探討水鋼3#高爐爐役末期安全生產(chǎn)對策

彭登學(xué)

摘  要：水鋼3#高爐由于處于爐役末期，設(shè)備老化帶來的問題日益突顯，受高爐指標(biāo)下滑、市場低迷、資金短缺、高爐特護(hù)需要等多重因素的推動，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)能力等對策，既保證了高爐安全恢復(fù)生產(chǎn)，同時也取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：高爐；爐役末期；安全；對策

1 前言

水鋼3#高爐于2004年9月26日開爐生產(chǎn)，高爐有效容積1350m3，設(shè)兩個鐵口，風(fēng)口20個。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)后通過不斷完善各項操作制度，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：

表一：3^#高爐近幾年的生產(chǎn)指標(biāo)完成情況

3#高爐設(shè)計爐齡為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，屬于長壽高爐，處于爐齡后期。近年來，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，加之受市場低迷、資金短缺、高爐特護(hù)需要等多重因素的推動，公司選擇以圍繞3#高爐為主線的限產(chǎn)計劃檢修，2016年1月8日開始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)對策迫在眉睫。

2 爐役后期的現(xiàn)象及原因分析

2.1 爐缸、爐底溫度升高

3月1日點火開爐近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（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℃，該層溫度有兩個點（共9點）超634℃,只有一點低于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、爐底侵蝕呈加劇勢頭。

2.2 爐缸爐皮開裂竄煤氣

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燃，濃度已經(jīng)超過監(jiān)測儀最大量程（2000ppm），爐底水冷管基敦部位已可見燃燒的煤氣火焰。

2.3 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，加上高爐長期超設(shè)計能力生產(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。

針對以上現(xiàn)象，我們認(rèn)為有以下原因:

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

2) 2015年以來，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爐時采取低堿度、配加錳礦、螢石等改善渣鐵流動性的措施加劇了對爐缸側(cè)壁及爐底保護(hù)層的侵蝕。

4) 停開爐時引起磚襯環(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、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) 開爐后強(qiáng)化速度快，此次高爐恢復(fù)僅用32個小時就達(dá)正常水平，再加上開爐后停止配加鈦球，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。

3 操作維護(hù)措施

結(jié)合3#高爐實際情況，我們采取了以下操作維護(hù)措施：

3.1 規(guī)整爐型

2016年1月8日高爐計劃檢修停爐，有針對性的對爐腰以上部位進(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，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%的測溫點正常運行，同時對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。

3.2 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。我廠長期以來都在進(jìn)行釩鈦礦冶煉護(hù)爐，生鐵鈦長期控制在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日開始停止了釩鈦球的使用。2016年3月1日開爐后，隨著爐缸、爐底溫度持續(xù)上升，于3月28日開始在二燒中配加3～5%的鈦精粉（高爐用二燒料占65%以上），但效果不好。4月1日開始配加鈦球后，通過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

注：3月1日送風(fēng)，恢復(fù)生產(chǎn)。

4 優(yōu)化操作，穩(wěn)定爐況順行

4.1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等高熔點化合物的生成量，同時還可降低生鐵含硫，提高一級率，增加碳的析出，以降低生鐵的流動性，減緩鐵水對爐缸、爐底的機(jī)械沖涮。近幾年來我們體驗到了低硅冶煉帶來的效益，長期將爐溫下限控制在0.220%,不僅可以滿足爐缸熱量的需求，還實現(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日后高爐逐步開始使用鈦球護(hù)爐，由于流動性較差，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%（實際爐溫控制見表一），同時要求 [Mn]:≤0.400%控制，爐內(nèi)統(tǒng)一三班操作思想，強(qiáng)調(diào)工長執(zhí)行好“不頂、不貪、不追”的原則，爐溫實際控制如表二所示：

4.2調(diào)整礦焦傾角，抑制邊緣氣流  

    上部制度調(diào)整堅持適當(dāng)抑制邊緣氣流，疏導(dǎo)中心通道的原則，通過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。

