唐鋼煉鐵廠南區(qū)4#高爐鐵口噴濺治理實踐

供稿|朱祥亮，王顯，王欣/ ZHU Xiang-liang,WANG Xian,WANG Xin

內(nèi)容導讀 唐鋼公司煉鐵廠南區(qū)4#高爐在2017 年開始鐵口噴濺情況逐漸嚴重，嚴重影響了爐前生產(chǎn)，造成爐內(nèi)技術經(jīng)濟指標的惡化，同時大幅增加爐前工的勞動強度。采取灌漿技術對高爐爐壁進行灌充，優(yōu)化了高爐內(nèi)氣流分布，噴濺問題得到有效治理，高爐各項指標得到明顯改善。

唐鋼公司南區(qū)4#高爐容積為3200 m3，于2007-9-8 建成投產(chǎn)，設計年產(chǎn)量280 萬t。利用系數(shù)：2.50 t/(m3·d)，焦比：330 kg/t，噴煤量：180 kg/t，最大量為200 kg/t；燃料比：510 kg/t，爐頂壓力：0.23 MPa，熱風溫度：1200～1250 °C，渣量：320 kg/t，年平均作業(yè)率：97%。

南區(qū)4#高爐有4 個出鐵口，32 個風口，矩形出鐵場，每個鐵口液壓泥炮一座，德國TMT 開口機，揭蓋機、擺動流嘴，晝夜出鐵次數(shù)為12。

現(xiàn)狀描述

唐鋼公司南區(qū)4#高爐在治理前，鐵口長期存在噴濺問題，其危害總結(jié)為以下6 點：（1）制約高爐產(chǎn)能提升，導致爐況失常：鐵口噴濺直接導致高爐渣鐵排放不均，甚至出不凈，限制高爐的強化冶煉；（2）形成出鐵事故：鐵口噴濺會對鐵口泥套造成破壞，一是刷壞泥套，二是在泥套內(nèi)形成頑固性積渣、積鐵，如果爐前未及時發(fā)現(xiàn)、處理，會導致堵不上口、燒壞泥炮等惡性事故；（3）爐前工作量大，干渣量多；（4）鐵口區(qū)域工作環(huán)境差，威脅到安全與環(huán)保；（5）影響生產(chǎn)成本：鐵口的噴濺造成出鐵效果差，鐵次大幅增加，炮泥用量上升；（6）主溝壽命縮短；由于鐵口的長時間噴濺，鐵水落點附近的主溝兩側(cè)侵蝕速度加快，主溝的使用周期大大縮短。

南區(qū)4#高爐自2017 年12 月份開始3#鐵口出現(xiàn)嚴重噴濺現(xiàn)象，噴濺時間30～60 min（平均47 min），噴濺情況可總結(jié)分為3 種：（1）開口之后鐵口一直噴濺至堵口；（2）開口后可以正常出鐵20～40 min，之后出現(xiàn)噴濺至堵口；（3）開口后噴濺，正常出鐵20～30 min 后繼續(xù)噴濺至堵口。3#鐵口平均出鐵量2690 t/d，平均出鐵時間104.8 min；1#鐵口出鐵量平均3088 t/d，平均出鐵時間103 min；2#鐵口出鐵量平均3074 t/d，平均出鐵時間105 min；4#鐵口平均出鐵量3105 t/d，平均出鐵時間105 min（以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計周期為2017 年12 月至2018 年6 月）。由于鐵口噴濺，3#鐵口日出鐵量遠低于其他鐵口，同時大幅度降低了大蓋的使用壽命，3#鐵口大蓋更換周期約5 d，其他鐵口大蓋更換周期約15 d。

原因分析

3#鐵口噴濺的原因是由于液態(tài)渣鐵從鐵口孔道中高速流出時混入某種氣體，在流出鐵口后體積發(fā)生急劇膨脹發(fā)散。通過現(xiàn)場觀察可以排除高爐爐況不穩(wěn)（其他鐵口無噴濺情況）及炮泥原料的原因，氣體的來源是冷卻壁間隙、風口各套與風口組合磚之間間隙、耐火砌體間縫隙、爐殼與冷卻壁間的間隙[1]。

解決方案的確定

通過現(xiàn)場分析，煤氣通過高爐內(nèi)耐材之間或爐殼與冷卻壁間的間隙竄入鐵口混入液體渣鐵中，液體渣鐵在流出鐵口后體積發(fā)生急劇膨脹發(fā)散，發(fā)生鐵口噴濺。通過“高爐灌漿壓入技術”可以填充耐材之間或爐殼與冷卻壁間的間隙，防止煤氣竄入鐵口，改善鐵口噴濺[2]。

