邵思維，楊長亮，李林春，姜喆，劉炳南

（1. 海洋裝備用金屬材料及其應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 鞍山 114009； 2. 鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009； 3. 鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠2 號高爐（3200 m3）于2020 年3 月4 日降料線停爐大修，重新砌筑爐缸。通過采取前期物理洗爐、富氧降料線、合理殘鐵口位置計(jì)算等措施，并應(yīng)用柔性電偶和鐵口泥套整體澆注等新技術(shù)，壓縮了停爐大修工期；通過科學(xué)合理的開爐配料計(jì)算及組織操作，實(shí)現(xiàn)了高爐開爐72 h 快速達(dá)產(chǎn)，本文對此做一介紹。

1 停爐大修

1.1 降料線準(zhǔn)備及操作

高爐于2020 年2 月10 日開始物理洗爐，生鐵[Si]含量由0.40%提至0.60%，鐵水測溫＞1 510 ℃，至3 月2 日預(yù)休風(fēng)前入爐堿度降低至1.44，3 月2 日預(yù)休風(fēng)，減輕焦炭負(fù)荷20%，入爐焦比580 kg/t，輕負(fù)荷料裝至爐腰下沿，終渣堿度控制在0.99，預(yù)休風(fēng)控制料線在10 m，布蓋面焦20 t[1]。

3 月3 日18：15 開始送風(fēng)降料線，采取先快后慢策略，前期大風(fēng)量加至4 900 m3/min，19:00 富氧12 000 m3/h 以加快降料線進(jìn)度。 高爐休風(fēng)出鐵情況見表1。 20:30 出第1 次鐵，累計(jì)出3 次鐵，共計(jì)856 t。

表1 高爐休風(fēng)出鐵情況Table 1 Tapping of BF during Blowdown

高爐降料線參數(shù)變化情況見圖1。 3 月3 日22:00 停止送氧，22:21 出現(xiàn)第一次較明顯爆震。3 月4 日4:10 開始放散，停止回收煤氣，風(fēng)壓維持在30 kPa，目的是燃燒焦炭，減少扒爐缸工作量[2]；8:18 休風(fēng)結(jié)束，共計(jì)14 h，合計(jì)打水2 290 t。 頂溫先期按照≤300 ℃控制，后期按照≤400 ℃控制，實(shí)際全程頂溫未超過300 ℃，未出現(xiàn)強(qiáng)烈爆震；頂壓極值控制在160 kPa 以下，總體高效安全地完成了降料面至風(fēng)口區(qū)域的目標(biāo)。 但由于安裝水槍水量缺少精確調(diào)節(jié)裝置，且非霧化水槍打水量偏大，更易發(fā)生爆震，限制了風(fēng)量大小和降料線的速度。 國內(nèi)一些企業(yè)安裝霧化水槍，打水量可控制在1 000 t 左右，進(jìn)而能夠維持更大風(fēng)量，加快降料線進(jìn)程[3]。

圖1 高爐降料線參數(shù)變化情況Fig. 1 Changes of Parameters for Dropping Stock Line at BF

1.2 殘鐵口的選擇及出殘鐵實(shí)績

高爐爐底采用五層滿鋪超微孔炭磚+二層陶瓷墊結(jié)構(gòu)。 經(jīng)計(jì)算，爐底侵蝕程度較輕，陶瓷杯墊仍剩余280～300 mm，因此本次殘鐵口位置選在東南方向1#鐵口下方一層陶瓷杯與五層滿鋪炭磚上表面之間，考慮燒鐵口上傾200 mm,殘鐵口標(biāo)高為5 995 mm。

殘鐵理論量計(jì)算公式[4]為：

式中，P為殘鐵量，t；K為殘鐵系數(shù)；D為爐缸直徑，m；H為爐底侵蝕深度，m；δ為鐵水密度，t/m3，取7.0 t/m3。K一般為0.4～0.6，侵蝕嚴(yán)重的爐底取上限，較輕取下限，本次取0.4。 鐵口中心線到五層滿鋪炭磚上部為2 805 mm，陶瓷杯底侵蝕500 mm，合計(jì)為3 305 mm，計(jì)算殘鐵量為0.4×0.785×12.42×3.305×7.0=1 116 t。

3 月5 日9:30 開始燒殘鐵口眼，11:30 出鐵，殘鐵口深度約800 mm。 鐵水溫度適宜、流動(dòng)性良好，13:30 鐵水流變小，13:50 鐵水見渣，14:10 堵殘鐵口眼，歷時(shí)2 h40 min，累計(jì)出殘鐵量669.01 t。從最后扒爐缸結(jié)果看，爐內(nèi)仍殘余厚度約600～800 mm 的渣鐵混合物，重量約428 t，采取挖掘機(jī)清理，歷時(shí)5 天。

