēng)充壓。試壓檢漏方案為：熱風(fēng)爐系統(tǒng)壓力不超過(guò)0.41 MPa，升壓采用（0.12→0.15→0.18→0.20→0.25→0.30→0.35） MPa 七個(gè)壓力級(jí)別保壓檢查；高爐、煤氣系統(tǒng)壓力不超過(guò)0.21 MPa，升壓采用 （0.10→0.12→0.15→0.18）MPa四個(gè)壓力級(jí)別保壓檢查。

3 高爐裝料

由于高爐本次停爐扒料時(shí)爐缸內(nèi)爐料未全部清除，因此烘爐前對(duì)爐缸進(jìn)行了清理。爐缸清理的爐料主要為焦炭及部分渣鐵，清理深度至風(fēng)口中心線以下60 cm，并沿東西鐵口方向清理了一條寬200 cm、深180 cm的通道，爐缸清理容積為55 m3，采用焦炭填充開(kāi)爐。

3.1 配料及工藝控制

本次開(kāi)爐爐料使用焦炭1種，礦石由自產(chǎn)燒結(jié)礦、球團(tuán)礦和塊礦3種構(gòu)成，熔劑2種分別為白云石、硅石，詳細(xì)爐料成分見(jiàn)表2、表3。

表2 原料、熔劑成分Tab.2 Composition of raw materials and fluxes

表3 焦炭理化性能Tab.3 Physical and chemical properties of coke %

開(kāi)爐裝料主要控制參數(shù)為：全爐總焦比為2.9 t/t，焦批重8.0 t，礦批16 t；正常料礦批16 t，焦比892 kg/t，控制理論生鐵含硅4.0%，正常料堿度0.90，全爐堿度0.90，詳細(xì)開(kāi)爐工藝控制參數(shù)如表4所示。

表4 開(kāi)爐工藝控制參數(shù)Tab.4 Process control parameters of blast furnace

3.2 裝料制度

本次開(kāi)爐采用帶風(fēng)裝料，爐料多段式配置過(guò)渡，料制為C↓O↓。高爐開(kāi)爐填充料分為凈焦、空焦與正料三種，共計(jì)87批。其中，爐缸、爐腹、爐腰部分為凈焦，共40批，一次性裝入；爐身下部為空焦，共14批；爐身中部及上部為空焦與正料混裝，7批空焦與5批正料混裝，剩余21批正料正常裝入。具體裝料方式詳見(jiàn)表5。

在高爐裝入2批正料后，即第56批料下完后，料線填充至13.2 m。3月21日21:16時(shí)，高爐進(jìn)行點(diǎn)火送風(fēng)，開(kāi)始帶風(fēng)繼續(xù)裝料；22日1:48時(shí)第87批開(kāi)爐料下完，料線8.2 m。高爐開(kāi)爐料裝完后，按布料矩陣正常裝料。

4 開(kāi)爐

由于本次1 350 m3高爐開(kāi)爐是在未清除爐底殘鐵情況下首次采用全焦填充爐缸的全新開(kāi)爐方式，受爐底積存殘鐵和爐缸全焦燃燒騰空間進(jìn)度減慢（較新建高爐枕木開(kāi)爐而言）影響，在開(kāi)爐進(jìn)程中一度出現(xiàn)了懸料、憋風(fēng)等情況。通過(guò)帶風(fēng)裝料吹除部分粉末及松動(dòng)料柱改善透氣性，鐵口預(yù)先配設(shè)氧槍助燃及預(yù)熱殘鐵及爐缸，結(jié)合高爐精準(zhǔn)配料計(jì)算及后續(xù)進(jìn)程中冶煉參數(shù)的及時(shí)調(diào)整和控制，高爐實(shí)現(xiàn)安全快速開(kāi)爐達(dá)產(chǎn)。

表5 高爐開(kāi)爐的裝料方式Tab.5 Charging method of blast furnace

4.1 送風(fēng)制度確定、點(diǎn)火后受風(fēng)狀態(tài)

