白劍鋒

（河北鋼鐵集團宣鋼公司焦化廠，河北 張家口 075105）

1 研究背景

現(xiàn)代焦爐是指主要生產(chǎn)冶金焦、能回收煉焦化學產(chǎn)品的水平室式的焦爐，主要由爐體和附屬設(shè)備構(gòu)成。爐體最上部是爐頂，爐頂?shù)南旅媸窍嚅g配置的燃燒室和炭化室，爐體的下部有蓄熱室和連接蓄熱室與燃燒室的斜道區(qū)，其中每個蓄熱室下部的小煙道通過交換開閉器和煙道相連。煙道設(shè)在焦爐的基礎(chǔ)或基礎(chǔ)內(nèi)兩側(cè)，煙道末端通向煙囪。

焦爐作為一種大型的工業(yè)爐窯，具有一次性投資大、使用時間長的特點，而實際生產(chǎn)操作中，焦爐溫度控制存在短板，使焦爐壽命縮短短。因此焦爐生產(chǎn)早期的熱工管理和生產(chǎn)組織對于爐體的維護很重要。

宣鋼焦化廠5#6#焦爐是于2008年投產(chǎn)的兩座JN60-6型焦爐，在投產(chǎn)的當年達到設(shè)計生產(chǎn)能力，為了滿足2500m3高爐對冶金焦的需要，投產(chǎn)初期在達到設(shè)計生產(chǎn)能力后進行強化生產(chǎn)，周轉(zhuǎn)時間由19小時縮減到18小時。隨著節(jié)能、原料成本壓力的增大，降低標準溫度，配煤多用弱粘結(jié)性煤種成為煉焦生產(chǎn)常態(tài)[1]。由此給焦爐熱工調(diào)節(jié)和生產(chǎn)操作帶來了更大困難，尤其是大電流、二次焦、扒焦給焦爐正常的生產(chǎn)秩序造成嚴重影響，甚至造成惡性循環(huán)，不僅影響生產(chǎn)，還會對焦爐爐體造成嚴重損害。

焦爐在使用過程中，加強熱工管理，研判溫度與推焦困難的關(guān)聯(lián)性，對于焦爐延壽意義重大，在焦化企業(yè)有很高的推廣應(yīng)用價值。

2 數(shù)據(jù)采集

為了研究5#、6#焦爐熟爐號橫排溫度與推焦（電流大?。╇y易程度的關(guān)系，為順利推焦提供數(shù)據(jù)參考，確保生產(chǎn)穩(wěn)定、順行。技術(shù)人員對不同結(jié)焦時間下，熟爐號橫排溫度、推焦電流、煤線、焦線進行測量，并觀察上升管火焰、爐門煙、焦餅、石墨及爐墻溫度情況。經(jīng)過近8個月的數(shù)據(jù)測量，共測量熟爐號橫排溫度、煤線焦線、推焦電流80組、160個炭化室數(shù)據(jù)，覆蓋了5#、6#焦爐80個炭化室的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1 數(shù)據(jù)采集過程

（1）確定好合適的3個相鄰的熟爐號，準備好紅外測溫儀和火鉤及記錄本等，推焦前60分鐘開始測量熟爐號橫排溫度，測量要求準確，不能丟數(shù)，兩個交換測完，測完后將數(shù)據(jù)輸入計算機。

（2）推焦前5分鐘開始測量目標炭化室焦線，并觀察上升管火焰顏色。

（3）推焦前5分鐘要求機側(cè)、焦側(cè)人員到位，推焦前觀察焦餅成熟情況、爐門煙，并對焦餅拍照；推焦過程中記錄推焦平穩(wěn)電流、最大電流；推焦結(jié)束后觀察爐墻石墨及爐墻低溫區(qū)，并做記錄。

（4）推焦結(jié)束，裝完煤后，測量煤線，并記錄單爐裝煤量。

（5）在次日對目標爐號重復（1）、（2）、（3）步驟。

2.2 數(shù)據(jù)說明

本文所說的推焦電流為推焦時的最大電流。

本文所說的立火道溫度為目標炭化室相鄰兩個立火道機側(cè)標準火道溫度平均值、焦側(cè)標準火道溫度平均值，且標準眼無堵塞，能反映整個橫排溫度[2]。

本文主要研究周轉(zhuǎn)時間為18：30，標準溫度：5#爐為1245℃、1295℃，6#爐為1240℃、1290℃時的熟爐號溫度；周轉(zhuǎn)時間為19：00，標準溫度：5#爐為1240℃、1290℃，6#爐為1235℃、1285℃時的熟爐號溫度；周轉(zhuǎn)時間為19：30，標準溫度：5#爐為1235℃、1285℃，6#爐為1230℃、1280℃時的熟爐號溫度。

