胡正文  何  英   趙  航   陳一清   葉  軍

 （南京鋼鐵聯(lián)合有限公司）

摘  要   南鋼1號、2號高爐壽命已分別接近14年和12年，2016年2座高爐出現(xiàn)爐缸側(cè)壁溫度大幅升高，嚴(yán)重的冷卻壁漏水、小套燒損等，影響安全生產(chǎn)。通過采取優(yōu)化操作管理、治理冷卻壁漏水及小套燒損、完善護(hù)爐長壽預(yù)警體系等一系列措施，避免了高爐中修更換冷卻壁，實(shí)現(xiàn)了高效長壽生產(chǎn)。2018年1-3月1號高爐平均利用系數(shù)達(dá)到2.57,2017年10月2號高爐利用系數(shù)達(dá)到歷史最高水平2.57。

關(guān)鍵詞   高爐   高效   長壽   炭磚   冷卻壁   風(fēng)口

南鋼第一煉鐵廠1號高爐(2000m3)、2號高爐(2550m3)分別于2004年6月、2006年8月投產(chǎn)，至今已分別安全運(yùn)行14年、12年，期間未進(jìn)行過中修或停爐噴補(bǔ)造襯，其中1號高爐預(yù)計(jì)至大修時(shí)單位爐容產(chǎn)鐵量將達(dá)到11600t/m3，步入國內(nèi)同級別高爐長壽行列。然而，2016年2座高爐出現(xiàn)爐缸側(cè)壁溫度曾大幅升高，采取了一系列長壽技術(shù)及措施，保證了高爐安全生產(chǎn)。

1   爐役后期生產(chǎn)面臨的主要問題

南鋼1號、2號高爐在爐底爐缸靠近冷卻壁側(cè)環(huán)砌UCAR熱壓小塊炭磚NMA，爐底水冷封板上滿鋪1層400mm厚的石墨磚，其上滿鋪5層400mm厚的半石墨焙燒炭磚，再往上為2層400mm厚的陶瓷墊，采用全冷卻壁的薄壁爐體結(jié)構(gòu)及軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。這2座高爐投產(chǎn)后運(yùn)行狀態(tài)良好，壽命在同級別高爐中處于較好水平(見表1)。

但從2016年開始，這2座高爐相繼出現(xiàn)爐缸側(cè)壁溫度大幅升高:1號高爐爐缸側(cè)壁某點(diǎn)溫度由150℃升至260℃，爐底某點(diǎn)溫度由320℃升至500℃以上，2017年初又進(jìn)一步升至590℃;2號高爐爐缸側(cè)壁炭磚溫度陡升至最高340℃。高爐冷卻壁大量漏水，鐵口噴濺厲害，風(fēng)口小套頻繁燒損，安全生產(chǎn)受到威脅，高爐產(chǎn)能受到制約，2016年1號、2號高爐利用系數(shù)分別為2.30、2.26，鐵水產(chǎn)量難以滿足煉鋼需求。

2  高效長壽生產(chǎn)措施

2.1  優(yōu)化操作管理

穩(wěn)定順行是高爐高效長壽的基礎(chǔ)，為此，不斷摸索優(yōu)化爐役后期高爐的操作管理，以保證活躍的爐缸和合理的煤氣流分布。

(1)重視焦炭和燒結(jié)礦質(zhì)量。保證原燃料質(zhì)量是高爐穩(wěn)定順行和改善料柱透氣透液性的基礎(chǔ)。焦炭的冷態(tài)、熱態(tài)性能是決定料柱性能的關(guān)鍵，一鐵廠所用焦炭約60％為自產(chǎn)焦，40％為3～5種外購焦，時(shí)常會有質(zhì)量波動。為此，加強(qiáng)焦炭性能檢測，做到冷強(qiáng)度每日檢測，熱性能每周2次檢測，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常及時(shí)預(yù)警高爐進(jìn)行保守操作，同時(shí)督促上道工序盡快整改。燒結(jié)礦質(zhì)量影響上部料柱透氣性及煤氣流分布，因此，對轉(zhuǎn)鼓指數(shù)做到每日檢測，低溫還原粉化性能、還原性、熔滴性能做到每堆料2次檢測，同樣地，一且發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異常，及時(shí)對燒結(jié)工序反饋并要求整改。

