高爐爐墻結(jié)厚原因分析及處理

趙東明  王光偉  胡德順  吳優(yōu)  呂寶棟

（鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司）

摘  要：針對鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵高爐 2016年4月份爐墻結(jié)厚問題，對其產(chǎn)生原因進(jìn)行了調(diào)查、研究、分析，通過采用打水降料線方法，快速解決了爐墻結(jié)厚的問題，使高爐爐況迅速恢復(fù)正常，取得較好生產(chǎn)經(jīng)營結(jié)果。

關(guān)鍵詞：高爐，結(jié)厚，打水，降料面

朝陽鋼鐵2600m3高爐由中冶賽迪設(shè)計院總承包設(shè)計， 第二代爐役于2013年11月16日投產(chǎn)，高爐利用系數(shù)在7天后達(dá)2.00t/（m3.d），在隨后的生產(chǎn)過程中利用系數(shù)基本維持在2.3t/（m3.d）左右的水平，煉鐵廠從2013年開始控制高爐的核心工作是通過控制燒結(jié)礦質(zhì)量、焦炭質(zhì)量和高爐操作，實現(xiàn)了高爐長周期穩(wěn)定順行。

從2015年開始，為了降成本需要，徹底取消了質(zhì)量較好的回轉(zhuǎn)窯球團(tuán)，并采用價格相對較低的當(dāng)?shù)刎Q爐球團(tuán)和塊礦，最終實現(xiàn)70%燒結(jié)+15%豎爐球團(tuán)+15%塊礦的經(jīng)濟(jì)料入爐，將高爐的效益最大化，但隨即帶來的問題是燒結(jié)礦質(zhì)量、焦炭質(zhì)量、高爐操作必須保持穩(wěn)定，這三者任何一方出現(xiàn)問題，對高爐的影響都是致命的。2016年3～5月期間，由于高爐爐料急劇惡化，高爐爐況逐步失常，長時間處理沒有得到有效改善，根據(jù)各方面判斷，懷疑高爐爐型已發(fā)生變化（主要集中在爐身區(qū)域塊狀帶），2016年5月1日開始降料面進(jìn)行觀察，在北、西北、南、西南四個方向出現(xiàn)爐墻結(jié)厚，因此，鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵煉鐵廠針對此問題進(jìn)行了調(diào)查研究，采取有效措施，解決了高爐爐墻結(jié)厚問題，為同類型高爐提供一定參考。

1爐墻結(jié)厚的原因

1.1爐況失常

2015年12月份高爐屬于限產(chǎn)狀態(tài)，經(jīng)過2016年1月份的穩(wěn)定提產(chǎn)，2月份高爐已經(jīng)徹底恢復(fù)正常，高爐平均日產(chǎn)達(dá)到5941t/d的，2016年3月份由于受外部環(huán)境的影響，燒結(jié)、高爐配礦結(jié)構(gòu)變化頻繁，由于當(dāng)時高爐爐缸工作狀態(tài)好，3月中上旬并沒有完全體現(xiàn)出來，但從下旬開始高爐已開始出風(fēng)量減少，風(fēng)壓波動較大的情況，3月26日燒結(jié)配礦中的卡拉拉礦粉由40%提高至53%導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量完全惡化，3月31日開始高爐失常。爐況失常主要由以下幾方面原因造成的

1.1.1燒結(jié)變料頻繁

2016年3月份由于燒結(jié)鐵料降成本需要，燒結(jié)鐵料始終低庫存運行，同時出現(xiàn)運輸困難，為了保產(chǎn)，燒結(jié)配礦在短短一個月之內(nèi)變更次數(shù)7次，1個月之內(nèi)變更次數(shù)如此之多在朝陽鋼鐵歷史上是從沒有過的，由于精礦粉嚴(yán)重不足，將卡拉拉礦粉配比由以前最高20%提高至53%（見表1），造成燒結(jié)礦質(zhì)量惡化，燒結(jié)質(zhì)量變化情況見表2。

由表2可看出燒結(jié)礦<5的粒級由2016年2月份的4.41%上升至3月份的4.76%，5-10mm的粒級由2月份的14.55%上升至3月份的19.14%，燒結(jié)礦平均粒級由2月份的21.60%降至3月份的19.82%。入爐粉末明顯增多。

由于燒結(jié)礦配料變更頻繁，造成燒結(jié)礦質(zhì)量波動較大，燒結(jié)冶金性能變差，尤其是物理性能變化較大，造成燒結(jié)入爐粉末增多。為了減少入爐粉末，煉鐵廠在處理爐況時，將槽下篩孔由3.5mm改成5.5mm，將入爐粉末控制在2%以內(nèi)。

