江阴兴澄特钢1#高炉冷却壁损坏后的操作与维护实践

时间：2024-07-28

刘运峰，李容成，胡慕凯

(江阴兴澄特种钢铁有限公司炼铁厂，江苏江阴 214429)

江阴兴澄特钢1#高炉(公称容积1280 m3)于 2015年11月开炉投产。设计20个风口，东西出铁场各一个铁口。高炉炉缸采用炭砖+陶瓷杯结构。高炉本体采用全铸铁冷却壁和软水密闭循环冷却模式。配置三座顶燃式热风炉、底滤法水冲渣工艺。开炉之初由于无1000 m3级高炉操作经验，炉况顺行欠佳，装制调整不合理，中心气流未打开，长期靠发展边缘的操作模式维持生产，导致炉腹至炉身下部经常大面积渣皮脱落，冷却壁温度在400～800 ℃之间波动。虽采取减风、控氧措施，由于冷却壁温度经常超过铸铁冷却壁的相变温度，1#高炉自2018年10月起，炉腹部位冷却壁开始损坏。到2020年4月之后，冷却壁烧损率加剧。炉腹段160根冷却壁水管已跳接改为工业开路水冷却的管路达到11路，闭水管路达到37路，损坏率高达30%。在2020年4月～2020年8月，冷却壁损坏区域在不断扩大，西侧、西北侧尤为严重。炉腹至炉身下部区域冷却壁壁体已不复存在，冷却效果大幅降低，破损区域很难形成稳定性渣皮，从而导致高炉炉况一直处于波动状态，多次出现气流分布失常。由于大量冷却水进入高炉，导致高炉消耗居高不下。在日常生产中，炉壳发红的状况时常出现，存在重大安全隐患。在此期间采取以下应对措施：(1)炉壳安装铜冷却柱和炉壳外部打水冷却。(2)炉壳开裂严重部位，在其外部安装冷却水箱。(3)对轻微漏水的冷却壁进行控水。(4)严重漏水的冷却壁管路进行闭水，并采用跳接改为工业水冷却。(5)漏水严重区域安装摄像，加强监控。(6)炉内操作采用抑制边缘气流，开放中心气流的布料模式。提高炉温，(Si)/%按0.4%～0.6%、物理热按1480～1500 ℃控制。(7)炉前加强渣铁排放，确保出尽渣铁。由于采取了上述有效措施，从冷却壁破损到停炉中修，1#高炉未发生安全生产事故。

1 冷却壁漏水对高炉操作的影响

1.1 高温区冷却壁漏水，导致高炉燃料消耗增加

炉身下部至炉腹区域炉内温度大概在700～1300 ℃，这个区域冷却壁大量破损，会使冷却水直接进入炉内高温区，并与焦炭发生反应：H2O+C=CO+H2，此反应大量耗热(1 kgH2O耗热7285 kJ)并消耗固定碳[1]。结果产生还原性气体，但在上升过程中并未得到充分利用，不能补偿其不利方面，最终会造成燃料消耗量增加。根据热力学计算，1 kg水漏入炉内，通过升温、汽化和分解反应所消耗的热量,需要 1.117 kg的焦炭来补偿，同时考虑到 1 kg水分解产生的氢气有三分之一参加还原反应，抵消了0.364 kg焦炭的消耗，综合起来，1 kg水漏入炉内要消耗 0.753 kg焦炭[2]。漏水越多，消耗的焦炭量越多。下面是1#高炉正常冷却壁和冷却壁破损后的高炉操作指标。

表1 1#高炉不同阶段主要技经指标

从上表可以看出冷却壁破损后高炉指标不断恶化，高炉产量从正常生产时的4000 t→3950 t→3800 t→3700 t，焦比从312 kg/t→322 kg/t→335 kg/t→360 kg/t，燃料比从518 kg/t→523 kg/t→526 kg/t→530 kg/t。主要原因还是冷却壁漏水，消耗炉内大量热量造成的。

1.2 高温区冷却壁漏水，对高炉休、复风影响

从操作方面看，高炉在休风、复风过程中，破损冷却壁没有及时控水或控水量不到位，会使冷却水大量漏入炉内。漏入炉内的冷却水与炉料接触，在一定温度下形成炉瘤粘结在炉墙上，影响炉内气流分布和炉料正常下降，容易引起崩、滑料，甚至造成高炉悬料。具体表现在高炉慢风操作时，炉内崩料、滑料、坐料次数增加(如表2)。冷却壁漏水，导致高炉不顺，高炉被迫减风甚至慢风操作，如果破损冷却壁控水力度不够就会造成炉凉甚至炉缸冻结的严重事故。2020年4月15日，1#高炉定修12小时处理冷却壁漏水，复风后出现了深崩料，料线达到5m 左右并伴有严重管道行程，煤气流分布失常。1#高炉在恢复过程中出现悬料，工长及时采取大幅度控风、控水、缩矿批、轻负荷、加净焦等有力措施，12h后炉温开始回升，严格按压差操作，高炉逐步恢复到全风状态。通过上述现象，可以分析认为：冷却壁漏水是引起炉况不顺的主要原因。

