李玨明， 李紅全， 沈洪流， 李志剛， 謬德明

（1.蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司煉鐵部， 安徽 蕪湖 241000；2.成都市明德冶金技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司， 四川 成都 610023）

目前因環(huán)保管控的要求，鋼鐵行業(yè)高爐停爐的方式都是帶煤氣停爐，焦炭置換法停爐工藝就是一種帶煤氣停爐的新工藝方式，主要通過用焦炭置換風(fēng)口帶以上的料柱進(jìn)行停爐，使高爐停爐后在扒爐（熱扒）過程利用焦炭輕、流動(dòng)性好的特點(diǎn)，讓其自動(dòng)流出爐外，同時(shí)還能少打水，保護(hù)高爐耐材的壽命，并且扒出的焦炭不含雜質(zhì)可以不用篩分繼續(xù)使用，經(jīng)效明顯。但是該工藝在行業(yè)內(nèi)沒有成熟經(jīng)驗(yàn)，蕪湖新興鑄管煉鐵部經(jīng)過工藝攻關(guān)后，在其1 280 m3高爐2019 年11 月中修時(shí)成功應(yīng)用此工藝。

1 焦炭置換法停爐的危險(xiǎn)性

焦炭置換法核心就是必須將停爐后風(fēng)口帶以上料柱都置換成焦炭，在停爐過程后期的停爐料由于缺少礦層的過渡，會(huì)發(fā)生爆震的風(fēng)險(xiǎn)。高爐爆震的原因：水氣化快速膨脹造成的爆炸。

1）水流過大，在接觸炙熱爐料、爐體時(shí)，液態(tài)水體積急劇膨脹，極易引起爆炸。因?yàn)? kg 的液態(tài)水體積是0.001 m3，在標(biāo)態(tài)情況下，溫度升高至100 ℃氣化后，體積膨脹至1.244 m3，體積膨脹1 244 倍。正常焦炭的燃燒溫度在450～650 ℃之間，在降料面鼓風(fēng)情況下，料柱煤氣阻力小，氣體通過的速度更快，料柱內(nèi)等溫線上移，焦炭表面溫度更高，因此，如果水流直接與炙熱的焦炭接觸，段時(shí)間內(nèi)會(huì)大量氣化，造成體積膨脹，引起爆炸。

2）水煤氣反應(yīng)強(qiáng)化爆炸效果。液態(tài)水或者水蒸氣與炙熱的焦炭接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生水煤氣反應(yīng)。

這個(gè)過程中，如果液態(tài)水與焦炭發(fā)生水煤氣反應(yīng)，體積膨脹倍數(shù)是水氣化體積的兩倍，即使是氣態(tài)的水蒸氣與焦炭發(fā)生反應(yīng)，體積膨脹也要增加一倍。而焦炭吸水性強(qiáng)，大量焦炭填充爐內(nèi)，加上停爐過程中打水，必然會(huì)造成爆震性可能性加大，因此如何降低爆震的可能性是成功使用新工藝的基礎(chǔ)。

2 主要采取措施

1）控制合理的頂溫水平。頂溫過高，液態(tài)水進(jìn)入爐內(nèi)體積膨脹的體積越大，在爐喉區(qū)域極易造成爆震；頂溫過低，液態(tài)水氣化效果不好，水蒸氣有向下分布接觸炙熱焦炭的可能，引起水煤氣反應(yīng)。料線越淺，頂溫的水平應(yīng)控制的范圍高一些，水汽能夠及時(shí)排除，不與焦炭接觸；料線越深，頂溫水平控制的范圍應(yīng)低一些，保持合理的低溫控制區(qū)。實(shí)際上，由于料線越深，氣流速度越快，很難控制后期的頂溫，這也是深料線時(shí)打水強(qiáng)度較大的原因。為此制定頂溫控制水平在200～350 ℃，料線越深，頂溫按下限控制，提前打水控制。

2）打水霧化和控制打水量。1g 一滴的水的比表面積是4.86 cm2/g。高爐打水霧化能夠?qū)⒁簯B(tài)水霧化至250 μm 左右，即將1g 水打散成490 000 個(gè)小水珠，表面積增加至3 840 cm2，增加790 倍，能夠快速吸收熱量，降低頂溫。因此停爐前安裝了新型的霧化打水噴淋頭，在爐喉位置成8 個(gè)方向，均勻布置，并安裝了流量表，同時(shí)按照根據(jù)爐頂四個(gè)方向的爐頂測(cè)溫，確定打水量和打水方向。