表1燒結(jié)配比變更情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

表2燒結(jié)質(zhì)量變化情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

1.1.2高爐爐料品種變化頻繁

2016年3月份高爐酸性料也處于低庫存運行且運輸困難，導(dǎo)致酸性料結(jié)構(gòu)變化頻繁，其中結(jié)構(gòu)變化較大的有6次，由于變料頻繁，且變料幅度較大，高爐軟熔區(qū)間就會波動較大，引起煤氣流不穩(wěn)定，導(dǎo)致爐況波動較大，引起爐況失常，尤其是地方球團(tuán)礦冶金性能變差，低溫還原粉化+3.15mm（標(biāo)準(zhǔn)≥90%）只有55.8%；-0.5mm（標(biāo)準(zhǔn)≤5%）達(dá)到37%，加劇惡化了高爐透氣性。高爐結(jié)構(gòu)變化情況見表3.

表3高爐結(jié)構(gòu)變化情況

1.1.3焦炭配煤結(jié)構(gòu)頻繁

焦炭配煤的變化對高爐煤氣流的變化造成一定的影響，根據(jù)朝陽鋼鐵的經(jīng)驗，焦炭每變一次配比，焦炭質(zhì)量需要3天時間穩(wěn)定，所以焦炭配煤的變化也是爐況失常的一個重要原因。焦炭配煤結(jié)構(gòu)變化見表4

表4焦炭配煤結(jié)構(gòu)變化情況（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

1.2 高爐鈦負(fù)荷高

朝陽鋼鐵從降成本的需要，采用一些高鈦的爐料，鈦負(fù)荷基本控制在10kg/tfe左右，鈦負(fù)荷高，會造成渣鐵粘稠，流動性較差，為了降低其負(fù)作用，采取了一些技術(shù)措施如降低爐渣堿度，低爐溫操作，縮小風(fēng)口面積。在爐況順行和爐缸工作狀態(tài)良好的情況，高鈦爐料對高爐影響較小，一旦爐況波動時，它會加劇爐況的惡化，鈦負(fù)荷高也是高爐結(jié)厚的重要因素；

1.3 高爐堿金屬和鋅負(fù)荷較高

高爐堿金屬含量4.4kg/tfe超控制標(biāo)準(zhǔn)（2.5 kg/tfe ）1.76倍，鋅負(fù)荷較高為0.9kg/tfe，超控制標(biāo)況（0.15kg/tfe）6倍，在爐況波動大、入爐粉末多和堿金屬和鋅負(fù)荷較高的情況下，促使高爐爐墻結(jié)厚。總之，由于爐料結(jié)構(gòu)和爐料冶金性能變化較大，此外頻繁發(fā)生管道、懸料后，導(dǎo)致高爐氣流失常，再加上已經(jīng)具備爐墻結(jié)厚的條件（高爐爐況波動、入爐粉末增多、堿金屬、鋅負(fù)荷高），促使?fàn)t墻結(jié)厚。

2爐墻結(jié)厚的判斷

2.1 爐身溫度呆滯  

2016年4月24日～5月6日10～13段爐身溫度趨勢圖分別見圖1～4所示。

高爐自 2 0 16年 3月 31日懸料后， 4月2 4日開始 10段鑄鐵冷卻壁溫度波動逐步減少，4月26日8個方向呆滯 ，爐墻溫度低點6 0℃左右不動； 4月 26日鑄鐵冷卻壁(11、1 2、13段) 溫度在西北、西、西南、南四個方向也趨于呆滯， 爐墻溫度低點60℃以下，說明4月24日開始鑄鐵冷卻壁開始結(jié)厚。

2016年4月24日～5月1日，10段冷卻壁8個方向全部呆滯不動，可初步判斷爐墻周向結(jié)厚，5月3日爐墻結(jié)厚處理后，壁體恢復(fù)正常波動。見圖1

2016年4月24日～5月1日，11、12、13段冷卻壁西北、西、西南、南4個方向全部呆滯不動，可初步判斷此區(qū)域爐墻部分結(jié)厚，5月3日爐墻結(jié)厚處理后，壁體恢復(fù)正常波動（見圖2～4）。

2.2 爐體冷卻水水溫差呈下降趨勢

隨高爐強(qiáng)度及爐況順行的水平不同， 爐體軟水八分區(qū)冷卻水平均水溫差有所差別，

但基本穩(wěn)定在一定水平。朝陽高爐爐體軟分區(qū)水溫差基本穩(wěn)定在6℃左右，4月24日后水溫差呈現(xiàn)急劇下降的趨勢。尤其在北和西北方向水溫差下降至2℃以下，說明爐墻結(jié)厚的可能性增大，2016年4月7日～4月30日爐身水溫差趨勢見圖5所示。