(2)優(yōu)化高爐操作制度。①優(yōu)化送風(fēng)制度，提高鼓風(fēng)動能，改善煤氣流初始分布，活躍爐缸、減少環(huán)流。高爐鼓風(fēng)動能不足，會導(dǎo)致爐缸不活躍，風(fēng)壓波動大，易出現(xiàn)管道和崩懸料等失常爐況，從而易導(dǎo)致風(fēng)口頻緊燒損，增大休風(fēng)率，且惡化爐缸狀態(tài)，影響媒氣初始分布及高爐長壽。1號高爐設(shè)有26個(gè)風(fēng)口，通過縮小風(fēng)口面積、增加9個(gè)長風(fēng)口(風(fēng)口長度由580mm增至650mm)，將其鼓風(fēng)動能由95kJ/s提高到105kJ/s。②定期更換上翹的風(fēng)口，促進(jìn)回旋區(qū)向中心推移、穩(wěn)定渣皮、吹透中心。③保證充足的渣鐵物理熱和良好的爐缸狀態(tài)。在目前的原燃料質(zhì)量條件下，1號高爐長期保持1150℃左右的風(fēng)溫、2.5％~3.5％的富氧率，配合140kg/t左右的煤比，維持約2150℃左右的風(fēng)口理論燃燒溫度，鐵水溫度保持在1500±10℃?？紤]到爐役后期，提高其鐵水[Si]至0.5％~0.6％，控制爐渣二元堿度在1.20~1.24，渣中(Al203+TiO2 )＜17.5％。④調(diào)整布料制度，保持3.5～5圓的中心焦，適當(dāng)發(fā)展中心氣流，穩(wěn)定邊沿氣流，降低高爐冷卻壁熱負(fù)荷。⑤加強(qiáng)爐前出渣鐵管理。保證炮泥質(zhì)量，保持合理的鐵口深度，穩(wěn)定出鐵時(shí)間。⑥提高爐缸冷卻強(qiáng)度。增加一臺軟水冷卻泵，爐缸冷卻水流量由1500m3/h提高至1700m3/h。

2.2  治理冷卻壁溺水及小套燒損

在治理之前，1號、2號高爐冷卻壁漏水嚴(yán)重，經(jīng)分析，漏水主要包括兩種形式:一種是冷卻壁外部水管根部焊縫開裂，向爐外漏水;另一種是冷卻壁壁體熱面破損，向爐內(nèi)漏水。

（1）管根漏水。針對進(jìn)出水管根部焊縫開裂漏水，分析其原因主要包括:①設(shè)計(jì)方面，這2座高爐冷卻壁水管與壁體之間采用的是無螺紋、滿焊連接方式，管根焊縫受力易開裂;②由于高爐陶瓷杯采用非獨(dú)立杯結(jié)構(gòu)，其膨脹量為8％左右，再加上堿金屬的作用，膨脹量可達(dá)20％，導(dǎo)致中套上翹，帶動爐売上漲，進(jìn)而將冷卻壁外部水管向上頂彎，管根下部脫焊;③由于冷卻壁施工時(shí)縫隙間距過小，受熱膨脹后冷卻壁之間會因擠壓變形向爐內(nèi)彎曲，而其根部保護(hù)套管(如圖1所示)因采用點(diǎn)焊連接，抗拉強(qiáng)度低，在冷卻壁變形產(chǎn)生橫向拉力時(shí)容易脫焊。一旦開裂，在灌漿時(shí)灌漿料會沿著套管進(jìn)入爐殼與水管之間的縫隙及波紋管，進(jìn)而導(dǎo)致波紋管失效，水管被灌漿料固定在爐殼上，其根部便會因與冷卻壁之間產(chǎn)生相向位移而脫焊開裂。

針對以上原因，采取了一系列治理措施:如每次休風(fēng)換小套時(shí)測量中套角度，發(fā)現(xiàn)上翹較大的中套及時(shí)更換;適當(dāng)增大冷卻壁進(jìn)出水管部位的爐殼開孔尺寸，減小爐売上漲的影響;及時(shí)更換失效的波紋管、焊補(bǔ)管根。

