低碳環(huán)保條件下大型高爐快速停爐研究

高路路

（河鋼宣鋼煉鐵廠，河北 張家口 075100）

宣鋼煉鐵廠決定1 號高爐（有效容積2 500 m3）于2021 年9 月29 日02：09 停爐。高爐作業(yè)區(qū)認(rèn)真研究學(xué)習(xí)煉鐵廠下發(fā)的有關(guān)停爐的各項(xiàng)方案，細(xì)化方案，同時(shí)制定各項(xiàng)詳細(xì)的落實(shí)方案，并根據(jù)方案逐條認(rèn)真落實(shí)并簽字確認(rèn)。確保停爐期間各項(xiàng)工作萬無一失。借鑒3 號高爐停爐經(jīng)驗(yàn)，本次停爐仍采用回收煤氣停爐。

9 月28 日06：00 開始降料面，由于固有打水裝置打水量不足，頂溫高荒煤氣溫度已大于300 ℃，高爐被迫于09：09 小休風(fēng)，料線為8.7 m，休風(fēng)期間主要安裝爐頂打水管、更換破損風(fēng)口5 個(gè)（5 號、11 號、16號、19 號、23 號），同時(shí)摘除爐頂放散30%配重。14：00送風(fēng)繼續(xù)降料面，28 日20：03 料線降至20.83 m(爐腹上部) 時(shí)切煤氣，21：43 計(jì)算料線至22 m（爐腹中上部），打開鐵口，出最后一次鐵，29 日00：51 開始風(fēng)口逐步變黑，01：56 料線達(dá)到25.0 m（風(fēng)口帶），料線降至風(fēng)口帶，經(jīng)請示煉鐵廠領(lǐng)導(dǎo)，02：09 休風(fēng)停爐。

1 停爐前調(diào)劑

停爐前爐況順行穩(wěn)定，煤氣流分布合理，爐缸工作活躍，故停爐前未做大的調(diào)整，具體如下：

1）降低入爐鈦負(fù)荷，入爐鈦負(fù)荷8 kg，全焦冶煉時(shí)入爐鈦負(fù)荷降至7.2 kg（以塊礦調(diào)整）。

2）28 日夜班6 批（00:00）改全焦冶煉，大焦比650 kg/t、小焦比48 kg/t。礦批60 t（包括錳礦、硅石、螢石），焦批22.1 t，小焦批1.6 t。配加錳礦1.5 t/批、硅石0.5 t/批、螢石0.5 t/批。爐渣計(jì)算堿度參數(shù)由1.10 降至1.00 倍。焦炭負(fù)荷由4.11 減輕至2.52，鐵水w[Mn]由0.40%提高至0.80%～0.90%。

3）28 日04：00 加提熱焦一罐（22.1 t），06：00 加蓋面焦50 t（調(diào)劑頂溫）。

4）06：00 開始降料面，爐內(nèi)繼續(xù)噴煤（40 t/h），04：00 停吹煤粉罐。從預(yù)降料線直至28 日20：00 富氧，平均富氧率3.44%。

2 實(shí)施過程及效果

2.1 鐵水w[Mn]達(dá)到停爐要求

鐵水含錳量達(dá)到預(yù)期效果，渣鐵流動性較好。表1 為28 日鐵水成分變化趨勢。

表1 鐵水成分 %

從28 日白班開始，爐內(nèi)調(diào)整熱制度和造渣制度，要求w[Si]逐步提高至0.40%左右，提高爐缸熱儲備，降低爐渣堿度，保證渣鐵良好的流動性。

2.2 出鐵組織及控制

9 月28 日06：00 開始降料面至停爐，爐前共計(jì)出鐵三爐次（見表2）；復(fù)風(fēng)后直至停爐，出鐵一爐次。

表2 降料面期間出鐵情況

從1.5m開始降料面，計(jì)算爐內(nèi)負(fù)荷料產(chǎn)生的鐵水理論為943.6 t（1.5 m 至爐腰中部之間容積負(fù)荷料產(chǎn)生的鐵水總量）。降料線前最后一爐鐵06：06 堵口，開始降料面至停爐出爐三次，出鐵總量=362+427+130=919 t。實(shí)際出鐵量與理論計(jì)算基本持平。

2.3 預(yù)降料面爐內(nèi)參數(shù)

預(yù)降料面1.5～8.5 m 期間爐內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)變化見下頁表3。

表3 預(yù)降料面1.5～8.5 m 期間爐內(nèi)各項(xiàng)參數(shù)變化

06：00 負(fù)荷料全部入爐，開始降料面，選取操作風(fēng)量4 700 m3/min，富氧率4.0%，根據(jù)頂溫情況開啟爐頂固有打水裝置，其高壓霧化噴頭共有8 個(gè)，打水量30 t/h。預(yù)降料線共計(jì)打水90 t。

