055 柳钢高炉大量风口烧损原因分析与探讨.doc

柳钢高炉大量风口烧损原因分析与探讨 陆寿先(柳州钢铁股份有限公司炼铁厂)l 前言 近两年来，柳钢高炉风口烧损比较多，严重影响高炉正常生产。按每生产万吨铁烧损风口数目计算，从2005年的0164个上升到2007年0909年和2008年的O917个，其中单炉单月烧损风口达30个以上的有5次，分别为于20017年5月4号炉烧损风口34个；2007年5、6月8号炉烧损风口36个、30个；2008年1月7号炉烧损风口30个；尤其是2008年11月新2号炉烧损风口高达53个。(历年柳钢炼铁厂风口烧损统计情况见表1)。2大量风口烧损的经过 为了探讨风口大面积烧损的原因，现就7号炉和新2号高炉生产情况进行分析。 柳钢7号高炉炉容1080m3，无料钟炉顶，碳砖+陶瓷杯炉底，双出铁场布置，设有20个风口，于2004年6月28日建成投产，2007年全年高炉利用系数2522 t(m3d)，综合入炉焦比528 k gt，综合冶炼强度1364 t(m3d)，全年烧损风口中小套共41个。2008年1月10目7时05分7号炉按计划进行年度检修7天，于1月16日凌晨3时恢复生产。开炉时用铁口两侧19号、20号、l号、2号共4个风口送风。送风后3小时20分钟发现18号风口中套漏水，当即休风更换。当日15时05分(即复风后12个小时05分钟)再次休风更换20号风口中、小套。在之后的12个小时内(从复风后的19个小时到31个小时内)，高炉冶炼进程加快，连续打开7个风口送风作业。到第36小时时，再次休风更换15号和5号两个风口中套。也就是在复风后38个小时内，高炉休风三次，共休风9小时39分钊，更换4个中套和1个小套。此后高炉炉况一直不好，风口烧损不断，1月份共烧损风口各套共30个。 新2号高炉炉容2000m3，无料钟炉顶，碳砖+陶瓷杯炉底，双出铁场布置，设有26个风口，于2008年元月23日建成投产。2008年10月22日，新2号高炉按计划限产封炉，封炉前炉况稳定顺行，各项技术经济指标位于全厂的前例。10月31日开炉复产后，由于炉况恢复操作不当，复风后第二个班开始出现风口烧损，此后风口烧损不断，并且于11月12日发生22号风口爆炸大喷、损毁炉顶控制管线事故，休风处理时间长达7028分钟。复风后烧风口现象仍在继续。11月份共烧损风口各套共计53个，各项技术操作经济全面下滑。(具体见表2、表3)这两起大量风口烧损事故有以下的共同特点：一是两座高炉都是在封炉后的复风初期即发生风口烧损。二是复风初期装料制度变化，布料角度整体降低36度。三是复风时矿石批重缩小约l2。四是复风后每批料加萤石200500 k gt。五是开炉初期扩大风口送风面积速度快，加风快，富氧。六是复风初期风温低。根据以上操作特点作以下分析。一是采用发展边沿的装料制度。高炉封炉料一般以加净焦封炉为主。其特点是炉内温降相对较小，对炉体损害影响较小，并能保持原有操作炉型，炉内大量净焦保持料柱的良好透气性，有利于开炉操作。由于足计划休风，一般休风料均可达到预定位置，此时软熔带气窗透气性良好，给复风操作创造良好条件。新2号炉此次 新2号炉采用降低布料角度4度开炉，在开炉后10多天的生产过程中仍维持低布料角度。在开炉前期风量控制比较少，在小风量作业条件下大量发展边沿煤气流，使煤气的CO2含量大幅降低，煤气显热也没有得到充 分利用。就是在大风操作的条件下，过度地疏松边沿，煤气利用率也是相当低的，从表二可知煤气中CO2含量从l0月份的1884%降低到11月份的1404。7号炉的情况也是如此，全月布料角度最低时比封炉前低6度，煤气中CO2含量从2007年年平均的1882降低到2008年1月的1557。 二是缩小矿石批重。新2号高炉休风前的矿石批重为4l t批，按炉喉面积平均汁算，料层厚度约为550560mm，当矿批缩小到2022 t批时，矿层厚度仅为280290mm，此次在开炉后7天，矿批才扩大到28 t批，仅为正常时的70，开炉后10天，矿批扩大到34 t批，也仅为正常时的83%。7号高炉开炉料批重也只有15 t批，比休风前的29吨批少近一半。由于矿石自然堆角与焦炭自然堆角的差异，加大了布料的不均匀性。缩小矿石批重后，不利于煤气流的均匀分布，进一步降低了煤气能的利用。 