張二星

(河北鋼鐵集團宣化鋼鐵公司煉鐵廠,河北 張家口075100)

河鋼宣鋼煉鐵廠2#高爐于2010年9月18日建成投產。爐缸、爐底采用石墨碳塊-陶瓷砌體復合爐襯,結合水冷薄爐底碳磚結構。爐底從下至上分別砌筑國產超導石墨磚、國產半石墨磚、國產微孔碳磚和超微孔碳磚,共五層(每層高400 mm),爐底最上部砌筑陶瓷杯磚(高800 mm),爐缸外側環(huán)砌進口德國小塊碳磚(高4600 mm),爐缸最上部環(huán)砌三層國產微孔碳磚(每層高400 mm),爐缸內側陶瓷杯采用全杯結構(高5000 mm)。爐腹、爐腰及爐身下部采用四段銅冷卻壁。爐身中上部采用鑲磚冷卻壁,爐底、爐缸采用俄羅斯的FK侵蝕監(jiān)測系統(tǒng)。2016年5月8日3#鐵口區(qū)域T04092、T04083碳磚溫度升高至597℃、642℃,已威脅到安全生產,采取必要的護爐措施,確保安全生產。2#高爐截止2016年4月份已生產5.5年,累計生產生鐵10 910 271 t,單位爐容生產生鐵4364.11 t/m3。

1 T04092、T04083碳磚溫度升高情況

1.1 T04092、T04083碳磚溫度點位置

鐵口中心線標高10 000 mm。T04092溫度點標高8734 mm,爐缸圓周18#與19#冷卻壁之間,即15#與16#風口之間,徑向第2環(huán),插入碳磚200 mm。T04083溫度點標高8115 mm,爐缸圓周18#與19#冷卻壁之間,即15#與16#風口之間,徑向第3環(huán),插入碳磚350 mm。

1.2 T04092、T04083碳磚溫度點溫度升高情況

2016年3月4 日開始,2#高爐3#鐵口區(qū)域T04092、T04083碳磚溫度上行升高幅度較大,從之前的220℃、260℃開始上行,至5月8日最高上升至597℃、642℃,靠近T04083區(qū)域的 T22083、T07083碳磚溫度為111℃、157℃,靠近T04092區(qū)域的T03092、T05092碳磚溫度為300℃、280℃,該區(qū)域溫度異常,存在著重大安全生產隱患。T04092、T04083碳磚溫度升高情況見圖1。經計算,殘余碳磚厚度約500～550 mm,FK系統(tǒng)模擬侵蝕情況見圖2。

2 護爐技術措施

2.1 提高冷卻水量

2#高爐設計總水量最大為3860 m3/h,其中爐底水量600 m3/h,冷卻壁水量3260 m3/h。根據(jù)T04092、T04083碳磚溫度升高情況,總水量由3300 m3/h逐步提高至3660 m3/h,調整情況詳見表1。

圖1 T04092、T04083碳磚溫度升高情況

圖2 FK系統(tǒng)模擬侵蝕情況

表1 2#高爐總水量調整情況

3月24日除爐底水量外,冷卻壁水量提高至最高設計值后,T04092、T04083碳磚溫度沒有得到抑制,仍然呈升高趨勢。

5月19日休風計劃檢修,2段18#冷卻壁第1、2根水管接風口高壓水,每只水管水量由18.75 m3/h提高至130 m3/h,強化局部冷卻,促進鈦渣保護層的形成,從而達到護爐的目的。

2.2 加強監(jiān)測水溫差和爐殼溫度

水溫差監(jiān)測為進水溫度與2段出水的差值.,從4月初開始測量,從鐵口西側引出鄰近第四至第六根水管,其中第四根水管水溫差(0.3±0.1)℃,每小時檢測一次;4月24日利用休風機會將第一至第三根水管引出,每小時檢測一次,第一根水管水溫差0.6～0.7℃,至5月6日夜班最高水溫差達到0.8～0.9℃,熱流強度為28 000 kcal/h·m2。其它部位水管水溫差0.1～0.2℃,熱流強度為7500 kcal/h·m2。水溫差變化情況見圖3。

圖3 水溫差變化情況

3月中旬以前該部爐殼溫度在30℃以下,至3月下旬時呈緩慢升高趨勢,4月10日后基本穩(wěn)定在40～45℃之間。為便于監(jiān)控,5月6日在爐殼溫度高的位置接熱電偶到主控室在線測量爐殼溫度,測量溫度在56～62℃之間。爐殼溫度變化情況見圖4。

