降低高爐鐵口噴濺的工業(yè)實(shí)踐

譚亞韡，武曉陽，劉蘭潤(rùn)，王龍浩

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

鐵口出鐵噴濺給鋼鐵廠的生產(chǎn)帶來諸多危害。如制約高爐產(chǎn)能提升，導(dǎo)致爐況失常；鐵口噴濺現(xiàn)象會(huì)直接導(dǎo)致高爐渣鐵排放不均，甚至出不凈，限制高爐的強(qiáng)化冶煉；形成出鐵事故，鐵口噴濺會(huì)對(duì)鐵口泥套造成破壞，一是刷壞泥套，二是在泥套內(nèi)形成頑固性積渣、積鐵，如果爐前未及時(shí)發(fā)現(xiàn)做出處理，則會(huì)導(dǎo)致堵不上口、燒壞泥炮甚至鐵水下鐵道等惡性事故；爐前工作量大，干渣量多；鐵口區(qū)域工作環(huán)境差，威脅到生產(chǎn)安全與環(huán)保；影響生產(chǎn)成本，鐵口的噴濺使得出鐵效果差，鐵次大幅增加，炮泥用量上升；主溝壽命縮短，由于鐵口的長(zhǎng)時(shí)間噴濺，鐵水落點(diǎn)附近的主溝兩側(cè)侵蝕速度加快，主溝的使用周期大大縮短[1-3]。

通常，高爐出鐵時(shí)都會(huì)伴隨著輕微噴濺，噴濺在10 min內(nèi)均屬于正常現(xiàn)象，唐鋼一煉鐵廠4號(hào)高爐由于受3號(hào)鐵口噴濺時(shí)間過長(zhǎng)的影響，3號(hào)鐵口日均出鐵量遠(yuǎn)低于同一爐座的其余鐵口，同時(shí)鐵口噴濺也大幅度降低了大蓋的使用壽命，3號(hào)鐵口大蓋更換周期約5 d，同一爐座的其余鐵口大蓋更換周期約15 d。

1 問題背景及原因分析

1.1 現(xiàn)狀背景

自2019年12月份開始，3號(hào)鐵口出現(xiàn)噴濺嚴(yán)重現(xiàn)象，噴濺時(shí)間為30~60 min（平均47 min），嚴(yán)重影響了出鐵作業(yè)。3號(hào)鐵口平均出鐵量為2 690 t/d，平均出鐵時(shí)間104.8 min；1號(hào)鐵口平均出鐵量為3 088 t/d，平均出鐵時(shí)間103 min；2號(hào)鐵口平均出鐵量為3 074 t/d，平均出鐵時(shí)間105 min；4號(hào)鐵口平均出鐵量為3 105 t/d，平均出鐵時(shí)間105 min。針對(duì)3號(hào)鐵口的噴濺情況進(jìn)行總結(jié)，可將其分為3種：開口之后鐵口一直噴濺至堵口；開口之后可以正常出鐵20~40 min，之后出現(xiàn)噴濺至堵口；開口之后噴濺，正常出鐵20~30 min后繼續(xù)噴濺至堵口。4號(hào)高爐各鐵口的具體出鐵數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 4號(hào)高爐各鐵口出鐵數(shù)據(jù)

1.2 原因分析

1.2.1 局部負(fù)壓吸氣

鐵口噴濺的原因之一是由于液態(tài)渣鐵從鐵口孔道中高速流出造成局部負(fù)壓，導(dǎo)致鐵口吸入氣體，氣體在接觸到高溫的熔融液體后受熱，氣體體積急劇膨脹。通過對(duì)比同一爐座其余鐵口數(shù)據(jù)情況，炮泥供應(yīng)商為同一廠家，因此可以排除高爐爐況不穩(wěn)及炮泥原料的原因。

1.2.2 煤氣竄氣

竄氣的主要通道是風(fēng)口各套與風(fēng)口組合磚之間間隙、爐殼與冷卻壁間的間隙、冷卻壁間隙、耐火砌體間縫隙[4]。高爐生產(chǎn)伴隨著煤氣的產(chǎn)生，由于煤氣通過高爐內(nèi)耐材之間或爐殼與冷卻壁間的間隙竄入鐵口而混入液體渣鐵中，在爐內(nèi)高壓的作用下，爐內(nèi)的煤氣通過這些裂紋和縫隙竄到鐵口通道，形成了鐵口煤氣火，促使鐵口噴濺的發(fā)生。此外，由于搗打料施工中采用人工搗打，可能存在密度差別，再加上冷卻壁的冷卻作用，碳素?fù)v打料無法燒結(jié)，這就使得搗打料間的氣孔通道和縫隙進(jìn)一步加大[5]。

