探討水鋼3#高爐爐役末期安全生產(chǎn)對(duì)策

彭 登 學(xué)

摘 要：水鋼3#高爐由于處于爐役末期，設(shè)備老化帶來(lái)的問(wèn)題日益突顯，受高爐指標(biāo)下滑、市場(chǎng)低迷、資金短缺、高爐特護(hù)需要等多重因素的推動(dòng)，2016年1月8日高爐停爐檢修，3月1日高爐恢復(fù)生產(chǎn)后，又發(fā)現(xiàn)爐缸區(qū)域竄煤氣嚴(yán)重、溫度上升異常等現(xiàn)象，通過(guò)采取規(guī)整爐型、強(qiáng)化釩鈦礦護(hù)爐、優(yōu)化操作、提高爐缸維護(hù)能力等對(duì)策，既保證了高爐安全恢復(fù)生產(chǎn)，同時(shí)也取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞 ：高爐  爐役末期  安全  對(duì)策

前言

水鋼3#高爐于2004年9月26日開(kāi)爐生產(chǎn)，高爐有效容積1350m3，設(shè)兩個(gè)鐵口，風(fēng)口20個(gè)。爐體采用全冷卻壁軟水密閉循環(huán)冷卻方式，其中5、6、7、8段采用了銅冷卻壁,爐底、爐缸部位采用“水冷爐底+石墨碳磚+陶瓷杯砌體”復(fù)合爐襯技術(shù)砌筑。投產(chǎn)后通過(guò)不斷完善各項(xiàng)操作制度，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，近幾年的生產(chǎn)指標(biāo)如表一：

3#高爐設(shè)計(jì)爐齡為15年，至2016年9月壽命達(dá)到12年，單位爐容產(chǎn)鐵超10000噸/m3，屬于長(zhǎng)壽高爐，處于爐齡后期。近年來(lái)，由于設(shè)備老化，高爐帶病作業(yè)率高，休、慢風(fēng)率逐年增加，加之受市場(chǎng)低迷、資金短缺、高爐特護(hù)需要等多重因素的推動(dòng)，公司選擇以圍繞3#高爐為主線的限產(chǎn)計(jì)劃?rùn)z修，2016年1月8日開(kāi)始3#高爐停爐。3月1日高爐恢復(fù)生產(chǎn)后，又發(fā)現(xiàn)爐缸竄煤氣，爐缸、爐底溫度上升異常等現(xiàn)象，探索適合爐役末期的高爐操作維護(hù)對(duì)策迫在眉睫。

一 、爐役后期的現(xiàn)象及原因分析

（1）爐缸、爐底溫度升高

3月1日點(diǎn)火開(kāi)爐近20天，爐缸、爐底各部溫度上升異常，特別是爐底第三層碳磚溫度最高點(diǎn)（標(biāo)高6.072米）很快達(dá)到了550℃，平均上升25℃/d，最高上升達(dá)49 ℃/d,至5月28日達(dá)到662℃，該層溫度有兩個(gè)點(diǎn)（共9點(diǎn)）超634℃,只有一點(diǎn)低于400℃，爐缸二段部分冷卻壁水溫差由0.1℃上升到0.2℃，高爐爐缸、爐底侵蝕呈加劇勢(shì)頭。

（2）爐缸爐皮開(kāi)裂竄煤氣

3月7日發(fā)現(xiàn)東南面二段電偶孔向外噴射高速煤氣流，聲音刺耳，3月11日發(fā)現(xiàn)西鐵口下方爐缸二段水冷管根部漏煤氣并可點(diǎn)燃，濃度已經(jīng)超過(guò)監(jiān)測(cè)儀最大量程（2000ppm），爐底水冷管基敦部位已可見(jiàn)燃燒的煤氣火焰。

