高爐爐墻結(jié)厚原因分析及處理

趙東明  王光偉  胡德順  吳優(yōu)  呂寶棟

（鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司）

摘  要：針對(duì)鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵高爐 2016年4月份爐墻結(jié)厚問題，對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行了調(diào)查、研究、分析，通過(guò)采用打水降料線方法，快速解決了爐墻結(jié)厚的問題，使高爐爐況迅速恢復(fù)正常，取得較好生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：高爐，結(jié)厚，打水，降料面

朝陽(yáng)鋼鐵2600m3高爐由中冶賽迪設(shè)計(jì)院總承包設(shè)計(jì)， 第二代爐役于2013年11月16日投產(chǎn)，高爐利用系數(shù)在7天后達(dá)2.00t/（m3.d），在隨后的生產(chǎn)過(guò)程中利用系數(shù)基本維持在2.3t/（m3.d）左右的水平，煉鐵廠從2013年開始控制高爐的核心工作是通過(guò)控制燒結(jié)礦質(zhì)量、焦炭質(zhì)量和高爐操作，實(shí)現(xiàn)了高爐長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行。

從2015年開始，為了降成本需要，徹底取消了質(zhì)量較好的回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)，并采用價(jià)格相對(duì)較低的當(dāng)?shù)刎Q爐球團(tuán)和塊礦，最終實(shí)現(xiàn)70%燒結(jié)+15%豎爐球團(tuán)+15%塊礦的經(jīng)濟(jì)料入爐，將高爐的效益最大化，但隨即帶來(lái)的問題是燒結(jié)礦質(zhì)量、焦炭質(zhì)量、高爐操作必須保持穩(wěn)定，這三者任何一方出現(xiàn)問題，對(duì)高爐的影響都是致命的。2016年3～5月期間，由于高爐爐料急劇惡化，高爐爐況逐步失常，長(zhǎng)時(shí)間處理沒有得到有效改善，根據(jù)各方面判斷，懷疑高爐爐型已發(fā)生變化（主要集中在爐身區(qū)域塊狀帶），2016年5月1日開始降料面進(jìn)行觀察，在北、西北、南、西南四個(gè)方向出現(xiàn)爐墻結(jié)厚，因此，鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵煉鐵廠針對(duì)此問題進(jìn)行了調(diào)查研究，采取有效措施，解決了高爐爐墻結(jié)厚問題，為同類型高爐提供一定參考。

1爐墻結(jié)厚的原因

1.1爐況失常

2015年12月份高爐屬于限產(chǎn)狀態(tài)，經(jīng)過(guò)2016年1月份的穩(wěn)定提產(chǎn)，2月份高爐已經(jīng)徹底恢復(fù)正常，高爐平均日產(chǎn)達(dá)到5941t/d的，2016年3月份由于受外部環(huán)境的影響，燒結(jié)、高爐配礦結(jié)構(gòu)變化頻繁，由于當(dāng)時(shí)高爐爐缸工作狀態(tài)好，3月中上旬并沒有完全體現(xiàn)出來(lái)，但從下旬開始高爐已開始出風(fēng)量減少，風(fēng)壓波動(dòng)較大的情況，3月26日燒結(jié)配礦中的卡拉拉礦粉由40%提高至53%導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量完全惡化，3月31日開始高爐失常。爐況失常主要由以下幾方面原因造成的

1.1.1燒結(jié)變料頻繁

2016年3月份由于燒結(jié)鐵料降成本需要，燒結(jié)鐵料始終低庫(kù)存運(yùn)行，同時(shí)出現(xiàn)運(yùn)輸困難，為了保產(chǎn)，燒結(jié)配礦在短短一個(gè)月之內(nèi)變更次數(shù)7次，1個(gè)月之內(nèi)變更次數(shù)如此之多在朝陽(yáng)鋼鐵歷史上是從沒有過(guò)的，由于精礦粉嚴(yán)重不足，將卡拉拉礦粉配比由以前最高20%提高至53%（見表1），造成燒結(jié)礦質(zhì)量惡化，燒結(jié)質(zhì)量變化情況見表2。

由表2可看出燒結(jié)礦<5的粒級(jí)由2016年2月份的4.41%上升至3月份的4.76%，5-10mm的粒級(jí)由2月份的14.55%上升至3月份的19.14%，燒結(jié)礦平均粒級(jí)由2月份的21.60%降至3月份的19.82%。入爐粉末明顯增多。

由于燒結(jié)礦配料變更頻繁，造成燒結(jié)礦質(zhì)量波動(dòng)較大，燒結(jié)冶金性能變差，尤其是物理性能變化較大，造成燒結(jié)入爐粉末增多。為了減少入爐粉末，煉鐵廠在處理爐況時(shí)，將槽下篩孔由3.5mm改成5.5mm，將入爐粉末控制在2%以內(nèi)。

表1燒結(jié)配比變更情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表2燒結(jié)質(zhì)量變化情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

