昆鋼煉鐵廠2#高爐治理鐵口噴濺操作實(shí)踐

董云昆

（昆鋼煉鐵廠高爐作業(yè)區(qū)）

1 概況

昆鋼煉鐵廠二號(hào)高爐有效容積2 500 m3，于2022年2月28日點(diǎn)火投產(chǎn)。高爐使用新型并罐式無(wú)料鐘爐頂，薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)形式，軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，30個(gè)風(fēng)口，共有三個(gè)鐵口合計(jì)兩個(gè)矩形出鐵場(chǎng)，鐵口采用二用一備出鐵方式，兩個(gè)鐵口交替出鐵，爐底爐缸結(jié)構(gòu)為炭磚+陶瓷杯，關(guān)鍵部位使用超微孔炭磚；爐底采用管徑Φ108*14 mm材質(zhì)1Cr18Ni9Ti不銹鋼鋼管作為冷卻設(shè)備，共57根，間距54 mm，平行排列布置在爐底封板之上。開爐后，特別是隨著冶煉強(qiáng)度逐步提高，鐵口噴濺問(wèn)題越發(fā)制約爐前正常的渣鐵排放工作，在出鐵過(guò)程中大量的渣鐵噴濺物粘結(jié)泥套及溝壩，產(chǎn)生大量煙塵，增加泥炮堵口作業(yè)難度更易造成安全生產(chǎn)隱患，因出鐵后清理工作勞動(dòng)強(qiáng)度及時(shí)間明顯增加，出鐵正點(diǎn)率得不到保證，造成高爐憋風(fēng)情況頻繁，影響高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的進(jìn)一步提高[1]。

2 2#高爐鐵口分布及結(jié)構(gòu)

2.1 鐵口分布

鐵口分布情況見圖1所示。1#、2#、鐵口夾角為78°與3#鐵口夾角為135°。

圖1 鐵口分布情況

2.2 鐵口結(jié)構(gòu)

高爐鐵口主要由鐵口框架、保護(hù)板、磚套泥套、鐵流孔道及泥包組成。外端與爐殼焊接在一起，內(nèi)端與爐缸中的環(huán)形炭磚相接觸，周圍用填料搗實(shí)。鐵口框架內(nèi)采用超微孔異型碳磚砌筑圓形孔道，鐵口保護(hù)板內(nèi)用澆注料澆注而成，最外層是使用專用泥套泥制作的鐵口泥套，高爐鐵口結(jié)構(gòu)示意圖見圖2所示。

圖2 高爐鐵口結(jié)構(gòu)

3 鐵口噴濺帶來(lái)的危害

（1）昆鋼地處中國(guó)西南，由于特殊的地理位置，高爐綜合入爐品位低，長(zhǎng)期維持在55 %～56 %左右，噸鐵渣比400 kg～500 kg。由于鐵口噴濺導(dǎo)致渣鐵排放不暢，極易造成高爐憋風(fēng)。

（2）2#高爐采用薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)形式，為面冷卻。當(dāng)爐內(nèi)邊緣氣流較為發(fā)展時(shí)，渣皮會(huì)大范圍脫落，除影響氣流分布外，還會(huì)使?fàn)t缸熱損增加，從而造成爐況波動(dòng)。保持合理的全風(fēng)操作是根本。開爐至今，正常爐況下大量的減風(fēng)操作都是因?yàn)槌鲨F過(guò)程中鐵口噴濺，渣鐵排放速度小于渣鐵生成速度造成。出大量渣鐵積滿主溝，影響泥套完整度，嚴(yán)重時(shí)渣鐵在溝壩內(nèi)的流動(dòng)可控性降低，易造成跑大流及堵不上鐵口或堵口跑泥。