3 數(shù)據(jù)分析

成熟的焦餅有四個特征：a焦餅有三條明顯的收縮縫，b摘門、推焦時煙塵小，c爐口、上升管的火焰呈稻黃色，d推焦電流較小，一般在120～150A。但是在生產(chǎn)過程中，部分焦餅未完全成熟，也能完成推焦操作，只不過會出現(xiàn)電流偏大，有甚者會出現(xiàn)難推焦事故。因此研究在不同結(jié)焦時間下，恰好能完成推焦所對應(yīng)的最低立火道溫度，對生產(chǎn)是非常有意義的。

3.1 能推動焦餅對應(yīng)最低立火道溫度的確定

3.1.1 周轉(zhuǎn)時間18:30時

表1 立火道溫度與推焦電流關(guān)系

結(jié)焦時間為18:30，標準溫度1245℃、1295℃的條件下，當熟爐號立火道溫度低于1220℃，1270℃時推焦較困難，因此可以確定焦餅可以推動的熟爐號最低溫度為1220℃，1270℃（標準火道），即低于標準溫度25℃時很可能出現(xiàn)難推焦事故。

3.1.2 周轉(zhuǎn)時間19:00時

結(jié)焦時間為19:00，標準溫度1240℃、1290℃的條件下，當熟爐號立火道溫度低于1215℃，1265℃時推焦較困難，因此可以確定焦餅可以推動的熟爐號最低溫度為1215℃，1265℃（標準火道），即低于標準溫度25℃時很可能出現(xiàn)難推焦事故。

3.1.3 周轉(zhuǎn)時間19:30時

結(jié)焦時間為19:30，標準溫度為1235℃、1285℃的條件下，當熟爐號立火道溫度低于1210℃，1260℃時推焦較困難，因此可以確定焦餅可以推動的熟爐號最低溫度為1210℃，1260℃（標準火道），即低于標準溫度25℃時很可能出現(xiàn)難推焦事故。

3.2 熟爐號低溫立火道溫度的確定

當炭化室焦餅處于結(jié)焦末期，焦餅基本成熟（焦餅中心溫度達到950℃以上），之后處于燜爐階段，在這個時期焦餅溫度上升很快；由于焦餅溫度越來越高，焦餅與立火道爐墻之間的溫度梯度越來越小，傳熱變得越來越慢，煤氣燃燒產(chǎn)生的熱量更多的被立火道爐墻吸收，立火道溫度升高更快一般比標準溫度高30℃～50℃。

如果熟爐號溫度與標準溫度相當（±10℃內(nèi)），說明焦餅基本成熟，達到焦餅收縮的要求，對推焦產(chǎn)生的阻力較小。當熟爐號溫度低于標準溫度30℃以上時，說明焦餅成熟不好，焦餅收縮很小，對推焦產(chǎn)生較大的阻力。

3.3 熟爐號低溫火道數(shù)與推焦電流的關(guān)系

從下表和圖中可以明顯看出：隨著熟爐號低溫立火道數(shù)的增加，最大推焦電流呈現(xiàn)上升趨勢，并且連續(xù)低溫數(shù)的增加對推焦電流的影響最大。

3.4 造成難推焦最小連續(xù)低溫火道數(shù)的確定

從下表和圖中可以明顯看出：當連續(xù)低溫數(shù)大于6個時推焦電流增大的速度明顯加快，當連續(xù)低溫數(shù)為8個時，推焦電流較大，出現(xiàn)難推焦的幾率大大增加。

表2 連續(xù)低溫數(shù)與推焦電流關(guān)系

4 難推焦處理措施

4.1 難推焦的原因分析

（1）爐溫控制不合理，焦餅成熟度差。由于煤料加熱收縮，正常成熟的焦餅和爐墻約有8mm～10mm的收縮縫，因為整個焦餅溫度低或局部溫度低，焦餅收縮度不夠，推焦過程中焦餅?zāi)Σ磷枇υ龃?，導致難推焦的發(fā)生。老齡化焦爐，由于斜道、立火道死眼較多，溫度系數(shù)整體偏低，炭化室焦餅成熟變差，這是老齡焦爐推焦過程中最常見的問題，此類問題相對容易解決。

