牛富軍 焦虎豐 李勝杰

（安陽鋼鐵股份有限公司）

0 前言

安鋼1#高爐設計爐容2 200 m3，第一代爐役于2017年10月18日順利停爐大修，爐缸標高6.294 m以上碳磚及陶瓷杯全部拆除更換成國產碳磚后，對爐底及風口區(qū)進行了整體澆筑，更換了部分漏水冷卻壁，對爐體冷卻壁熱面進行了噴涂修復，以恢復高爐內襯。同時對出鐵場及槽下進行了環(huán)保提升改造。高爐二代爐役于2018年3月24日18:06點火投產， 3月25日16:16順利打開鐵口出第一次渣鐵，首次鐵2.78%的生鐵含硅和1 503 ℃的鐵水物理熱標志著開爐工作的順利完成。開爐第五天產量達到4 680 t，利用系數達到2.13 t/（m3·d）。

1 開爐前的準備

1.1 高爐試水

冷卻系統長時間停水會導致內部管道因與空氣接觸而出現銹蝕現象，更換冷卻壁施工期間帶入系統中的雜物、油污等會加速初期的腐蝕與結垢，因此，清洗是系統運行前的必要工作，也為下一步預膜處理提供了良好的基礎。在高爐烘爐前對軟水系統進行了為期3天的清洗作業(yè)，清洗完畢后又對水系統進行了預膜處理，以便讓清洗后處于活化狀態(tài)下的金屬表面上預先生成一層完整而又耐腐蝕的保護膜，提高設備的抑制腐蝕能力。

1.2 高爐烘爐

高爐烘爐的主要目的一是使高爐內部耐火材料砌體的水分緩慢地蒸發(fā)，并得到充分加熱，提高高爐耐火內襯的固結強度；二是加熱高爐本體設備至生產狀態(tài)，避免生產后因劇烈熱膨脹而損壞設備；三是在一定程度上消除冷卻設備的內應力。根據安鋼2 200 m3高爐所用耐材的理化性能制定了較為嚴格的烘爐方案和精準的烘爐曲線，計劃烘爐時長168 h，烘爐溫度的控制以熱風溫度為主、爐缸電偶溫度為輔，以高爐爐頂排出的廢氣含水量小于大氣含水量2 g/m3作為烘爐完成標準。

1.2.1 烘爐曲線的制定

這次烘爐選用最為經濟的熱風烘爐，初始風溫選用150 ℃，保溫8 h析出爐缸澆注料里的自由水，從150 ℃升溫至300 ℃用時24 h，在300 ℃保溫12 h，析出部分結晶水；從300 ℃升溫至600 ℃用時36 h，在600 ℃保溫36 h，析出全部結晶水，并使晶型相變完全，減少因相變造成的體積膨脹對澆注體的破壞。烘爐曲線如圖1所示。

圖1 高爐烘爐曲線

1.2.2 烘爐氣流的運行路線

鼓風機→冷風總管→熱風爐、混風管路→熱風總管→高爐→爐頂放散閥→排入大氣。

1.2.3 提高冷卻壁冷卻水溫

提高軟水溫度可以有效減少軟水系統烘爐期間帶走的熱量，有利于冷卻壁冷面與爐殼間自流式澆注料的固結和性能強化，烘爐期間主要采取了停用泵房板式換熱器的冷卻水，通過向膨脹罐內通蒸汽使系統水溫升高，減小系統水量至正常水量的1/3以下等措施使水溫爭取提高到50 ℃以上。

1.2.4 爐體膨脹量測定

安鋼2 200 m3高爐爐體與周圍框架分離，正常情況下，高爐投入使用后，爐體會因爐內耐火材料受熱及有害元素等的異常侵蝕而產生膨脹，為對爐體膨脹量進行有效檢測，烘爐前在爐喉平臺安裝了一套膨脹檢測裝置；烘爐結束后，檢測到的爐體膨脹量為+0.6 cm，這與高爐局部大修有關。

1.3 氣密性及耐壓試驗

氣密性及耐壓試驗的目的是為了檢驗施工質量和驗證各類管道、工藝設施的結構強度，同時對整個高爐、熱風爐、煤氣系統的流程工況做一次系統性的強度測試。選擇在高爐烘爐開始后高爐爐內壓力達到0.1 MPa時進行氣密性試驗，烘爐進入降溫末期關閉各氣孔后進行了耐壓試驗，耐壓試驗最高壓力取0.23 MPa。耐壓試驗氣流運行路線：鼓風機→冷風放風閥→熱風爐→高爐→重力除塵器→干式布袋除塵器→減壓閥組→減壓閥組后放散閥→排向大氣。

1.4 開爐方案的制定

本次采用枕木開爐，為了節(jié)約木材，裝入的木頭全部為公司鐵路運輸部門廢棄的枕木和硬雜木，與全焦開爐相比，枕木開爐有利于點火后爐料的順利下降和軟熔帶的生成。取料線1.5 m，高爐各部體積見表1。