（3）鐵口噴濺出大量渣鐵積滿主溝，增加爐前勞動(dòng)強(qiáng)度，清理及維護(hù)時(shí)間增加，影響出鐵正點(diǎn)率。

（4）噴濺嚴(yán)重時(shí)頻繁堵口重開，除額外消耗鉆桿及堵泥外甚至丟鐵次，造成鐵量差過(guò)大。

（5）噴濺過(guò)程中產(chǎn)生大量煙塵，安全環(huán)保壓力增加。

（6）影響產(chǎn)量進(jìn)一步提升。

4 鐵口噴濺的原因分析

4.1 爐缸欠活躍

2#高爐于2022年2月28日18：16送風(fēng)點(diǎn)火，起始風(fēng)量1 700 m3/min，后逐加風(fēng)量至2 480 m3/min。17:50礦批38 t、焦批17.9 t至3月2日15:00準(zhǔn)備對(duì)3#鐵口開口作業(yè)時(shí)，因開口機(jī)力量不足，堵口時(shí)鐵口冒泥，鐵口孔道中含有渣鐵等因素，開口機(jī)無(wú)法正常打開鐵口，采用大量氧氣燒開鐵口，使鐵口孔道變大，最終形成“跑大流”的現(xiàn)象。在鐵口無(wú)法正常堵口的情況下，高爐被迫于16:34休風(fēng)。期間共下料138批，出鐵6爐次，累計(jì)凈重1 810.4 t。3月3日23:06復(fù)風(fēng)，只能用2#鐵口出鐵，爐缸內(nèi)約有近千噸鐵水，為求穩(wěn)，復(fù)風(fēng)按處理爐缸凍結(jié)來(lái)組織，堵1#～10#、21#～30#，開11#～20#風(fēng)口，均在1#至2#鐵口之間，俗稱“半邊風(fēng)”，隨然根據(jù)爐況恢復(fù)進(jìn)程后續(xù)捅風(fēng)口作業(yè)，但靠進(jìn)3#鐵口區(qū)域因該鐵口仍處于事故狀態(tài)，為保安全，只能堵風(fēng)口作業(yè)，因受該鐵口區(qū)域狀態(tài)影響，相當(dāng)于減小了爐缸容積，造成爐缸欠活躍，從3#鐵口及大溝經(jīng)過(guò)修整投入使用后，最開始的鐵口噴濺便從3#鐵口出現(xiàn)。

4.2 爐溫下限流動(dòng)性差

高爐解剖證明，礦石在900 ℃左右開始軟化，1 000 ℃左右開始軟熔，1 400～1 500 ℃開始滴下（見圖3）由于礦石成分不同，滴下溫度也不相同1 400 ℃左右是滴下溫度的下限。在風(fēng)口區(qū)以下，焦炭和噴吹燃料燃燒后的灰分進(jìn)人爐渣，爐渣成分改變，引起熔化溫度的變化。根據(jù)高爐終渣性能研究，風(fēng)口區(qū)以下的爐芯焦溫度低于1 400 ℃時(shí)，爐渣難以在爐芯焦中自由流動(dòng)。在這種情況下，爐渣或鐵水不斷地滯留在爐芯焦中，使后續(xù)滴落的鐵渣不能順利穿過(guò)和滴落。鐵水和爐渣能順利也穿過(guò)爐芯焦，是鐵渣流出爐缸的保證。正常生產(chǎn)中的高爐就是一個(gè)壓力容器，從軟熔帶開始熔化，自滴落帶下爐缸的渣鐵液最終匯聚于爐缸，當(dāng)鐵口打開，在爐內(nèi)壓力的推動(dòng)下渣鐵向鐵口孔道流出，充足的物理熱，使渣鐵具有良好的流動(dòng)性，渣鐵液池充滿整個(gè)鐵口孔道，鐵口區(qū)域及不相臨的爐缸其他位置的渣鐵也不斷的向所出鐵的區(qū)域有絮匯聚，從而達(dá)到渣鐵的有效排放，當(dāng)路缸內(nèi)渣鐵出凈后，壓力伴隨煤氣便開始吹出鐵口孔道，從而正常封堵鐵口，如渣鐵流動(dòng)性降低，不能在鐵口打開后有效充滿整個(gè)孔道及向該區(qū)域流動(dòng)，那么隨壓力推動(dòng)的氣流便有隙可乘，在鐵口孔道內(nèi)混合著渣鐵向外溢出，形成噴濺[2]。

