太鋼5號高爐爐況恢復(fù)分析

牛世杰

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鐵廠， 山西 太原 030003）

鑒于大型高爐在現(xiàn)代化鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的特殊地位，大型高爐一代爐役后期生產(chǎn)目標(biāo)是保證高爐的安全穩(wěn)定順行，直至一代爐役終點。

山西太鋼不銹鋼股份有限公司（全文簡稱太鋼）5號高爐為實現(xiàn)這一重要目標(biāo)保證太鋼全系統(tǒng)生產(chǎn)組織的穩(wěn)定，長期采取堵風(fēng)口、限產(chǎn)、配加釩鈦礦、休風(fēng)涼爐等一系列措施護爐，將爐缸溫度控制在安全范圍之內(nèi)。但諸多護爐措施與增進高爐煤氣流順行的措施在一定范圍內(nèi)機理相悖，故當(dāng)安全護爐與增進順行發(fā)生沖突時，高爐最終都會以安全護爐為宗旨，因此給煤氣流合理分布帶來一定的負(fù)面影響，所以爐役后期煉鐵技術(shù)工作者需不斷提升高爐煤氣流控制水平減少爐況波動次數(shù)及在爐況失常時迅速恢復(fù)的能力，減少安全生產(chǎn)成本。

1 爐況惡化原因

2018年3月2日5號高爐爐缸象腳區(qū)開始侵蝕，象腳區(qū)標(biāo)高8.68 m雙芯電偶45°方向插入耐材深度150mm處（耐材內(nèi)側(cè)電偶）持續(xù)升高，于2018年3月18日內(nèi)側(cè)電偶溫度最高438℃，超過2015年4月15日歷史最高侵蝕溫度432℃，經(jīng)太鋼煉鐵廠技術(shù)人員結(jié)合歷史經(jīng)驗進行爐缸側(cè)壁傳熱模型計算，該位置耐材厚度由前期990 mm侵蝕到970 mm，高爐連續(xù)采取一系列特護措施減緩整體象腳區(qū)鐵水沖刷負(fù)荷、提高爐缸側(cè)壁冷卻強度、配加促進侵蝕部位新生渣鐵殼的護爐劑（釩鈦礦）和強化減少局部環(huán)流的極端措施（休風(fēng)堵38號風(fēng)口），見表1，確保安全生產(chǎn)。

表1 特護措施及不利影響

由表1特護措施及不利影響可以看出，爐缸特護措施對高爐順行自下而上都有影響，下文將沿著自下而上逐一對爐況惡化原因進行分析。

1.1 爐缸堆積

5號高爐長期處于特護階段，持續(xù)限產(chǎn)，2018年一季度產(chǎn)能水平見表2。

表2 5號高爐2018年一季度產(chǎn)能水平

2018年1～3月平均日產(chǎn)8 117 t，利用系數(shù)1.86。在該產(chǎn)能水平下，爐缸死焦堆置換速度下降，透氣透液性不足最終導(dǎo)致熱儲備長期不足，進而造成爐缸活躍程度下降，爐缸堆積形成，接受風(fēng)量能力下降，影響氣流圓周分布，進而出現(xiàn)爐缸局部磚襯溫度高點出現(xiàn)。如3月份，爐缸溫度高點出現(xiàn)在8.68 m45°方向，最高438℃（創(chuàng)歷史新高），其余方向溫度點在200℃以下，3月18日20：06至3月19日3：37休風(fēng)堵38號風(fēng)口（累計堵2個風(fēng)口：18號、38號）。

2018年3月休風(fēng)4次，其中非計劃休風(fēng)為3次，共有4個風(fēng)口燒壞。通過觀察損壞風(fēng)口，發(fā)現(xiàn)燒蝕部位均為風(fēng)口下沿外側(cè)，且在休風(fēng)過程當(dāng)中，風(fēng)口有涌渣現(xiàn)象，爐缸工作狀態(tài)已逐步變差（見表3）。

表3 5號高爐3月份休風(fēng)

綜上，長期限產(chǎn)及堵風(fēng)口的護爐措施易造成爐缸堆積，不利于煤氣流合理分布，是造成爐況失常的主要原因。

1.2 操作爐型不規(guī)整

爐役后期，爐本體磚襯脫落嚴(yán)重，爐型不規(guī)整，需進行爐身硬質(zhì)壓入人工修復(fù)爐襯。由于爐襯的不規(guī)律脫落，爐本體邊緣氣流易發(fā)展，人工造襯使用壽命逐年減少，2011年剛開始硬質(zhì)壓入后，新爐襯能維持約一個季度。目前進行硬質(zhì)壓入后的新爐襯維持時間縮短為10～20 d，而硬質(zhì)壓入造襯必須在定檢過程進行，高爐定檢周期受全太鋼生產(chǎn)組織限制，定檢周期為兩個月。