表2 2020年1#高炉炉况波动情况

2 冷却壁漏水的高炉操作

2.1 采取多种措施对漏水冷却壁处理，完善各种监控制度

正常生产时对炉缸以上6～15段的冷却壁160根水管进行逐一排查，采取逐根同时关闭炉底进水阀和炉顶回水阀，利用憋压原理对冷却壁水管进行漏水排查。对检查出的漏水管路进行在线改为工业开路水，整路开路水虽能控制漏水冷却壁漏入炉内的水量，但是会降低此路其它段冷却壁的冷却强度。针对这一情况，我们利用休风机会对漏水管路做水平衡，查出漏水的具体位置，排查结果显示多为炉腹的6～7段冷却壁。随后对漏水的6～7段冷却壁进行水管跳接，漏水段改为工业开路水，未漏水的恢复软水。由于炉腹段漏水管路偏多，而且比较集中，有的区域冷却壁甚至不复存在。在日常生产中，时常会出现炉壳冒蒸汽，甚至出现炉壳发红现象。为了减少这些情况的发生，我们利用休风机会对只剩炉壳的区域安装铜冷却柱。对冷却壁集中损坏的区域，在炉壳外部安装冷却水箱，其它区域实行炉外打水强制冷却。并在冷却壁水管损坏区域安装炉壳测温热电偶，现场安装摄像头实时监控，把炉壳测温和现场摄像全部连接到主控室的大屏上等一系列措施。这样不但大大减少了炉内漏水量，也增强了冷却壁破损区域炉壳的冷却强度。同时我们制订了多项管理制度，如定时测量、巡查制度、汇报制度，要求值班工长和配管工一起联合监控漏水冷却壁，做到勤监测、勤记录、勤调剂，加强责任心，严禁弄虚作假，保证数据的真实性。对漏水冷却壁按漏水程度分区段分类别进行水温差的控制管理．当班配管工每半小时巡查，每2 h测量、记录一次。漏水特别严重的，水温差按上限控制在 70～90 ℃，保证出水管头不断水；漏水比较严重的，水温差按 40～50 ℃进行控制，以不冒蒸汽为标准，若遇到慢风、休风须关小、关死进水阀；漏水一般的冷却壁水温差按 25～35 ℃来控制，休风也要关小进水阀到不断水为止[3]。

2.2 增加铁水含硅量和物理热，提高炉子抗风险能力

稳定的热制度是保证炉况稳定、顺行的前提。尤其在冷却壁破损严重，大量漏水的情况下，保持物理热充足尤为重要。否则，物理热和硅长期维持下限，遇到炉况波动，就会发生炉凉事故。为此，1#高炉作业区制定了漏水期间炉温管控标准：铁水物理热严格按1480～1500 ℃控制，要求工长每炉铁测量两次铁水温度。在来渣后30min和出铁后期各测一次，及时掌握炉温变化趋势。化学热【Si】按0.4%～0.6%控制。二者之一低于下限值，工长必须采取提炉温措施。通过增加喷煤量提高燃料比、减氧控制料速、增加焦比5～10 kg/t和适当补加净焦等措施，确保炉温提至目标值，以提高高炉抗风险能力。

2.3 坚持每天夜班出来召开炉况分析会，制定科学合理的操作方针

随着冷却壁破损的加剧，高炉操作的难度也逐步加大，炼铁分厂组织1#高炉作业区成立操业会。由首席工程师亲自挂帅，组员由正副作业长、炉前作业长、炉前大班长、夜班出来的正副工长、炉前炮手、炉前班长和接班的工长组成，每天8:30召开夜班炉况总结会。认真分析炉况，集思广益，制定科学、合理的操作方针。总体操作思想为：抑制边缘气流，开放中心气流，操作上稳定炉温、气流、跑料三要素，对操作参数进行量化。炉温(Si)/%按0.4%～0.6%、物理热按1480～1500℃控制。气流方面根据十字测温调整装制，保证边缘温度在60～100 ℃，次中心温度在200～350 ℃，中心温度在450～650 ℃。矿批由正常生产时的40 t →37 t→35 t,保证料批7～8批/h。控制全压差≤170 kPa，上部压差≤35 kPa，下部压差110～120 kPa，超过此范围，采取控氧、减风、加焦比等措施，确保炉况顺行。

2.4 强化渣铁排放，为高炉操作创造条件

炉渣在炉缸中的滞留率是影响炉况顺行的重要因素，加强炉前渣铁排放尤为重要。而炉缸渣铁的洁净率是由铁口深度、出铁时间、铁流速度决定的。

通过组织炉前技术人员和工长讨论，对炉前的操作参数进行了全面优化。将1#和2#铁口上方的风口直径由Φ115 mm→Φ110 mm，风口长度由425 mm→450 mm，开口间隔时间由20 min→15 min，钻头直径由Φ42 mm→Φ45 mm。通过对上面的参数调整，炉前渣铁排放时间由过去的70～90 min→110～130 min，铁流速度由3～4 t/min→4～5 t/min。有力提升了渣铁排放率，减少了炉缸渣铁滞留率，促进了炉况稳定顺行。

1#高炉在高温区冷却壁损坏漏水的情况下，由于采取措施得到，在生产、安全两不误的情况下，持续生产达17个月。最后按公司计划，安全停炉中修。