三是长期使用萤石洗炉。此次新2号炉开炉料配加萤石500 k g批料，最多一天配加98 t，开炉后10天内使用萤石量超过700 t。7号炉开炉料中配加萤石200kg批，此后增加到300 k g批。长期使用萤石不利于炉型的稳定，容易使渣皮大量脱落，造成热制度的波动，并且严重侵蚀炉体内衬，加速损坏高炉冷却设备，缩短高炉寿命。 四是开炉初期炉缸冷、铁水温度低，扩大送风面积速度过快。 新2号此次于10月31日12时10分用2个风口送风开炉，在复风后不到12个小时内，在渣铁物理热低、渣铁量排出不多的情况下连打开6个风口送风作业(16时0分、18时0分、20时0分、20时40分分别打开11号、8号和12号、7号和13号、6号共计6个风口)。新2号炉在复风后第二天，发现有风口小套漏水，并休风一次共计3小时25分钟进行更换作业。在发现风口小套漏水时离其打开送风作业的时间仅245分钟。当天作业风口数仍增加到10个，而当天的铁水温度仪为13701440。 7号炉开炉时用铁口两侧各2个风口送风。送风后3小时20分钟发现18号风口中套漏水，当即休风更换。当日15时05分(即复风后12个小时05分钟)再次休风更换20号风口中小套。在之后的12个小时内(从复后第19个小时到第31个小时)，高炉冶炼进程加快，连续增加7个风口送风作业。在复风后45个小时内，送风风口数从4个增加到11个，之前渣铁温度低，从炉内排出量也不多，中间有三次休风共计9小时39分钟更换风口中小套。 五是复风初期风温低。复风初期由于送风风口数少，送风量自然就小，送风最与送风风口数量有关。此次7号炉在休风前10天平均风温在1190，而在复后的第一天平均风温仅为679，第二天为894，第三天也仅达947。三天内平均风温低于1000，比正常低200以上。3正常生产与长时间休风后高炉冶炼操作条件变化的分析31 炉缸温度对渣铁流动性的影响 根据高炉冶炼特性决定，高炉炉缸存在有焦炭骨架支撑整个料杜，这个焦炭骨架还要保留有一定的通道以便于渣铁滴落时能顺畅通过。在正常生产条件下，由于在风口前端燃料的燃烧产生的高温煤气温度高达2000以上，区域内的焦炭与高温煤气进行热交换后也使其温度升高，当从软熔带滴落下来的渣铁与灼热的焦炭及高温煤气进行热交换后得到逃一步升温，并确保渣铁具有良好的流动性，顺利地渗透过炉缸的死焦堆进入炉缸，正常的铁水温度高达1500左右。 高炉长时问休风，炉内温度降低很多，特别是炉缸温度，休风时间越长温度降低越多。这里所说炉缸温度指的是位于此区域内的炉料温度，包括焦炭、残铁残渣的温度，特别是焦炭骨架中死焦堆的温度。在长时间的休风后复风，燃料在风口前燃烧所产生的高温煤气往上升，燃烧带上方的炉料首先受热升温，继而提高软熔带的温度，产生新的渣铁往下滴落经死焦堆后到达炉缸渣铁液态区，并将热量往下传。煤气经过软熔带继续往上升进入块状带，与块状带炉料进行热交换及还原反应。随着渣铁量的增加及其温度的升高，带给死焦堆的热量也增加，使死焦堆的温度逐步上升到正常水平。 在长时间休风后复风之初，炉缸温度都比较低，当新产生的渣铁从软熔带往下滴落时进入死焦堆时，此时由于死焦堆温度低，比如已降到铁水凝固温度1150，那么渣铁与焦炭接触过程中因温度差要进行热交换，高温的渣铁向低温的焦炭传热，焦炭因热量的输入而得以升温，而渣铁则因热量的输出而降温。此时渣铁处在往下滴落一接触一热交换一降温一再滴落一再接触一再热交换一再降温的反复过程中，当渣铁温度降到炉渣熔化温度特性线的拐点之下时，炉渣的黏度将陡升，炉渣已无法自由流动，并堆积在死焦堆的空隙里，等待后续的渣铁带来的热量补充。由于铁水熔化温度比较低，而且比重也大，还能从缝隙里往下渗透到炉缸。当死焦堆里的空隙全部充填了流动性极差的炉渣时，那么铁水就再也无法往下渗透而积存在炉缸的中上部。铁水被阻隔在炉缸中上部并且液面逐步升高到风n中、小套水平面时，将会导致风口中小套烧损现象发生。只有当后续的渣铁带有足够的热量将死焦堆里焦炭温度升高并且把已滞留在死焦堆的炉渣熔化，死焦堆的空隙才得以恢复，通道才得以恢复畅通，渣铁液才能恢复正常滴落、渗透到炉缸下部液态区。 除此外，炉缸死铁层温度也影响渣铁液的流动性。