因此，定檢生產(chǎn)后隨著時間推移，新爐襯逐步不規(guī)整脫落，加劇煤氣流的波動，嚴(yán)重影響煤氣的二、三次分布[1]。5號高爐生產(chǎn)周期現(xiàn)況為爐型變化大且不規(guī)整，邊緣氣流不穩(wěn)定，冷板易損壞，3月共損壞冷板12塊，其中4塊內(nèi)外腔損壞通工業(yè)水，冷卻板向爐內(nèi)漏水使?fàn)t型更加不規(guī)整，導(dǎo)致邊緣氣流穩(wěn)定性差，氣流控制難度增加，氣流分布情況可參考圖1。

圖1 2018年全爐熱負(fù)荷波動情況

從圖1看出，1月11日和3月7日分別為2次定檢，定檢前都是熱負(fù)荷劇烈波動，經(jīng)過定檢后穩(wěn)定幾天然后逐步上升開始波動，造成硬質(zhì)壓入漿料脫落，3月定檢后全爐熱負(fù)荷起來后居高不下，跟護爐措施的集中采用作用明顯，下旬以后，熱負(fù)荷居高不下，操作爐型難以控制，在（15 000～20 000）×10 MJ/h之間波動，風(fēng)壓高且拐動大，爐皮燒紅、開裂次數(shù)增多。因此，全爐熱負(fù)荷是否穩(wěn)定是高爐順行程度的集中體現(xiàn)，所以，硬質(zhì)壓入造襯后，新爐襯脫落是造成氣流波動，影響高爐爐況順行的又一重要原因。

1.3 燒結(jié)礦強度

爐缸活躍狀態(tài)受限，堆積時，高爐接受風(fēng)量能力差，對原燃料變差的抵抗力不足，2018年4月1日以后，燒結(jié)機提高機速，燒結(jié)礦強度下降明顯，持續(xù)5 d轉(zhuǎn)鼓強度日均值在77.5%以下，日均最低為76.85%（4月3日），如圖2所示。透氣性抵機指數(shù)K值隨著燒結(jié)強度的下降升高明顯，4月1日，K值由3.01升高至3.17，持續(xù)升高，高爐透氣性變差，于4月5日4：30發(fā)生懸料，復(fù)風(fēng)過程中出現(xiàn)管道，最終導(dǎo)致爐況失常，經(jīng)過10 d的調(diào)整，爐況逐步恢復(fù)。

圖2 燒結(jié)轉(zhuǎn)鼓強度與K值相關(guān)性比較

2 處理過程

這次爐況失常處理過程大致可分為三個階段：第一階段，控制爐缸側(cè)壁溫度階段（3月18日至4月5日）；第二階段，全焦冶煉重塑軟熔帶階段（4月6日至4月10日）；第三階段，錳礦洗爐集中置換爐缸焦堆疏松區(qū)階段（4月11日至4月13日）。通過三個階段的調(diào)整恢復(fù)，4月14日變噴煤負(fù)荷，爐況趨于好轉(zhuǎn)，4月15日焦比進至400 kg/t，爐況恢復(fù)結(jié)束。

2.1 控制爐缸側(cè)壁溫度

5號高爐長期護爐，爐缸工作狀態(tài)差，中心氣流不足，氣流主要通道在爐墻邊緣及過度帶，3月初，5號高爐爐缸象腳區(qū)側(cè)壁磚襯溫度逐步上升，18日超過歷史最高值，高爐采取休風(fēng)堵風(fēng)口和涼爐等極端措施控制爐缸磚襯的進一步侵蝕，迅速解決安全隱患，第一階段主要目標(biāo)為鞏固爐缸溫度下行趨勢，避免反復(fù)以達安全生產(chǎn)的目的。

經(jīng)前文原因分析可知，護爐過程實際就是煤氣流分布向差階段，在此階段爐缸呈堆積狀態(tài)且接受風(fēng)量能力下降，高爐應(yīng)對原燃料變差的抵抗力下降，鑒于4月1日燒結(jié)質(zhì)量向差，高爐采取一系列應(yīng)對措施如下：

