高永會 馬麗柯 陳奎  趙永平

(河鋼集團邯鋼公司)

摘  要  邯寶2號高爐銅冷卻壁水管破損后,因水管破損面積過于集中、破損速度逐漸加劇,給高爐生產操作帶來極大的困難。在前期操作應對中,由于過于在乎渣皮的結厚程度,經常造成爐墻結厚。在后期操作應對中,采取了科學的高爐管理方法,以下部調節為主、以上部調節為輔,使得高爐操作爐型的得到了合理維護,保證了安全生產,促進了生產指標的進步。

關鍵詞 大型高爐 銅冷卻壁 破損 渣皮 邊沿氣流

邯寶2號高爐(3200 m3)采用了炭磚-陶瓷杯綜合水冷爐底、聯合全軟水密閉循環冷卻系統、銅冷卻壁薄內襯、霍戈文內燃式熱風爐等先進設計, 2009年4月21日開爐以后,高爐生產順行情況一直比較好。但從2015年12月17日以后,銅冷卻壁水管開始出現破損并逐漸加劇,致使高爐生產極度不穩定,爐況經常失常。

為扭轉生產局面,更好地適應爐役后期的操作,通過調整操作思路,使得爐況穩定性逐步得到加強,各項技術經濟指標得到了改善。

1  冷卻壁水管破損及處理

(1)水管破損狀況。2015年12月17日,查出第一根冷卻壁水管破損。當時,因為干熄焦檢修,高爐配吃干焦比例不足50%,再加上該月上旬高爐配吃落地料時間長達5天,爐況穩定性差,邊沿氣流長期比較旺盛,爐體水溫差長期在4-5℃波動。

另外,2號高爐爐腹角設計偏大(79o18'13"),使得爐腹處掛渣皮能力較弱,并且爐腹銅冷卻壁長度偏長(3m),熱流強度不穩定,因此爐腹銅冷卻壁最先出現破損。

之后,其他冷卻壁水管開始不斷地出現破損,并且破損速度逐漸加刷,且主要集中于A區(見表1)。

盡管采取了許多強化冷卻的措施,包括降低水溫、增加水量,但是收效甚微。

(2)水管破損后的處理。在前期破損較輕的情況下,先進行水管養護,也就是將該水管的水量控小,通上工業水冷卻;隨著水管破損的加劇,當發現水管出水頭水流變小或者是開始喘動時,也即意味著該水管破損過于嚴重,失去了養護意義,只能將水管掐掉灌漿;在水管掐掉之前,要進行跨管作業,即跨越水管掐掉處將上下水管連接起來,并改為軟水冷卻:當水管掐掉太多時,則對破損處加裝微型冷卻器(截至2017年10月更換冷卻壁前,共安裝微型冷卻器105個),增加該處的冷卻強度,以保證安全生產。

2  高爐操作的應對措施

2.1  前期應對

為減緩冷卻壁的破損,保證安全生產,2016年的應對措施主要是:

(1)強化中心、抑制邊沿,期待以加重邊沿的方式來促進邊沿渣皮的穩定。但在實際操作過程中,由于過于顧及邊沿的穩定,極力強化中心氣流,沒有對渣皮的結厚程度設限,經常出現爐墻結厚的癥狀。

為此,從風口布局上進行調整,將風口長度逐漸加長,送風面積逐漸縮小,以疏導氣流向中心延伸,保證中心氣流通暢。另外,在上部的料制調整中,為了更好地強化中心、抑制邊沿,將平臺加漏斗的布料模式向中心加焦模式過渡。

(2)在水溫差波動期間,為穩定邊沿氣流,經常以較輕的焦炭負荷來應對氣流變化。在爐況出現好轉時,加負荷進度及幅度,均比正常時要慢。這樣,在輕負荷的長期作用下,邊沿氣流穩定性越來越強。

而一旦渣皮出現穩定,不久就會發生爐墻黏結,而且黏結速度非常快,用正常的調節手段很難發生逆轉。

(3)在爐渣堿度的控制上,為了增加爐渣黏度,減少爐渣的沖刷,經常將爐渣堿度水平控制在中上限,參數選擇以二元堿度在1.25 ~1.30的居多。

 (4)將爐體冷卻水量由4700m3/h提至至4900m3/h,以增加爐體的冷卻強度,并且將爐體軟

水的進水溫度,在有可能的情況下,盡量降至最低,繼續強化冷卻。

通過采取上述措施,充分保證了高爐中心氣流的通暢性,爐況能夠達到在一段時間內的相對穩定。但是,隨著爐況穩定時間的延長,中心氣流會越來越強,邊沿氣流狀態會由穩定轉向呆滯。隨之,爐體水溫差會逐漸走低(如圖1所示),最終導致爐墻大面積結厚。2016年,2號高爐因爐墻結厚、爐況失常共造成9次懸料。總體來看,當爐墻黏結到一定程度以后,操作爐型逐漸變小,爐內的壓量關系會越來越緊,風量不斷出現萎縮。此時,再通過調整料制或者是調整負荷都很難奏效,甚至會適得其反。

2.2  后期應對

2017年3月2日,因環保限產,2號高爐被迫停爐。停爐期間,更換了1塊冷卻壁,水管破損嚴重部位則加裝微型冷卻器,并對爐墻進行了噴涂。重新開爐后,在操作思路上進行了大的調整,摒棄了以往靠上部料制過度壓邊來穩定邊沿的做法,改為以下部調劑為主、以上部調劑為輔。

