九鋼4號高爐熱風(fēng)爐快速涼爐及烘爐實踐

李明　曾俊

摘 要：因九鋼4號高爐3座頂燃式熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口及支管經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)紅跑風(fēng)的現(xiàn)象，故利用這次大修機會，對其進行涼爐檢修。通過制定合理的硅磚熱風(fēng)爐涼爐方案，采用助燃空氣從下部經(jīng)冷風(fēng)管道通風(fēng)冷卻的方式，按照計劃涼爐曲線降溫實現(xiàn)了安全順利的涼爐。對此次涼爐總結(jié)操作經(jīng)驗，為今后硅磚熱風(fēng)爐涼爐及烘爐提供重要參考。

關(guān)鍵詞：熱風(fēng)爐；涼爐；烘爐；硅磚

PRACTICE OF QUICK COOLING AND DRYING OF HOT AIR STOVE IN NO. 4 BLAST FURNACE OF JIUGANGL

Li Ming? ? Zeng Jun

（Jiujiang Pinggang Steel Co.， Ltd.? ? Jiujiang? ? 332500，China）

Abstract：Since the hot air outlets and branch pipes of the three top combustion hot blast furnaces of No. 4 blast furnace in Jiujiang Iron and Steel Works often appear red and blow， the overhaul opportunity was used to conduct cooling furnace maintenance. By formulating a reasonable cooling scheme for silica brick hot blast furnace， adopting the way of ventilation and cooling of combustion supporting air from the lower part through the cold air duct， the safe and smooth cooling of the furnace is achieved according to the planned cooling curve. This paper summarizes the operation experience of this cooling furnace， and provides important reference for cooling and drying of silica brick hot blast furnace in the future.

Key words： hot blast stove；cold stove；baking；silica brick

0? ? 前? ? 言

九鋼4號1 780 m3高爐一代爐齡于2009年10月投產(chǎn)，配比3座頂燃旋切卡魯金式熱風(fēng)爐，采用煤氣及助燃空氣雙預(yù)熱模式，設(shè)計風(fēng)溫1 200 ℃。蓄熱室采用φ28 mm單塊19孔格子磚熱風(fēng)爐上部為硅質(zhì)格子磚，中部為高鋁質(zhì)格子磚，下部為黏土質(zhì)格子磚。熱風(fēng)爐主要設(shè)計參數(shù)見表1。

4號高爐自投產(chǎn)以來已歷經(jīng)大修兩次，此次為第三次。在歷經(jīng)數(shù)次大修之后熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口及支管經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)紅或燒穿跑風(fēng)的現(xiàn)象，影響高爐無計劃休風(fēng)或者一燒一送送風(fēng)，對高爐正常生產(chǎn)造成不利影響。故利用此次大修機會對3座熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口和熱風(fēng)支管進行處理，并更換上面10層格子磚。

2021年12月15日19：00熱風(fēng)爐開始涼爐，23日8：00結(jié)束，用時181 h。涼爐后檢查熱風(fēng)大墻和拱頂完好（4號熱風(fēng)爐有幾條輕微裂縫）。檢修期間主要對熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口澆筑；熱風(fēng)支管耐火磚重新砌筑；格子磚各更換10層，另增加3層，共計用格子磚208 t；熱風(fēng)支管、煤氣管道波紋管更換；煙道支管破損磚澆筑處理和支管噴涂（總管三叉口有脫落未噴）；停爐檢查發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)總管和豎管三叉口掉磚澆筑處理。

熱風(fēng)爐按計劃檢修結(jié)束后，嚴格按照先前制定的烘爐曲線升溫，前期使用烘爐器引高爐煤氣進行烘爐操作，后將熱風(fēng)爐拱頂溫度升至目標(biāo)水平后，轉(zhuǎn)入熱風(fēng)爐燃燒器正常燒爐操作烘爐，高爐開爐正常生產(chǎn)后，風(fēng)溫仍達到檢修前的1 190 ℃以上的水平。