（3）設(shè)備老化、爐型不規(guī)則、冷卻設(shè)備破損多

隨著生產(chǎn)年限的延長(zhǎng)，加上高爐長(zhǎng)期超設(shè)計(jì)能力生產(chǎn)，各系統(tǒng)設(shè)備都存在不同程度損壞，特別是冷卻壁出現(xiàn)大量破損，其中9段21#（12風(fēng)口上方）已不見(jiàn)冷卻壁，水冷管損壞74棵，軟水系統(tǒng)補(bǔ)水頻繁，補(bǔ)水量18噸/天，爐缸、爐底測(cè)溫電偶損壞率達(dá)36%，1月8日降料面后發(fā)現(xiàn)六段以上，大面積有粘結(jié)物分布。

針對(duì)以上現(xiàn)象，我們認(rèn)為有以下原因:

1、爐齡長(zhǎng)，高爐生產(chǎn)進(jìn)入第12年，處于爐役后期，鉛滲透對(duì)耐火材料的侵蝕，日常爐缸維護(hù)不力。

2、2015年以來(lái)，高爐降低了鈦球使用比例，由2014年13%水平降至8%水平，鈦礦護(hù)爐減弱。

3、2016年初，高爐停爐采取加錳礦、螢石、發(fā)展邊緣、停鈦球等洗爐措施及開(kāi)爐時(shí)采取低堿度、配加錳礦、螢石等改善渣鐵流動(dòng)性的措施加劇了對(duì)爐缸側(cè)壁及爐底保護(hù)層的侵蝕。

4、停開(kāi)爐時(shí)引起磚襯環(huán)境溫度急劇變化而產(chǎn)生裂紋，造成爐缸竄煤氣，溫度升高。

5、停爐后清理爐缸積料，挖機(jī)扒料的震動(dòng)、打水冷卻等多種因素的影響，在各接觸面產(chǎn)生微小裂紋，高溫高壓煤氣就有可能竄入，引起該部位溫度上升。

6、開(kāi)爐后強(qiáng)化速度快，此次高爐恢復(fù)僅用32個(gè)小時(shí)就達(dá)正常水平，再加上開(kāi)爐后停止配加鈦球，使得之前形成的鈦化物保護(hù)層逐漸的被沖刷掉，從而引起溫度上升異常。

二 、操作維護(hù)措施

結(jié)合3#高爐實(shí)際情況，我們采取了以下操作維護(hù)措施：

1 規(guī)整爐型

2016年1月8日高爐計(jì)劃?rùn)z修停爐，有針對(duì)性的對(duì)爐腰以上部位進(jìn)行噴涂造襯，在21#冷卻壁部位安裝銅棒10棵，焊補(bǔ)、加固漏點(diǎn)，更換銹蝕嚴(yán)重的部件，修復(fù)爐缸、爐底電偶26棵，達(dá)到98%的測(cè)溫點(diǎn)正常運(yùn)行，同時(shí)對(duì)損壞的部分冷卻壁采取穿管的方式，用特制的金屬軟管代替原內(nèi)鑄管，其中九段14#、17#、45#、139#，十段46#、65#、75#、125#、126#，十一段5#、45#、76#、77#，十二段17#共14棵水冷管穿管成功，正常通軟水使用，其余損壞的冷卻管進(jìn)行封堵，截止8月中旬未發(fā)現(xiàn)有冷卻壁損壞，避免了漏水造成爐況的波動(dòng)。

2 強(qiáng)化釩鈦礦護(hù)爐

鈦礦護(hù)爐是高爐爐缸養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)有力手段，含鈦物料中的TiO2在高溫還原條件下可生成高熔點(diǎn)的TiC、TiN及其連續(xù)固溶體Ti（CN)發(fā)育和集結(jié)凝結(jié)在磚襯上，起到保護(hù)爐襯的作用。我廠長(zhǎng)期以來(lái)都在進(jìn)行釩鈦礦冶煉護(hù)爐，生鐵鈦長(zhǎng)期控制在0.100%-0.200%水平，但受公司資金和鈦球資源的限制，從2015年12月5日開(kāi)始停止了釩鈦球的使用。2016年3月1日開(kāi)爐后，隨著爐缸、爐底溫度持續(xù)上升，于3月28日開(kāi)始在二燒中配加3～5%的鈦精粉（高爐用二燒料占65%以上），但效果不好。4月1日開(kāi)始配加鈦球后，通過(guò)逐步提高釩鈦球使用比例，確保生鐵中的鈦大于0.200%，爐缸、爐底溫度受到比較明顯抑制，保證了高爐的的安全生產(chǎn)，具體情況如表二：