圖4 爐殼溫度變化情況

2.3 提高鈦負荷

利用鈦還原后,形成TiC、TiN以及固溶體Ti(C,N),在冷卻強度大的部位沉積,即在侵蝕較嚴重的部位形成保護層,達到護爐的目的[1]。3月鈦負荷由7～8 kg/t(Fe)提高至10～11 kg/t(Fe),3月15日后鈦負荷維持在10～13 kg/t(Fe),5月6日停配PB塊,5月8日停配蒙古塊后,鈦負荷水平為12.0～13.0 kg/t(Fe),5月8日調整一燒入燒結構,燒結礦鈦含量由0.26%升高至0.35%,鈦負荷進一步提高至15 kg/t(Fe)左右。同時適當提高生鐵[Si]含量,促進Ti的還原,5月9日后生鐵中[Ti]達到0.20%以上,護爐作用較明顯。護爐期間,鈦負荷、生鐵中[Ti]含量見圖5。

圖5 鈦負荷、生鐵中[Ti]含量

2.4 高爐操作調整

減輕焦炭負荷,負荷由4.84倍降低至4.65倍,全爐壓差低于175 k Pa,改善料柱透氣性,降低壓差,提高順行程度,減輕高爐憋壓程度,減輕環(huán)流侵蝕。提高計算堿度R≥1.20倍,控制生鐵含硫低于0.030%,生鐵一級品率≥95%,嚴禁低溫高硫生鐵。5月9日將[Si]提高至0.35%～0.50%,并按照中上限控制,以利于鈦的還原,形成含鈦保護層,提高護爐效果。護爐期間[Si]趨勢見圖6。

圖6 護爐期間[Si]趨勢

2.5 提高鐵口深度

鐵口深度控制在3.0米至3.2米,嚴禁潮鐵口出鐵,嚴禁悶炮操作,減少燒鐵口次數(shù),保持全風高壓堵口率,加強鐵口維護,維護鐵口泥包完整。提高鈦負荷后,及時打開鐵口,避免鐵前憋風,破壞高爐順行,避免崩料、懸料。根據(jù)爐缸溫度上升情況,4月6日夜班停用3#鐵口,用1#、2#鐵口出鐵。

2.6 休風堵風口

4月24日T04083碳磚溫度升高至535℃,T04092碳磚溫度升高至590℃,配合二鋼軋廠處理2#轉爐除塵管道休風,調整風口布局,將6個風口直徑由110 mm調至120 mm,堵3#鐵口右上方的16#風口,擴大3#鐵口區(qū)域的局部死區(qū),風口面積由0.3176 m2縮小至0.3171 m2。送風后,雖然堵16#風口,但擴大了其它方位的風口面積,送風風口面積縮小的不夠,只縮小了0.000 5 m2,風量控制范圍不變,仍維持原有的風量水平,綜合冶煉強度甚至提高了0.01 t/m3·d,T04092、T04083碳磚溫度升高趨勢沒有得到有效的抑制,繼續(xù)升高。第一次堵風口前后風量、利用系數(shù),綜合冶煉強度的變化見表2。

表2 2#高爐堵風口前后風量、利用系數(shù),綜合冶煉強度的變化

5月6日T04083碳磚溫度升高至642℃,T04092碳磚溫度升高至599℃,爐缸燒出的可能性進一步增加,第二次休風堵3#鐵口上方的15#風口,送風風口面積0.3076 m2,28個風口作業(yè),風量4400～4500 m3/min,爐頂壓力由215 kPa降低至205 k Pa,綜合冶煉強度由1.1 t/m3·d降至1.0 t/m3·d,T04083、T04092碳磚溫度升高趨勢得到了有效抑制,呈下降趨勢。

2.7 治理爐基漏煤氣

在有氣隙的地方灌漿,十分必要,也是行之有效的方法。堵塞氣隙,能改善傳熱條件,對保護爐襯、降低溫度均有突出作用。2014年爐基鋼圈漏煤氣時,未能給予高度重視,隨著生產時間的延長,逐年嚴重,逐步發(fā)展成圓周方向有約80%的焊口開焊,表明爐殼與砌體之間、砌體之間存在著孔隙。爐基漏煤氣的主要原因是風口漏水發(fā)現(xiàn)不及時,更換破損的風口不及時,少量水經爐缸滲入爐基,氧化碳素耐材,形成孔隙。2016年5月19日計劃檢修32.3小時,采取外封內堵的方法對爐基跑煤氣進行治理。外封,對爐基密封鋼圈原有搗料徹底清除干凈后重新?lián)v料,重新焊接爐基密封鋼圈。內堵就是,在一段爐缸冷卻壁下方開孔10個,爐基密封板開孔18個,水冷管上方開孔7個,灌漿材質為爐基密封固化料,用樹脂攪拌均勻后,進行灌漿,用料13 t,還有少量灌漿孔未灌漿。治理后,爐基漏煤氣得到了一定程度的治理,煤氣火焰高度變小,煤氣壓力減弱,但仍有漏煤氣現(xiàn)象,但周長只有2 m左右,待后續(xù)繼續(xù)灌漿,補焊開裂處。