1 350m3高爐共22個(gè)風(fēng)口（φ120mm），總進(jìn)風(fēng)面積為0.248 8 m2。為配合使用氧槍開(kāi)爐技術(shù)及有效避免開(kāi)爐初期渣鐵燒壞風(fēng)口中小套，選擇開(kāi)東西兩側(cè)鐵口上方的風(fēng)口送風(fēng)（送風(fēng)風(fēng)口8個(gè)，分 別 是 1#、2#、21#、 22#、 10#、 11#、 12#、 13#風(fēng)口），進(jìn)風(fēng)面積為0.090 5 m2，占全風(fēng)口面積為36.36%。開(kāi)爐以最高風(fēng)溫（642℃）點(diǎn)火，點(diǎn)火后8個(gè)風(fēng)口全部燃燒正常；點(diǎn)火后視熱風(fēng)爐送風(fēng)能力前期風(fēng)溫維持在750℃左右，引煤氣后逐步增加風(fēng)溫，出鐵前提高至1 000℃左右；入爐風(fēng)量前期控制在（1 000～1 200） m3/min，直至增開(kāi)送風(fēng)風(fēng)口數(shù)量后才逐步加風(fēng)。高爐送風(fēng)點(diǎn)火開(kāi)爐后，以每小時(shí)4批左右的料速下料，隨后料速逐漸加快（22日0時(shí)下料5批，1時(shí)下料8批，2時(shí)下料6批）。從21日21:16時(shí)點(diǎn)火后至22日2:00時(shí)，共計(jì)下料27批，高爐頂溫持續(xù)偏低在50℃以下，這也反映出了帶風(fēng)裝料更易改善受風(fēng)的優(yōu)勢(shì)。

開(kāi)爐初期，高爐入爐風(fēng)量可穩(wěn)定控制為（1 000～1 200） m3/min，隨著高爐不斷下料填充，全焦填充爐缸開(kāi)爐不能快速有效燃燒為高爐騰出足夠空間的劣勢(shì)逐漸顯現(xiàn)：高爐透氣性逐漸降低，高爐壓差、風(fēng)壓升高，至22日4:18時(shí)高爐引煤氣頂壓提高，進(jìn)一步加劇了風(fēng)壓和壓差的上升趨勢(shì)（圖2）。至5:11時(shí)風(fēng)壓劇升、風(fēng)量萎縮，減風(fēng)后風(fēng)壓依舊持續(xù)升高，高爐已成懸料。坐料過(guò)程中，風(fēng)量減至零并打開(kāi)部分風(fēng)口窺視孔蓋板，風(fēng)壓仍有80 kPa憋于爐內(nèi)，5:30時(shí)回風(fēng)至350 m3/min緩慢促進(jìn)爐內(nèi)焦炭燃燒至7:49時(shí)再次坐料：在打開(kāi)所有風(fēng)口窺孔蓋板后，風(fēng)壓緩慢下降至30 kPa（8:02時(shí)）時(shí)，爐料下滑至8.2 m?；仫L(fēng)后增加風(fēng)量至1 200 m3/min，并穩(wěn)定可控，此后高爐透氣性轉(zhuǎn)好，料速轉(zhuǎn)快（從9:00時(shí)的2批/h增至12:00時(shí)的5批/h）。其中，在22日高爐坐料后，更改布料矩陣為，該矩陣進(jìn)一步增強(qiáng)了邊緣氣流，高爐氣流的穩(wěn)定順暢有效促進(jìn)了爐況的恢復(fù)和加快進(jìn)程[6]。

圖2 高爐部分參數(shù)趨勢(shì)Fig.2 Trend of some parameters of blast furnace

4.2 出鐵、高爐開(kāi)爐進(jìn)程控制

本次高爐開(kāi)爐首次采用了帶風(fēng)裝料結(jié)合預(yù)埋氧槍的新技術(shù)。在高爐點(diǎn)火送風(fēng)后，通過(guò)從東西鐵口兩側(cè)預(yù)埋插入高爐爐缸內(nèi)（4.0 m）的氧槍持續(xù)通入高壓氧氣加快對(duì)爐缸內(nèi)焦炭的助燃和爐缸底部的預(yù)熱、渣鐵的融化。實(shí)踐中，插撥氧槍過(guò)程中除西鐵口拔出第一支氧槍鐵口噴濺無(wú)渣鐵外（3月22日3:28時(shí)），東鐵口第一次拔出氧槍（2:30時(shí)），已有部分熔融渣鐵流出（約20 t）。此后東西鐵口分別拔出第二次埋入的氧槍（3:22時(shí)、5:03時(shí)）時(shí)均有渣鐵排出（合計(jì)共計(jì)約有30 t）。這說(shuō)明，采用氧槍開(kāi)爐技術(shù)，能有效促進(jìn)高爐爐缸內(nèi)焦炭的燃燒和原有渣鐵的熔融和排出，不僅加快了爐缸騰出空間，同時(shí)增加了初始熱量。