表二：2015年和2016年1～7月【Si】、【Ti】、鈦球比例控制

3.1適當(dāng)提高爐溫  

   充沛而穩(wěn)定的爐溫有利于爐缸的活躍，適當(dāng)提高爐溫，有利于鈦的還原，增加了TiC、TiN等高熔點(diǎn)化合物的生成量，同時(shí)還可降低生鐵含硫，提高一級(jí)率，增加碳的析出，以降低生鐵的流動(dòng)性，減緩鐵水對(duì)爐缸、爐底的機(jī)械沖涮。近幾年來(lái)我們體驗(yàn)到了低硅冶煉帶來(lái)的效益，長(zhǎng)期將爐溫下限控制在0.220%,不僅可以滿(mǎn)足爐缸熱量的需求，還實(shí)現(xiàn)了高爐高產(chǎn)低耗。隨著爐缸溫度的快速上升，從2016年3月7日開(kāi)始采取將爐溫控制下限上提為0.230%，3月16日將爐溫下限提至0.250%，3月17進(jìn)一步上靠至0.280%，4月1日后高爐逐步開(kāi)始使用鈦球護(hù)爐，由于流動(dòng)性較差，4月3日將爐溫下限降到0.250%，7月15日將爐溫下限提至0.300%（實(shí)際爐溫控制見(jiàn)表一），同時(shí)要求 [Mn]:≤0.400%控制，爐內(nèi)統(tǒng)一三班操作思想，強(qiáng)調(diào)工長(zhǎng)執(zhí)行好“不頂、不貪、不追”的原則，爐溫實(shí)際控制如表二所示：

3.2調(diào)整礦焦傾角，抑制邊緣氣流  

    上部制度調(diào)整堅(jiān)持適當(dāng)抑制邊緣氣流，疏導(dǎo)中心通道的原則，通過(guò)摸索逐步將裝料角度由C245243 241238235132 O344.5242.5 240.5 238.5，角差2.2°調(diào)整為C245242.5 240.5237.5234.5129 O344242 240 238，角差2.3°，爐頂成像明顯呈現(xiàn)中心氣流旺盛，邊緣氣流微弱的現(xiàn)象，要求爐內(nèi)操作根據(jù)風(fēng)量調(diào)整礦批，原則上以1:0.0095～0.01控制礦批水平。

3.3控制冶煉強(qiáng)度提高鼓風(fēng)動(dòng)能  

   降低冶煉強(qiáng)度是控制爐底爐缸溫度上升最有效的措施，強(qiáng)調(diào)工長(zhǎng)執(zhí)行好“不頂、不貪、不追”的原則，適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度，杜絕盲目強(qiáng)化冶煉、追求指標(biāo)、風(fēng)量，同時(shí)將風(fēng)口送風(fēng)面積由2015年0.2457m2,逐步縮小至0.2261m2（見(jiàn)圖一），以增加風(fēng)速提高鼓風(fēng)動(dòng)能，適當(dāng)發(fā)展中心，延緩侵蝕,見(jiàn)表三:

圖一：2016年3月1日開(kāi)爐后風(fēng)口面積的調(diào)整情況

3.4加強(qiáng)原燃料管理

   1）合理燒結(jié)配比，穩(wěn)定燒結(jié)礦質(zhì)量，減少入爐含粉率。堅(jiān)持燒結(jié)保高爐不動(dòng)搖的方針，生產(chǎn)室抓好燒結(jié)配料及堿度控制，保證燒結(jié)配比由75%穩(wěn)定在80%，總熟料率達(dá)90%，同時(shí)加強(qiáng)篩分管理，控制篩料速度，高爐工長(zhǎng)加強(qiáng)巡檢，對(duì)堵篩、斷齒或滑料及時(shí)聯(lián)系處理，確保原料的粉末過(guò)篩，控制入爐燒結(jié)礦≤5mm的比例在≤4%，減少原燃料粉末入爐，以改善料柱透氣性，另外對(duì)原燃料質(zhì)量要求提高，減少堿金屬及有害元素的入爐。