2.8 生產組織

由于2#高爐采取提高鈦負荷等護爐措施,鐵水流動性變差,鐵罐結蓋、結腮嚴重,影響正常運行,給高爐外圍和轉爐吹煉造成較大影響。為此,研究制定了2#高爐護爐期間確保鐵罐正常運行的生產組織方案,煉鐵廠負責鐵罐運行的過程管控、情況收集和罐況處理工作,煉鋼廠負責鐵罐倒鐵和配合罐況處理工作,及時拉兌鐵罐,保障鐵罐正常運轉。

3 護爐效果

采取上述護爐措施后,T04083、T04092碳磚溫度呈明顯的下降趨勢,見圖8,5月19日32.3小時休風期間T04082溫度下降至221℃,T04092溫度下降至217℃,爐缸溫度升高趨勢得到了有效遏制,爐缸FK系統(tǒng)模擬侵蝕情況見圖9。根據(jù)T04083、T04092碳磚溫度下降情況,5月23日捅開16#風口,送風風口面積0.3171 m2,仍堵15#風口。捅開風口后,風量按照(4700±50)m/min控制,爐溫按照鐵水[Si]0.30%～0.45%控制,調整入爐結構保持入爐鈦負荷達到12 kg/t以上,生鐵中[Ti]含量0.150%左右,目前仍堵15#風口作業(yè)。6月份后T04083、T04092碳磚溫度低于350℃,并繼續(xù)呈下降趨勢,水溫差0.3～0.4℃。

由于爐缸碳磚溫度上升較快,護爐措施力度較大,從4月24日堵第一個風口算起至5月23日捅開16#風口總計29天的期間,堵風口限制冶煉強度,冶煉強度下降0.054 t/m3d,生鐵產量降低約800～1000 t/d,減輕焦炭負荷煤氣利用率下降以及鐵損增加,焦比升高16 kg/t(Fe),煤比升高5 kg/t(Fe),燃料比升高26 kg/t(Fe),造成高爐技術經濟指標下降較多,損失較大,見表3。

圖7 T04083、T04092碳磚溫度下降趨勢

表3 2#高爐護爐前與護爐期間部分主要技術經濟指標對比

4 結語

(1)此次2#高爐爐缸T04083、T04092碳磚溫度升高采取的護爐措施是比較有效的,尤其是提高鈦負荷、提高[Si]、堵風口限制冶煉強度的措施。本次2#高爐護爐29天,技術經濟指標損失較大。

(2)后續(xù)2#高爐應樹立長期爐缸維護觀念,密切關注爐缸碳磚溫度的變化,維持一定的鈦負荷,保持生鐵中[Ti]在一定范圍內,加強鐵口維護,進一步提高炮泥質量,改善爐缸焦炭的透氣性、透液性,減輕環(huán)流侵蝕,同時密切關注1#、2#鐵口區(qū)域碳磚溫度的趨勢變化,及早采取措施。根據(jù)T04083、T04082爐缸溫度變化趨勢實現(xiàn)全風口作業(yè)。2#高爐提高鈦負荷護爐期間,由于提高了燒結礦鈦含量,對其它高爐操作造成一定程度的影響。鑒于這種情況,2#高爐可嘗試使用含鈦炮泥,進行局部特殊護理,或者配加高鈦外進球團礦,不對其它高爐產生影響。

(3)1#高爐2#鐵口區(qū)域T342碳磚溫度(標高7960mm)今年5月初由130～140℃上升至409℃后,通過提高鐵口深度,改善炮泥質量,加強鐵口維護,期間恰好2#高爐提高鈦負荷護爐,鈦負荷提高至10～11 kg/t(Fe),沒有進行堵風口操作,仍維持全風、全氧、全風口作業(yè),加強鐵口維護后,5月底T342碳磚溫度下降至147℃,技術經濟指標沒有受到影響。由此可見,結合本次2#高爐護爐的得與失,高爐開爐投產后,樹立正確的長壽觀念,日常高爐操作中,加強鐵口維護,控制氣流分布,降低原料中有害元素至不危害高爐生產,改善爐缸焦炭的透液性,保持高爐長期穩(wěn)定順行,減輕環(huán)流侵蝕,達到高爐長壽與改善技術經濟指標的雙重目的。在爐缸碳磚溫度在短期內升高幅度較大,達到某一溫度范圍內,應高度重視,采取一定的護爐措施,見效快,影響小[2]。當爐缸碳磚溫度處于高位,已影響到安全生產時,才采取護爐措施,不僅降低高爐的技術經濟指標,而且爐缸碳磚變薄后,高爐操作難度加大,同時存在較大的安全隱患。