(2)壁體熱面漏水。冷卻壁壁體破損的主要原因是操作爐型和制度不夠合理、渣皮和氣流不夠穩(wěn)定等。對于冷卻壁壁體熱面破損，一般采用穿管技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，但是南鋼以前冷卻壁穿管后采用的灌漿料為高鋁質(zhì)，導(dǎo)致冷卻壁難以將熱量導(dǎo)出，經(jīng)這種方法處理后冷卻壁破損加劇，查明原因后改用高導(dǎo)熱系數(shù)的炭質(zhì)灌漿料，冷卻效果明顯改善，冷卻壁熱面破損得到抑制。

(3)小套燒損。2016年南鋼這2座高爐風(fēng)口頻繁燒損，尤其是2號高爐，全年月均燒損小套3.75個(gè)，臨時(shí)休風(fēng)更換，影響生產(chǎn)進(jìn)度及爐況穩(wěn)定，且冷卻水漏入爐內(nèi)，影響爐缸熱狀態(tài)，破壞順行，影響長壽。分析認(rèn)為小套破損的主要原因是冷卻壁漏水、邊沿氣流竄動不穩(wěn)、渣皮脫落、爐缸狀態(tài)差、憋渣鐵等。對此，除了上述治理冷卻壁漏水之外，在操作上，穩(wěn)定基本制度，加強(qiáng)工長及爐前基礎(chǔ)操作管理，保證爐內(nèi)爐溫、氣流合理穩(wěn)定，渣鐵處理及時(shí)。此外，還專門制訂了風(fēng)口控水和休風(fēng)更換管理規(guī)范，其中規(guī)定:①發(fā)現(xiàn)風(fēng)口漏水要及時(shí)控水，若進(jìn)水量已減到最小(15t/h)，水量差仍≥2t/h或漏入爐內(nèi)水量難以判斷時(shí)，須立即休風(fēng)更換;②漏水不大、可控時(shí)，若有2個(gè)風(fēng)口漏水且只要有1個(gè)風(fēng)口已漏水20天須及時(shí)休風(fēng)更換;③若有≥3個(gè)風(fēng)口漏水，具備休風(fēng)條件及時(shí)更換。

2.3  完善護(hù)爐長壽預(yù)警體系

(1)完善侵蝕監(jiān)控。爐役后期高爐難免會有較多冷卻壁、爐底的熱電偶損壞，出現(xiàn)監(jiān)控盲點(diǎn)，不利于安全生產(chǎn)和侵蝕分析。為此，一鐵廠不斷完善三級監(jiān)控，保證足夠有效的磚襯測溫?zé)犭娕?、水管水溫差檢測和爐殼貼片測溫，根據(jù)溫度計(jì)算耐材殘余厚度，判斷侵蝕程度，以便及時(shí)采取措施防止突發(fā)情況發(fā)生。具體內(nèi)容包括:①現(xiàn)有熱電偶普查、修復(fù)、補(bǔ)充;②爐缸耐材溫度檢測，重點(diǎn)監(jiān)控高爐鐵口及以下象腳區(qū)域，形成日監(jiān)控報(bào)表;③爐缸水溫差檢測，新增第3、5層冷卻壁水管熱電偶，細(xì)化到每塊冷卻壁;④熱流強(qiáng)度檢測;⑤恢復(fù)高爐侵蝕模型，以更加直觀的了解耐材侵蝕情況;⑥新增爐殼在線測溫，實(shí)現(xiàn)爐殼溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(2)加強(qiáng)長壽管理。①嚴(yán)控入爐有害元素。大量有害元素入爐會影響順行、破壞爐襯、不利長壽。為此，加強(qiáng)爐料有害元素管控，保持原燃料質(zhì)量穩(wěn)定，嚴(yán)控入爐有害元素負(fù)荷:K2O+Na2O≤3.0kg/，Zn≤0.15kg/t，Pb≤0.15kg/t，As≤0.1kg/t，S≤4.0kg/t，Cl-≤0.6kg/t等。②加強(qiáng)冷卻設(shè)備的維護(hù)和管理。發(fā)現(xiàn)破損冷卻壁，及時(shí)采取措施，防止大量冷卻水漏入爐內(nèi);實(shí)時(shí)監(jiān)控爐頂膨脹罐補(bǔ)水情況，每班記錄一次補(bǔ)水量;每2h巡查一次風(fēng)ロ，小套破損3個(gè)以上，及時(shí)休風(fēng)更換，盡可能降低漏水對炭磚的侵蝕。③完善護(hù)爐制度。確定護(hù)爐會議制度，公司層面每月一次，事業(yè)部、分廠層面加大頻次;建立護(hù)爐周報(bào)、月報(bào)并按規(guī)定執(zhí)行;制定并完善管理制度、操作制度、預(yù)警報(bào)警制度;完善護(hù)爐標(biāo)準(zhǔn)，如水溫、熱負(fù)荷、鐵口深度等，完善出鐵放渣工作標(biāo)準(zhǔn)等;定期召開長壽會議，分析高爐爐缸狀態(tài)。④建立長壽預(yù)警體系。對爐缸側(cè)壁溫度、熱流強(qiáng)度、炭磚殘余厚度等重點(diǎn)參數(shù)設(shè)定三級預(yù)警，增加聲控報(bào)警或畫面跳閃報(bào)警。

