宋燕民

(安陽鋼鐵股份有限公司，河南 安陽 455004)

安鋼2號高爐于2007年6月28日建成投產(chǎn)，有效爐容2800 m3。自2014年以來，隨著高爐進入爐役后期，冷卻壁漏水較多，爐缸侵蝕嚴重，爐缸異常侵蝕區(qū)的溫度持續(xù)升高，高爐采取了諸如在線壓漿、釩鈦礦護爐、減風生產(chǎn)、堵風口等措施，控制碳磚溫度維持生產(chǎn)；于2016年9月20日停爐大修，第一代爐役為9年零3個月，累計產(chǎn)鐵19 450 kt，單位爐容產(chǎn)鐵6946 t/ m3。大修時為縮短工期，減少爐內(nèi)殘鐵處理時間，采取了高爐停爐后放殘鐵的方案。

1 爐缸結(jié)構(gòu)

高爐設(shè)計3個鐵口，30個風口，爐缸直徑11 600 mm，爐缸高度4900 mm，死鐵層深度為2400 mm，爐底、爐缸采用半石墨碳塊-陶瓷砌體復(fù)合爐襯結(jié)合水冷薄爐底碳磚結(jié)構(gòu)。爐底中心下部砌筑高導(dǎo)熱半石墨化碳磚(高1200 mm)，上部砌筑微孔碳磚(高800 mm)，最上部立砌兩層剛玉莫來石磚(高800 mm)，爐缸內(nèi)側(cè)砌剛玉莫來石磚，寬度350-750 mm，外側(cè)環(huán)砌微孔碳磚，高度5800 mm，寬度：1000-1350 mm；在爐缸、爐底交接處采用加厚陶瓷質(zhì)耐火材料和微孔碳磚砌筑結(jié)構(gòu)，如圖1所示。爐缸共有 4 層冷卻壁，鐵口使用剛玉質(zhì)和碳質(zhì)組合磚；冷卻系統(tǒng)為聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻，循環(huán)軟水總量4250 m3/h，水壓0.75 MPa。

2 殘鐵孔位置確定

根據(jù)當時能正常使用的爐缸熱電偶測量數(shù)據(jù)，結(jié)合爐殼外部測溫，找出溫度較高的區(qū)域，也就是爐缸側(cè)壁侵蝕最嚴重的區(qū)域，經(jīng)過測量對比分析，在8號風口下部標高7.5 m處和在11號風口下部標高6.8 m處兩個區(qū)域溫度相對較高。但根據(jù)現(xiàn)場情況8號風口下部干涉物太多，無法進行放殘鐵操作；相比11號風口下部空間較為寬敞，更有利于放殘鐵操作；再經(jīng)過采用紅外成像儀對11號風口下部高溫區(qū)域爐殼多次測溫對比，為確保殘鐵能一次性放出，最終將殘鐵口定在11號風口下部標高7.3 m的位置，爐底7層碳磚下部，如圖2所示。

圖1 爐缸結(jié)構(gòu)圖

圖2 殘鐵孔位置示意圖

3殘鐵量估算[1]