從爐身溫度呆滯和爐體冷卻水溫差變化可基本確定爐墻結(jié)厚，決定5月1日開始降料面進(jìn)行觀察，休風(fēng)降料線到8m左右，接近12段鑄鐵冷卻壁，發(fā)現(xiàn)12、13段冷卻壁爐墻有約2/3圓周方向結(jié)厚，露出部分厚度約200～500mm粘結(jié)物，主要集中在北、西北、南、西南方向，上小下大， 為灰質(zhì)粉塊狀，爐墻結(jié)厚，預(yù)計結(jié)厚至10段冷卻壁附近，休風(fēng)降料面爐墻結(jié)厚狀況見圖6。

3采取的措施

3.1 爐墻結(jié)厚處理

判斷爐墻結(jié)厚后，下一步就是如何處理爐墻粘結(jié)問題，由于朝陽鋼鐵屬單高爐生產(chǎn)，處理爐墻粘結(jié)是一個漫長的過程，對朝陽公司整個經(jīng)營會造成巨大影響，所以公司決定采用打水降料面，將料面降至風(fēng)口采用打水爆震自然脫落方式或處理不完全時采用爆破的方式處理爐墻粘結(jié)。

高爐定于2016年5月1日進(jìn)行預(yù)休風(fēng)，安裝打水槍，5月2日采用回收煤氣打水降料面，料線降至風(fēng)口附近。如果爐墻粘結(jié)物沒有完全脫落，采用爆破的手段將粘結(jié)物全部清理。

3.2 降料面前的準(zhǔn)備工作

3.2.1準(zhǔn)備打水槍

制作4支打水槍。長6米，直徑51毫米，前3.3米每隔90度圓弧鉆一排眼，共4排眼，孔徑4毫米，孔距離100毫米，每支槍鉆眼132個，此4支槍作為打水系統(tǒng)及調(diào)節(jié)爐頂溫度用，從十字測溫孔插入，水量表接入高爐中控室，以便觀察。預(yù)休風(fēng)后，安裝打水槍，并將損壞的風(fēng)口更換。

3.2.2煤氣成分取樣工作

調(diào)度室與化驗室聯(lián)系，降料線期間30分鐘化驗一次爐頂煤氣成分（CO，CO2，H2，O2），化檢驗負(fù)責(zé)取樣、送樣，并做好隨料面降低對應(yīng)煤氣成分曲線圖，以指導(dǎo)停爐

3.3打水降料面操作參數(shù)控制

風(fēng)量不超過36003/min，爐頂溫度控制在250～300℃之間，爐頂壓力≤0.1Mpa。料線至24米時，通氮氣保護(hù)煤氣中含氫氣<12%，氧氣<2%。采用爆震的手段清除爐墻粘結(jié)物，打水降料面參數(shù)控制見表5

表5打水降料面參數(shù)控制

4取得的效果

從2016年5月1日24時～5月2日15時，經(jīng)過905分鐘的打水降料面，將料面降至風(fēng)口區(qū)域，由于在休風(fēng)過程中打水產(chǎn)生的爆震，爐墻粘結(jié)物全部脫落，解決了高爐爐墻結(jié)厚問題，高爐快速恢復(fù)了正常生產(chǎn)，達(dá)到了良好效果。休風(fēng)降料面后爐墻脫落狀況見圖7。

5 結(jié)語

（1）高爐原燃料的波動容易造成氣流的波動和軟熔帶位置的變化，導(dǎo)致爐墻結(jié)厚。所以高爐爐料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定是非常重要的，鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵公司在今后的生產(chǎn)中應(yīng)在原料庫存管理上采用2種以上的原料作為骨架料，小品種互相替換，以降低成本，實現(xiàn)燒結(jié)配料1個月至多變動一次的目標(biāo)。

（2）減少入爐粉末，煉鐵廠在處理爐況時，將槽下篩孔由3.5mm改成5.5mm,減少粉末入爐，在以后的生產(chǎn)中更加重視燒結(jié)礦粒級的變化，將入爐粉末控制在2%以內(nèi)。

（3）重視高爐堿金屬和鋅入爐，堿金屬含量過高，容易造成入爐焦炭粉化，爐墻結(jié)厚，同樣會影響高爐穩(wěn)定順行，而且堿金屬和鋅造成的高爐失常其處理難度更大，所以朝陽鋼鐵今后把堿金屬和鋅負(fù)荷分析作為重點工作來做；

（4）能夠及時快速判斷爐墻結(jié)厚，采用打水降料面不失為快速消除爐墻粘結(jié)厚的方法；