3  效果

通過強(qiáng)化管理、精心操作、采用長壽技術(shù)，有效地緩解了小套燒損、冷卻壁破損和炭磚侵蝕，大幅降低了安全風(fēng)險(xiǎn)和操作難度，避免了2號高爐中修停爐更換銅冷卻壁，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。目前2座高爐運(yùn)行平穩(wěn)，指標(biāo)良好，基本實(shí)現(xiàn)了安全、經(jīng)濟(jì)、高效、長壽生產(chǎn)。

(1)磚襯侵蝕減緩。2016年1號高爐爐缸側(cè)壁溫度(熱電偶標(biāo)高6965mm，插入深度390mm)由原來的150℃最高升至260℃，2017年長期穩(wěn)定在200℃以下，2018年以來基本穩(wěn)定在150℃以下;2016年初到年底爐底溫度(熱電偶標(biāo)高4385mm，插入深度4250mm)由320℃升至500℃以上，2017年初又進(jìn)一步升高至590℃，采取措施后，下半年?duì)t底溫度的上升趨勢得到抑制，基本控制在600℃以下，從2017年底開始爐底溫度呈下降趨勢，目前維持在500℃左右(如圖2所示)。2016年初2號高爐爐缸側(cè)壁溫度(熱電偶標(biāo)高7325mm，插入深度400mm)陡升至最高340℃，采取措施后側(cè)壁溫度逐步下降，目前基本控制在150℃以下。

(2)小套燒損減少。2016年2座高爐共燒損小套68個(gè)，2017年下降到49個(gè)，且3月以后未出現(xiàn)小套大量燒損的情況，各高爐單月小套燒損數(shù)量最多不超過4個(gè)，小套燒損數(shù)量明顯減少(如圖3所示)。

(3)鐵水產(chǎn)量增加。2016年1號高爐產(chǎn)鐵168.41萬t，2017年產(chǎn)鐵174.06萬t，增產(chǎn)5.65萬t，2018年1-3月平均利用系數(shù)達(dá)到2.57;2017年1-6月2號高爐利用系數(shù)2.21，7-11月利用系數(shù)2.32，全年產(chǎn)鐵207.55萬t，其中10月利用系數(shù)達(dá)到歷史最高水平2.57。2座高爐2016-2017年的月產(chǎn)量變化如圖4所示，可以看出月產(chǎn)量整體呈穩(wěn)中有升的趨勢。

4   結(jié)語

除了合理的設(shè)計(jì)、良好的施工外，在日常生產(chǎn)中，高爐長壽水平更多的取決于原燃料質(zhì)量、高爐基礎(chǔ)操作管理，以及爐型監(jiān)控維護(hù)、漏水治理等情況。南鋼一鐵廠在爐役后期高爐操作、護(hù)爐、管理等方面開展了大量工作，使得2座高爐磚襯侵蝕得到有效控制，爐缸運(yùn)行安全可控，保持了高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)狀態(tài)，鐵水產(chǎn)能滿足了公司生產(chǎn)平衡，高爐基本實(shí)現(xiàn)了高效長壽。