根據(jù)經(jīng)驗公式對爐內(nèi)殘鐵進行估算：

式中：

T殘-殘鐵數(shù)量，t；

K-爐缸侵蝕系數(shù)，一般為0.3～0.6，本次取0.4；

D-爐缸直徑，為11.6 m；

H-爐底至鐵口高度，為2.4 m；

L-鐵口深度，為3 m；

α-停爐前的鐵口角度；

h-估計爐缸侵蝕深度，取0.9 m；

γ鐵-殘鐵密度，取5.5 t/m3；

T殘≈620t

根據(jù)計算得出爐內(nèi)殘鐵約有620 t。

4 放殘鐵方案確定

高爐停爐采用空料線爐頂打水法，從爐喉十字測溫孔插入噴水管來控制爐頂溫度，把料面降至風口中心線位置后休風停爐。為確保安全，放殘鐵操作在高爐休風后進行，由爐缸爐底外側(cè)燒入爐內(nèi)，制作殘鐵口。鐵水經(jīng)過提前制作的殘鐵溝，流入殘鐵罐內(nèi)。由于鐵道線弧度較大，不適宜使用過渡槽進行罐與罐之間的過渡，所以鐵水罐間的鐵水過渡確定采用擺動溜槽形式。殘鐵平臺及殘鐵溝停爐前提前進行制作安裝，高爐停爐前安排小休風檢修，將殘鐵口處涉及到的一、二段4塊冷卻壁水管斷水，三段以上冷卻壁進水就近與其它水管并聯(lián)改造，保證冷卻強度。根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境，出鐵場下部立柱和大梁的結(jié)構(gòu)布局將殘鐵溝的路由全部封死，殘鐵溝路由只能轉(zhuǎn)至出鐵場平臺外側(cè)，出口設(shè)在兩鐵道中間，殘鐵溝展開長度約為29 m，殘鐵口標高為7300 mm，殘鐵口處溝槽底面標高為6500 mm。為了保證殘鐵流動順暢，殘鐵溝坡度按8.5%設(shè)計，則殘鐵溝出口端溝槽底部標高為4035 mm，80噸鐵水罐頂部標高為3700 mm，與溝槽底部高差只有335 mm，而安裝擺動溜槽至少需要1200 mm的高差，如果減小殘鐵溝坡度來滿足安裝擺動溜槽的條件，殘鐵溝的坡度最大只有5.5%，坡度過小一旦造成鐵流不暢，堵溝或外溢則將造成放殘鐵失敗或釀成重大事故。為保證殘鐵溝有效坡度，將殘鐵溝出口設(shè)在鐵道線一側(cè)，使殘鐵溝長度減少了4000 mm，在保證坡度8.5%的情況下溝槽出口底面標高為4375 mm，并設(shè)計一種水平擺動溜槽為兩個鐵水罐進行鐵水過渡，解決了諸多不利因素。如圖3所示，現(xiàn)場將氧氣、壓縮空氣、水、焦爐煤氣等介質(zhì)均引至操作平臺上，殘鐵溝上設(shè)置安全過橋，在一旁還設(shè)置了事故殘鐵坑備用，殘鐵平臺周邊設(shè)置了多部安全走梯作為逃生通道。為減少兌罐作業(yè)難度，將外鐵線鐵水罐作為過渡罐，機車主要牽引內(nèi)鐵線鐵水罐進行兌罐，兌罐時水平擺動溜槽將鐵水引至過渡罐，內(nèi)線鐵水罐就位后水平擺動溜槽移開，鐵水流入內(nèi)線主罐。因估算爐內(nèi)約有620 t殘鐵，至少需要準備10個80 t鐵水罐，考慮安全因素，現(xiàn)場準備了12個罐，鐵外線過渡罐停放了2個，鐵內(nèi)線停放了6個，其它4個在附近備用，可隨時調(diào)入進行補罐。

圖3 高爐放殘鐵現(xiàn)場布置圖

5 水平擺動溜槽工作原理

殘鐵溝槽出口位于鐵內(nèi)線一側(cè)且底面標高與80 t鐵水罐上沿高差為675 mm，根據(jù)現(xiàn)場情況研制出一種水平擺動溜槽，如圖4所示水平擺動溜槽由槽體、行走輪、鋼絲繩、回轉(zhuǎn)支撐、驅(qū)動卷揚及繩輪組成；槽體長6700 mm，寬800 mm，高300 mm，外殼為鋼結(jié)構(gòu)，槽內(nèi)用鐵溝料搗制，槽體外部焊接錨固件并噴涂耐火材料，防止殼體被燒損，槽體中部端固定在回轉(zhuǎn)支撐4上，入口端通過行走輪2支撐于滑道上，槽體入口端兩側(cè)各引出鋼絲繩3通過繩輪6導(dǎo)向安裝在手動卷揚5卷筒兩側(cè)，通過驅(qū)動手動卷揚5向不同方向旋轉(zhuǎn)，可帶動槽體繞回轉(zhuǎn)支撐4進行水平擺動，實現(xiàn)鐵水在兩罐之間過渡。

圖4 水平擺動溜槽工作原理圖1.槽體;2.行走輪;3.鋼絲繩;4.回轉(zhuǎn)支撐;5.驅(qū)動卷揚;6.繩輪

回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)如圖5所示，由回轉(zhuǎn)底盤1、底座2和支撐輪3構(gòu)成，支撐輪3固定在底座2上，底座2與兩鐵線之間的鋼結(jié)構(gòu)桁架連接，回轉(zhuǎn)底盤1與槽體連接，當槽體入口端被鋼絲繩牽引時可繞回轉(zhuǎn)支撐中心進行水平擺動。