經(jīng)過公司生產(chǎn)工藝和耐材技術人員與灌漿施工方共同討論制定3#鐵口噴濺治理方案，具體方案如下。

開孔部位的確定

結(jié)合爐況調(diào)查，對出現(xiàn)以下情況的部位進行重點關注。

（1）測溫點溫度偏高的部位；

（2）對有明顯煤氣竄出的部位；

（3）冷卻壁進出口水溫差超正常值的部位。

鐵口位于三段冷卻壁，煉鐵廠提前在鐵口周圍冷卻壁縫隙確定開孔位置并做好標記，開孔深度為110 mm（爐皮厚度74 mm,，爐皮與冷卻壁縫隙30 mm，鐵口冷卻壁厚度160 mm，考慮到碳磚安全問題不準備鉆到冷卻壁熱面，即開孔深度距冷卻壁熱面154 mm），爐皮外聯(lián)灌漿管徑50 mm。本次計劃開灌漿孔24 個，具體如下：

（1）3#鐵口下方（二段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，上方（四段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，上方（風口大套下）壓入灌漿1 個孔，左方（三段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，右方（三段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，再向右隔一塊冷卻壁壓入灌漿1 個孔，合計10 個；

（2）4#鐵口下方（二段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，上方（四段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，上方（風口大套下）壓入灌漿2 個孔，左方（三段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，右方（三段冷卻壁豎縫隙）壓入灌漿2 個孔，再向左隔一塊冷卻壁壓入灌漿1 個孔，合計10 個；

（3）3#鐵口和4#鐵口之間冷卻壁，每隔兩塊冷卻壁壓入灌漿1 個孔，合計4 個。

泥漿壓入控制原則

（1）鐵口周邊區(qū)域和鐵口之間的爐缸部位，每個壓入孔進料壓力最高控制在1.5 MPa，基礎壓力升高到2 MPa 時視為壓滿；

（2）風口帶下方孔，進料壓力控制在1.5 MPa以下，基礎壓力2 MPa 視為壓滿；

（3）每次壓入量15 kg，每孔壓入量控制在100 kg以內(nèi)，如果出現(xiàn)相鄰孔出料的情況，視為兩孔貫通，壓力不超標的前提下，壓入料可適量增加（不超50 kg）。

施工過程

2018-06-24T 21：00 開始進行現(xiàn)場準備工作，21：40 開始灌漿工作，25 日凌晨4：30 現(xiàn)場清理結(jié)束，具體泥漿壓入過程見表1、表2，其中3#、4#鐵口之間壓入部位布置情況如圖1 所示。

表1 3#、4#鐵口之間灌漿情況

表2 風口之間灌漿情況

圖1 3#、4#鐵口之間壓入部位編號布置圖

3 號、13 號、15 號、16 號、21 號、23 號開孔部位未壓入泥漿，證明開孔處耐材之間無縫隙。20 號開孔部位未進行灌漿作業(yè)，是由于在19 號開孔部位泥漿壓入過程中泥漿從20 號開孔部位溢出。

效果驗證

6 月10 日3#鐵溝第2 次修補，7 月2 日投入使用，7 月26 日停止使用解體，本次使用周期內(nèi)，共計出鐵138 次，平均出鐵時間109 min（表3），共計出鐵量88107 t，平均出鐵量3524 t/d，鐵口大蓋更換周期約10 d。通過對3#鐵口25 次出鐵過程跟蹤統(tǒng)計，平均噴濺時間為27 min。

表3 3#鐵口噴濺治理前后各項指標對比

通過“高爐灌漿壓入維護技術”在南區(qū)4#高爐噴濺治理的應用，提高了3#鐵口的出鐵時間、出鐵量、鐵口大蓋壽命，降低了噴濺時間。

結(jié)束語

通過高爐灌漿可以有效改善高爐的運行狀況，優(yōu)化高爐內(nèi)部氣流的流動，降低出鐵過程的噴濺，延長出鐵時間，優(yōu)化高爐的運行指標，降低爐前工的勞動強度。但高爐灌漿也存在很大的風險，高壓設備強行把泥漿壓入爐內(nèi)，可能會造成爐襯磚之間松動，影響高爐壽命。所以灌漿作業(yè)必須認真分析高爐的整體狀態(tài)，選擇正確的灌漿位置，并采用先進的灌漿設備，時時掌控灌漿的壓力和灌入量，保證將高爐爐殼與耐材之間的縫隙填實，但不造成高爐爐磚耐材的移位，保證高爐耐材結(jié)構(gòu)不被破壞。

高爐灌漿應配合原燃料質(zhì)量的改善及高爐的生產(chǎn)運行操作，磚襯逐步侵蝕，熱面及縫隙逐步被渣鐵包裹，在穩(wěn)定冷卻制度下形成一定厚度的渣膜，減少高壓煤氣進入磚縫，減弱噴濺[3]。