(1)從下部調整著手,重視爐缸熱量。為解決爐缸活躍的問題,滿足鼓風動能和實際風速的要求,在風口布局的調整方向上,以穩定邊沿、強化中心為目的,調整方向是從大風口向小風口、短風口向長風口轉變。重新開爐后的風口布局定為8個小風口加24個長風口。并且考慮到2號高爐冷卻壁破損的特殊性(方向比較集中、固定),因此在冷卻壁水管破損嚴重的正北方向多增加了2個小風口。

另外,考慮到冷卻壁破損以后漏水的影響,將鐵水物理熱控制在1510~1530℃、爐渣堿度定在1.20-1.25,這樣,以高物理熱及良好的渣鐵流動性來保證爐缸的熱狀態,防止因為漏水而造成爐涼,或者釀成其他的生產事故。

(2)氣流調整方向。在氣流的調整上,因為下部進風強化中心的效果逐漸顯現,上部調整只是作為一種輔助手段來進行。在強化中心的過程中,適當的照顧邊沿,保證邊沿氣流的相對穩定,達到通常所說的“有邊有中心”的效果。在確定中心是否強勁和邊沿是否穩定上,制訂相關操作參數。如與中心相關的操作參數主要有:爐頂溫度與圓周均勻性,爐喉鋼磚水溫差,35 m熱電偶溫度水平,以及探尺動態與是否偏尺;與邊沿相關的操作參數主要有:爐體總水溫差,爐身中下部溫度參數,以及爐頂溫度等。

(3)建立爐況管控預警制度。將判斷爐況發展走向,由單一判定向綜合性判定轉變,建立量化數據化管理模式,降低生產中處理爐況時的失誤次數,使得判定結果更加準確。過去判定爐況的發展走向,總是靠少量的幾個數據來做決定,數據之間的關聯性不強,數據的“權威性”不夠。

建立預警制度后,將爐體水溫差、鋼磚溫差、爐內壓差和煤氣利用率結合在一起,且標出數據權限,任何人都不能越過權限操作。例如,以前在控制爐體水溫差的過程中,受冷卻壁破損的影響,總是有意識地將爐體水溫差控制的低一些。建立預警之后,確定將爐體水溫差控制在3-4℃、鋼磚溫差控制在6~10℃,當其他操作參數與之相沖突時都要服從之。

通過采取上述操作措施后,生產的穩定性及各項經濟技術指標都取得了較大的進步(如圖2所示),爐況能夠保證長期穩定順行,爐墻也再沒有發生過結厚的癥狀,高爐操作爐型得到了合理維護。

操作思路改變以后,由于對邊沿氣流控制得當,中心氣流能夠得到保證,爐況能夠達到長周期的穩定順行。隨著爐況穩定性的增強,爐內壓量關系得到改善,風氧量的使用得到有效保證。

通過有效的控制爐腹煤氣量,不斷地提高煤氣利用,燃料比得到控制,并且基本上能夠穩定在520kg/t左右。其他技術指標不斷提升,尤其是煤比,4-8月份平均達到了143.3kg/t的較好水平,在7、8月份煤比最高時能夠達到160kg/t以上。其中影響燃料比的主要因素是由于熱風爐格子磚堵塞日益嚴重,使得風溫水平偏低(如圖3所示),截至2017年10月5日停爐時,2號高爐平均風溫只能達到1040℃左右。

3 更換銅冷卻壁

2017年10月5日至2018年4月2日,2號高爐實行環保停爐。

停爐后,首先對爐缸內的焦炭及殘留物進行了三次扒爐工作。之后,對4段銅冷卻壁進行了整體更換,尺寸選擇與原來的型號一樣。為保證銅冷內鑲磚的牢固度及今后掛渣需要,鑲磚高出燕尾槽長度分別是40mm和80mm,上下交錯砌筑,以便形成薄厚相間臺階,起到噴涂錨固作用。

由于風口帶砌磚侵蝕嚴重,形狀極不規則,為保證進風的穩定均勻,對原風口帶砌磚進行了處理。

將原砌磚全部拔除,進行風口帶整體澆注。盡管澆注料比砌磚壽命短,但是在相對一段時間內,保證了爐型的合理及氣流的穩定。風口澆注分兩次進行,先進行下半環澆注,下半環澆注完成待剛玉澆注料初凝后,然后支模進行上半環澆注施工。

澆注結束后,對爐墻進行了整體噴涂。第5～8段銅冷卻壁(爐腹、爐腰、爐身下部),采用抗渣鐵侵蝕、抗熱震的材料;第9-15段爐身中上部區域,采用耐機械沖刷及抗熱震的材料。噴涂作業時,從出鐵場平臺鋪設3根DN75mm的無縫鋼管到爐頂平臺,作為濕法噴涂送料用。第9-14段冷卻壁噴注厚度以出燕尾槽100 mm為基準,第5-8段冷卻壁內襯厚度(鑲磚+噴注)以出燕尾槽130mm為基準,并在噴注起點和終點平滑過渡找平。

2號高爐開爐后,實現了3天達產,1周后產量穩定到8000t/d以上,8天后煤比實現140kg/t,2周后煤比快速提升至160kg/t以上的較好水平。

4  結語

(1)在冷卻壁破損初期,由于防止冷卻壁再破損的手段過于激烈,經常性的造成高爐爐墻結厚給操作帶來極大的被動。

 (2)采取科學的管理,并建立爐況管控預警制度后、杜絕了人為的干預,使得指標及如況穩定性逐漸改善。

 (3)在爐況的調整上,以下部調節為主、以上部調節為輔,保持爐缸的長期穩定活躍,是處理爐況的最好方法。

 (4)通過對高爐操作爐型進行維護,保證了高爐的安全運行,進行更換冷卻壁后,高爐能夠快速達產達效。

5  參考文獻

[1] 熬愛國，廖建峰.寶鋼湛江1號高爐開爐及生產實踐[J],煉鐵，2017，36（6）：7-11.