鞍鋼2 號3200 m3 高爐降料線停爐大修及開爐快速達產實踐

邵思維，楊長亮，李林春，姜喆，劉炳南

（1. 海洋裝備用金屬材料及其應用國家重點實驗室，遼寧 鞍山 114009； 2. 鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009； 3. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠2 號高爐（3200 m3）于2020 年3 月4 日降料線停爐大修，重新砌筑爐缸。通過采取前期物理洗爐、富氧降料線、合理殘鐵口位置計算等措施，并應用柔性電偶和鐵口泥套整體澆注等新技術，壓縮了停爐大修工期；通過科學合理的開爐配料計算及組織操作，實現了高爐開爐72 h 快速達產，本文對此做一介紹。

1 停爐大修

1.1 降料線準備及操作

高爐于2020 年2 月10 日開始物理洗爐，生鐵[Si]含量由0.40%提至0.60%，鐵水測溫＞1 510 ℃，至3 月2 日預休風前入爐堿度降低至1.44，3 月2 日預休風，減輕焦炭負荷20%，入爐焦比580 kg/t，輕負荷料裝至爐腰下沿，終渣堿度控制在0.99，預休風控制料線在10 m，布蓋面焦20 t[1]。

3 月3 日18：15 開始送風降料線，采取先快后慢策略，前期大風量加至4 900 m3/min，19:00 富氧12 000 m3/h 以加快降料線進度。 高爐休風出鐵情況見表1。 20:30 出第1 次鐵，累計出3 次鐵，共計856 t。

表1 高爐休風出鐵情況Table 1 Tapping of BF during Blowdown

高爐降料線參數變化情況見圖1。 3 月3 日22:00 停止送氧，22:21 出現第一次較明顯爆震。3 月4 日4:10 開始放散，停止回收煤氣，風壓維持在30 kPa，目的是燃燒焦炭，減少扒爐缸工作量[2]；8:18 休風結束，共計14 h，合計打水2 290 t。 頂溫先期按照≤300 ℃控制，后期按照≤400 ℃控制，實際全程頂溫未超過300 ℃，未出現強烈爆震；頂壓極值控制在160 kPa 以下，總體高效安全地完成了降料面至風口區域的目標。 但由于安裝水槍水量缺少精確調節裝置，且非霧化水槍打水量偏大，更易發生爆震，限制了風量大小和降料線的速度。 國內一些企業安裝霧化水槍，打水量可控制在1 000 t 左右，進而能夠維持更大風量，加快降料線進程[3]。

圖1 高爐降料線參數變化情況Fig. 1 Changes of Parameters for Dropping Stock Line at BF

1.2 殘鐵口的選擇及出殘鐵實績

高爐爐底采用五層滿鋪超微孔炭磚+二層陶瓷墊結構。 經計算，爐底侵蝕程度較輕，陶瓷杯墊仍剩余280～300 mm，因此本次殘鐵口位置選在東南方向1#鐵口下方一層陶瓷杯與五層滿鋪炭磚上表面之間，考慮燒鐵口上傾200 mm,殘鐵口標高為5 995 mm。

殘鐵理論量計算公式[4]為：

式中，P為殘鐵量，t；K為殘鐵系數；D為爐缸直徑，m；H為爐底侵蝕深度，m；δ為鐵水密度，t/m3，取7.0 t/m3。K一般為0.4～0.6，侵蝕嚴重的爐底取上限，較輕取下限，本次取0.4。 鐵口中心線到五層滿鋪炭磚上部為2 805 mm，陶瓷杯底侵蝕500 mm，合計為3 305 mm，計算殘鐵量為0.4×0.785×12.42×3.305×7.0=1 116 t。

3 月5 日9:30 開始燒殘鐵口眼，11:30 出鐵，殘鐵口深度約800 mm。 鐵水溫度適宜、流動性良好，13:30 鐵水流變小，13:50 鐵水見渣，14:10 堵殘鐵口眼，歷時2 h40 min，累計出殘鐵量669.01 t。從最后扒爐缸結果看，爐內仍殘余厚度約600～800 mm 的渣鐵混合物，重量約428 t，采取挖掘機清理，歷時5 天。

1.3 首次應用于大修的新技術

（1）應用柔性熱電偶和環形光纖。 更換全部爐缸炭磚和陶瓷杯，共安裝497 個獨立柔性熱電偶，同時在二層至四層環炭交界處的搗料之間安裝3 圈環形光纖，實現對象腳部位的360°溫度監控。

（2）高爐鐵口泥套整體澆注（見圖2）。采用預制件和澆注料直接整體澆注出泥套形狀，提高泥套強度的同時，降低爐前作業強度，尤其減少開爐后的鐵口噴濺。

圖2 鐵口泥套整體澆注Fig.2 Integrated One-piece Pouring for Taphole Mud Sleeves

（3）鐵口孔道煤氣導出管由澆注料改用新型炮泥填充，在高溫烘爐條件下保證鐵口孔道完整性，并促進開爐第一次堵炮時新炮泥與原有孔道內炮泥的融合。

2 開爐準備

2.1 熱風爐及高爐烘爐

熱風爐烘爐18 天，烘爐曲線見圖3。高爐烘爐采取風口間隔安裝16 個Φ108 mm 烘爐加熱管方式，加熱管布局為一根伸到爐缸中心6.2 m 處，其余等分為兩環，分別距爐缸內襯2 m 和4 m，縱向距爐底上層保護磚1 m。 烘爐風量控制在4 000～4 600 m3/min，以頂溫不超過300 ℃為準，追求最大風量。高爐烘爐完畢后留4 根烘爐導管，以快速加熱爐缸；同時在4 個鐵口安裝煤氣導出管[5]。

