降低高炉铁口喷溅的工业实践

2022-09-22谭亚韡武晓阳刘兰润王龙浩

山西冶金 2022年5期

谭亚韡，武晓阳，刘兰润，王龙浩

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北唐山 063000）

铁口出铁喷溅给钢铁厂的生产带来诸多危害。如制约高炉产能提升，导致炉况失常；铁口喷溅现象会直接导致高炉渣铁排放不均，甚至出不净，限制高炉的强化冶炼；形成出铁事故，铁口喷溅会对铁口泥套造成破坏，一是刷坏泥套，二是在泥套内形成顽固性积渣、积铁，如果炉前未及时发现做出处理，则会导致堵不上口、烧坏泥炮甚至铁水下铁道等恶性事故；炉前工作量大，干渣量多；铁口区域工作环境差，威胁到生产安全与环保；影响生产成本，铁口的喷溅使得出铁效果差，铁次大幅增加，炮泥用量上升；主沟寿命缩短，由于铁口的长时间喷溅，铁水落点附近的主沟两侧侵蚀速度加快，主沟的使用周期大大缩短[1-3]。

通常，高炉出铁时都会伴随着轻微喷溅，喷溅在10 min内均属于正常现象，唐钢一炼铁厂4号高炉由于受3号铁口喷溅时间过长的影响，3号铁口日均出铁量远低于同一炉座的其余铁口，同时铁口喷溅也大幅度降低了大盖的使用寿命，3号铁口大盖更换周期约5 d，同一炉座的其余铁口大盖更换周期约15 d。

1 问题背景及原因分析

1.1 现状背景

自2019年12月份开始，3号铁口出现喷溅严重现象，喷溅时间为30~60 min（平均47 min），严重影响了出铁作业。3号铁口平均出铁量为2 690 t/d，平均出铁时间104.8 min；1号铁口平均出铁量为3 088 t/d，平均出铁时间103 min；2号铁口平均出铁量为3 074 t/d，平均出铁时间105 min；4号铁口平均出铁量为3 105 t/d，平均出铁时间105 min。针对3号铁口的喷溅情况进行总结，可将其分为3种：开口之后铁口一直喷溅至堵口；开口之后可以正常出铁20~40 min，之后出现喷溅至堵口；开口之后喷溅，正常出铁20~30 min后继续喷溅至堵口。4号高炉各铁口的具体出铁数据如表1所示。

表1 4号高炉各铁口出铁数据

1.2 原因分析

1.2.1 局部负压吸气

铁口喷溅的原因之一是由于液态渣铁从铁口孔道中高速流出造成局部负压，导致铁口吸入气体，气体在接触到高温的熔融液体后受热，气体体积急剧膨胀。通过对比同一炉座其余铁口数据情况，炮泥供应商为同一厂家，因此可以排除高炉炉况不稳及炮泥原料的原因。

1.2.2 煤气窜气

窜气的主要通道是风口各套与风口组合砖之间间隙、炉壳与冷却壁间的间隙、冷却壁间隙、耐火砌体间缝隙[4]。高炉生产伴随着煤气的产生，由于煤气通过高炉内耐材之间或炉壳与冷却壁间的间隙窜入铁口而混入液体渣铁中，在炉内高压的作用下，炉内的煤气通过这些裂纹和缝隙窜到铁口通道，形成了铁口煤气火，促使铁口喷溅的发生。此外，由于捣打料施工中采用人工捣打，可能存在密度差别，再加上冷却壁的冷却作用，碳素捣打料无法烧结，这就使得捣打料间的气孔通道和缝隙进一步加大[5]。

2 采取的措施

根据相关原因分析，试验采用高炉灌浆压入技术来填充耐材之间或炉壳与冷却壁间等的间隙，防止煤气窜入铁口，改善铁口喷溅。

2.1 开孔部位的确定

2.1.1 开孔原则

为防止烘炉时参与水分带来安全风险，在铁口框周围的炉壳上钻眼，并打开铁口框周围所在的冷却壁上的打浆孔，进行排水（水蒸气）、排气，窜出的煤气用明火点燃以确保安全[6]。结合炉况调查，对出现以下情况的部位进行重点关注，分别为：测温点温度偏高的部位、有明显煤气窜出的部位、冷却壁进出口水温差超正常值的部位。

2.1.2 开孔部位的确定方法

铁口位于三段冷却壁处，提前在铁口周围冷却壁缝隙处确定开孔位置并做好标记，开孔深度为110 mm（炉皮厚度74 mm，炉皮与冷却壁缝隙30 mm，铁口冷却壁厚度160 mm，考虑到碳砖安全问题，不准备钻到冷却壁热面，即开孔深度距冷却壁热面154 mm），炉皮外联灌浆管径50 mm，开灌浆孔共24个，具体确定方法如下：

1）在3号铁口下方二段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，上方四段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，上方风口大套下压入灌浆1个孔，左方三段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，右方三段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，再向右隔一块冷却壁压入灌浆1个孔，合计10个；

2）4号铁口下方二段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，上方四段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，上方风口大套下压入灌浆2个孔，左方三段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，右方三段冷却壁竖缝隙处压入灌浆2个孔，再向左隔一块冷却壁压入灌浆1个孔，合计10个；

3）在3号铁口和4号铁口之间冷却壁上，每隔两块冷却壁压入灌浆1个孔，合计4个。

2.2 泥浆压入控制的原则

在实际生产中，对泥浆的压入控制进行约束：在铁口周边区域和铁口之间的炉缸部位，每个压入孔进料压力最高控制在15 kg/cm2，基础压力升高到20 kg/cm2时视为压满；风口带下方孔的进料压力控制在15 kg/cm2以下，基础压力为20 kg/cm2时视为压满；每次压入量15 kg，每孔压入量控制在100 kg以内，如果出现相邻孔出料的情况，则视为两孔贯通在，压力不超标的前提下，压入料可适当增加（不超50 kg）。

2.3 方案的实施

于2020年6月24日21：00开始进行现场准备工作，21：40开始灌浆工作，25日04：30现场清理结束，具体泥浆压入实施过程如表2所示。

表2 泥浆压入实施过程记录

3 实施效果及结论

3.1 实施效果

于2020年6月10日对4号高炉3号铁沟进行第2次修补，7月2日投入使用，7月26日停止使用并解体。本次使用周期内，共计出铁138次，平均出铁时间109 min，共计出铁量88 107 t，平均出铁量3 524 t/d，铁口大盖更换周期约10 d。通过对3号铁口25次出铁过程进行跟踪统计，得出其平均喷溅时间为8.5 min。3号铁口喷溅治理前后各项指标对比情况如表3所示。