宣鋼2號(hào)高爐護(hù)爐技術(shù)措施

張二星

(河北鋼鐵集團(tuán)宣化鋼鐵公司煉鐵廠(chǎng),河北 張家口075100)

河鋼宣鋼煉鐵廠(chǎng)2#高爐于2010年9月18日建成投產(chǎn)。爐缸、爐底采用石墨碳?jí)K-陶瓷砌體復(fù)合爐襯,結(jié)合水冷薄爐底碳磚結(jié)構(gòu)。爐底從下至上分別砌筑國(guó)產(chǎn)超導(dǎo)石墨磚、國(guó)產(chǎn)半石墨磚、國(guó)產(chǎn)微孔碳磚和超微孔碳磚,共五層(每層高400 mm),爐底最上部砌筑陶瓷杯磚(高800 mm),爐缸外側(cè)環(huán)砌進(jìn)口德國(guó)小塊碳磚(高4600 mm),爐缸最上部環(huán)砌三層國(guó)產(chǎn)微孔碳磚(每層高400 mm),爐缸內(nèi)側(cè)陶瓷杯采用全杯結(jié)構(gòu)(高5000 mm)。爐腹、爐腰及爐身下部采用四段銅冷卻壁。爐身中上部采用鑲磚冷卻壁,爐底、爐缸采用俄羅斯的FK侵蝕監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。2016年5月8日3#鐵口區(qū)域T04092、T04083碳磚溫度升高至597℃、642℃,已威脅到安全生產(chǎn),采取必要的護(hù)爐措施,確保安全生產(chǎn)。2#高爐截止2016年4月份已生產(chǎn)5.5年,累計(jì)生產(chǎn)生鐵10 910 271 t,單位爐容生產(chǎn)生鐵4364.11 t/m3。

1 T04092、T04083碳磚溫度升高情況

1.1 T04092、T04083碳磚溫度點(diǎn)位置

鐵口中心線(xiàn)標(biāo)高10 000 mm。T04092溫度點(diǎn)標(biāo)高8734 mm,爐缸圓周18#與19#冷卻壁之間,即15#與16#風(fēng)口之間,徑向第2環(huán),插入碳磚200 mm。T04083溫度點(diǎn)標(biāo)高8115 mm,爐缸圓周18#與19#冷卻壁之間,即15#與16#風(fēng)口之間,徑向第3環(huán),插入碳磚350 mm。

1.2 T04092、T04083碳磚溫度點(diǎn)溫度升高情況

2016年3月4 日開(kāi)始,2#高爐3#鐵口區(qū)域T04092、T04083碳磚溫度上行升高幅度較大,從之前的220℃、260℃開(kāi)始上行,至5月8日最高上升至597℃、642℃,靠近T04083區(qū)域的 T22083、T07083碳磚溫度為111℃、157℃,靠近T04092區(qū)域的T03092、T05092碳磚溫度為300℃、280℃,該區(qū)域溫度異常,存在著重大安全生產(chǎn)隱患。T04092、T04083碳磚溫度升高情況見(jiàn)圖1。經(jīng)計(jì)算,殘余碳磚厚度約500～550 mm,FK系統(tǒng)模擬侵蝕情況見(jiàn)圖2。

2 護(hù)爐技術(shù)措施

2.1 提高冷卻水量

2#高爐設(shè)計(jì)總水量最大為3860 m3/h,其中爐底水量600 m3/h,冷卻壁水量3260 m3/h。根據(jù)T04092、T04083碳磚溫度升高情況,總水量由3300 m3/h逐步提高至3660 m3/h,調(diào)整情況詳見(jiàn)表1。

圖1 T04092、T04083碳磚溫度升高情況

圖2 FK系統(tǒng)模擬侵蝕情況

表1 2#高爐總水量調(diào)整情況

3月24日除爐底水量外,冷卻壁水量提高至最高設(shè)計(jì)值后,T04092、T04083碳磚溫度沒(méi)有得到抑制,仍然呈升高趨勢(shì)。

5月19日休風(fēng)計(jì)劃?rùn)z修,2段18#冷卻壁第1、2根水管接風(fēng)口高壓水,每只水管水量由18.75 m3/h提高至130 m3/h,強(qiáng)化局部冷卻,促進(jìn)鈦渣保護(hù)層的形成,從而達(dá)到護(hù)爐的目的。