圖3 爐缸內(nèi)情況

4.3 鐵口過(guò)深

2#高爐鐵口砌筑深度見圖4，圖5，圖6，圖7。在不考慮鐵口框架外的澆筑料及新做泥套的厚度，砌筑并澆好鐵口保護(hù)包后，鐵口距爐缸深度為0.9 m+2.0 m+1.3 m=4.2 m，加上泥套厚度，約超過(guò)4.5 m左右，參考同為2 500 m31#高爐鐵口深度3.2 m～3.3 m范圍，加上實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中的開鐵口作業(yè)及出鐵情況，2#高爐鐵口實(shí)際是過(guò)深的。

圖4 鐵口框架縱伸

圖5 鐵口框架與碳磚縱伸

圖6 鐵口保護(hù)包框架

圖7 澆筑完成的鐵口保護(hù)包

鐵口過(guò)深，容易使鐵口中心線以下的爐缸殘鐵量減少，弱化其保護(hù)爐底的能力。使死料柱大部份直接落于爐缸底部。鐵水流將以鐵口為中心點(diǎn)，半徑距離越小越先流出，越遠(yuǎn)流出越慢，對(duì)下部及整個(gè)爐缸渣鐵儲(chǔ)存區(qū)來(lái)說(shuō)，新生成的渣鐵難以有效的匯集在一起，或者說(shuō)因難以匯集而分散在幾個(gè)區(qū)域，因此鐵流速度過(guò)慢。

4.4 鐵口竄煤氣

新建或者大修后的高爐，壓入高爐內(nèi)的炮泥不容易形成泥包，即使形成泥包，其強(qiáng)度也達(dá)不到出鐵要求。制作新的泥包（見圖8），在開爐后及出鐵初期能有效地形成泥包，保護(hù)泥套，延長(zhǎng)泥套的使用壽命。同時(shí)出鐵初期，能形成合適的鐵口深度，滿足出鐵需要，在出鐵過(guò)程中，受爐內(nèi)壓力影響較小，可使鐵流穩(wěn)定，保證鐵口出鐵的穩(wěn)定性。但2#高爐開爐前泥包澆筑在鐵口碳磚之外的粘土保護(hù)磚上，隨著開爐后的冶煉進(jìn)程，粘土磚很快就會(huì)侵蝕及沖刷掉，而與保護(hù)包連接處就會(huì)產(chǎn)生大的間隙，從而造成煤氣竄入。

圖8 鐵口保護(hù)包

5 鐵口噴濺的治理

5.1 活躍爐缸

計(jì)劃4月16日休風(fēng)換6#小套，由Φ110 mm，長(zhǎng)度660 mm，斜5°換成Φ120 mm，長(zhǎng)度633 mm斜7°，可更換過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其下部剛好被熔損見圖9。在對(duì)17#小套更換時(shí)同樣出現(xiàn)熔損痕跡見圖10。對(duì)此為活躍爐缸，利用計(jì)劃休風(fēng)，有步驟的更換部份小套，通過(guò)調(diào)整小套角度后，風(fēng)口回旋區(qū)向爐缸中心延伸，相當(dāng)于縮小爐缸直徑，加強(qiáng)中心氣流，更換情況見表1。

表1 近幾月來(lái)小套更換情況統(tǒng)計(jì)

圖9 6#風(fēng)口小套

圖10 17#風(fēng)口小套

5.2 提高物理熱

根據(jù)原燃料情況，制定操作爐溫為1 450℃～1 470 ℃，如焦炭冷熱態(tài)及燒結(jié)礦指標(biāo)正常，則取低值，反之取高值，通過(guò)在一定范圍內(nèi)合理的提高物理熱后，出鐵情況好轉(zhuǎn)（見表2）。