1? ? 涼爐前準(zhǔn)備工作

1.1? ? 涼爐計劃的制定

硅磚的主要礦物組成為鱗石英、方石英及少量的石英和玻璃質(zhì)。其最大優(yōu)點是重量輕、荷重軟化溫度高、高溫?zé)岱€(wěn)定性和傳熱性能好。因此被廣泛應(yīng)用于高風(fēng)溫?zé)犸L(fēng)爐的高溫區(qū)，但缺點是低溫體積穩(wěn)定性差，主要是由于SiO2 在不同的溫度存在復(fù)雜的晶型轉(zhuǎn)變，共有七個結(jié)晶型變體和一個非晶型變體，硅磚在180～270 ℃時由α－方石英向β－石英轉(zhuǎn)化。根據(jù)硅磚的特性，低于350 ℃時，硅磚線膨脹率達0.89%～1.13%；350～700 ℃時，線膨脹率為0.26%～0.36%；700～900 ℃時，線膨脹率最小。因此，硅磚在600 ℃以下時，體積穩(wěn)定性不好，容易產(chǎn)生龜裂，使熱風(fēng)爐蓄熱能力下降，風(fēng)溫降低，損壞熱風(fēng)爐磚襯，縮短熱風(fēng)爐使用壽命。

因此在涼爐過程中如何把握各部位硅磚溫度下降的節(jié)奏非常重要。涼爐的基本原則就是要保證熱風(fēng)爐各部位的硅磚砌體溫度在下降至各晶型轉(zhuǎn)變溫度時能按照要求的降溫速率經(jīng)過不同的相變點，防止硅磚因晶型快速轉(zhuǎn)變造成硅磚體積異常變化產(chǎn)生破損。但為了配合此次大修高爐檢修及高爐本體烘爐要求的節(jié)奏，熱風(fēng)爐涼爐時間不能太長，故此次涼爐采用在高爐未休風(fēng)前先將拱頂溫度下降至800～900 ℃，高爐休風(fēng)停爐后再通過引入助燃風(fēng)機從下部強制通風(fēng)的方式進行，涼爐降溫計劃見圖1。

冷卻速度如下所示：

10 ℃/hr從900～800 ℃（10 hr）（900 ℃為最小開始溫度）

8 ℃/hr從800～600 ℃（25 hr）

2.5 ℃/hr從600～50 ℃（220 hr）

涼爐開始先是在高爐還未停爐時即將熱風(fēng)爐停止燒爐，采取輪換送風(fēng)不燒爐的方式將熱風(fēng)爐拱頂和硅磚溫度都降至900 ℃以下。然后在高爐停爐后切斷高爐與熱風(fēng)爐的聯(lián)系，將助燃風(fēng)機搭接管道引入冷風(fēng)管道，利用助燃風(fēng)進行涼爐。待助燃風(fēng)涼爐將熱風(fēng)爐拱頂溫度降至100 ℃后考慮使用軸流排風(fēng)扇，從下部人孔處鼓入冷風(fēng)進行進一步冷卻，以便于檢修人員進入作業(yè)。

因此次只對熱風(fēng)爐熱風(fēng)出口破損墻磚和熱風(fēng)支管進行砌筑，熱風(fēng)爐內(nèi)部只更換上部10層格子磚，仍有大量的蓄熱磚均將繼續(xù)用于高爐開爐后的正常生產(chǎn)，故此次涼爐操作必須保護性涼爐，不能破壞熱風(fēng)爐內(nèi)耐材的工作性能。? 因此，除考慮硅磚晶型轉(zhuǎn)化帶來的破壞外，還要考慮在高溫段，避免冷風(fēng)接觸到蓄熱室及其以下部位的耐火磚，以免出現(xiàn)因急冷而帶來的耐材開裂等問題。

1.2? ? 涼爐操作

熱風(fēng)爐涼爐第一階段主要是在高爐降料面期間將拱頂溫度降至900 ℃以下，因此區(qū)間在熱風(fēng)爐的正常工作范圍內(nèi)，不涉及到硅磚晶型轉(zhuǎn)變，故采取不燒爐，由3座熱風(fēng)爐輪流交替送風(fēng)的方式向高爐提供不低于800 ℃的風(fēng)溫，并在送風(fēng)期間將拱頂溫度及硅磚溫度逐步?jīng)鱿聛?，高爐于12月14日19：00開始降料面操作，22：00左右開始停止燒爐操作，12月15日早上6：18分高爐休風(fēng)停爐，熱風(fēng)爐拱頂降至900 ℃左右，此段過程較為順利。