1.1.2高爐爐料品種變化頻繁

2016年3月份高爐酸性料也處于低庫(kù)存運(yùn)行且運(yùn)輸困難，導(dǎo)致酸性料結(jié)構(gòu)變化頻繁，其中結(jié)構(gòu)變化較大的有6次，由于變料頻繁，且變料幅度較大，高爐軟熔區(qū)間就會(huì)波動(dòng)較大，引起煤氣流不穩(wěn)定，導(dǎo)致爐況波動(dòng)較大，引起爐況失常，尤其是地方球團(tuán)礦冶金性能變差，低溫還原粉化+3.15mm（標(biāo)準(zhǔn)≥90%）只有55.8%；-0.5mm（標(biāo)準(zhǔn)≤5%）達(dá)到37%，加劇惡化了高爐透氣性。高爐結(jié)構(gòu)變化情況見表3.

表3高爐結(jié)構(gòu)變化情況

1.1.3焦炭配煤結(jié)構(gòu)頻繁

焦炭配煤的變化對(duì)高爐煤氣流的變化造成一定的影響，根據(jù)朝陽(yáng)鋼鐵的經(jīng)驗(yàn)，焦炭每變一次配比，焦炭質(zhì)量需要3天時(shí)間穩(wěn)定，所以焦炭配煤的變化也是爐況失常的一個(gè)重要原因。焦炭配煤結(jié)構(gòu)變化見表4

表4焦炭配煤結(jié)構(gòu)變化情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

1.2 高爐鈦負(fù)荷高

朝陽(yáng)鋼鐵從降成本的需要，采用一些高鈦的爐料，鈦負(fù)荷基本控制在10kg/tfe左右，鈦負(fù)荷高，會(huì)造成渣鐵粘稠，流動(dòng)性較差，為了降低其負(fù)作用，采取了一些技術(shù)措施如降低爐渣堿度，低爐溫操作，縮小風(fēng)口面積。在爐況順行和爐缸工作狀態(tài)良好的情況，高鈦爐料對(duì)高爐影響較小，一旦爐況波動(dòng)時(shí)，它會(huì)加劇爐況的惡化，鈦負(fù)荷高也是高爐結(jié)厚的重要因素；

1.3 高爐堿金屬和鋅負(fù)荷較高

高爐堿金屬含量4.4kg/tfe超控制標(biāo)準(zhǔn)（2.5 kg/tfe ）1.76倍，鋅負(fù)荷較高為0.9kg/tfe，超控制標(biāo)況（0.15kg/tfe）6倍，在爐況波動(dòng)大、入爐粉末多和堿金屬和鋅負(fù)荷較高的情況下，促使高爐爐墻結(jié)厚。總之，由于爐料結(jié)構(gòu)和爐料冶金性能變化較大，此外頻繁發(fā)生管道、懸料后，導(dǎo)致高爐氣流失常，再加上已經(jīng)具備爐墻結(jié)厚的條件（高爐爐況波動(dòng)、入爐粉末增多、堿金屬、鋅負(fù)荷高），促使?fàn)t墻結(jié)厚。

2爐墻結(jié)厚的判斷

2.1 爐身溫度呆滯  

2016年4月24日～5月6日10～13段爐身溫度趨勢(shì)圖分別見圖1～4所示。

高爐自 2 0 16年 3月 31日懸料后， 4月2 4日開始 10段鑄鐵冷卻壁溫度波動(dòng)逐步減少，4月26日8個(gè)方向呆滯 ，爐墻溫度低點(diǎn)6 0℃左右不動(dòng)； 4月 26日鑄鐵冷卻壁(11、1 2、13段) 溫度在西北、西、西南、南四個(gè)方向也趨于呆滯， 爐墻溫度低點(diǎn)60℃以下，說(shuō)明4月24日開始鑄鐵冷卻壁開始結(jié)厚。

2016年4月24日～5月1日，10段冷卻壁8個(gè)方向全部呆滯不動(dòng)，可初步判斷爐墻周向結(jié)厚，5月3日爐墻結(jié)厚處理后，壁體恢復(fù)正常波動(dòng)。見圖1

2016年4月24日～5月1日，11、12、13段冷卻壁西北、西、西南、南4個(gè)方向全部呆滯不動(dòng)，可初步判斷此區(qū)域爐墻部分結(jié)厚，5月3日爐墻結(jié)厚處理后，壁體恢復(fù)正常波動(dòng)（見圖2～4）。

2.2 爐體冷卻水水溫差呈下降趨勢(shì)

隨高爐強(qiáng)度及爐況順行的水平不同， 爐體軟水八分區(qū)冷卻水平均水溫差有所差別，

但基本穩(wěn)定在一定水平。朝陽(yáng)高爐爐體軟分區(qū)水溫差基本穩(wěn)定在6℃左右，4月24日后水溫差呈現(xiàn)急劇下降的趨勢(shì)。尤其在北和西北方向水溫差下降至2℃以下，說(shuō)明爐墻結(jié)厚的可能性增大，2016年4月7日～4月30日爐身水溫差趨勢(shì)見圖5所示。