   2）針對(duì)我廠焦炭不足，需外購(gòu)的的特殊情況，我們制定了《落地焦上料組織管理規(guī)定》、《原、燃料進(jìn)廠驗(yàn)收管理規(guī)定》、《焦種變更負(fù)荷調(diào)劑方案》等措施，同時(shí)穩(wěn)定高爐用焦結(jié)構(gòu)，保證2/3濕焦+1/3外購(gòu)焦，力爭(zhēng)全濕焦，采取固定落地焦倉(cāng)，保證一個(gè)備用倉(cāng)，防止上料系統(tǒng)故障、生產(chǎn)組織不力等因素?zé)o計(jì)劃改變焦炭使用，以穩(wěn)定焦炭使用比例，減少焦種波動(dòng)造成的爐況波動(dòng)。

3.5加強(qiáng)鐵口維護(hù)  

   鐵口是爐缸最薄弱的部位，特別是3月1日高爐開(kāi)爐過(guò)來(lái)，西鐵口區(qū)域竄煤氣嚴(yán)重，加上平時(shí)燜炮、重出二次鐵現(xiàn)象頻繁，因此，鐵口維護(hù)工作的好壞，已經(jīng)威脅到高爐的安全生產(chǎn)，我們采取減少出鐵次數(shù)，將鐵口角度從11°降低到9°，增加死鐵層厚度，減少出鐵時(shí)環(huán)流對(duì)爐底的沖刷，同時(shí)制定了以下維護(hù)措施：

（1）改善炮泥質(zhì)量，使用強(qiáng)度較高、穩(wěn)定性好、快干速硬性能更好的炮泥，減少重出二次鐵次數(shù)(每月小于10次），出鐵時(shí)間要求60min~80min，及時(shí)出凈渣鐵。

（2）鐵口深度大于2.5米，低于2.3米及時(shí)通報(bào)尋找原因，低于2.0米為事故鐵口，對(duì)其進(jìn)行分析考核。

（3）處理鐵口精心操作，發(fā)現(xiàn)鉆不動(dòng)吃力時(shí)要及時(shí)退回更換鉆頭，同時(shí)充分的利用好霧化，結(jié)合實(shí)際選取好鉆頭大小，減少使用氧氣燒開(kāi)鐵口。

（4）嚴(yán)禁潮鐵口出鐵和悶炮，遇鐵口潮時(shí)，采取分段鉆入，待鐵口潮氣去除才能逐步鉆進(jìn)，嚴(yán)禁鐵口打火箭，發(fā)現(xiàn)鐵口側(cè)漏鉆不開(kāi)時(shí)，應(yīng)采取堵鐵口重鉆，嚴(yán)禁悶炮操作。

（5）處理鐵口前，必須檢查鉆桿是否對(duì)準(zhǔn)鐵口中心線，防止鐵口偏離中心線，要求每周星期一、星期三、星期五對(duì)鐵口角度校正，平時(shí)鉆桿對(duì)不上鐵口，要及時(shí)查找原因。

（6）保證鐵口泥套完整，發(fā)現(xiàn)泥套深度大于100mm、泥套缺損或堵口無(wú)把握時(shí)要及時(shí)重新做泥套，鐵口前的渣鐵要及時(shí)清理，防止墊炮引起堵不上鐵口。

（7）搞好開(kāi)口機(jī)、液壓炮的維護(hù)，執(zhí)行好鐵前設(shè)備檢查、按程序試炮的制度。

通過(guò)采取以上措施爐前燜炮操作為零，重出、潮鐵口、鐵口側(cè)漏等現(xiàn)象明顯減少，出鐵均勻率改善，鐵口合格率完成96%以上。

4 提高爐缸維護(hù)能力

（1）利用每次休風(fēng)機(jī)會(huì)對(duì)爐皮裂縫進(jìn)行焊補(bǔ)加固，對(duì)竄煤氣及爐皮溫度高的部位，進(jìn)行開(kāi)孔灌漿，改善導(dǎo)熱和阻斷煤氣外竄，重點(diǎn)放在西鐵口下方，5月25日在爐缸開(kāi)孔20個(gè)，灌入漿料1.925噸，8月3日在鐵口區(qū)域灌入漿料0.5噸，8月16日又灌入漿料3.53噸，從灌漿過(guò)程來(lái)看，爐缸區(qū)域有空隙存在，灌漿后漏煤氣量大的西鐵口區(qū)域煤氣濃度下降明顯。

