COREX爐豎爐清空工藝研究

鐘　聲，劉建東

(中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 200941)

COREX爐豎爐清空工藝研究

鐘聲，劉建東

(中冶寶鋼技術服務有限公司，上海 200941)

摘要：COREX爐(又名歐冶爐，熔融還原煉鐵裝置)豎爐在周期性生產3～6 個月后，在料倉中形成3種類型的結塊：第1種是在豎爐中心或者DRI螺旋之間形成的死料區結塊，嚴重時會導致DRI螺旋卡阻無法向氣化爐供料；第2種是從這些死料區結塊延伸到豎爐爐壁乃至圍管部分的結塊，結塊沿分料倉隔墻向上蔓延且會形成連環結料，有時達到5～10 m高，嚴重時會堵塞圍管通風孔，導致豎爐爐況惡化；第3種是AGD管道上方及其與爐壁交接處堆積的結塊，影響豎爐還原冶煉工藝，很難維持正常生產。針對上述情況，需要半年左右進行一次豎爐清空，以改善豎爐爐況和滿足功能考核的需求。著重從豎爐清空的關鍵技術和施工安全角度進行了研究，并提出了COREX爐豎爐清空工藝。

關鍵詞：COREX；豎爐清空；工藝

寶鋼股份羅涇煉鐵廠的2座COREX 3000相繼于2007年11月和2011年3月建成，均為成套引進奧鋼聯的技術裝備，單爐設計年產鐵水150萬 t。COREX爐由還原豎爐和熔融氣化爐兩大本體組成。還原豎爐采用高架式結構，位于熔融氣化爐上面，還原豎爐下部水平沿圓周方向布置有8臺螺旋排料機，連續地在熱狀態下向熔融氣化爐供料[1]。生產過程中，還原豎爐容易形成結塊，結塊形式有：1)在豎爐中心形成的死料柱；2)DRI分料倉相鄰馬背之間架橋形成的橋形結塊，并沿豎爐內壁向上蔓延，有時會形成5～10 m高的掌形結塊；3)是AGD(2#爐)與爐壁交接處堆積的結塊。據國外設備方專家的經驗，每3個月至半年左右需進行一次清理，這種清理作業即稱為豎爐清空。豎爐清空作業在COREX 3000 42.7 m平臺上進行,清理出的積料由落灰管進入干渣坑。豎爐清空作業是COREX煉鐵系統必不可少的一項工藝流程，作業時間長，作業難度大，作業危險性性高。考察結果顯示，國外COREX 2000、COREX 1000型豎爐清空時，多次發生人員傷亡及環境污染事故，針對這項危險性較高的施工，應研究出一套安全可靠、切實可行的施工工藝，才能保證施工作業的順利進行。

1工藝流程

改進設計的豎爐軸測圖如圖1所示，相應的施工流程圖如圖2所示。

圖1　豎爐軸測圖

圖2　施工流程圖

2工藝流程的關鍵技術

經過2008年3月26日在外方專家指導下進行的第1次豎爐清空，以及后期數次獨立實施的豎爐清空作業，總結提煉了豎爐清空的關鍵技術。

2.1爐溫控制技術

2.1.1爐溫控制的原因

經過多次豎爐清空的試驗對比得出，應對爐內溫度進行控制，主要原因在于：1)爐溫過高容易引起積料(主要為海綿鐵)的氧化變硬，不利于破鑿作業；2)爐溫過高容易使得爐內、外形成壓差而產生空氣對流，從而造成爐內高溫氣體或粉塵通過爐孔向外噴出傷人。

2.1.2主要控制技術

主要控制技術包括：1)在作業過程中，用于爐內積料破鑿的8個DRI螺旋觀察孔和用于清料出爐的8個DRI螺旋孔，不能同時開2個(含)以上孔，最大限度地防止爐內、外氣流交換導致爐溫升高；2)不定時地向豎爐內充氮氣以降低爐溫；3)在豎爐內人工清料前，打開2個頂部大人孔、8個DRI螺旋孔及8個DRI螺旋觀察孔，采用軸流風機進行凉爐，用紅外線測溫儀測溫，使溫度控制在<60 ℃。

2.2DRI螺旋拆裝技術

DRI螺旋單只質量約為3 t，是用來將溫度約為1 000 ℃的海綿鐵從豎爐旋轉落入氣化爐。由于長時間高溫環境下運轉，有些螺旋葉片磨損，有些被落料砸傷，有些被掉落的馬背鋼板卡死，導致DRI螺旋拆除時有諸多困難；另外，DRI螺旋拆除應越快越好，以免空氣進入爐內，使爐內物料氧化變硬結塊。

圖3　螺旋專用小車

通過DRI螺旋觀察孔觀察完豎爐內的積料情況后，根據積料的情況安排拆除DRI螺旋的順序。一般來講，DRI螺旋上方積料少的先拆除，積料多的后拆除，有卡死現象的先做好標記留在最后拆除。利用DRI螺旋專用小車(見圖3)完成其拆裝時的運輸工作。每拆除一個DRI螺旋，應使用事前制作好的盲板將其孔及時封閉，盡量少進入空氣。

2.3AGD積料Cardox清堵技術

COREX爐豎爐臨近降料線后，通過豎爐頂部安裝的熱成像儀觀察發現，在AGD管道與爐墻間存在積料現象(見圖4)。該處積料為高溫的海綿鐵，遇空氣后存在發生燒結出現液相的可能，加劇了積料的粘結強度，更加難以清理，在豎爐清空期間無法用常規手段快速處理；因此，提出使用Cardox清堵AGD上方積料的方案。