表1 安鋼2 200 m3大修后各部體積 m3

1.4.1 焦批的選擇

國內大型高爐開爐時，焦炭層厚度在爐腰處取0.2～0.3 m，爐喉處取0.5～0.6 m為宜。結合開爐原燃料的冶金性能，為提高開爐裝料料柱的透氣性，保證適合的焦層厚度，確定焦批為15 t/批，爐腰處焦炭層厚為0.245 4 m，爐喉處焦炭層厚為0.565 9 m。

開爐負荷料采用定焦調礦的方式，分步提高焦炭負荷和爐渣堿度，以實現礦焦比和爐渣堿度在高度上的合理分配，有利于生鐵含硅的快速、穩(wěn)定降低，實現精確控制。

1.4.2 爐料結構

開爐料選用固定鐵料配比，調整副料量的爐料結構，鐵料固定配比：燒結80%+豫河球團15%+羅伊山塊礦5%，副料主要有白云石、石灰石、螢石、硅石、錳礦。開爐料的主要成分見表2。

表2 開爐料的主要成分

1.4.3 全爐參數及終渣成分

開爐料計算[Si]取3.0%，鐵水含鐵取94%，計算堿度由0.95倍分步過渡到1.05倍,全爐參數見表3，為改善渣鐵流動性能，冶煉合格生鐵，開爐料的爐渣堿度和Al2O3含量不宜太高[1]。開爐料終渣成分控制見表4。

表3 開爐料全爐參數

表4 開爐料終渣成分

1.4.4 空焦及凈焦位置

高爐生產的主要反應區(qū)是風口以上區(qū)域，風口以下的焦炭雖然被不斷更新，但從整體上講只起簡單的骨架作用，同時考慮軟熔帶以下“死焦堆”的存在，一般開爐料爐腹1/2以下只裝不帶熔劑的凈焦；開爐時，爐底爐缸是逐漸被加熱的，應避免熔化的渣鐵過早進入尚未充分加熱的爐缸，在可能的條件下含鐵爐料的位置要裝在較高的位置，以盡量推遲第一批渣鐵到達爐缸的時間[2]，這樣易于提高首次鐵的物理熱和改善渣鐵的流動性。安鋼2 200 m3高爐大修開爐料的實際凈焦裝完的位置在爐腹以上0.5 m處，第一批負荷料則放在爐腰以上5.2 m處。

1.5 裝料

1.5.1 裝料入爐

先從爐頂裝入高0.8 m的底焦（實際裝入干焦量為38 t）后扒平，確保底焦覆蓋好三個鐵口煤氣導出管，溜槽α角度用最小角，底焦裝入后按照要求裝入枕木約150 m3后接近風口大套下沿，然后再裝入凈焦152 t，料面基本與風口小套中心線平。在此基礎上，開始往高爐裝開爐料。裝料計劃見表5。

表5 開爐裝料計劃

計劃開爐裝料共66批，實際裝入65批，實際裝入料批數和計劃批數相差控制在了±1批之內。

1.5.2 裝料矩陣的選擇與后期調整

38 t鋪底焦與枕木上方到風口小套中心線之間的152 t焦炭放料時，溜槽采用3°傾角。

凈焦1～11批放料時，溜槽采用3°傾角，凈焦第12批至空焦裝完采用以下布料矩陣：C332213（41.5°39°36.5°34°31°10°）。負荷料1開始采用以下布料矩陣：O343（36°34°32°）C332213（38° 36° 34° 32° 30° 10°），高爐裝料到料線6 m后打開爐頂大人孔觀察實際料面形狀，并在此基礎上對布料矩陣進行適當調整，形成了合理的布料平臺。

2 開爐操作

2.1 點火

安鋼2 200 m3高爐二代爐役于2018年3月24日18:06送風點火，堵1#、7#、11#、15#、21#共5個風口（全風口28個），送風面積0.247 4 m2，高爐送風風量1 500 m3/min，對應熱風壓力110 kPa，對應實際風速187 m/s；高爐點火風溫700 ℃，送風10 min后點著9#、12#風口，19:30風口全亮（堵的5個風口除外），18:31料線開始松動；由于開爐送風后爐子的透氣性較差、頂溫持續(xù)偏低，煤氣含氧量一直偏高，22:10坐料后透氣性指數由12.8上升至34.7，煤氣分析O2含量達到1.2%，隨著爐況趨于穩(wěn)定，下料順暢后煤氣含氧量低于引煤氣要求的0.6%，23:16開始引煤氣作業(yè)，24:00高爐引煤氣成功。

2.2 鐵口處理

開爐前，在三個出鐵口安裝煤氣導出管，爐內鐵口區(qū)域未鋪設鐵口泥包，送風后分別于25日6:30、5:10、7:40見渣后堵口，后為保證鐵口安全和出好首次鐵，分別于10：30、11:00、11:10打開1#鐵口、2#鐵口、3#鐵口置換出鐵孔道炮泥。