第二階段，在高爐停爐后關(guān)閉熱風(fēng)爐所有冷風(fēng)閥、熱風(fēng)閥，打開廢氣閥泄壓。熱風(fēng)爐下部排布管道，將助燃空氣管道從5號熱風(fēng)爐冷風(fēng)閥上部周邊接口引出，分三個支管到冷風(fēng)閥處人孔。其中主管DN1000管道接到地面，在分三根支管DN600管道，并配蝶閥可調(diào)節(jié)。涼爐時產(chǎn)生的廢氣由拱頂人孔經(jīng)爐頂人孔保護管排出，通過調(diào)整助燃風(fēng)管道閥門開度和冷風(fēng)閥開度，控制降溫曲線。

本次涼爐吸取上次3號高爐涼爐的教訓(xùn)，上次涼爐時由于管道小，風(fēng)量無法滿足涼爐需要，后期為趕進度被迫采用從頂部鼓風(fēng)倒過來涼爐的方式?jīng)鰻t。此次將涼爐從助燃風(fēng)搭接的總管由原來400 mm擴大至1 000 mm，支管擴大至600 mm，從結(jié)果看完全能滿足涼爐需要。

調(diào)整涼爐速度和溫降主要靠調(diào)整助燃風(fēng)管道的閥門開度來實現(xiàn)。

涼爐操作開始后，3座熱風(fēng)爐的拱頂溫度每0.5 h各記錄一次，拱頂溫度變化推移過程見圖3。

2021年12月15日19：00熱風(fēng)爐采用助燃風(fēng)開始涼爐起計算，截止23日8：00結(jié)束，此次涼爐共用時181 h。

拱頂溫度降低至80 ℃后，停止助燃風(fēng)機送風(fēng)，將熱風(fēng)爐上部燃燒室人孔及下部爐箅子人孔打開連通大氣，下部爐箅子人孔處放置一臺7.5 kW軸流排風(fēng)扇，自上而下倒抽形成負壓，以降溫滿足人員進入條件。

涼爐后檢查熱風(fēng)大墻和拱頂完好（4號熱風(fēng)爐有幾條輕微裂縫）。但熱風(fēng)出口處磚襯脫落非常嚴重，相貫線處已經(jīng)可以看到爐殼鋼殼，見圖4。

2? ? 烘爐操作

2.1? ? 烘爐升溫曲線的確認

硅磚熱風(fēng)爐烘爐時主要考慮硅磚低溫相變引起的體積膨脹對熱風(fēng)爐砌體穩(wěn)定性的影響。烘爐要保證耐火磚均勻、緩慢而又充分膨脹，避免砌體因熱應(yīng)力集中或晶格轉(zhuǎn)變造成損壞，緩慢地驅(qū)趕新砌體內(nèi)的水分，避免水分突然大量蒸發(fā)破壞耐火砌體，盡量減少烘爐費用，縮短時間以確保高爐按時點火開爐。此次熱風(fēng)爐檢修僅更換熱風(fēng)爐蓄熱室上部少量格子磚及熱風(fēng)管道等處的耐火磚，因此，砌體內(nèi)水分含量較少，故熱風(fēng)爐烘爐時間也相應(yīng)縮短。

2.2? ? 烘爐工藝的確認

此次熱風(fēng)爐烘爐一開始選擇用烘爐器烘爐，使用高爐煤氣利用烘爐器產(chǎn)生的熱煙氣對3座熱風(fēng)爐進行加熱升溫。將烘爐器安裝在上部平臺的點火孔處，向爐內(nèi)噴射熱風(fēng)，使?fàn)t內(nèi)緩慢升溫達到烘爐曲線要求。在燃燒器選型時應(yīng)盡量選擇風(fēng)量大一些的風(fēng)機。在燃燒器燒嘴前端加焊一節(jié)等徑0.8 m長的圓管，使燒嘴前端遠離爐墻，避免明火直接接觸硅磚，并在圓管內(nèi)焊錨固件抹耐火泥漿。每座熱風(fēng)爐單獨采用1臺燃燒器進行烘烤升溫，并在機旁備有2臺燃燒器，確保熱風(fēng)爐烘爐的均勻及穩(wěn)定性。