2.4 降料面爐內(nèi)參數(shù)

停爐降料面期間爐內(nèi)主要參數(shù)變化見表4。

表4 停爐降料面期間爐內(nèi)參數(shù)變化

小休風(fēng)復(fù)風(fēng)后，爐頂原固有打水和后裝打水裝置相互配合，爐頂溫度基本控制在500 ℃以內(nèi)，固有打水裝置管路暢通。降料面過程中基本以后加打水裝置為主，原有打水裝置配合，17：20 關(guān)閉爐頂原有打水閥門。平均頂溫滿足350 ℃至450 ℃之間要求。從28日14：00 至29 日02：09 停爐，爐頂原有打水裝置累計(jì)打水量為180 t，后裝打水裝置打水量累計(jì)為1 385.3 t，合計(jì)爐頂打水總量為1 565.3 t。

3 停爐得與失

3.1 達(dá)到低碳、環(huán)保、快速停爐

3.1.1 縮短停爐時(shí)間

前期預(yù)控料線及小休風(fēng)均按照停爐方案嚴(yán)格執(zhí)行，最終通過風(fēng)量（見下頁圖1）、氧量的充分利用，控料線過程較預(yù)計(jì)時(shí)間縮短2 h 51 min 停爐。

圖1 停爐前后壓量關(guān)系圖（自上而下四條曲線分別為頂壓、風(fēng)量、熱風(fēng)壓、料線）

3.1.2 停爐前后操作爐型控制合理

停爐前及停爐期間爐型溫度控制合理，各部溫度（見圖2、圖3）穩(wěn)定，說明爐體各部爐墻較為干凈，無黏結(jié)情況，為安全停爐創(chuàng)造了有利條件。

圖2 銅冷卻壁5-7 段溫度情況（自上而下三條曲線分別為7 段、6 段、5 段均溫）

圖3 爐身8-14 段溫度情況（自上而下五條曲線分別為14 段、12 段、10 段、9 段、8 段均溫）

3.1.3 合理回收煤氣

當(dāng)出現(xiàn)以下情況之一時(shí)，高爐停止回收煤氣。

1）當(dāng)混合煤氣中含φ（H2）＞10%或φ（O2）＞0.8%時(shí)，爆震頻繁，要準(zhǔn)備切煤氣。

2）料面已經(jīng)降到爐腰下部和爐腹上部，可根據(jù)探尺和煤氣成分綜合判定。

3）通過減風(fēng)控制風(fēng)量，仍然出現(xiàn)爐頂壓力劇烈波動、頻繁爆震。

4）爐皮發(fā)生嚴(yán)重跑火冒氣現(xiàn)象。

5）布袋除塵系統(tǒng)無法滿足高爐回收煤氣需求。

28 日20：03 根據(jù)風(fēng)量、氧量計(jì)算料線深度和實(shí)際料線深度，料面下達(dá)至爐腹中上部區(qū)域，爐內(nèi)切煤氣操作。在切煤氣前，爐頂壓力基本穩(wěn)定，17：55、18：32、18：59 爐內(nèi)出現(xiàn)3 次爆震，布袋除塵系統(tǒng)工作正常，混合煤氣（見表5、圖4）中含氫和含氧低于報(bào)警值。20：00 料線到達(dá)爐腰下部（20.83 m），考慮安全因素決定停止回收煤氣。高爐降料面過程中，各項(xiàng)參數(shù)受控。

圖4 小休風(fēng)后復(fù)風(fēng)到停爐期間煤氣分析曲線

表5 控料線開始到停爐期間煤氣分析

根據(jù)煤氣曲線判斷料線深度：φ（H2）上升接近φ（CO2）值時(shí)，料面在爐身下部；φ（H2）＞φ（CO2）時(shí)，料面進(jìn)入爐腰；φ（CO2）回升料面進(jìn)入爐腹；φ（N2）開始上升，料面進(jìn)入風(fēng)口區(qū)。

切煤氣時(shí)，CO2曲線與H2曲線相交后繼續(xù)下降，H2曲線繼續(xù)上升，但之后CO2曲線并無明顯回升，02：30 以后N2曲線有小幅回升；由于回收煤氣和停止回收煤氣，高爐冶煉過程發(fā)生較大變化，所以切煤氣后煤氣成分僅供參考，不能作為判斷料面位置的準(zhǔn)確理論依據(jù)。

3.1.4 改善吹出物質(zhì)量

高爐于9 月28 日20：03 停止回收煤氣后，爐頂放散全開,在出鐵前關(guān)閉1 個(gè)放散，頂壓維持在40～50 kPa。高頂壓降料線，爐內(nèi)焦炭燃燒充分，然后經(jīng)爐頂放散吹出，地表落物為灰白色焦灰，而不是焦粉顆粒，對環(huán)境污染大幅降低。