1.3 首次應(yīng)用于大修的新技術(shù)

（1）應(yīng)用柔性熱電偶和環(huán)形光纖。 更換全部爐缸炭磚和陶瓷杯，共安裝497 個(gè)獨(dú)立柔性熱電偶，同時(shí)在二層至四層環(huán)炭交界處的搗料之間安裝3 圈環(huán)形光纖，實(shí)現(xiàn)對象腳部位的360°溫度監(jiān)控。

（2）高爐鐵口泥套整體澆注（見圖2）。采用預(yù)制件和澆注料直接整體澆注出泥套形狀，提高泥套強(qiáng)度的同時(shí)，降低爐前作業(yè)強(qiáng)度，尤其減少開爐后的鐵口噴濺。

圖2 鐵口泥套整體澆注Fig.2 Integrated One-piece Pouring for Taphole Mud Sleeves

（3）鐵口孔道煤氣導(dǎo)出管由澆注料改用新型炮泥填充，在高溫烘爐條件下保證鐵口孔道完整性，并促進(jìn)開爐第一次堵炮時(shí)新炮泥與原有孔道內(nèi)炮泥的融合。

2 開爐準(zhǔn)備

2.1 熱風(fēng)爐及高爐烘爐

熱風(fēng)爐烘爐18 天，烘爐曲線見圖3。高爐烘爐采取風(fēng)口間隔安裝16 個(gè)Φ108 mm 烘爐加熱管方式，加熱管布局為一根伸到爐缸中心6.2 m 處，其余等分為兩環(huán)，分別距爐缸內(nèi)襯2 m 和4 m，縱向距爐底上層保護(hù)磚1 m。 烘爐風(fēng)量控制在4 000～4 600 m3/min，以頂溫不超過300 ℃為準(zhǔn)，追求最大風(fēng)量。高爐烘爐完畢后留4 根烘爐導(dǎo)管，以快速加熱爐缸；同時(shí)在4 個(gè)鐵口安裝煤氣導(dǎo)出管[5]。

圖3 烘爐曲線Fig. 3 Curves on Furnace Drying

2.2 爐缸填充和開爐料計(jì)算

合理的多段開爐配料方案，需兼顧開爐初期的渣鐵流動(dòng)性和熱狀態(tài)[6]；本次開爐爐缸采用凈焦和枕木進(jìn)行填充。爐缸底部凈焦填150 t，枕木填充至風(fēng)口下沿0.3 m 處。開爐料全爐焦比取3.5 t/t，正常料取750 kg/t，焦炭批重取18 t，凈焦裝至爐腹1/2 處，爐身1/8 以下為空料，以上為正常料。 裝入品種和數(shù)量、O/C 相同的料批稱為一段，本次選擇15 段。 高爐開爐料各段焦炭負(fù)荷見表2。

表2 高爐開爐料各段焦炭負(fù)荷Table 2 Coke Load of Furnace Burden at Each Stage during Blowing-in of BFt/t

正常爐料結(jié)構(gòu)為“70%燒結(jié)礦＋30%球團(tuán)礦”，配加石灰石、硅石、菱鎂石、錳礦調(diào)劑。開爐料計(jì)算遵循渣比1 000 kg/t 原則，提高球團(tuán)礦比至46%。

2.3 送風(fēng)參數(shù)的選擇

高爐采用局部堵風(fēng)口方式開爐，共計(jì)32 個(gè)風(fēng)口，風(fēng)口直徑120 mm，全風(fēng)口面積0.361 7 m2。 根據(jù)出鐵鐵口方位開26 個(gè)風(fēng)口送風(fēng)（堵6 個(gè)風(fēng)口），風(fēng)口長度全部采用620 mm，實(shí)際點(diǎn)火送風(fēng)面積為0.293 9 m2，采用高風(fēng)溫點(diǎn)火，確保高爐點(diǎn)火送風(fēng)后風(fēng)溫在700 ℃以上。

3 開爐實(shí)績

3.1 送風(fēng)點(diǎn)火和參數(shù)恢復(fù)

2020 年5 月8 日0:58 高爐正式點(diǎn)火送風(fēng)。送風(fēng)初始狀態(tài)，風(fēng)量2 000 m3/min，風(fēng)容比0.625，風(fēng)壓0.050 MPa，初始風(fēng)溫過低僅550 ℃。 為了提高風(fēng)溫，打開8 個(gè)風(fēng)口視蓋，至風(fēng)溫升至700 ℃，陸續(xù)關(guān)閉全部風(fēng)口視蓋[7]。1:20 焦炭開始燃燒，至1:40 送風(fēng)風(fēng)口全部變亮。 送風(fēng)同時(shí)進(jìn)行人工煤氣取樣，連續(xù)兩次煤氣檢測的O2含量<0.5%，開始接收煤氣。 4:50 第1 批料入爐，初始上料入爐焦比750 kg/t，入爐堿度1.05，用錳礦1.4 t。 開爐制度為點(diǎn)火6 h 以后，爐頂煤氣中CO2含量逐步上升，壓差逐步上升，表明礦石開始還原軟化，至點(diǎn)火12 h 以后軟熔帶形成，此時(shí)要注意壓差的控制。軟熔帶形成后風(fēng)量逐步提高至正常風(fēng)量的70%～80%[8]。