2.3? ? 烘爐操作注意事項

1）烘爐過程中爐內(nèi)溫度600 ℃以下時偏差≤2 ℃，600℃以上偏差≤4 ℃；

2）烘爐結(jié)束后，熱風(fēng)爐燃燒室溫度需≥900 ℃，便于熱風(fēng)爐點火，煙氣溫度≤200 ℃；

3）如熱風(fēng)爐烘爐中途因外部因素影響不能及時烘爐，熱風(fēng)爐需長時間保溫，其煙氣溫度應(yīng)控制在150～250 ℃，一是在700 ℃時就應(yīng)減少風(fēng)量及煤氣量來保證煙氣不超標(biāo)。二是要采用打開熱風(fēng)閥和倒流休風(fēng)閥，使熱量從上部抽走（此操作應(yīng)在各風(fēng)口盲板閥安裝好的前提下進行）。

4）烘爐溫度每1小時記錄1次，凡出現(xiàn)實際溫度偏離烘爐曲線規(guī)定溫度應(yīng)及時標(biāo)出，如果升溫速度超過規(guī)定時，不允許降溫，而應(yīng)在此水平上保持等待達到規(guī)定時間后，再繼續(xù)升溫，如果升溫速度低于規(guī)定時，需逐步調(diào)大烘爐空煤氣用量。

5）如前期低溫階段出現(xiàn)滅火等異常狀況，須立即關(guān)閉煤氣支管切斷閥，并繼續(xù)向爐內(nèi)鼓風(fēng)10～15? min，將爐內(nèi)煤氣盡可能吹散，再進行點火作業(yè)。

3? ? 烘爐操作

3.1? ? 烘爐器烘爐操作

從2021年12月31日18：50分開始，6號熱風(fēng)爐先開始烘爐，2022年1月1日5：20分5號熱風(fēng)爐開始點火，受施工工期及其它方面因素影響，4號熱風(fēng)爐于1月4日17：30分點火烘爐，熱風(fēng)爐烘爐基本按計劃曲線升溫。

3.2? ? 烘爐器烘爐改點火烘爐操作

至1月12日上午9：00，5號熱風(fēng)爐和6號熱風(fēng)爐拱頂溫度達到800 ℃以上，但因為高爐爐內(nèi)大修節(jié)點提前，高爐需提前烘爐，為配合高爐烘爐需要，將熱風(fēng)爐5號和6號爐由烘爐器烘爐改為正常使用煤氣和助燃空氣燒爐來烘爐，以方便后續(xù)直接用熱風(fēng)爐熱風(fēng)給高爐烘爐。

具體操作為，首先將三座熱風(fēng)爐停止烘爐，關(guān)閉為烘爐器提供煤氣和空氣的閥門，關(guān)閉煤氣總管盲板關(guān)閉，并且用氮氣吹掃。然后拆除烘爐器，烘爐器拆除后將熱風(fēng)爐上部人孔封死。再將熱風(fēng)爐煤氣和空氣管道盲板拆除，烘爐支管裝上盲板（后續(xù)4號熱風(fēng)爐還要繼續(xù)用烘爐器烘爐）。人孔砌磚完成后按安全方案引入煤氣準(zhǔn)備燒爐。

3.3? ? 熱風(fēng)爐正常點火燒爐操作

組織熱風(fēng)爐點火烘爐。點火時先小開空氣（2 000 m³/h），然后小開煤氣（2 000～2 500 m³/h），確認爐頂著火后（拱頂溫度上升趨勢）可以適當(dāng)增加空氣、煤氣用量（煤氣控制＜30 000 m³/h，空氣控制＜25 000 m³/h），并視情調(diào)劑，此階段熱風(fēng)爐屬于中燒階段。后續(xù)根據(jù)熱風(fēng)爐拱頂及煙道溫度情況調(diào)劑煤氣、空氣用量。當(dāng)拱頂溫度上升至1 200 ℃以上，煙道溫度上升至300 ℃以上，應(yīng)停止燒爐，改保溫操作。此時具備供高爐烘爐條件。