2.3 加風速度

高爐開爐點火送風后,初期加風應以保證下料順暢為原則，在軟熔帶形成時期要采取守風量、慢加風甚至減風的方法進行過渡，待風壓恢復到正常水平，順行良好，可繼續(xù)加風并適當加快速度。按照此原則，安鋼2 200 m3高爐24日18:06送風點火，前期加風速度較計劃稍快，料線走勢呆滯，高爐22:10減風坐料后料線走勢好轉，高爐開始回風，至25日1:00風量加至2 328 m3/min，后期加風速度基本與制定的送風計劃一致，開爐點火后24 h的加風曲線如圖2所示。

2.4 出鐵出渣

開爐第一次出渣出鐵不僅是對整個前期工作的一次總檢驗，同時還決定了開爐的成功與否。第一次出渣出鐵時間的選擇既要保證爐缸儲存夠一定的渣鐵量，又需防止渣鐵儲存量超過安全容鐵量而損壞風口套。大型高爐一般以鐵口水平面以上儲存100 t鐵水作為出第一次鐵的條件。

圖2 開爐點火后24 h加風曲線

2.4.1 理論計算與下料批數的雙控制

參照國內高爐開爐經驗，大型高爐首次鐵出鐵時間控制在20～24 h較為合適，但時間只能作為一個參考，以累計風量計算應該更為合理。安鋼2 200 m3高爐大修開爐前，對第一次出渣、出鐵（計劃鐵量超過鐵口中心線后100 t）時的累計風量進行了理論計算，預計第一次出渣時的累計風量為262.94萬m3，第一次出鐵時的累計風量為 345.44 萬 m3。

結合開爐后的實際下料情況確定第一次鐵開口時間：累計風量323.79萬m3時，第56批料入爐（計算冶煉周期45批料），此時爐內生成鐵量應為258.72+18.14×11=458.15 t，減去死鐵層計算儲鐵量380.646 t后剩余77.504 t，高爐準備出鐵。

2.4.2 首次出鐵

25日16:16 ，打開1#鐵口出第一次鐵，16:18見渣，此時的累計風量為335萬m3，理論計算鐵口中心線以上應有鐵水129 t，實際出鐵52 t（因渣溝及臨時小坑冒泡未透風堵口）。首次鐵鐵水含硅2.78%，與開爐算料計劃生鐵含硅基本接近，鐵水物理熱1 503 ℃，渣鐵流動性良好，鐵水成分見表6。

表6 第一次出鐵鐵水成分

3 指標優(yōu)化與達產

3.1 開風口

本次開爐堵5個風口送風，出首次鐵時的對應風量為2 900 m3/min，出渣出鐵后高爐開始加風，25日24：00風量加至全風3 400 m3/min，對應熱風溫度900 ℃、熱風壓力280 kPa，實際風速262 m/s。26日3:45 開始捅開1#風口，10:30捅開21#風口，23：40捅開11#風口后風量加至3 950 m3/min，對應風溫加至1 000 ℃； 27日7:25 捅開15#風口，17:30捅開7#風口后高爐進入全風作業(yè)。

3.2 降低鐵水含硅

首次鐵具有良好的渣鐵流動性和物理熱，為高爐開爐后快速提高生產水平創(chuàng)造了條件，出第一次鐵后，在不降低鐵水物理熱的前提下生鐵含硅快速降低，26日鐵水含硅就下降到了1.0%以下。開爐后鐵水含硅的降低情況如圖3所示。

圖3 開爐后鐵水含硅降低情況

3.3 強化冶煉與氣流調整

點火送風以后，為使爐況快速恢復到正常狀態(tài)，高爐開始分步增加焦炭負荷（見表7），26日6:10（30批）焦炭負荷加至3.03后，11:00高爐開始噴煤迎負荷，27日20:52開始富氧。伴隨著負荷的增加，對高爐布料矩陣做了相應調整（見表8），逐步優(yōu)化氣流分布。

表7 點火后高爐加負荷情況

3.4 開爐后主要指標

安鋼2 000 m3高爐24日18:06點火送風以后，通過快速降低生鐵含硅、穩(wěn)步增加焦炭負荷、盡快實現富氧噴煤、及時開風口實現全風作業(yè)等有效措施和手段，結合上部對布料矩陣的優(yōu)化調整，實現了爐內兩道氣流的合理分布和高爐各項技術經濟指標的快速優(yōu)化，開爐第五天利用系數達到2.13 t/（m3·d），高爐開爐后主要技術指標見表9。

表9 高爐開爐后主要技術指標

表8 送風后布料矩陣調整

4 結語

（1）制定科學合理的開爐方案是保證安全順利開爐的關鍵[3]，安鋼2 200 m3高爐（二代）開爐焦比選擇合適，負荷料放在爐身下部適當靠上，避免鐵料過早下達爐缸，有利于首次鐵獲得良好的物理熱和渣鐵流動性。

（2）通過理論計算與下料批數的雙控制來確定首次鐵出鐵時間，實現了對第一次出鐵時間和出鐵量的精準控制。

（3）開爐出首次鐵后，開風口加風與增加焦炭負荷和降低生鐵含硅有計劃同步聯動，是高爐快速達產的關鍵。

（4）首次鐵物理熱充足，渣鐵分離良好，INBA渣處理設施及時投用，有效解決了開爐期間使用干渣坑帶來的環(huán)境污染問題，實現了環(huán)保開爐。