表2 對(duì)2022年5-6月PT范圍內(nèi)出鐵情況統(tǒng)計(jì)情況表

5.3 控制鐵口深度

通過(guò)實(shí)際摸索，現(xiàn)確定堵口打泥量穩(wěn)定在0.5格～1格，鐵口深度按3.2～3.5控制，在保證渣鐵排放速度外，更有效提高鐵口開穿率，進(jìn)一步避免燒氧，悶炮等情況的發(fā)生，有效緩解了因噴濺造成的出鐵矛盾（見表3）。

表3 2022年5-7月鐵口深度與出鐵數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表4 2#高爐開爐以來(lái)重要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5.4 鐵口灌漿

通過(guò)鐵口孔道灌漿方式，利用另一鐵口出鐵的時(shí)間間隙，用65～70 mm鉆頭對(duì)鐵口進(jìn)行鉆孔，深度為2.8 m左右。泥炮內(nèi)裝滿炮泥，泥炮嘴換上帶有壓漿管的特制保護(hù)套（見圖11），將泥炮口對(duì)準(zhǔn)鐵口，保護(hù)套上的管子連接灌漿機(jī)，將自流修補(bǔ)料壓入提前鉆好的鐵口孔道，保持半小時(shí)左右再退炮。通過(guò)經(jīng)常性的灌漿，起到了填補(bǔ)縫隙的作用，減少了鐵口噴濺現(xiàn)象。

圖11 鐵口孔道

6 治理鐵口噴濺主要措施總結(jié)

活躍爐缸，保證一次氣流分布正常。保證爐缸熱制度，使?fàn)t溫充沛，渣鐵流動(dòng)性良好。控制合理的鐵口深度，使?fàn)t缸內(nèi)渣鐵能有序有效出凈。鐵口內(nèi)竄氣要進(jìn)行灌漿以填補(bǔ)縫隙。由于爐缸內(nèi)涉及“氣”“固”，“液”三種形態(tài)運(yùn)動(dòng)，三種運(yùn)動(dòng)又相互影響，調(diào)整不好又容易激化矛盾，所以制理鐵口噴濺需要全盤考慮，單使用一至兩種措施及方法不足以從根本上消除噴濺。

7 其他輔助措施

優(yōu)化出鐵組織，積極調(diào)配鐵罐對(duì)位，在出鐵過(guò)程中隨時(shí)密切關(guān)注鐵量差情況，根據(jù)當(dāng)前出渣鐵情況靈活組織平行出鐵，減小因渣鐵排放不暢對(duì)爐內(nèi)造成的影響。在爐基1段2段冷卻壁上靠鐵口方向安裝9根排氣管，24小時(shí)1天1排，可部分排除串于的氣體，見圖12，圖13。

圖12 排氣管示意圖

圖13 排氣管排放圖

8 鐵口噴濺治理效果

經(jīng)過(guò)一系列的措施治理，三班統(tǒng)一開口及堵口操作控制，鐵口噴濺已基本被控制煙塵外溢明顯減小，出鐵主溝兩側(cè)渣鐵堆積轉(zhuǎn)為正常。見圖14，圖15。

圖14 噴濺治理前

圖15 噴濺制理后

9 結(jié)語(yǔ)

（1）從高爐操作來(lái)說(shuō)，爐缸的活躍程度及充沛的熱制度是高爐操作的基礎(chǔ)，要根據(jù)高爐冶煉強(qiáng)度控制好鐵口深度，合理的鐵口深度按3.2～3.5 m控制。

（2）經(jīng)過(guò)一系列的措施治理，三班統(tǒng)一開口及堵口操作控制，鐵口噴濺已基本被控制，噴濺占比次數(shù)從83.3 %下降至41.7 %，二次開口率從38.6 %降低至18.6 %，減少二次開口次數(shù)后，煙塵外溢明顯減小，出鐵主溝兩側(cè)渣鐵堆積轉(zhuǎn)為正常。

（3）對(duì)新建或大修的高爐做鐵口泥包，泥包不易過(guò)大，容易縮小爐缸面積；泥包砌筑或是澆筑因在鐵口碳磚完成后，而不是在粘土保護(hù)磚上，這樣能很大程度避免因粘土磚侵蝕而竄氣。