1）裝料制度同時疏松中心和邊緣氣流，定壓差（全壓差不超190 kPa）操作。

2）焦比由 360（含焦丁 20）kg/t增加至 370（含焦丁 20）kg/t。

3）K值最高升高至3.41時，焦比增加至380（含焦丁 20）kg/t。

本階段鞏固爐缸側(cè)壁溫度下行趨勢，保證安全生產(chǎn)的重要目標(biāo)得以實現(xiàn)，為后面采取活躍爐缸措施恢復(fù)爐況奠定基礎(chǔ)。

2.2 全焦冶煉重塑軟熔帶

4月1日開始燒結(jié)強度下降，燒結(jié)在爐內(nèi)粉化增加，堵塞邊緣及過渡帶氣流通道，風(fēng)壓持續(xù)升高，4月3日～4日燒結(jié)強度急劇下降高爐雖退負(fù)荷應(yīng)對，但邊緣氣流通道無明顯改善，4月5日發(fā)生懸料，恢復(fù)過程中，高爐不接受風(fēng)量，時有管道發(fā)生，退全焦冶煉，全爐焦比640 kg/t，穩(wěn)定風(fēng)量通過全焦冶煉重塑軟熔帶，此階段過程詳見圖3。該階段采取的主要措施：

1）全焦冶煉，焦比 525～640 kg/t。

2）根據(jù)爐況變化，調(diào)整風(fēng)量使用，定壓差（全壓差不超190 kPa）操作。

3）調(diào)整料制，發(fā)展中心；保證渣鐵熱量，鐵水測溫大于1 520℃，降低爐渣堿度1.05～1.10。

4）調(diào)整風(fēng)溫、加濕控制T理為2 300～2 400℃。

5）積極查水，減少冷板漏水；爐缸每班兩次排水；控制損壞風(fēng)口流量差。

2.3 置換爐缸焦堆疏松區(qū)

經(jīng)過第二階段，爐缸側(cè)壁溫度全部控制在200℃以下，且有一定程度的結(jié)厚，為本階段贏得最好時機，第三階段（4月11日—13日）置換爐缸焦堆疏松區(qū)采取的具體措施如下：

1）捅開18號風(fēng)口活躍爐缸；使用60 mm鉆頭加強爐前排放[2]。

圖3 全焦冶煉重塑軟熔帶階段風(fēng)量與焦比參照圖

2）配加Mn礦洗爐，風(fēng)量逐步恢復(fù)至6000m3/min，4月14日變噴煤負(fù)荷，爐況趨于好轉(zhuǎn)，4月15日焦比進至400 kg/t，爐況恢復(fù)結(jié)束。

3 結(jié)論

爐役后期，為實現(xiàn)高爐長壽和順行，在控制高爐爐況波動程度、失常恢復(fù)方面積累了一定操作經(jīng)驗，現(xiàn)總結(jié)如下：

1）加強爐缸管理。第一，因爐缸溫度高堵風(fēng)口后，通過溫度監(jiān)控、熱流強度監(jiān)控，計算推測該區(qū)域爐缸狀態(tài)。及時捅開風(fēng)口，避免因長時間堵風(fēng)口，造成爐缸局部堆積影響氣流分布，甚至氣流失常的嚴(yán)重后果。第二，堅持維持足夠的風(fēng)量，充足的渣鐵熱量，保證爐缸活躍。

2）加強燒結(jié)礦質(zhì)量管控。燒結(jié)礦保供較為緊張，不能因提高燒結(jié)產(chǎn)量而忽視燒結(jié)質(zhì)量，所帶來的后果是得不償失的，燒結(jié)強度控制不低于77.5。

3）加強高爐透氣性管理。在高爐透氣性變差，有氣流失常征兆時，及時退焦炭負(fù)荷（視爐況趨勢可退全焦），疏松料柱，改善高爐透氣性。

4）加強查水。冷板損壞數(shù)量日趨增加，加強查水撿漏作業(yè)。休風(fēng)更換壞風(fēng)口以后，爐缸排氣門每班堅持排水，排水量未見明顯減少。

5）定期爐身硬質(zhì)壓入。爐役后期，爐型不規(guī)整，爐本體跑煤氣、裂縫多，堅持定期爐身硬質(zhì)壓入，充分利用檢維修補焊爐皮，提高施工質(zhì)量。

[1]張慶東，孫占國，周紅波，等.安鋼8號高爐爐況惡化后的處理[J].煉鐵，2007，26（4）：30.

[2]敖愛國.寶鋼2號高爐爐役后期爐缸的維護[J].寶鋼技術(shù)，2001（2）：1-3.