2.2 加強(qiáng)監(jiān)測(cè)水溫差和爐殼溫度

水溫差監(jiān)測(cè)為進(jìn)水溫度與2段出水的差值.,從4月初開(kāi)始測(cè)量,從鐵口西側(cè)引出鄰近第四至第六根水管,其中第四根水管水溫差(0.3±0.1)℃,每小時(shí)檢測(cè)一次;4月24日利用休風(fēng)機(jī)會(huì)將第一至第三根水管引出,每小時(shí)檢測(cè)一次,第一根水管水溫差0.6～0.7℃,至5月6日夜班最高水溫差達(dá)到0.8～0.9℃,熱流強(qiáng)度為28 000 kcal/h·m2。其它部位水管水溫差0.1～0.2℃,熱流強(qiáng)度為7500 kcal/h·m2。水溫差變化情況見(jiàn)圖3。

圖3 水溫差變化情況

3月中旬以前該部爐殼溫度在30℃以下,至3月下旬時(shí)呈緩慢升高趨勢(shì),4月10日后基本穩(wěn)定在40～45℃之間。為便于監(jiān)控,5月6日在爐殼溫度高的位置接熱電偶到主控室在線(xiàn)測(cè)量爐殼溫度,測(cè)量溫度在56～62℃之間。爐殼溫度變化情況見(jiàn)圖4。

圖4 爐殼溫度變化情況

2.3 提高鈦負(fù)荷

利用鈦還原后,形成TiC、TiN以及固溶體Ti(C,N),在冷卻強(qiáng)度大的部位沉積,即在侵蝕較嚴(yán)重的部位形成保護(hù)層,達(dá)到護(hù)爐的目的[1]。3月鈦負(fù)荷由7～8 kg/t(Fe)提高至10～11 kg/t(Fe),3月15日后鈦負(fù)荷維持在10～13 kg/t(Fe),5月6日停配PB塊,5月8日停配蒙古塊后,鈦負(fù)荷水平為12.0～13.0 kg/t(Fe),5月8日調(diào)整一燒入燒結(jié)構(gòu),燒結(jié)礦鈦含量由0.26%升高至0.35%,鈦負(fù)荷進(jìn)一步提高至15 kg/t(Fe)左右。同時(shí)適當(dāng)提高生鐵[Si]含量,促進(jìn)Ti的還原,5月9日后生鐵中[Ti]達(dá)到0.20%以上,護(hù)爐作用較明顯。護(hù)爐期間,鈦負(fù)荷、生鐵中[Ti]含量見(jiàn)圖5。

圖5 鈦負(fù)荷、生鐵中[Ti]含量

2.4 高爐操作調(diào)整

減輕焦炭負(fù)荷,負(fù)荷由4.84倍降低至4.65倍,全爐壓差低于175 k Pa,改善料柱透氣性,降低壓差,提高順行程度,減輕高爐憋壓程度,減輕環(huán)流侵蝕。提高計(jì)算堿度R≥1.20倍,控制生鐵含硫低于0.030%,生鐵一級(jí)品率≥95%,嚴(yán)禁低溫高硫生鐵。5月9日將[Si]提高至0.35%～0.50%,并按照中上限控制,以利于鈦的還原,形成含鈦保護(hù)層,提高護(hù)爐效果。護(hù)爐期間[Si]趨勢(shì)見(jiàn)圖6。

圖6 護(hù)爐期間[Si]趨勢(shì)

2.5 提高鐵口深度

鐵口深度控制在3.0米至3.2米,嚴(yán)禁潮鐵口出鐵,嚴(yán)禁悶炮操作,減少燒鐵口次數(shù),保持全風(fēng)高壓堵口率,加強(qiáng)鐵口維護(hù),維護(hù)鐵口泥包完整。提高鈦負(fù)荷后,及時(shí)打開(kāi)鐵口,避免鐵前憋風(fēng),破壞高爐順行,避免崩料、懸料。根據(jù)爐缸溫度上升情況,4月6日夜班停用3#鐵口,用1#、2#鐵口出鐵。

2.6 休風(fēng)堵風(fēng)口

4月24日T04083碳磚溫度升高至535℃,T04092碳磚溫度升高至590℃,配合二鋼軋廠(chǎng)處理2#轉(zhuǎn)爐除塵管道休風(fēng),調(diào)整風(fēng)口布局,將6個(gè)風(fēng)口直徑由110 mm調(diào)至120 mm,堵3#鐵口右上方的16#風(fēng)口,擴(kuò)大3#鐵口區(qū)域的局部死區(qū),風(fēng)口面積由0.3176 m2縮小至0.3171 m2。送風(fēng)后,雖然堵16#風(fēng)口,但擴(kuò)大了其它方位的風(fēng)口面積,送風(fēng)風(fēng)口面積縮小的不夠,只縮小了0.000 5 m2,風(fēng)量控制范圍不變,仍維持原有的風(fēng)量水平,綜合冶煉強(qiáng)度甚至提高了0.01 t/m3·d,T04092、T04083碳磚溫度升高趨勢(shì)沒(méi)有得到有效的抑制,繼續(xù)升高。第一次堵風(fēng)口前后風(fēng)量、利用系數(shù),綜合冶煉強(qiáng)度的變化見(jiàn)表2。