3）氮?dú)馐褂?。利用無料鐘爐頂裝配的氣密箱氮?dú)饫鋮s系統(tǒng)，全開氮?dú)?，提高爐頂?shù)獨(dú)饬?，減少煤氣中的含氧量。

4）制定停爐安全警戒點(diǎn)。當(dāng)混合煤氣中含ρ（H2）＞6%或 ρ（O2）＞2%、煤氣成分曲線 CO2數(shù)值出現(xiàn)明顯拐點(diǎn)、控制風(fēng)量仍然出現(xiàn)爐頂壓力劇烈波動(dòng)、頻繁爆震必須立刻停爐。

5）優(yōu)化停爐料，控制爐溫。針對(duì)焦炭置換法的特點(diǎn)，核算兩段停爐料，一為蓋面焦，總量焦炭375 t，作為風(fēng)口以上料柱的填充層；另一為負(fù)荷料，焦比選擇551 kg，主要因焦炭置換法的特點(diǎn)，料柱因大量使用焦炭，造成阻力小，過高的爐溫會(huì)產(chǎn)生大量煤氣流竄行，造成形成局部氣流，因此爐溫按照0.5～0.6%控制，見表1。同時(shí)為防止出現(xiàn)不可控因素，預(yù)休風(fēng)時(shí)，盡可能降低料線。

表1 停爐料

3 停爐過程

停爐作業(yè)前，高爐進(jìn)行了一次預(yù)休風(fēng)，下完停爐料后，高爐休風(fēng)對(duì)探尺進(jìn)行了加長(zhǎng)，對(duì)打水裝置進(jìn)行了安裝，并對(duì)漏水的風(fēng)口進(jìn)行了更換，后于17:56 分復(fù)風(fēng)，復(fù)風(fēng)前料線4.8m，復(fù)風(fēng)后風(fēng)量恢復(fù)到1 000 m3/min，初始，頂溫和頂壓上升較快，減風(fēng)后頂溫打水控制住，逐步加風(fēng)到2 000 m3/min，維持一個(gè)半小時(shí)左右，后根據(jù)頂溫情況逐步減風(fēng)，到23:30 分左右，因煤氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的H2含量上升到6%，23:56 分切煤氣休風(fēng)，停爐料線12.2 m，停爐用時(shí)6 h，未發(fā)生爆震及管道氣流等現(xiàn)象，停爐后料面到爐身下部（爐身高爐14.750 m），焦炭完全填充風(fēng)口以上爐腰、爐腹和下部，具體操作見表2，停爐記錄表。

此次停爐爐溫控制較低，但從實(shí)際高爐停爐操作看效果較好。停爐前預(yù)休風(fēng)最后一爐爐溫0.48%，停爐作業(yè)過程末期爐溫0.26%，未出現(xiàn)以前負(fù)荷較輕爐溫上行造成停爐過程中煤氣流波動(dòng)，爐溫見表3，停爐前后爐溫表。

4 焦炭置換法停爐的實(shí)際效果

1）因焦炭填充了風(fēng)口以上料柱，扒爐工期提前一天。見圖1，焦炭自流。

圖1 焦炭自流

表2 停爐記錄表

表3 預(yù)休風(fēng)和停爐爐溫表 %

2）扒出的焦炭約200 余t，不用篩分直接轉(zhuǎn)入高爐使用。

3）整個(gè)工藝負(fù)荷料焦比比以往停爐降低100 kg/t，節(jié)省焦炭約24 t。

5 結(jié)論

1）焦炭置換法停爐，特別要注意爐溫的控制，因料柱阻力小，容易形成局部氣流，爐溫控制以停爐前0.5%，實(shí)際0.4%左右較為適宜。另外降料線過程中，軟熔帶下移，焦炭層溫度如果過高，噴到大量打水落下，會(huì)形成氣化反應(yīng)，造成體積膨脹，引起爆炸。

2）停爐操作，一定要注意打水量，以頂溫控制住為主，頂溫一旦下行，就可以停止打水，避免大量水流入焦炭。

3）嚴(yán)格執(zhí)行含 ρ（H2）>6%或 ρ（O2）>2%的控制標(biāo)準(zhǔn)，在焦炭置換法一旦計(jì)算焦炭層接近風(fēng)口，不能看頂溫和頂壓操作，立刻可轉(zhuǎn)為停爐作業(yè)。