河鋼邯鋼1 號3 200 m3 高爐全焦開爐實踐

王 拓，夏萬順，于浩平

（河鋼集團邯鋼公司邯寶煉鐵廠，河北 邯鄲 056000）

河鋼邯鋼邯寶煉鐵廠1 號3 200 m3高爐于2021年6 月17 日突發爐缸燒穿現象，被迫轉入大修。檢修更換了爐底三層及爐缸炭磚、風口組合磚，澆筑了爐缸陶瓷杯，更換了爐體部分銅冷卻壁，并進行了爐墻及煤氣封罩噴涂。由于是無計劃大修，工期短、任務重，交叉作業多，開爐選擇了全焦開爐。相較于木材開爐，全焦開爐不僅可以節省大量木材，還可以節省木材倒運、裝爐及涼爐的時間，較木材開爐至少能夠節約72 h 的時間。

本次開爐是國內3 200 m3級高爐第一次全焦開爐，經過科學計算開爐料，精心準備開爐前各項工作，鐵口預燒氧，合理選擇開爐風氧參數，實現了37 h 全開風口，72 h 達產達效的良好成績，為3 200 m3及以上高爐全焦開爐提供了技術經驗支撐。

1 開爐前的準備工作

1.1 鐵口導管的制作和安裝

在對鐵口框架和鐵口孔道進行澆筑前，需提前預制烘爐導管。導管內徑為90 mm，長度4.5 m。導管深入鐵口組合磚400 mm，便于噴涂制作泥包。管徑的中心與鐵口中心線對齊，兩端固定后澆筑鐵口框架和鐵口孔道。烘爐前在導管前端安裝球閥，便于高爐試壓時的憋壓操作。

烘爐導管采用兩短一長的布局，一端經風口深入到吹管內，最前端帶特制的凸起，可以卡在吹管內，保證烘爐時導管不會被吹倒；另一端深入爐內，出口向下，距離爐底300 mm。所有導管均勻分布在爐底兩個同心圓上。另外設置1 根中心導管，直接深入到爐缸底部中心，保證爐底和爐缸的充分加熱，高爐烘爐導管布置示意圖如圖1 所示。為了掌握爐內溫度，在2號鐵口烘爐導管內插入一長一短兩支電偶，長電偶深入爐缸中心，距離爐底300 mm，短電偶固定在邊緣，距離爐缸側壁和爐底各300 mm。在爐頂煤氣上升管煤氣取樣孔設置濕度表，以監測爐內濕度。

圖1 烘爐導管布置示意圖

1.2 烘爐

烘爐是開爐成功的關鍵，成功的烘爐可以消除爐墻和爐體內多余的水分，減少燃料消耗，減少鐵口噴濺和保護爐缸耐材等。爐缸陶瓷杯澆筑及爐墻噴涂完成后，技術人員根據工期和耐材特性研究擬定了烘爐曲線。設計的烘爐曲線數據如表1 所示。

表1 廠家設計的烘爐曲線數據

8 月17 日04：23 開始送風烘爐。第一階段采用自然風烘爐，風量逐步加至4 050 m3/min，送風溫度為120 ℃，爐內逐步升溫，06：28 打開1 號熱風爐充壓閥，提高風溫。到06：36 中心電偶和邊緣電偶均升溫至目標溫度150 ℃，開始恒溫；按照升溫曲線，于23：00 開始升溫，風量加到4 380 m3/min，風溫由184 ℃逐步升至600 ℃，18 日03：00 升溫至目標溫度450 ℃，此時頂溫達到365 ℃，超過設定的350 ℃，遂降低風量來控制頂溫，風量逐步減至2 600 m3/min，經過摸索，將風量穩定在2 850 m3/min，風溫維持在580 ℃左右，頂溫控制在345 ℃，烘爐中心電偶溫度435 ℃，邊緣電偶溫度穩定在425 ℃，恒溫27 h 40 min。于19 日07：40，將升壓爐體檢漏烘爐電偶拔出，按頂溫350 ℃來調整風溫和風量。20 日早06：00，爐內濕度與大氣濕度相當，改低壓烘爐。高爐實際烘爐曲線及頂溫控制如圖2 所示。

圖2 高爐實際烘爐曲線及頂溫控制圖

1.3 試壓檢漏

按爐體上、中、下三段，將進風系統，爐頂和煤氣系統分6 個小組逐一排查檢漏。試壓檢漏分兩次進行。

第一次：于19 日08：30 開始升壓，將風量減至最低，關閉TRT 的QV 閥及鐵口導管閥門，然后控制風機緩慢加壓，逐步加壓至250 kPa，保壓2 h，升壓過程中安排專人巡檢爐體，防止有大漏點跑風。檢漏完畢后直接轉烘爐，按照頂溫350 ℃控制風量和風溫。期間安排維修人員補焊漏點。