表2 2#高爐堵風(fēng)口前后風(fēng)量、利用系數(shù),綜合冶煉強(qiáng)度的變化

5月6日T04083碳磚溫度升高至642℃,T04092碳磚溫度升高至599℃,爐缸燒出的可能性進(jìn)一步增加,第二次休風(fēng)堵3#鐵口上方的15#風(fēng)口,送風(fēng)風(fēng)口面積0.3076 m2,28個(gè)風(fēng)口作業(yè),風(fēng)量4400～4500 m3/min,爐頂壓力由215 kPa降低至205 k Pa,綜合冶煉強(qiáng)度由1.1 t/m3·d降至1.0 t/m3·d,T04083、T04092碳磚溫度升高趨勢(shì)得到了有效抑制,呈下降趨勢(shì)。

2.7 治理爐基漏煤氣

在有氣隙的地方灌漿,十分必要,也是行之有效的方法。堵塞氣隙,能改善傳熱條件,對(duì)保護(hù)爐襯、降低溫度均有突出作用。2014年?duì)t基鋼圈漏煤氣時(shí),未能給予高度重視,隨著生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng),逐年嚴(yán)重,逐步發(fā)展成圓周方向有約80%的焊口開(kāi)焊,表明爐殼與砌體之間、砌體之間存在著孔隙。爐基漏煤氣的主要原因是風(fēng)口漏水發(fā)現(xiàn)不及時(shí),更換破損的風(fēng)口不及時(shí),少量水經(jīng)爐缸滲入爐基,氧化碳素耐材,形成孔隙。2016年5月19日計(jì)劃?rùn)z修32.3小時(shí),采取外封內(nèi)堵的方法對(duì)爐基跑煤氣進(jìn)行治理。外封,對(duì)爐基密封鋼圈原有搗料徹底清除干凈后重新?lián)v料,重新焊接爐基密封鋼圈。內(nèi)堵就是,在一段爐缸冷卻壁下方開(kāi)孔10個(gè),爐基密封板開(kāi)孔18個(gè),水冷管上方開(kāi)孔7個(gè),灌漿材質(zhì)為爐基密封固化料,用樹(shù)脂攪拌均勻后,進(jìn)行灌漿,用料13 t,還有少量灌漿孔未灌漿。治理后,爐基漏煤氣得到了一定程度的治理,煤氣火焰高度變小,煤氣壓力減弱,但仍有漏煤氣現(xiàn)象,但周長(zhǎng)只有2 m左右,待后續(xù)繼續(xù)灌漿,補(bǔ)焊開(kāi)裂處。

2.8 生產(chǎn)組織

由于2#高爐采取提高鈦負(fù)荷等護(hù)爐措施,鐵水流動(dòng)性變差,鐵罐結(jié)蓋、結(jié)腮嚴(yán)重,影響正常運(yùn)行,給高爐外圍和轉(zhuǎn)爐吹煉造成較大影響。為此,研究制定了2#高爐護(hù)爐期間確保鐵罐正常運(yùn)行的生產(chǎn)組織方案,煉鐵廠(chǎng)負(fù)責(zé)鐵罐運(yùn)行的過(guò)程管控、情況收集和罐況處理工作,煉鋼廠(chǎng)負(fù)責(zé)鐵罐倒鐵和配合罐況處理工作,及時(shí)拉兌鐵罐,保障鐵罐正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 護(hù)爐效果

采取上述護(hù)爐措施后,T04083、T04092碳磚溫度呈明顯的下降趨勢(shì),見(jiàn)圖8,5月19日32.3小時(shí)休風(fēng)期間T04082溫度下降至221℃,T04092溫度下降至217℃,爐缸溫度升高趨勢(shì)得到了有效遏制,爐缸FK系統(tǒng)模擬侵蝕情況見(jiàn)圖9。根據(jù)T04083、T04092碳磚溫度下降情況,5月23日捅開(kāi)16#風(fēng)口,送風(fēng)風(fēng)口面積0.3171 m2,仍堵15#風(fēng)口。捅開(kāi)風(fēng)口后,風(fēng)量按照(4700±50)m/min控制,爐溫按照鐵水[Si]0.30%～0.45%控制,調(diào)整入爐結(jié)構(gòu)保持入爐鈦負(fù)荷達(dá)到12 kg/t以上,生鐵中[Ti]含量0.150%左右,目前仍堵15#風(fēng)口作業(yè)。6月份后T04083、T04092碳磚溫度低于350℃,并繼續(xù)呈下降趨勢(shì),水溫差0.3～0.4℃。