高爐于3月22日13:06時(shí)打開(kāi)東鐵口正常出鐵（表6），渣鐵出爐后ω（[Si]）3.99%、堿度0.96，與配料計(jì)算結(jié)果十分吻合；頭二爐鐵水溫度偏低反映出未放殘鐵高爐開(kāi)爐的特點(diǎn)（也再次體現(xiàn)了爐缸埋設(shè)氧槍盡早將熱量匯聚爐缸的必要性），也是開(kāi)爐成功的關(guān)鍵之一。隨著爐內(nèi)冷渣鐵的排出及后續(xù)爐料出爐，鐵水溫度迅速升至1 500℃以上。這表明，精準(zhǔn)的配料計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了出爐渣鐵高硅低堿度，保證了開(kāi)爐初期爐缸熱量的快速提升積累的同時(shí)保持較好的渣鐵流動(dòng)性[7]，為高爐爐況快速恢復(fù)和加快開(kāi)爐進(jìn)程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

表6 開(kāi)爐渣、鐵情況Tab.6 Slag and iron situation during blow-in

本次開(kāi)爐，曾出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的高爐憋風(fēng)情況，具體為：隨著鐵水溫度的逐步回升，在23日3:38時(shí)西鐵口出鐵即將結(jié)束時(shí)出現(xiàn)跑大流情況，雖然及時(shí)封堵鐵口，但還是造成了鐵溝、渣溝堵塞，爐前工作量增加，無(wú)法快速使用較為活躍的西鐵口繼續(xù)出鐵（期間打開(kāi)東鐵口，鐵水粘稠、流動(dòng)性差，渣鐵排出少）。在爐溫、堿度和鐵水溫度處于回升的情況下，西鐵口跑大流，東鐵口出渣鐵不暢，這直接導(dǎo)致了ω（[Si]）升至2.82%（鐵水物理熱1 552℃）、爐渣二元堿度升至1.26倍（表7）。并且，由于高爐近1個(gè)小時(shí)未出鐵，高爐憋風(fēng)被迫不斷減風(fēng)，入爐風(fēng)量從2 560 m3/min減至1 983 m3/min，直至4:42時(shí)高爐西鐵口具備出鐵條件再次正常出鐵后才逐步恢復(fù)風(fēng)量。一定程度上對(duì)開(kāi)爐冶煉行程控制造成影響。

表7 出鐵情況Tab.7 Tapping situation

未放殘鐵、全焦填充的高爐開(kāi)爐在爐缸的活躍性、工作均勻性方面與新建高爐、枕木填充開(kāi)爐相比存在較大差距，操作難度大為增加，這也對(duì)爐外組織工作提出了更高的要求，須給予足夠重視，提高爐外操作的操作精度和預(yù)判性，從而為爐內(nèi)實(shí)施精準(zhǔn)操控提供支撐。

隨著爐內(nèi)冷渣鐵的排盡、鐵水溫度的回升，高爐加快了進(jìn)風(fēng)風(fēng)口、入爐風(fēng)量、負(fù)荷及煤氧的調(diào)整[8]：①加快開(kāi)風(fēng)口進(jìn)度。22日夜班出鐵正常后，13:18時(shí)沿鐵口方向?qū)蔷€打開(kāi)2個(gè)風(fēng)口（20#、3#），入爐風(fēng)量加至1 400 m3/min；14:50時(shí)繼續(xù)沿鐵口兩側(cè)對(duì)角線增開(kāi)2個(gè)風(fēng)口（4#、19#），入爐風(fēng)量增加至1 700 m3/min；16:20時(shí)打開(kāi)9#、14#風(fēng)口，風(fēng)量加至2 000 m3/min；18:20時(shí)打開(kāi)8#、15#風(fēng)口，風(fēng)量加至2 300 m3/min。即，高爐在5個(gè)小時(shí)內(nèi)增開(kāi)了8個(gè)風(fēng)口，送風(fēng)風(fēng)口占比提高至72.73%，風(fēng)量增加了近1倍，調(diào)整十分迅速，高爐量壓關(guān)系匹配、適宜，風(fēng)速始終保持在（210～220） m/s范圍（圖3）。至23:16時(shí)高爐打開(kāi)5#風(fēng)口后，送風(fēng)風(fēng)口已達(dá)20個(gè)（入爐風(fēng)量2 550 m3/min），24日夜班全風(fēng)口后入爐風(fēng)量達(dá)到正常水平。②負(fù)荷調(diào)整，冶煉強(qiáng)度控制。22日13:06時(shí)第一次正常出鐵后，即開(kāi)始按照ω（[Si]）—鐵水物理熱—負(fù)荷對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)爐溫進(jìn)行預(yù)判及時(shí)調(diào)劑，特別是，在判斷爐內(nèi)冷渣鐵排盡、新料反應(yīng)、出鐵順暢后明顯加快節(jié)奏（高爐日常操作鐵水溫度為（1 430～1 470）℃，開(kāi)始進(jìn)入強(qiáng)化階段：至23日23:19時(shí)，高爐負(fù)荷已由22日13:48時(shí)的2.40倍增至3.30倍；分三次將礦批擴(kuò)至31 t，至24日7:16時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)礦批至36t，恢復(fù)至停爐前正常生產(chǎn)水平。強(qiáng)化冶煉方面：于23日15:55時(shí)開(kāi)始噴煤，煤比80 kg/t控制；17:35時(shí)開(kāi)始富氧3 000 m3/h，24日夜班4:00時(shí)全風(fēng)口后富氧增至8 000 m3/h，富氧率3.60%，接近正常生產(chǎn)水平。

