熱風爐掉磚處理技術實踐

陳生利，劉立廣

(廣東韶鋼煉鐵廠，廣東 韶關 512123)

韶鋼8號高爐，有效容積3200 m3，2009年投產，配置4座頂燃式熱風爐，熱風溫度達1180 ℃以上。2020年以來，受熱風爐內部耐材老化、長期溫度應力大及熱風爐內部耐火磚質量的影響，熱風爐內部隔墻、火井墻、拱頂等區域出現不同程度的掉磚現象。部分掉磚被高壓熱風吹送至熱風閥區域，掉落在閥槽內部，堆積在熱風閥閥座上，導致熱風閥在送風結束時無法關閉。部分碎磚還被高壓熱風吹送至高爐風口區域，堵塞至風口吹管前段，高爐被迫休風清理閥槽卡磚，半年時間內，高爐休風率高達2.0%以上，嚴重制約了高爐生產。

1 頂燃式熱風爐工藝技術優缺點分析

1.1 優點

韶鋼8號高爐四座熱風爐，均采用雙預熱裝置，可以實現高爐煤氣加焦爐煤氣混合煤氣燃燒，進一步提高風溫。熱風爐位于高爐0°側，與高爐呈一列式布置，減少了一些附屬設備，便于熱風爐的操作和管理。熱風爐燒爐時，將煤氣、空氣引入燃燒時，可以在短時間內實現燒爐煤氣與助燃空氣很好的混合，達到快速燃燒的目的。采用半噴式短焰燃燒，燃燒能力充足，可以更好的滿足高爐使用高風溫的要求，最高風溫達到1220 ℃，年度平均風溫1180 ℃。

表1 熱風閥卡磚統計表

四座熱風爐均引進了新型砌筑結構，拱頂為偏心圓弧設計。熱風爐操作系統設置有燃燒控制、送風控制、換爐控制系統，可以實現全工藝自動控制，也可以根據生產需要切換成手動控制。正常生產情況下，送風制度采取兩燒兩送模式，單次送風時間大于60 分鐘。

1.2 缺點

受熱風爐結構的限制，熱風爐各閥門、管道安裝位置較高，日常巡檢及維護勞動強度大。受標高較高的影響，熱風閥冷卻水壓要求高，日常使用高壓泵單獨供水冷卻。

在熱風爐燒爐階段，燃燒產生的高溫氣體直接沖刷爐墻及拱頂耐火磚襯，煤氣中的雜質成分與耐火材料發生化學反應，形成低熔點化合物在高溫下熔融，極易導致拱頂耐材脫落，進一步加劇內部耐材的破損。熱風爐整體高度較高，下步格子磚、內墻等長期受巨大載荷作用，時間久了會出現變形，加劇了熱風爐砌體的破損。

熱風爐砌體內部燃燒產生的溫度高達1400 ℃，而外部溫度較低，內部膨脹大，外部膨脹小，導致爐體內部受壓應力作用，而外部受拉應力作用，致使耐火磚的局部易被壓壞破損，拱頂耐材下沉。特別是自動控制系統出現故障，加上燒爐煤氣壓力波動，人工手動操作燒爐時，會出現燒爐溫度時高時低的現象，進一步加劇了熱應力對耐材的破壞作用。

2 韶鋼8號高爐熱風閥卡磚處理技術

2.1 熱風閥卡磚問題調查

2020年1月，熱風閥出現第一次關不到位現象，起初判斷有多種可能，包括熱風閥卡磚、熱風閥變形、閥槽區域有異物等。發現熱風閥關不到位后，處理了約30分鐘依然無效，經過技術人員討論決定休風處理。發現熱風閥槽區域堆積滿了碎磚塊，隨后組織使用壓縮空氣及水冷卻熱風短管，打開熱風閥地板排污閥門，漏出碎耐火材料約16 kg，同時，熱風圍管區域堆積了大量碎磚。如圖1所示。

休風期間，打開點火人孔，底部排污孔，同步檢查熱風情況，發現2#熱風爐燃燒器上堆積了大量的掉磚；四座熱風爐隔墻中、上部均有輕微鼓包現象；爐箅子靠近燃燒室隔墻區域均有掉落格子磚現象，熱風爐蓄熱室也有明顯掉磚堵塞現象。

針對這一現象，當時組織專業技術人員探討，一致認為，熱風爐內部出現不同程度的掉磚問題非常嚴重，如停爐清理熱風爐掉磚，需要長時間休風，對生產影響較大，如不處理，存在下次繼續卡熱風閥的可能。鑒于檢測手段缺失，無法精確觀察熱風爐內部損壞情況，采購了一臺高溫窺視設備，用于探測熱風爐內部情況。2月7日，又出現了熱風閥無法關閉問題，高爐決定臨時休風處理，同步使用高溫窺視裝置探測，測得現場如下。

圖1 熱風閥底部排污閥清理出碎磚實物圖

圖2 內部檢測掉磚圖

2.2 熱風閥掉磚處理裝置研發

為了完成公司年度生產任務，避免高爐停爐處理熱風爐掉磚問題帶來的經濟損失，同時降低卡磚導致的休風率，設計了一種在線排渣裝置及其使用技術。在排污閥下方設置儲存碎渣的箱體，在箱體內部焊接錨固件，采用耐火度大于1400 ℃的鐵溝澆注料進行整體澆筑，確保有效保護箱體外殼強度。用高溫耐材散料一次澆筑成型，貼合效果好，不存在縫隙。排渣管道采取在線遠程打開閥門排渣，碎渣容量大，排渣周期長，操作風險低，維護簡單，制作成功后可實現無休風在線排渣。排渣裝置結構示意圖如圖3所示。

圖3 排渣裝置結構示意圖

該裝置在2020年4月上線使用，操作人員根據生產需要，按照計劃組織打開閥門排渣，大幅度降低了熱風閥關閉時卡阻的概率，偶爾出現卡阻后，及時打開排渣閥門，很快熱風閥就能關閉。為了精確掌握熱風閥區域碎磚堆積量，專業技術人員還開發了利用溫度傳感器探測箱體堆積碎渣技術，根據溫度變化判斷箱體內碎磚量，及時排出碎渣。在箱體內壁垂直高度上每隔150 mm安裝溫度傳感器，共裝3個，通過檢測三個點的溫度變化情況，來確定碎渣容量，設計結構圖如圖4所示。

2.3 使用效果分析

通過對熱風爐掉磚引起的熱風閥卡阻問題進行深入研究，研發了一種排渣裝置及其使用技術，該技術應用后，熱風閥卡磚引起的高爐休風問題得到了有效解決。從2020年7月起，未出現過因熱風閥卡阻引起的高爐休風，休風率得到了大幅度降低，高爐各項指標完成年度目標。

圖4 箱體溫度傳感器結構圖

表2 2020年下半年高爐指標統計表

3 結語

(1)針對頂燃式熱風爐掉磚問題，專業技術人員應該重點考慮如何提高砌筑技術水平，同時耐火磚的質量選擇上要進一步提升檔次。

(2)高風溫是高爐冶煉降本的最佳手段，在努力提升風溫的同時，要重點考慮如何縮小燃燒與送風后熱風爐內部的溫度差，從而延長熱風爐使用壽命。

(3)在熱風爐系統出現問題時，要大膽創新解決方案，不斷優化熱風爐工藝，從而推動煉鐵事業的進步。