2 采取的措施

根據(jù)相關(guān)原因分析，試驗(yàn)采用高爐灌漿壓入技術(shù)來填充耐材之間或爐殼與冷卻壁間等的間隙，防止煤氣竄入鐵口，改善鐵口噴濺。

2.1 開孔部位的確定

2.1.1 開孔原則

為防止烘爐時(shí)參與水分帶來安全風(fēng)險(xiǎn)，在鐵口框周圍的爐殼上鉆眼，并打開鐵口框周圍所在的冷卻壁上的打漿孔，進(jìn)行排水（水蒸氣）、排氣，竄出的煤氣用明火點(diǎn)燃以確保安全[6]。結(jié)合爐況調(diào)查，對(duì)出現(xiàn)以下情況的部位進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，分別為：測(cè)溫點(diǎn)溫度偏高的部位、有明顯煤氣竄出的部位、冷卻壁進(jìn)出口水溫差超正常值的部位。

2.1.2 開孔部位的確定方法

鐵口位于三段冷卻壁處，提前在鐵口周圍冷卻壁縫隙處確定開孔位置并做好標(biāo)記，開孔深度為110 mm（爐皮厚度74 mm，爐皮與冷卻壁縫隙30 mm，鐵口冷卻壁厚度160 mm，考慮到碳磚安全問題，不準(zhǔn)備鉆到冷卻壁熱面，即開孔深度距冷卻壁熱面154 mm），爐皮外聯(lián)灌漿管徑50 mm，開灌漿孔共24個(gè)，具體確定方法如下：

1）在3號(hào)鐵口下方二段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，上方四段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，上方風(fēng)口大套下壓入灌漿1個(gè)孔，左方三段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，右方三段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，再向右隔一塊冷卻壁壓入灌漿1個(gè)孔，合計(jì)10個(gè)；

2）4號(hào)鐵口下方二段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，上方四段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，上方風(fēng)口大套下壓入灌漿2個(gè)孔，左方三段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，右方三段冷卻壁豎縫隙處壓入灌漿2個(gè)孔，再向左隔一塊冷卻壁壓入灌漿1個(gè)孔，合計(jì)10個(gè)；

3）在3號(hào)鐵口和4號(hào)鐵口之間冷卻壁上，每隔兩塊冷卻壁壓入灌漿1個(gè)孔，合計(jì)4個(gè)。

2.2 泥漿壓入控制的原則

在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)泥漿的壓入控制進(jìn)行約束：在鐵口周邊區(qū)域和鐵口之間的爐缸部位，每個(gè)壓入孔進(jìn)料壓力最高控制在15 kg/cm2，基礎(chǔ)壓力升高到20 kg/cm2時(shí)視為壓滿；風(fēng)口帶下方孔的進(jìn)料壓力控制在15 kg/cm2以下，基礎(chǔ)壓力為20 kg/cm2時(shí)視為壓滿；每次壓入量15 kg，每孔壓入量控制在100 kg以內(nèi)，如果出現(xiàn)相鄰孔出料的情況，則視為兩孔貫通在，壓力不超標(biāo)的前提下，壓入料可適當(dāng)增加（不超50 kg）。

2.3 方案的實(shí)施

于2020年6月24日21：00開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作，21：40開始灌漿工作，25日04：30現(xiàn)場(chǎng)清理結(jié)束，具體泥漿壓入實(shí)施過程如表2所示。

表2 泥漿壓入實(shí)施過程記錄

3 實(shí)施效果及結(jié)論

3.1 實(shí)施效果

于2020年6月10日對(duì)4號(hào)高爐3號(hào)鐵溝進(jìn)行第2次修補(bǔ)，7月2日投入使用，7月26日停止使用并解體。本次使用周期內(nèi)，共計(jì)出鐵138次，平均出鐵時(shí)間109 min，共計(jì)出鐵量88 107 t，平均出鐵量3 524 t/d，鐵口大蓋更換周期約10 d。通過對(duì)3號(hào)鐵口25次出鐵過程進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)，得出其平均噴濺時(shí)間為8.5 min。3號(hào)鐵口噴濺治理前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比情況如表3所示。

表3 3號(hào)鐵口噴濺治理前后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

3.2 結(jié)論

1）通過在高爐噴濺治理中應(yīng)用高爐灌漿壓入維護(hù)技術(shù)，可以有效降低鐵口噴濺時(shí)間，提高鐵口的出鐵時(shí)間、出鐵量以及鐵口大蓋壽命，同時(shí)可有效降低生產(chǎn)成本。

2）在實(shí)施“高爐灌漿壓入維護(hù)技術(shù)”作業(yè)中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注開孔位置的選擇，保證開孔數(shù)量與開孔深度。