（2）炭化室頂部和護墻石墨過多，焦餅和爐墻縫隙減小。這種現(xiàn)象導致推焦阻力增加，在日常生產(chǎn)中只要維持正常的生產(chǎn)秩序，加大焦爐管理，此種現(xiàn)象出現(xiàn)幾率較小，解決較容易。

（3）裝煤量多，煤焦線高，爐頂空間較小，平煤控制時間不準確（或平煤不到位），造成煤料膨起，堵塞裝煤孔，推焦過程導致阻力增大，從而發(fā)生難推焦。這種現(xiàn)象只要控制好合理的裝煤量，加大裝平煤操作管理，都比較容易處理。

（4）設(shè)備點檢不到位，推焦桿變形，導焦柵柵板突出等都會增加推焦阻力，導致難推焦發(fā)生。崗位加大設(shè)備點檢頻次、力度，生產(chǎn)實際操作中也容易解決。

（5）溫度過高，焦炭過火，推焦過程發(fā)生“炸焦”，焦餅完整度遭到破壞，焦炭擠壓，完全沒有收縮縫存在。此類現(xiàn)象不多見，但處理起來比較困難，需要對整個炭化室進行扒焦處理。

（6）配合煤發(fā)生較大變化，或人為降低配煤成本，增加了揮發(fā)較低及粘結(jié)較低的煤種，使得煉焦煤粘結(jié)性較低，在結(jié)焦過程中，不能成焦，導致煤料在炭化室收縮變小，推焦阻力增大。此類現(xiàn)象往往發(fā)生在大量爐號，造成的危害最大，需要多個循環(huán)恢復正常生產(chǎn)。所以配合煤發(fā)生重大變化時一定提前預判，進行小焦爐試驗進行驗證。

（7）爐墻熔洞或變形。由于老齡化焦爐爐體狀況偏差，爐墻麻面、熔洞較多，個別爐號爐墻變形，生產(chǎn)四班在裝煤前沒有及時發(fā)現(xiàn)本爐號熔洞，裝煤后煤料進入熔洞，形成“楔子”，使推焦阻力增大，導致難推焦現(xiàn)象發(fā)生。此類情況在老齡焦爐發(fā)生較多，解決起來也比較困難，一般只能通過扒焦解決。

4.2 難推焦的預防措施

4.2.1 提高標準溫度

提高標準溫度是避免難推焦的最直接，最有效地辦法。但是在當前的“節(jié)能、降耗”壓力下，提高標準溫度必然會使煤氣消耗升高，所以提高標準溫度只能在不超過噸焦耗煤氣指標（185m3/t）的前提下適當?shù)奶岣?，因此該項措施被受到限制，具有局限性?/p>

4.2.2 提高橫排均勻性

大電流、二次焦相當大一部分原因是因為橫排溫度均勻性差，低溫火道數(shù)較多引起的，尤其是當連續(xù)的低溫火道數(shù)達到一定數(shù)量時，造成焦餅局部（或某一段）成熟不好、收縮差，導致焦餅阻力大于推焦桿推力，導致難推焦事故。這是難推焦事故的主要原因，因此需要調(diào)溫工加強高、低溫爐號處理，尤其是低溫火道的處理，確保小孔板、磚煤氣道、斜道暢通，提高橫排均勻系數(shù)。

4.2.3 提高爐頭溫度

在許多的難推焦事故中，往往是由于爐頭溫度低引起的。由于爐頭處熱量散失最多、最快，所以爐頭溫度偏低，尤其是使用高低煤氣加熱時爐頭溫度更低，因此需要使用爐頭補充加熱來給爐頭補充熱量。但是由于補充加熱系統(tǒng)進1米管煤氣管道較細、截門較小，加之焦爐煤氣含有焦油、奈等雜質(zhì)較多，很容易引起堵塞，所以需要經(jīng)常對爐頭補充加熱系統(tǒng)進行檢查、疏通，確保爐頭焦餅充分成熟。