圖5 回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)圖1.回轉(zhuǎn)底盤;2.底座;3.支撐輪

放殘鐵操作時，擺動槽體置于殘鐵溝一側(cè)，如圖6所示，鐵水通過殘鐵溝3進入主罐5內(nèi)，當主罐5內(nèi)鐵水裝滿時，驅(qū)動手動卷揚4將槽體擺動至與殘鐵溝重合，將鐵流引至過渡罐6內(nèi)，同時機車拖動內(nèi)線鐵水罐5進行換罐，內(nèi)線新罐到位后反向操作手動卷揚4將槽體移開，擺動至待機位，鐵水重新流入主罐5內(nèi)，當過渡罐內(nèi)鐵水裝滿時更換另一個備用罐進行過渡。

6 放殘鐵工作安排[2]

(1)高爐停爐前監(jiān)測爐缸溫度，并根據(jù)現(xiàn)場條件確定殘鐵口位置。

圖6 水平擺動溜槽操作示意圖1.槽體;2.殘鐵平臺;3.殘鐵溝;4.驅(qū)動卷揚;5.主罐;6.過渡罐

(2)提前制作安裝殘鐵平臺及殘鐵溝槽，殘鐵溝耐材搗制并燒烤(殘鐵口處1 m預(yù)留，停爐后爐殼和冷卻壁拆除完成后再制作)。

(3)停爐前高爐小休風期間拆除殘鐵口附近冷卻壁水管，殘鐵口上部冷卻壁水管接聯(lián)絡(luò)管，調(diào)整開鐵口機角度，由10°調(diào)整為12°。

(4)高爐停爐后，拆除殘鐵口處爐殼及冷卻壁，拆除面積略大于殘鐵溝截面尺寸，清理干凈露出環(huán)碳表面。

(5)安裝殘鐵溝入口端，殘鐵溝鋼殼插過爐殼固定，搗制溝內(nèi)耐材并燒烤。

(6)在環(huán)碳表面標出殘鐵口位置，用手持式氣動鑿巖機進行預(yù)鉆，角度上傾5°，鉆孔時分多次逐步加深，每鉆一定深度需用熱電偶進行測量孔底溫度，每次的鉆孔深度要根據(jù)測溫情況逐步減小，當溫度接近800℃時停止鉆孔。改用氧氣管用氧氣將殘鐵口燒開，將殘鐵放出。

(7)主要安全防護要求，放殘鐵區(qū)域無漏水，無積水；現(xiàn)場設(shè)備、電纜、管道采取有效防護措施，防止燒損；安全通道保持暢通，殘鐵平臺上除工作人員外其他人員全部撤離。

7 放殘鐵

安鋼2號高爐2016年9月20日6：00休風停爐，當日16：48打開殘口將殘鐵放出，18：30殘鐵放完，出鐵時間為102 min，共出8罐鐵水，稱重共計478 t，爐內(nèi)剩余殘鐵采用繩鋸切割的方法進行處理，爐內(nèi)殘鐵計量扣雜后約170 t，故高爐停爐后爐內(nèi)殘鐵共有約648 t。扒爐期間通過對爐缸爐底各層剩余厚度和爐底陶瓷墊剩余厚度的測量及現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)安鋼2號高爐爐底侵蝕形貌為鍋底狀，如圖7所示，爐缸側(cè)壁侵蝕主要發(fā)生在鐵口中心線以下1-2 m之間，即8-10層侵蝕最嚴重。

圖7 安鋼2號高爐爐底爐缸侵蝕示意圖

8 結(jié)論

(1)通過安鋼2號高爐扒爐期間對爐缸爐底各層剩余厚度和爐底陶瓷墊剩余厚度的測量及現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，本次殘鐵口位置選擇是基本合理的，說明利用測量溫度的方法判斷殘鐵口位置是可行的。

(2)通過對安鋼2號高爐殘鐵的計量發(fā)現(xiàn)，實際重量與計算重量只相差約28 t，說明這個殘鐵計算公式值得借鑒，參數(shù)選擇較為合理。

(3)研制的水平擺動溜槽結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思巧妙，操作方便，安全性能高，解決了高爐大修放殘鐵時的很多難題。