（2）加強(qiáng)爐缸區(qū)域的檢測(cè)， 廠部成立特護(hù)小組，每周對(duì)高爐狀況進(jìn)行分析，相應(yīng)采取措施，我們制定了《水鋼1350m3高爐護(hù)爐標(biāo)準(zhǔn)》，建立爐缸冷卻壁水溫差、熱流強(qiáng)度、爐缸爐底溫度、侵蝕殘余厚度計(jì)算等臺(tái)帳，啟用水溫差在線系統(tǒng)，在二、三段安裝爐皮測(cè)溫電偶，其中二段安裝爐皮測(cè)溫點(diǎn)27棵，三段13棵，東、西鐵口左右各一顆。改鐵口兩側(cè)和二、三段冷卻壁具備單獨(dú)測(cè)水溫差條件，要求崗位人員定期對(duì)爐缸溫度、水溫差、爐皮狀況進(jìn)行跟蹤記錄，重點(diǎn)對(duì)鐵口區(qū)域的冷卻壁溫差進(jìn)行跟蹤測(cè)量（3h/次），并制定了鐵口水溫差控制溫度范圍及處理措施：T≤0.5℃（熱流強(qiáng)度11882KCal）時(shí)正常生產(chǎn)； 0.5℃<T<0.8℃時(shí)減風(fēng)退頂壓至120KPa、停氧、控制冶煉強(qiáng)度；T≥0.8℃（熱流強(qiáng)度≥19012Kcal）時(shí)休風(fēng)涼爐，同時(shí)在爐缸東南、西南、東北、西北四個(gè)方向安裝攝像頭等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，時(shí)刻注意爐缸的動(dòng)向，并將跟蹤情況發(fā)至3#高爐QQ群里，便于分析判斷，建立從配管工、工長(zhǎng)、車(chē)間、廠級(jí)、公司的層層負(fù)責(zé)和匯報(bào)制度。

三 、實(shí)際效果

通過(guò)爐役后期采取的一系列維護(hù)措施，爐缸、爐底溫度從662℃下降到590℃，長(zhǎng)期在560～590℃之間波動(dòng)，西鐵口區(qū)域煤氣濃度下降明顯，水溫差穩(wěn)定，有效的延長(zhǎng)了高爐壽命，最大限度發(fā)揮高爐生產(chǎn)能力，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定，保證了公司鐵、鋼生產(chǎn)平衡，詳見(jiàn)表四及圖二、三所示：

表四:2015、2016年3～7月指標(biāo)完成情況

圖二:爐底第三層碳磚溫度走勢(shì)

圖三爐缸側(cè)壁最高點(diǎn)溫度走勢(shì)

注：3月1日高爐開(kāi)爐

結(jié)束語(yǔ)

  （1）釩鈦礦護(hù)爐技術(shù)在水鋼高爐上的運(yùn)用已經(jīng)很成熟，效果已非常明顯，實(shí)踐證明將生鐵中的鈦含量控制在0.200～0.250%，爐溫控制在0.300～0.350%效果較好。

（2）冷卻壁穿管技術(shù)在水鋼高爐上的成功運(yùn)用，為建立合理的操作爐型奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（3）高爐特護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，堅(jiān)持適當(dāng)抑制邊緣氣流，疏導(dǎo)中心通道的指導(dǎo)思路，通過(guò)采取釩鈦礦護(hù)爐、優(yōu)化操作等一系列措施，爐役后期不僅能確保生產(chǎn)的安全順行可控，而且還可以獲得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]  《高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)》，周傳典. ，2003冶金工業(yè)出版社。

[2]  《煉鐵》雜志第3期《寶鋼1號(hào)高爐爐缸侵蝕分析及對(duì)策》王波 華建明，2016年6月12日出版。