圖3 開(kāi)爐期的高爐壓量關(guān)系Fig.3 Pressure-volume relationship of blast furnace during blow-in period

本次開(kāi)爐包括了烘爐→熱負(fù)荷試車→帶風(fēng)裝料（開(kāi)爐配料計(jì)算） →送風(fēng)制度選擇→懸料（坐料）→出鐵（爐外跑大流、爐內(nèi)憋風(fēng)減壓）→溫降提溫→調(diào)溫→冶煉強(qiáng)度控制（開(kāi)風(fēng)口速度、噴煤富氧）等多個(gè)環(huán)節(jié)和步驟。很大程度上，未放殘鐵、全焦填充開(kāi)爐的新方式在節(jié)約大量人力物力財(cái)力的同時(shí)，也給開(kāi)爐過(guò)程帶來(lái)較大的困難。本次開(kāi)爐通過(guò)制定合理開(kāi)爐方案和采取帶風(fēng)裝料并結(jié)合預(yù)埋氧槍開(kāi)爐的新方法，通過(guò)精準(zhǔn)配料計(jì)算、過(guò)程中操作參數(shù)的精準(zhǔn)控制以及準(zhǔn)確把握住冶煉進(jìn)程中開(kāi)風(fēng)口速度、強(qiáng)化措施等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的控制速率與幅度[9]，克服了中大型高爐全焦開(kāi)爐過(guò)程中易于懸料、憋風(fēng)等特殊情況帶來(lái)的的影響。整個(gè)過(guò)程銜接緊湊有序，這為加快開(kāi)爐冶煉進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)冶煉強(qiáng)化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)（表8）：至24日夜班，高爐礦批、風(fēng)量、富氧量等主要參數(shù)基本恢復(fù)至停爐前生產(chǎn)水平，全日高爐產(chǎn)鐵4 113.65 t，利用系數(shù)達(dá)3.02 t/（m3·d），高爐實(shí)現(xiàn)了快速恢復(fù)達(dá)產(chǎn)。

表8 開(kāi)爐期高爐操作參數(shù)與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)選擇Tab.8 Selection of operation parameters and critical point of blast furnace during blow-in

5 結(jié)語(yǔ)

此次開(kāi)爐是1 350 m3歷次開(kāi)爐難度最大的一次，也是進(jìn)程最快的一次。高爐實(shí)現(xiàn)安全快速開(kāi)爐達(dá)產(chǎn)的主要經(jīng)驗(yàn)有：

1）預(yù)埋氧槍開(kāi)爐，可加快爐缸內(nèi)的焦炭的燃燒、促進(jìn)渣鐵的排出，有效騰出爐缸空間和積蓄初期熱量；但同時(shí)要配合氧槍的使用，加快開(kāi)爐初期送風(fēng)調(diào)整，從而有效地利用好氧槍開(kāi)爐帶來(lái)的效用；

2）全焦填充裝料下部騰出空間不足，維持適宜風(fēng)量，注意對(duì)料速、頂溫的控制，兼顧風(fēng)壓風(fēng)量與整體透氣性、下料速度控制與燃燒騰出空間的關(guān)系，是穩(wěn)定爐況、逐步提高頂壓有序推進(jìn)開(kāi)爐冶煉進(jìn)程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。此外，爐前的高質(zhì)量工作是快速達(dá)產(chǎn)的保障；

3）開(kāi)爐前沿鐵口方向清理的爐缸通道和選擇打開(kāi)的送風(fēng)風(fēng)口，對(duì)保護(hù)中小套設(shè)備安全、避免高爐開(kāi)爐休風(fēng)具有良好作用；

4）精準(zhǔn)的配料計(jì)算，出鐵正常后快速恢復(fù)風(fēng)口數(shù)量、風(fēng)量，以及控制好適宜量壓關(guān)系和高爐負(fù)荷，及時(shí)采取強(qiáng)化冶煉手段，對(duì)加快開(kāi)爐進(jìn)程實(shí)現(xiàn)快速達(dá)產(chǎn)具有重要意義。