從爐身溫度呆滯和爐體冷卻水溫差變化可基本確定爐墻結(jié)厚，決定5月1日開始降料面進(jìn)行觀察，休風(fēng)降料線到8m左右，接近12段鑄鐵冷卻壁，發(fā)現(xiàn)12、13段冷卻壁爐墻有約2/3圓周方向結(jié)厚，露出部分厚度約200～500mm粘結(jié)物，主要集中在北、西北、南、西南方向，上小下大， 為灰質(zhì)粉塊狀，爐墻結(jié)厚，預(yù)計(jì)結(jié)厚至10段冷卻壁附近，休風(fēng)降料面爐墻結(jié)厚狀況見圖6。

3采取的措施

3.1 爐墻結(jié)厚處理

判斷爐墻結(jié)厚后，下一步就是如何處理爐墻粘結(jié)問題，由于朝陽(yáng)鋼鐵屬單高爐生產(chǎn)，處理爐墻粘結(jié)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，對(duì)朝陽(yáng)公司整個(gè)經(jīng)營(yíng)會(huì)造成巨大影響，所以公司決定采用打水降料面，將料面降至風(fēng)口采用打水爆震自然脫落方式或處理不完全時(shí)采用爆破的方式處理爐墻粘結(jié)。

高爐定于2016年5月1日進(jìn)行預(yù)休風(fēng)，安裝打水槍，5月2日采用回收煤氣打水降料面，料線降至風(fēng)口附近。如果爐墻粘結(jié)物沒有完全脫落，采用爆破的手段將粘結(jié)物全部清理。

3.2 降料面前的準(zhǔn)備工作

3.2.1準(zhǔn)備打水槍

制作4支打水槍。長(zhǎng)6米，直徑51毫米，前3.3米每隔90度圓弧鉆一排眼，共4排眼，孔徑4毫米，孔距離100毫米，每支槍鉆眼132個(gè)，此4支槍作為打水系統(tǒng)及調(diào)節(jié)爐頂溫度用，從十字測(cè)溫孔插入，水量表接入高爐中控室，以便觀察。預(yù)休風(fēng)后，安裝打水槍，并將損壞的風(fēng)口更換。

3.2.2煤氣成分取樣工作

調(diào)度室與化驗(yàn)室聯(lián)系，降料線期間30分鐘化驗(yàn)一次爐頂煤氣成分（CO，CO2，H2，O2），化檢驗(yàn)負(fù)責(zé)取樣、送樣，并做好隨料面降低對(duì)應(yīng)煤氣成分曲線圖，以指導(dǎo)停爐

3.3打水降料面操作參數(shù)控制

風(fēng)量不超過(guò)36003/min，爐頂溫度控制在250～300℃之間，爐頂壓力≤0.1Mpa。料線至24米時(shí)，通氮?dú)獗Ｗo(hù)煤氣中含氫氣<12%，氧氣<2%。采用爆震的手段清除爐墻粘結(jié)物，打水降料面參數(shù)控制見表5

表5打水降料面參數(shù)控制

4取得的效果

從2016年5月1日24時(shí)～5月2日15時(shí)，經(jīng)過(guò)905分鐘的打水降料面，將料面降至風(fēng)口區(qū)域，由于在休風(fēng)過(guò)程中打水產(chǎn)生的爆震，爐墻粘結(jié)物全部脫落，解決了高爐爐墻結(jié)厚問題，高爐快速恢復(fù)了正常生產(chǎn)，達(dá)到了良好效果。休風(fēng)降料面后爐墻脫落狀況見圖7。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）高爐原燃料的波動(dòng)容易造成氣流的波動(dòng)和軟熔帶位置的變化，導(dǎo)致爐墻結(jié)厚。所以高爐爐料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是非常重要的，鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵公司在今后的生產(chǎn)中應(yīng)在原料庫(kù)存管理上采用2種以上的原料作為骨架料，小品種互相替換，以降低成本，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)配料1個(gè)月至多變動(dòng)一次的目標(biāo)。

（2）減少入爐粉末，煉鐵廠在處理爐況時(shí)，將槽下篩孔由3.5mm改成5.5mm,減少粉末入爐，在以后的生產(chǎn)中更加重視燒結(jié)礦粒級(jí)的變化，將入爐粉末控制在2%以內(nèi)。

（3）重視高爐堿金屬和鋅入爐，堿金屬含量過(guò)高，容易造成入爐焦炭粉化，爐墻結(jié)厚，同樣會(huì)影響高爐穩(wěn)定順行，而且堿金屬和鋅造成的高爐失常其處理難度更大，所以朝陽(yáng)鋼鐵今后把堿金屬和鋅負(fù)荷分析作為重點(diǎn)工作來(lái)做；

（4）能夠及時(shí)快速判斷爐墻結(jié)厚，采用打水降料面不失為快速消除爐墻粘結(jié)厚的方法；