4.2.4 加強生產(chǎn)基本操作

加強爐墻石墨清掃。如果焦爐使用標準溫度偏高，爐墻很容易產(chǎn)生石墨，并且石墨掛結(jié)很快。當石墨達到一定厚度時，就會造成推焦阻力偏大，引起大電流、二次焦。因此生產(chǎn)系統(tǒng)需要定時對爐墻石墨進行清掃，減小爐墻對焦餅的阻力。

加強裝、平煤操作。對于裝煤操作，要求裝滿，機焦側(cè)不得出現(xiàn)缺角現(xiàn)象，避免因此而引起高溫事故。平煤要求平實平透，防止裝煤堵塞裝煤孔引起難推焦事故。堵眼難推焦事故的處理難度和工作量很大，需要把堵眼的焦餅扒出，如果在推焦時把焦餅推炸，焦餅碎裂，那么處理難度就會更大。

4.2.5 改善配煤結(jié)構(gòu)

改善配煤結(jié)構(gòu)，增加肥煤和焦煤比例，提高配合煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性，有利于提高焦餅的收縮性，可以大大降低爐墻與焦餅的阻力。但是當前“降本、增效”壓力很大，所以該項措施受到限制。

4.3 難推焦的處理措施

4.3.1 扒焦

打開爐門，如果爐頭焦餅偏生，可以在推焦前把爐頭偏生、發(fā)粘的焦餅扒出，再進行推焦操作，可以避免二次焦的發(fā)生。

圖1 扒焦處理設(shè)備

二次焦時，推第一次未推動后，一方面對爐頭焦餅進行扒除，另一方面通知中控（調(diào)火）測量橫排溫度。當反饋爐頭溫度偏低或個別火道（12個以下）溫度偏低時，對爐頭扒焦后進行二次推焦。二次推焦時，依舊不能將焦餅推出需要使用自制推焦耙子進行推焦。

4.3.2 燜爐

當反饋整排溫度偏低或有12個以上連續(xù)低溫號時，需要對上爐門燜爐，待焦餅成熟時再推焦。

5 焦爐損壞分析

焦爐正常壽命(設(shè)計年限)理應(yīng)大于25年，但我國焦爐使用年限大多是偏短的。從國外的情況來看也存在著同樣的問題，在二十世紀70年代中后期，一座焦爐一般可以運行20年，但這時就需要進行煙道維護，這樣可以將焦爐壽命延長大約15年。從已停產(chǎn)大修的45座焦爐統(tǒng)計，焦爐壽命結(jié)構(gòu)如表3。

表3 焦爐壽命結(jié)構(gòu)

從以上統(tǒng)計可見，我國焦爐通常壽命偏短，達到設(shè)計年限僅占33.3%，說明我國有2/3的焦爐未達到正常使用年限就已經(jīng)夭折，大多數(shù)焦爐是由于事故造成的損壞。我國第一座自主設(shè)計的6m焦爐為JN60-82型出現(xiàn)以下問題：1991年5月，6號焦爐出現(xiàn)冒煙著火，個別保護板、鋼柱、框后出現(xiàn)冒煙著火，到91年9月，火勢猛長，著火范圍大幅度增大，以至于生產(chǎn)上靠打上升管蓋、加煤口蓋都無法維護。同時，JN60-82型焦爐爐墻相繼大面積變形，以至于造成十孔不能出焦生產(chǎn)，隨著焦爐著火的與日俱增，嚴重影響了爐體各部位和護爐鐵件，造成護爐鐵件出現(xiàn)失控狀況，損傷嚴重。

6 結(jié)論

焦爐難推焦與焦爐爐溫調(diào)節(jié)有極大的關(guān)聯(lián)性，當熟爐號溫度低于標準溫度25℃時推焦電流開始變大，可能出現(xiàn)難推焦事故。當難推焦次數(shù)累計到一定數(shù)量時，就會對焦爐造成損害，導致焦爐無法達到原設(shè)計壽命。

在煉焦生產(chǎn)組織過程中要及時調(diào)節(jié)爐溫、加強生產(chǎn)操作及爐體熱修管理，避免出現(xiàn)難推焦事故導致的爐頭損壞；同時日常管理要做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集整理和分析，指導生產(chǎn)，滿足生產(chǎn)需要的同時盡量延長爐體使用壽命，創(chuàng)造效益最大化。