4.3控制冶煉強(qiáng)度提高鼓風(fēng)動能  

   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，同時將風(fēng)口送風(fēng)面積由2015年0.2457m2,逐步縮小至0.2261m2（見圖一），以增加風(fēng)速提高鼓風(fēng)動能，適當(dāng)發(fā)展中心，延緩侵蝕,見表三:

表三：高爐綜合冶強(qiáng)、風(fēng)速、鼓風(fēng)動能控制

4.4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。堅持燒結(jié)保高爐不動搖的方針，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%，同時加強(qiáng)篩分管理，控制篩料速度，高爐工長加強(qiáng)巡檢，對堵篩、斷齒或滑料及時聯(lián)系處理，確保原料的粉末過篩，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）針對我廠焦炭不足，需外購的的特殊情況，我們制定了《落地焦上料組織管理規(guī)定》、《原、燃料進(jìn)廠驗收管理規(guī)定》、《焦種變更負(fù)荷調(diào)劑方案》等措施，同時穩(wěn)定高爐用焦結(jié)構(gòu)，保證2/3濕焦+1/3外購焦，力爭全濕焦，采取固定落地焦倉，保證一個備用倉，防止上料系統(tǒng)故障、生產(chǎn)組織不力等因素?zé)o計劃改變焦炭使用，以穩(wěn)定焦炭使用比例，減少焦種波動造成的爐況波動。

4.5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日高爐開爐過來，西鐵口區(qū)域竄煤氣嚴(yán)重，加上平時燜炮、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，減少出鐵時環(huán)流對爐底的沖刷，同時制定了以下維護(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），出鐵時間要求60min~80min，及時出凈渣鐵。

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

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

（4）嚴(yán)禁潮鐵口出鐵和悶炮，遇鐵口潮時，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)漏鉆不開時，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、星期五對鐵口角度校正，平時鉆桿對不上鐵口，要及時查找原因。

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

（7）搞好開口機(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。

4.6 提高爐缸維護(hù)能力

（1）利用每次休風(fēng)機(jī)會對爐皮裂縫進(jìn)行焊補(bǔ)加固，對竄煤氣及爐皮溫度高的部位，進(jìn)行開孔灌漿，改善導(dǎo)熱和阻斷煤氣外竄，重點放在西鐵口下方，5月25日在爐缸開孔20個，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，從灌漿過程來看，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， 廠部成立特護(hù)小組，每周對高爐狀況進(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、侵蝕殘余厚度計算等臺帳，啟用水溫差在線系統(tǒng)，在二、三段安裝爐皮測溫電偶，其中二段安裝爐皮測溫點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測水溫差條件，要求崗位人員定期對爐缸溫度、水溫差、爐皮狀況進(jìn)行跟蹤記錄，重點對鐵口區(qū)域的冷卻壁溫差進(jìn)行跟蹤測量（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）時正常生產(chǎn)； 0.5℃<T<0.8℃時減風(fēng)退頂壓至120KPa、停氧、控制冶煉強(qiáng)度；T≥0.8℃（熱流強(qiáng)度≥19012Kcal）時休風(fēng)涼爐，同時在爐缸東南、西南、東北、西北四個方向安裝攝像頭等，實現(xiàn)實時監(jiān)控，時刻注意爐缸的動向，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、車間、廠級、公司的層層負(fù)責(zé)和匯報制度。

5 實際效果

通過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℃，長期在560～590℃之間波動，西鐵口區(qū)域煤氣濃度下降明顯，水溫差穩(wěn)定，有效的延長了高爐壽命，最大限度發(fā)揮高爐生產(chǎn)能力，各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相對穩(wěn)定，保證了公司鐵、鋼生產(chǎn)平衡，詳見表四及圖二、三所示：

表四 2015、2016年3～7月指標(biāo)完成情況

6 結(jié)束語

（1）釩鈦礦護(hù)爐技術(shù)在水鋼高爐上的運用已經(jīng)很成熟，效果已非常明顯，實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)是一項系統(tǒng)工程，堅持適當(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》，周傳典. ，2003冶金工業(yè)出版社。

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