第二次：于20 日16：00 進行第二次升壓試漏，壓力仍設置為250 kPa，檢查漏點補焊情況。

2 開爐料計算及開爐參數選擇

2.1 開爐料設計

開爐料采用“凈焦+過渡料+輕負荷料+正常料”的4 段式開爐料，設計全爐負荷為2.74，計算渣量為465 kg/t。第一段為凈焦，裝至爐身下部2 m，容積為1 984 m3；第二段為過渡料，設計為22 t 凈焦+3 t 螢石+5 t 燒結礦，本次開爐料用少量燒結礦代替部分溶劑，不僅可以調整堿度，也能盡可能地降低噸鐵渣量，從而減少燃料消耗，這是邯鋼開爐史上的首次嘗試，負荷料容積為270 m3；第三段負荷為2.26 的輕負荷料，礦批49.8 t 礦石+3.05 t 螢石，計算堿度為1.05；第四段為3.02 的負荷料，礦批為60 t 礦石+3.05 t 螢石。

開爐料設計渣量低、負荷重、負荷銜接幅度大是本次開爐料的特點，各項參數均創邯鋼開爐歷史之最。

2.2 上下部參數選擇

下部送風系統采用24 個寬為130 mm 的風口加8 個寬為120 mm 的風口，風口長度均為643 mm，全風口面積0.409 0 m2。送風時堵6 個風口，在東西南北4 個方向均勻地各堵一個，1 號和3 鐵口上方各堵一個，送風面積為0.329 4 m2。

2.3 裝料

裝料時凈焦布料角度16°，凈焦計劃裝入22批，設計料線為18 m，考慮到烘爐導管未拆除占用爐缸體積的原因，實際測量料線為16.3 m，比設計料線高出2.1 m，為保證開爐成功，按實際料線進行裝料。過渡料設計7 批，裝完后料線為13.1 m，比設計高出2.9 m，這導致后續的負荷料無法完全裝入，為此對負荷料進行了重新設計，一段負荷料設計21 批，實際裝入10 批，料線到6.2 m，第四段負荷料負荷調整為3.5，裝入4 批，料線為3.5 m。全爐負荷核算為3.8，比設計的2.74 高1.06。高爐計劃裝料和實際裝料的對比情況如表2 所示。

表2 高爐計劃裝料和實際裝料的對比表

2.4 鐵口埋槍燒氧

本次開爐用2、4 號鐵口出鐵。將2 號口主溝改成臨時炭包，計劃出火渣。為快速開爐，采用了鐵口埋氧槍加熱爐缸的技術。該技術在能夠解決全焦開爐點火慢和爐缸焦炭燃燒不完全的弊端的同時，可以有效加快開爐進程。20 日22：30，焦炭裝至風口后開始預埋氧槍。用氧氣燒掉鐵口導管，將鐵口附近焦炭點著后堵口，10 min 后退炮，鉆開鐵口插入氧槍，然后打開氧氣和壓縮空氣，氧氣壓力大于7 kg/cm2（0.7 MPa），氧氣流量控制在200 m3/h 左右，設專人看護和記錄，如表3 所示。

表3 高爐4 個鐵口氧槍燒氧情況統計表

3 送風開爐

3.1 送風

于21 日22：16 點火送風，風溫700 ℃。送風后快速加風，在22：26 時，風壓加至140 kPa，風量1 000 m3，控制壓差不超120 kPa。23：00，3 號風口點亮，接著其余風口陸續變亮。23：40，煤氣爆破試驗合格，聯系引煤氣。引煤氣后開始快速加風，壓差仍按120 kPa 控制。隨著風口逐漸變亮，氣流關系逐漸寬松，風量加至3 580 m3/min，風壓160 kPa。00：16，左探尺開始滑動，00：59，料線為3.8 m/5.2 m，開始放料，并逐漸提高送風風溫至1 100 ℃。放料后探尺動態較差，以崩滑料為主。為防止憋壓，將料線控制在4 m 以下，布料上礦焦同收1°，同時將礦布料由四檔改為三檔，目的是實現兩頭開放的氣流分布，以保證高爐順行。

送風6 h 后，拔2 號鐵口氧槍查看渣鐵形成情況，拔槍后見少量紅渣噴出，立即堵口，沒有再插氧槍。22 日04：45 發現4 號鐵口上方風口出現明顯的涌渣現象，05：00 時有3 個風口糊死，為防止燒壞風口，組織爐前工將風口捅開。在操作上，采取提煤氣措施，趕料線到2.5 m 以內，并將礦石布料由三檔礦改回四檔礦。同時減風控制壓差不超過110 kPa，以減少崩滑料；另外為防止出現爐溫大涼，07：21 時的富氧量為3 000 m3/h，07：45 開始噴煤，煤量15 t，同時連續加入8 罐，共計176 t 凈焦。