圖4　AGD管道積料示意圖

Cardox清堵方法(液態CO2氣爆)主要包括爐體鉆孔、安裝Cardox專用卡槽、爆破及堵孔幾個環節。

Cardox專用設備示意圖如圖5所示。Cardox清堵系統時包括1個高強度、可重復使用、裝有液態二氧化碳的爆破筒，加熱器和1個安全墊片。當使用小的電流啟動后，加熱器加熱內部的液態二氧化碳成為氣體，管道中壓力持續增大壓迫安全墊片，隨后釋放出體積擴大600倍、壓力達到40 000 PSI(275.8 MPa)的二氧化碳氣體，這都發生在毫秒時間內。將卡槽安裝在可能積料的位置，這樣可以使Cardox在預先設定的位置進行清堵工作。

圖5　Cardox專用設備示意圖

2.4豎爐內積料破碎技術

豎爐內積料(見圖6)較多(約300 m3)、而且較高(約5～10 m)。由于DRI螺旋觀察孔相對較小，爐內溫度較高(約200 ℃)，而積料量達300 m3，且落料時會從觀察人孔中噴出大量火焰，清料難度很大。

圖6　豎爐內積料示意圖

項目組同南京伊頓機械有限公司聯合研制了COREX豎爐清空專用破鑿機，對爐內的積料進行破碎作業。該破鑿機可以遙控操作，其機械臂不但可以360°旋轉，且所有管線和防護玻璃等全都符合耐高溫安全保護要求。

破鑿時，操作人員應站在上風口，并遠距離遙控操作破鑿機。指揮人員在觀察孔處指揮破鑿機作業時，向破鑿機作業人員發出打擊方向指令后，應站在人孔法蘭后，破鑿機才能開始作業。指揮人員應穿戴好全套隔熱服、面罩、手套和防塵眼鏡等勞防用品。如發現觀察孔有連續的黑煙噴出時，應立即停止破鑿，所有人員躲避至消防定置點，防止破鑿落料時的噴火傷人。

2.5環保清料技術

破鑿完一定量的積料后應及時進行清理。由于需要清除的積料達300 m3，本技術采用把料鏟及挖掘機進行清料。清料時應防止豎爐內大的結塊掉落后砸傷人，清理人員和清理機械應配合好，并設專人對清理和運送機械進行指揮協調，以防被機械撞傷。由于操作平臺的作業空間較小，為了防止清理用的破鑿機、叉車和鏟車等將平臺上的防護欄桿撞壞而滑落，在平臺欄桿前使用鋼絲繩拉好防護圈，鏟車在運送物料時應緩慢平穩，防止物料灑落，并作好防護，以免被高溫的物料燙傷。

清理出的細小顆粒物料由鏟車運送到落料管處，通過落料管排放到干渣坑，排渣管道排往干渣坑。使用挖掘機和鏟斗車清理和運送物料時，機械設備應操作平穩，以防止物料被灑落，造成高溫物料的燙傷。由于排料會產生大量風塵，專門設計了除塵管道及密封式除塵干渣坑(見圖7和圖8)。

圖7　倒渣小房及除塵　　　　圖8　密封式除塵　管道　干渣坑

3結語

在經過2008年3月25日和2008年7月7日2次COREX豎爐清空后，本工藝已基本成熟。2008年3月至今，該工藝在寶鋼2臺COREX 3000豎爐清空中都得到了良好的應用(1#COREX爐4次豎爐清空：2008年9月28日、2009年5月6日、2010年1月4日和2010年7月27日，2#COREX爐2次豎爐清空：2011年10月10日和2012年4月28日)，作業時間由最初的10 d逐步減少為3 d，作業效率大幅提高，也比國外COREX 2000豎爐清空工藝縮短了4 d，確保了施工的安全、質量及進度，且從未發生任何環境污染事故，取得了良好的經濟和社會效益，使中冶牌豎爐清空工藝逐漸成為業主單位認可甚至依賴的技術。

參考文獻

[1] 許海法，郭麗，張志浩.COREX豎爐爐料黏結的機理研究和影響因素分析[J].寶鋼技術,2011(6): 44-47.

責任編輯鄭練

Study of the COREX Reducation Shaft Empty Process

ZHONG Sheng, LIU Jiandong

(MCC Baosteel Technology Services Co., Ltd., Shanghai 201900)

Abstract：When COREX (also known as the OuYe Furnace, iron making by smelting reduction device) is in production in period 3 to 6 months in reduction shaft, three types of agglomerates will form in the silo. The first one is blocking material on dead material zone between the center of the reduction shaft or the DRI screw, and it will lead to DRI screw jam and unable to feed the melter gasifier at worst. The second is the agglomeration extension from dead material zone into the vertical furnace tube wall and the surrounding portion, it will spread along the wall and form chain blocking material which sometimes will be up to 5～10 m high, and may block the ventilation holes around the tube making deterioration of reduction shaft. The third is the agglomeration above the AGD pipe and the furnace wall, which will impact iron making by smelting reduction process, and hard to maintain normal production. In this case, it takes about six months to conduct a shaft furnace emptied, in order to improve the shaft furnace and meet the functional requirements. This paper focuses on the key technology and construction safety in reduction shaft empty process, and puts forward the COREX reduction shaft empty process.

Key words:COREX, reducation shaft empty, process

收稿日期：2015-05-18

作者簡介：鐘聲(1966-)，男，研究員級高級工程師，大學本科,主要從事冶金工程等方面的研究。

中圖分類號：TF 557

文獻標志碼:A