點(diǎn)火18 h 出鐵后，風(fēng)量隨即恢復(fù)至正常風(fēng)量的90%。 5 月9 日恢復(fù)全風(fēng)狀態(tài)，風(fēng)量5 500 m3/min，風(fēng)壓0.37 MPa，中心及邊緣兩股氣流趨于穩(wěn)定，制度調(diào)整為。 風(fēng)口打開4 個(gè)，余下2 個(gè)風(fēng)口未打開。 5 月11 日7：30送氧3 500 m3/h，至5 月13 日風(fēng)口全開。入爐焦比降至330 kg/t，[Si]含量降至0.7%～0.9%。 期間焦炭負(fù)荷的提升和堿度的提升按預(yù)設(shè)目標(biāo)實(shí)施，高爐開爐72 h 各項(xiàng)參數(shù)恢復(fù)進(jìn)度見圖4。

圖4 高爐開爐72 h 各項(xiàng)參數(shù)恢復(fù)進(jìn)度Fig. 4 Recovery Progress of Various Parameters on BF after Blowing-in for 72 h

3.2 出鐵組織和造渣制度

開爐出鐵的難易取決于爐缸的加熱溝通，本次開爐4 個(gè)鐵口均安裝煤氣導(dǎo)出管點(diǎn)火后一直燃燒，加熱爐缸的同時(shí)溝通鐵口與風(fēng)口[8]；出鐵時(shí)機(jī)的選擇：通過實(shí)時(shí)計(jì)算渣鐵面位置，在不憋風(fēng)、不危及風(fēng)口的情況下選擇最佳出鐵時(shí)間[5]。高爐出鐵情況見表3。

表3 高爐出鐵情況Table 3 Tapping Situation of BF

點(diǎn)火18 h 后，上料共計(jì)78 批（礦石批重45 t）出第1 次鐵，終渣堿度按0.95 配料并配加錳礦，實(shí)現(xiàn)第1 次鐵順利走砂口，20:00 堵炮。 鐵量共計(jì)240 t，但爐溫較低，[Si]含量為0.35%，[S]含量為0.400%。 出第2 次鐵后及時(shí)調(diào)整為對角出鐵，并及時(shí)倒換，有利于爐缸渣鐵環(huán)流，促使?fàn)t缸均勻活躍[9]。 高爐開爐后爐缸各層熱電偶溫度圓周方向偏差很小。 出第3 次鐵恢復(fù)正常爐溫。

3.3 快速達(dá)產(chǎn)實(shí)績

高爐開爐順利，軟熔帶形成期間高爐未出現(xiàn)大減風(fēng)和崩料爐況，合理送風(fēng)布局選擇堵風(fēng)口6 個(gè)，均勻分布，開風(fēng)口時(shí)也以均勻打開為原則，利于爐缸均勻活躍。 高爐開爐期間主要參數(shù)見表4。

表4 高爐開爐期間主要參數(shù)Table 4 Main Parameters on BF during Blowing-in

高爐開爐18 h 出鐵、開鐵口一次性成功，創(chuàng)造了鞍鋼大型高爐的開爐記錄。高爐實(shí)現(xiàn)了開爐48 h恢復(fù)全風(fēng)，72 h 達(dá)產(chǎn)，利用系數(shù)達(dá)到2.0 t/（m3·d），且開爐5 天后日產(chǎn)基本穩(wěn)定在7 500 t 水平。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠2 號高爐停爐大修采用空料線爐頂打水方法，采取物理洗爐、富氧降料線方法使降料線過程縮短至14 h。打水霧化及風(fēng)量的控制是降料線速度及控制爆震的關(guān)鍵。停爐期間采用鐵口泥套整體澆注，解決普遍存在的新開高爐鐵口噴濺。 抑制新開爐鐵口竄潮氣，為后續(xù)及時(shí)出凈渣鐵、快速提升冶煉強(qiáng)度創(chuàng)造條件；同時(shí)通過殘鐵口位置的精準(zhǔn)選擇、 合理的分段式配料、良好的爐缸溝通操作。實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火18 h 出鐵，48 h 恢復(fù)全風(fēng)，點(diǎn)火72 h 利用系數(shù)達(dá)到2.0 t/（m3·d）。高爐降料線停爐、開爐恢復(fù)順利并快速達(dá)產(chǎn)，值得參考和借鑒。