3.2 出鐵

22 日07：30，1 號鐵口氧槍燒損，為防止鐵口鐵水流出，拔出氧槍打泥堵口。09：06 再次開堵2 號鐵口看渣鐵情況，發現鐵水較多，決定將2 號鐵溝改正常炭包。同時3、4 號氧槍也嚴重燒損，為防止意外，于09：40 停氧，減風拔槍堵口。

12：42 時，送風15 h 26 min 后打開2 號鐵口出鐵，開口后全是鐵水，流動性一般，顏色發暗，物理熱只有1 298 ℃。出鐵約40 min 后鐵流變小，出現卡鐵口現象，鐵口眼多次凝死，組織爐前工燒鐵口，并改成火渣。14：58 鐵口燒開后開始來渣，爐渣流動性良好，第一次鐵出鐵158 min，出渣42 min，出鐵約300 t，w（Si）=0.79%。

18：05，2 號鐵口出第二次鐵，渣鐵流動性有較大的改善，改出水渣，出鐵109 min，共計出鐵360 t，出渣100 min，鐵水中w（Si）=2.32%，鐵水熱量1 378 ℃；21：05 時，2 號鐵口第三次出鐵，開口5 min 后來渣，亮度和流動性明顯改善，爐溫明顯上行。

23 日01：36，打開4 號鐵口，鐵口深度只有2 800 mm，開口3 min 后出現跑大流現象，渣鐵流漫出主溝，爐內緊急停氧調壓堵口；本次出鐵15 min，出鐵約250 t，鐵水流速達到17.8 t/min。堵口12 min 后退炮時鐵口自開，為防止再次出現跑鐵口大流，將風量維持在2 000 m3/min（直到鐵口來風），影響了強化速度。

3.3 強化冶煉

4 號鐵口第三次鐵開始出鐵秩序基本正常，爐內逐步進行捅風口、加風、加氧、加負荷強化冶煉。23 日11：45 時捅開17 號風口，此時風口全開，風機風量加至5 500 m3/min，氧氣量10 000 m3/h，頂壓220 kPa，實現全風全氧。23 日22：00 開爐48 h 后，風機量加至5 600 m3/min，氧量17 000 m3/h，負荷4.0，煤比120 kg/t，72 h 日達到8 000 t 的生產水平。高爐送風后送風參數變化趨勢如圖3 所示。

圖3 高爐送風后送風參數變化趨勢圖

4 經驗教訓

邯寶煉鐵廠1 號3 200 m3高爐全焦開爐，37 h 29 min 全開風口。開爐48 h 實現全風全氧，72 h 達產達效。本次開爐開創了我國3 200 m3級高爐全焦開爐的先河，為3 200 m3及以上高爐全焦開爐提供了一定的操作經驗。在開爐過程中出現了不少問題值得總結。

1）全焦開爐爐缸內焦炭的燃燒不完全。本次開爐第一次w（Si）只有0.79%，與設計的3.0%相差較多，待到負荷料下達后，爐溫卻居高不下。分析認為，本次開爐鐵口燒氧效果不好，氧槍過早燒損、過早停氧，導致爐缸內凈焦沒有全部燃燒，造成第一次出鐵溫度低，待到爐缸內儲滿鐵水后，部分凈焦緩慢浮起才開始參與燃燒放熱，使得后期重負荷下達后爐溫長時間居高不下。

2）第一次鐵開口偏早。送風15 h 26 min，第四段負荷料行走35.5 批，計算可出鐵量只有192 t，實際第一次鐵出鐵40 min，就出現鐵流變小卡鐵口現象，鐵量約300 t，沒有下渣。分析認為第一次鐵開口過早，爐缸內渣鐵熱量聚集不夠，渣鐵溫度低，出鐵時主溝積渣積鐵，鐵口眼凝死，炭包不過鐵，爐前工作非常被動，存在較大的安全隱患。

3）開爐前期氣流控制不合理。為保證透氣性，防止懸料，送風后料線控制過深，料線都在4 m 以上，礦批實行3 環布料，礦焦角偏大，過分強調邊緣和中心兩頭開放的氣流分布，致使煤氣利用率過低，煤氣量的在線分析顯示只有37%～38%，這樣的氣流分布使得塊狀帶預熱差，造成新生成的渣溫度低，幸好及時發現風口鬧渣，后期采取了富氧噴煤和加凈焦的措施，否則后果不堪設想。

4）螢石加入偏多。螢石能顯著降低渣系溫度，在不到1 380 ℃的時候形成液態爐渣[1]，過早形成的爐渣溫度偏低，在下降過程中遇到風口冷卻形成渣殼，這可能是4 號鐵口上方鬧渣的一個原因。2 號鐵口第一次出渣，顏色烏黑，100%玻璃質，熱量上來以后爐渣呈乳白色，100%玻璃質，說明螢石配加過量。

5）本次爐外出鐵投入了大量的人力和機械，能夠在短時間內搶修出渣鐵溝，給后續出鐵創造了條件，避免了無法出渣出鐵引發的后續問題。