圖3 烘爐曲線Fig. 3 Curves on Furnace Drying

2.2 爐缸填充和開爐料計算

合理的多段開爐配料方案，需兼顧開爐初期的渣鐵流動性和熱狀態[6]；本次開爐爐缸采用凈焦和枕木進行填充。爐缸底部凈焦填150 t，枕木填充至風口下沿0.3 m 處。開爐料全爐焦比取3.5 t/t，正常料取750 kg/t，焦炭批重取18 t，凈焦裝至爐腹1/2 處，爐身1/8 以下為空料，以上為正常料。 裝入品種和數量、O/C 相同的料批稱為一段，本次選擇15 段。 高爐開爐料各段焦炭負荷見表2。

表2 高爐開爐料各段焦炭負荷Table 2 Coke Load of Furnace Burden at Each Stage during Blowing-in of BFt/t

正常爐料結構為“70%燒結礦＋30%球團礦”，配加石灰石、硅石、菱鎂石、錳礦調劑。開爐料計算遵循渣比1 000 kg/t 原則，提高球團礦比至46%。

2.3 送風參數的選擇

高爐采用局部堵風口方式開爐，共計32 個風口，風口直徑120 mm，全風口面積0.361 7 m2。 根據出鐵鐵口方位開26 個風口送風（堵6 個風口），風口長度全部采用620 mm，實際點火送風面積為0.293 9 m2，采用高風溫點火，確保高爐點火送風后風溫在700 ℃以上。

3 開爐實績

3.1 送風點火和參數恢復

2020 年5 月8 日0:58 高爐正式點火送風。送風初始狀態，風量2 000 m3/min，風容比0.625，風壓0.050 MPa，初始風溫過低僅550 ℃。 為了提高風溫，打開8 個風口視蓋，至風溫升至700 ℃，陸續關閉全部風口視蓋[7]。1:20 焦炭開始燃燒，至1:40 送風風口全部變亮。 送風同時進行人工煤氣取樣，連續兩次煤氣檢測的O2含量<0.5%，開始接收煤氣。 4:50 第1 批料入爐，初始上料入爐焦比750 kg/t，入爐堿度1.05，用錳礦1.4 t。 開爐制度為點火6 h 以后，爐頂煤氣中CO2含量逐步上升，壓差逐步上升，表明礦石開始還原軟化，至點火12 h 以后軟熔帶形成，此時要注意壓差的控制。軟熔帶形成后風量逐步提高至正常風量的70%～80%[8]。

點火18 h 出鐵后，風量隨即恢復至正常風量的90%。 5 月9 日恢復全風狀態，風量5 500 m3/min，風壓0.37 MPa，中心及邊緣兩股氣流趨于穩定，制度調整為。 風口打開4 個，余下2 個風口未打開。 5 月11 日7：30送氧3 500 m3/h，至5 月13 日風口全開。入爐焦比降至330 kg/t，[Si]含量降至0.7%～0.9%。 期間焦炭負荷的提升和堿度的提升按預設目標實施，高爐開爐72 h 各項參數恢復進度見圖4。

圖4 高爐開爐72 h 各項參數恢復進度Fig. 4 Recovery Progress of Various Parameters on BF after Blowing-in for 72 h

3.2 出鐵組織和造渣制度

開爐出鐵的難易取決于爐缸的加熱溝通，本次開爐4 個鐵口均安裝煤氣導出管點火后一直燃燒，加熱爐缸的同時溝通鐵口與風口[8]；出鐵時機的選擇：通過實時計算渣鐵面位置，在不憋風、不危及風口的情況下選擇最佳出鐵時間[5]。高爐出鐵情況見表3。

表3 高爐出鐵情況Table 3 Tapping Situation of BF

點火18 h 后，上料共計78 批（礦石批重45 t）出第1 次鐵，終渣堿度按0.95 配料并配加錳礦，實現第1 次鐵順利走砂口，20:00 堵炮。 鐵量共計240 t，但爐溫較低，[Si]含量為0.35%，[S]含量為0.400%。 出第2 次鐵后及時調整為對角出鐵，并及時倒換，有利于爐缸渣鐵環流，促使爐缸均勻活躍[9]。 高爐開爐后爐缸各層熱電偶溫度圓周方向偏差很小。 出第3 次鐵恢復正常爐溫。

3.3 快速達產實績

高爐開爐順利，軟熔帶形成期間高爐未出現大減風和崩料爐況，合理送風布局選擇堵風口6 個，均勻分布，開風口時也以均勻打開為原則，利于爐缸均勻活躍。 高爐開爐期間主要參數見表4。

表4 高爐開爐期間主要參數Table 4 Main Parameters on BF during Blowing-in

高爐開爐18 h 出鐵、開鐵口一次性成功，創造了鞍鋼大型高爐的開爐記錄。高爐實現了開爐48 h恢復全風，72 h 達產，利用系數達到2.0 t/（m3·d），且開爐5 天后日產基本穩定在7 500 t 水平。

4 結語

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠2 號高爐停爐大修采用空料線爐頂打水方法，采取物理洗爐、富氧降料線方法使降料線過程縮短至14 h。打水霧化及風量的控制是降料線速度及控制爆震的關鍵。停爐期間采用鐵口泥套整體澆注，解決普遍存在的新開高爐鐵口噴濺。 抑制新開爐鐵口竄潮氣，為后續及時出凈渣鐵、快速提升冶煉強度創造條件；同時通過殘鐵口位置的精準選擇、 合理的分段式配料、良好的爐缸溝通操作。實現點火18 h 出鐵，48 h 恢復全風，點火72 h 利用系數達到2.0 t/（m3·d）。高爐降料線停爐、開爐恢復順利并快速達產，值得參考和借鑒。