由于爐缸碳磚溫度上升較快,護(hù)爐措施力度較大,從4月24日堵第一個(gè)風(fēng)口算起至5月23日捅開(kāi)16#風(fēng)口總計(jì)29天的期間,堵風(fēng)口限制冶煉強(qiáng)度,冶煉強(qiáng)度下降0.054 t/m3d,生鐵產(chǎn)量降低約800～1000 t/d,減輕焦炭負(fù)荷煤氣利用率下降以及鐵損增加,焦比升高16 kg/t(Fe),煤比升高5 kg/t(Fe),燃料比升高26 kg/t(Fe),造成高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)下降較多,損失較大,見(jiàn)表3。

圖7 T04083、T04092碳磚溫度下降趨勢(shì)

表3 2#高爐護(hù)爐前與護(hù)爐期間部分主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

(1)此次2#高爐爐缸T04083、T04092碳磚溫度升高采取的護(hù)爐措施是比較有效的,尤其是提高鈦負(fù)荷、提高[Si]、堵風(fēng)口限制冶煉強(qiáng)度的措施。本次2#高爐護(hù)爐29天,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)損失較大。

(2)后續(xù)2#高爐應(yīng)樹(shù)立長(zhǎng)期爐缸維護(hù)觀念,密切關(guān)注爐缸碳磚溫度的變化,維持一定的鈦負(fù)荷,保持生鐵中[Ti]在一定范圍內(nèi),加強(qiáng)鐵口維護(hù),進(jìn)一步提高炮泥質(zhì)量,改善爐缸焦炭的透氣性、透液性,減輕環(huán)流侵蝕,同時(shí)密切關(guān)注1#、2#鐵口區(qū)域碳磚溫度的趨勢(shì)變化,及早采取措施。根據(jù)T04083、T04082爐缸溫度變化趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)全風(fēng)口作業(yè)。2#高爐提高鈦負(fù)荷護(hù)爐期間,由于提高了燒結(jié)礦鈦含量,對(duì)其它高爐操作造成一定程度的影響。鑒于這種情況,2#高爐可嘗試使用含鈦炮泥,進(jìn)行局部特殊護(hù)理,或者配加高鈦外進(jìn)球團(tuán)礦,不對(duì)其它高爐產(chǎn)生影響。

(3)1#高爐2#鐵口區(qū)域T342碳磚溫度(標(biāo)高7960mm)今年5月初由130～140℃上升至409℃后,通過(guò)提高鐵口深度,改善炮泥質(zhì)量,加強(qiáng)鐵口維護(hù),期間恰好2#高爐提高鈦負(fù)荷護(hù)爐,鈦負(fù)荷提高至10～11 kg/t(Fe),沒(méi)有進(jìn)行堵風(fēng)口操作,仍維持全風(fēng)、全氧、全風(fēng)口作業(yè),加強(qiáng)鐵口維護(hù)后,5月底T342碳磚溫度下降至147℃,技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)沒(méi)有受到影響。由此可見(jiàn),結(jié)合本次2#高爐護(hù)爐的得與失,高爐開(kāi)爐投產(chǎn)后,樹(shù)立正確的長(zhǎng)壽觀念,日常高爐操作中,加強(qiáng)鐵口維護(hù),控制氣流分布,降低原料中有害元素至不危害高爐生產(chǎn),改善爐缸焦炭的透液性,保持高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定順行,減輕環(huán)流侵蝕,達(dá)到高爐長(zhǎng)壽與改善技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的雙重目的。在爐缸碳磚溫度在短期內(nèi)升高幅度較大,達(dá)到某一溫度范圍內(nèi),應(yīng)高度重視,采取一定的護(hù)爐措施,見(jiàn)效快,影響小[2]。當(dāng)爐缸碳磚溫度處于高位,已影響到安全生產(chǎn)時(shí),才采取護(hù)爐措施,不僅降低高爐的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),而且爐缸碳磚變薄后,高爐操作難度加大,同時(shí)存在較大的安全隱患。