若燃燒器連續(xù)點火三次未點燃，應(yīng)采取人工點火的方式，打開36 m平臺點火人孔，再小開空氣（2 000 m³/h）和煤氣（2 000 ～ 2 500 m³/h），最后將點燃的點火槍從點火人孔插入點火。

從12月31日18：50分6號熱風(fēng)爐烘爐點火點火成功開始計算，至1月12日23：00烘爐結(jié)束，用時293.5 h。至此，熱風(fēng)爐具備高爐烘爐條件。

3.4? ? 烘爐器烘爐改熱風(fēng)爐燒爐注意事項

1）抽煤氣盲板過程存在煤氣中毒的風(fēng)險，需事先準(zhǔn)備軸流風(fēng)扇和空氣呼吸器。

2）進入管道存在窒息風(fēng)險，進入管道前必須先檢測管道內(nèi)煤氣濃度和氧氣含量，同時在管道內(nèi)作業(yè)也必須攜帶煤氣報警器和測氧儀。

3）人工點火存在煤氣中毒的風(fēng)險，作業(yè)前必須檢測作業(yè)點煤氣濃度，同時作業(yè)人員攜帶煤氣報警器。

4? ? 小? ? 結(jié)

1）九鋼4號高爐熱風(fēng)爐原計劃使用助燃風(fēng)機涼爐255 h，因前期涼爐風(fēng)量控制不到位影響，實際用時181 h，但熱風(fēng)爐涼爐以后發(fā)現(xiàn)除4號熱風(fēng)爐大墻有幾條輕微裂縫外，其他部位大墻和拱頂均完好，高爐復(fù)風(fēng)正常生產(chǎn)后熱風(fēng)溫度較大修前相差無幾，均能保證在1 190 ℃以上，說明其他未更換的格子磚也沒有產(chǎn)生較明顯破損。參考馬鋼熱風(fēng)爐的涼爐實踐，認為熱風(fēng)爐涼爐時間縮短至7～10 d是可行的，鞍鋼在1985年僅用14 d，就將6號高爐硅磚熱風(fēng)爐成功的涼下來。故認為，不論時間長短，涼爐后熱風(fēng)爐砌體均會有少量不同程度的損壞，涼爐時間的長短并非造成砌體損壞的主要原因。硅磚的性能更為重要，硅磚膨脹小的涼爐時間可短一些?？s短涼爐時間，對經(jīng)濟大修節(jié)約成本是有利的。

2）此次4號高爐熱風(fēng)爐利用助燃風(fēng)機經(jīng)冷風(fēng)管道反送風(fēng)涼爐沒有因為砌體的收縮造成耐材的潰破和倒塌，說明此次涼爐方案的制定是合理的，涼爐操作也是成功的，為今后硅磚熱風(fēng)爐的涼爐總結(jié)了經(jīng)驗。

3）此次4號高爐熱風(fēng)爐烘爐受高爐本體檢修節(jié)點提前的影響，烘爐溫度并沒有達到計劃要求的900 ℃以上的水平，只達到800 ℃以上，但實際操作時準(zhǔn)備工作到位，熱風(fēng)爐抽盲板，封人孔等均未耽擱時間，因此點火時熱風(fēng)爐拱頂溫度仍然充足，點火較順利。

4）對熱風(fēng)出口組合磚及熱風(fēng)支管磚襯的的損壞，分析主要有兩方面的原因，一是熱風(fēng)爐波紋管失效，造成熱風(fēng)支管不能正常補償膨脹和收縮。二是熱風(fēng)閥冷卻水長期泄漏流淌至熱風(fēng)爐內(nèi)，耐火磚遇水理化性能下降侵蝕粉碎。所以，下次熱風(fēng)閥發(fā)生漏水后，不能拖至高爐定修周期時處理，這樣會對爐內(nèi)耐火磚性能造成很大影響，容易引起事故的發(fā)生。

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