3.1.5 爐頂放散完好無損

高爐停止回收煤氣，打開爐頂三個(gè)放散。因?yàn)闋t頂放散吹出物是焦灰和水蒸汽，而不是顆粒狀物體，所以停爐后放散完好無損。

3.1.6 爆震情況

預(yù)降料線期間無爆震情況出現(xiàn)，14：00 送風(fēng)至停爐，共計(jì)出現(xiàn)6 次爆震現(xiàn)象（風(fēng)量選取整體較大，頂溫較高，爐頂打水量大且頂溫控制不均勻?qū)е拢?，其?次爆震時(shí)頂壓最大上幅20～48 kPa，爐內(nèi)采取開排風(fēng)閥（約25%開度）控制風(fēng)量使用。爆震時(shí)排風(fēng)閥開度情況見圖5。

圖5 排風(fēng)閥開度情況圖

3.1.7 噸焦耗風(fēng)校正與理論選取偏差在允許范圍

1）預(yù)降料線。夜班6 批全焦冶煉（大小焦23.8 t/批），夜班下料38 批，蓋面焦50 t。09：09 休風(fēng)時(shí)，累計(jì)風(fēng)量454.63 km3（包括富氧），累計(jì)富氧33.56 km3。06：00～09：09 休風(fēng)未吹煤。休風(fēng)時(shí)全焦負(fù)荷料下達(dá)風(fēng)口線以下，降料面前全焦冶煉料段已到風(fēng)口。09：09 休風(fēng)已經(jīng)燃燒全焦負(fù)荷料=439.62/81.31×0.85=6.4 批。1.5～8.5 m燃燒的焦炭量=6.4×23.8=178.5 t。噸焦耗風(fēng)=（454.63-33.56+33.56/0.21）×1 000/178.5=3 254.2 m3/t（理論取值3 200 m3/t）。

2）小休風(fēng)后降料面。送風(fēng)至停爐，累計(jì)風(fēng)量2 150.32 km3（包括富氧），累計(jì)富氧39.78 km3。8.5 m 至風(fēng)口中心之間容積為1711.51m3。燃燒焦炭=1711.51/81.31×0.85=24.7 批，24.7×23.8+50=637.86 t。噸焦耗風(fēng)=（2 138.52-39.78+39.78/0.21）×1 000/637.86=3 587.3 m3/t（理論取值3 800 m3/t）。

3.2 停爐過程欠缺方面

騰倉期間，嚴(yán)格按照騰倉計(jì)劃實(shí)施。在停爐前對各個(gè)料倉進(jìn)行重新標(biāo)定，根據(jù)停爐料單反復(fù)核算所需每種料的質(zhì)量。安排好時(shí)間節(jié)點(diǎn)灌倉，至29 日06：00礦倉基本騰空。但焦炭倉位在21：00 開始長期一直保證高料位，倉位灌的太滿并且可能在9 m 以上料位顯示不準(zhǔn)，還有設(shè)備漏料因素，導(dǎo)致灌倉量較計(jì)劃多約300 t，最終未能全部騰空焦倉。

4 停爐的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

1）1 號高爐此次停爐采用全部回收煤氣法停爐，實(shí)現(xiàn)了安全順利停爐。

2）全部回收煤氣法停爐減少煤氣對空放散6 h，在減少對大氣污染的同時(shí)，又多回收了煤氣，做到了環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益的兼顧。

3）停爐前保證合理的操作爐型是安全停爐的首要基礎(chǔ)。本次停爐爐溫、渣堿度控制較理想，為后續(xù)放殘鐵奠定了基礎(chǔ)。

4）停爐全焦冶煉時(shí)燃料比控制是降料線的關(guān)鍵因素，燃料比較正常冶煉時(shí)高110 kg/t，為合理控制參數(shù)的基準(zhǔn)。

5）在降料線過程中，頂溫能通過打水量控制在350～500 ℃內(nèi)時(shí)，積極使用風(fēng)量、富氧，能有效保障停爐的進(jìn)度。

6）停爐期間切煤氣后出鐵期間保持關(guān)閉兩個(gè)放散，頂壓在40～50 kPa，保證渣鐵流速。同時(shí)降低煤氣流速，使焦炭小顆粒充分燃燒，有利于加快停爐進(jìn)程。

7）切煤氣時(shí)必須依靠料線、風(fēng)量氧氣理論計(jì)算料線及煤氣分析三方面依據(jù)綜合判斷，確保停爐期間煤氣管網(wǎng)的安全。

8）騰倉時(shí)應(yīng)保證中高料位，隨時(shí)根據(jù)當(dāng)時(shí)的料速臨時(shí)調(diào)整，以便于在預(yù)降料面前騰空所有的料倉。