李建軍,劉德輝,曾宇,李曉春,孟凡雙,姜喆
(1.鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠,遼寧 鞍山 114021;2.鞍鋼集團鋼鐵研究院,遼寧 鞍山 114009)
鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠新5#高爐(2580 m3)第1代爐役始于2009年6月30日,于2018年9月13日停爐大修,第1代爐役9年3個月,生產(chǎn)生鐵1 693.51萬t,單位高爐容積產(chǎn)鐵量為6 089.58 t。高爐生產(chǎn)后期,爐缸溫度(熱電偶顯示)大幅升高,最高達到640℃,表明爐缸炭磚減薄,理論計算得出,最薄處炭磚厚度小于300 mm;同時,高爐出現(xiàn)漏煤氣現(xiàn)象,存在安全隱患。受安全因素影響,高爐產(chǎn)能受到極大制約,燃料比長期處于560~580 kg/t,遠高于國內(nèi)同容積高爐燃料比520 kg/t的水平。鑒于此種情況,高爐于2018年9月13日停爐大修。
(1)安全準備。為了確保安全停爐,新5#高爐從2018年8月初開始,對高爐打水和外部漏水情況進行處理,以確保積水不進入渣鐵道和殘鐵溝區(qū)域,并在出殘鐵完成前,保證此項工作時時受控。
(2)停爐前洗爐。為了清洗爐墻粘結(jié)物,更好完成出殘鐵作業(yè),于8月20日開始物理洗爐,即采取保持高爐適宜強度、降低終渣堿度和提高爐溫等措施,將鐵水[Si]含量控制在0.6%左右,使入爐堿度由1.45逐漸降低到1.32,鐵水[S]含量控制在0.02%~0.025%之間,風壓在保證穩(wěn)定順行的基礎上適當提高。
(3)倒槽工作。為了保證預休風前高爐順行狀態(tài),防止由于集中倒槽槽中粉末增加,影響高爐順行,于8月28日至9月3日,對球團礦槽預倒一遍。其余燒結(jié)礦槽,由于原料供應緊張、經(jīng)常倒空,本次不采取預倒槽。從9月11日開始,高爐逐步控槽存、倒槽。預休風后,燒結(jié)礦剩余300 t,球團礦剩余200 t,焦炭僅剩余150 t,倒槽槽存剩余較少,減少了倒料難度,降低了環(huán)保風險。
由于運輸因素,新5#高爐爐缸區(qū)域只有西偏北、東偏南部位有出殘鐵位置,考慮東、南兩鐵口之間夾角小、鐵水流動大,侵蝕相對較重,因此選擇在東偏南方向(6#、7#風口)開殘鐵口。殘鐵口位置選在標高7.64 m處,即爐墻第一層陶瓷杯中部(二段冷卻壁下部)。殘鐵口位置選擇情況如圖1所示。
圖1 殘鐵口位置選擇
根據(jù)鞍鋼高爐情況,按以下經(jīng)驗公式[1]計算爐缸內(nèi)殘鐵量,
式中,P為殘鐵量,t;k為殘鐵系數(shù),一般取0.5~0.6,侵蝕嚴重的爐底取上限,較輕取下限;d為爐缸直徑,m;h為實際死鐵層深度,m;ρ為熱態(tài)鐵水密度,t/m3??紤]新5#高爐長期處于低強度生產(chǎn),其系數(shù)可按0.45計算。經(jīng)計算得出,高爐殘鐵量為850.2 t。實際出鐵量為521.6 t,比預計少約330 t,分析原因如下:
(1)降料線打水多,造成爐缸物理熱不好,殘鐵流動性差,側(cè)壁掛鐵;
(2)停爐前邊緣發(fā)展,爐缸活躍度和物理熱不足,鐵水流動不好,殘鐵沒出凈;
(3)從侵蝕程度分析,爐缸中心侵蝕不多,邊緣侵蝕多,為象腳型,說明爐缸在整個爐役中沒有吹活。
高爐大修停爐,理想狀態(tài)是將料面安全、平穩(wěn)降到風口處,但在降料面時容易出現(xiàn)爐頂煤氣溫度過高燒壞爐頂設備[2]、煤氣中H2含量高與沒有反應的O2反應而產(chǎn)生爆震[3]的情況。因此,降料面過程要嚴格控制爐頂煤氣中H2含量[4],要求小于4%。當爐頂H2含量大于4%時,需及時減小爐頂打水量。鞍鋼新5#高爐從2018年9月13日14:15開始降料面,到9月14日8:55休風結(jié)束,共耗時約18 h。降料面過程中煤氣成分和料線數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 降料面過程中煤氣成分和料線數(shù)據(jù)
降料面期間每隔0.5 h取1次煤氣樣,分析煤氣中 N2、H2、CO、CO2和 O2含量,嚴格控制 H2和 O2成分變化。 當出現(xiàn) H2>12%、O2>12%或風口吹空時,立刻停止回收煤氣[5]。通過煤氣中的CO2含量判斷料面降落位置,9月13日22:30煤氣中的CO2含量減小到3.9%,證明此時料面已經(jīng)降到爐腰附近位置[6],與實測數(shù)據(jù)基本一致。9月14日8:55降料面操作結(jié)束,此次降料面過程共計打水1 548 t,料面平穩(wěn)且平整地降到風口區(qū)域,未出現(xiàn)爆震情況。
二次降料面期間的出鐵情況見表2。二次降料面期間計劃出鐵3次,實際出鐵3次。降料線打水和休風前爐缸物理熱充足是殘鐵出凈的必要條件。由于新5#高爐降料線時打水多,造成爐缸物理熱不足,3次鐵的渣鐵物理熱和渣鐵流動性不好,爐前出鐵不理想。
表2 二次降料面期間的出鐵情況
鞍鋼新5#高爐停爐大修采用空料線爐頂打水方法,整個過程歷時約18 h。停爐前,采取保持高爐適宜強度,降低爐渣堿度,提高爐溫等措施,洗爐效果顯著;并通過預倒槽保證了預休風前高爐順行狀態(tài),減少了倒料難度,降低了環(huán)保風險。停爐期間,準確選擇殘鐵口位置,并在降料線過程中嚴格控制煤氣成分和出鐵時機,將料線平穩(wěn)降至風口區(qū)域,爐內(nèi)沒有出現(xiàn)爆震情況,實現(xiàn)了安全、快速停爐。