长时间休风后，炉缸死铁层温降比较大，新产生的渣铁在到达炉缸下部时，与积存在该区域残渣残铁接触并进行热交换，若此时新产生的渣铁量过少，在热交换过程中白身温度降低过大，也使其流动性变差。32长时间休风后复风风口前燃烧条件的变化。 在长时问休风后复风初期，除炉缸温度低外，燃料在风口前燃烧的效果与正常生产情况下也是有区别的。我们知道在高炉条件下，风口前燃烧所产生的热量Q由三部分组成，一是燃料发生氧化反应产生的热量Q1(也就是燃烧热)，二足热风带入的热量Q2，三是燃料在降到风口前被预热所带来的热量Q3。在正常生产条件下，燃料在风口前燃烧有以下几个特点，一是送风风量大风温高：二是炉料(特别是焦炭)进入到风口区前已经得到加热升温：三是煤气分布比较合理铁料预热还原比较充分，在炉缸区域发生吸热反应的直接还原度下降。综合上述三点，燃料在风口区燃烧的效果是极佳的。相反，在长时期休风后复风时，一是热风炉因蓄热体温度低以及热风管道系统温度低，需要有一定时问来逐步升温，所以送风初期热风温度要低很多。二是长时问休风后，高炉内炉料受炉体冷却吸热，温度已大幅降低，需要有大量高温煤气来加热升温。因此，在长时间后复风初期，因风温低、炉料温度低、风量小、若加上炉料预热还原效果不佳的情况下，在风El前单位燃料燃烧所产生的热量Q 会因热风带入的热量减少、炉料下降到风1：3前带入的显热减少而减少。也就是说，Q 要小于Q。33长时间休风后高炉冶炼条件的变化 在长时问休风后的高炉煤气利用的影响。在复风初期，由于送风风量小，所产生的煤气量也少，炉料预热升温也比较慢，对高炉问接还原是有利的。但如果装料制度不合理，将会使煤气利用牢下降，使炉料的预热还原不充分就已进入炉缸，增加直接还原度，吸收炉缸热量。在炉缸温度低的情况F，而此时燃料在风口前燃烧产生的总热量减少，如果再加上炉缸吸热反应增加，炉缸工作状况将越来越严重。4 7号高炉及新2号高炉出现大量烧损风口的原因分析与对策41在炉缸热量不足的情况下，短时间内大量增加送风风口面积是造成风口烧损主要原因之一。 此次7号炉年度设备计划检修共休风139小时55分钟，新2号高炉封炉9天后开炉生产，其共同特点都是休风时间比较长，炉缸温度比较低。在开炉前都采取了预烧铁口办法提温，把铁口与铁口两侧风口问的通道加热升温，排出冷渣冷铁，有利于送风后新产牛的渣铁能顺利到达铁口区域。对于炉容火的高炉来说，铁口中心线到风口中心线的距离比较远，用人工吹氧升温操作比较困难，因此，远离铁口的风口就难以烧通与铁口形成连通的通道，一般仅烧通铁口两侧及附近的风口。在开炉初期用铁口两侧的少数风口送风，控制一定的渣铁量，有利于冷渣铁的排出。 新2号此次于10月31同12时10分用2个风口送风开炉，在复风后不到12个小时内，在渣铁物理热低、渣铁量排出不多的情况下连开6个风口，并且加风富氧，希望通过增加渣铁量来尽快提升炉缸的温度，但事情恰晗相反。在此期间发现风口小套烧损离该风口送风作业时间仅为245分钟，而在此次大量风口烧损事故中，发现被烧损风口小套的作业时间最短仅为40分钟。 7号炉在复风时用4个风口送风，在复风后45个小时内，送风风口数从4个增加到11个，之前渣铁温度低，从炉内排出量也不多，中间还有三次休风共计9小时39分钟更换风口4个巾套和1个小套。 由此可以看出，在炉缸热量不足的情况下，短时问内大量增加送风风口面积，由于新产生的渣铁分布范围扩大，离铁口较远的死焦堆温度比较低，新产生的渣铁在经过死焦堆过程中，部分热尼被焦炭吸收，当炉渣温度低于拐点温度时，炉渣流动性差而滞留在焦炭的空隙里，使死焦堆的透液性变差，产生的渣铁难以渗透到炉缸下部，此时从铁口排出的渣铁量少，流动性差。随着送风风量增多，产生的渣铁越多，能渗透到炉缸下部的少，在炉缸中上部堆积得多，并逐步堆积在炉缸中卜部至风口区，烧风口的几率也就增加。在随后多次休风更换烧损风口情形充分说明炉缸温度过低是此次大量风口烧损的主要原因之一。在此情况下应减少送风风口数量，从打通风口与铁口通道开始，逐步提升炉温，改善渣铁流动性，熔化炉缸堆积物，在此基础上再考虑扩大送风面积。43装料制度过于发展边沿，不利于稳定高炉操作。 新2号此次采用过于发展边沿的装料制度，煤气利用率低，前而已经讲过。由于休风料的焦炭负荷已由原来的436降到26，减轻到60，料柱已经很疏松，而日在复风初期风量一般都比较少，此时采用降低布料角度于复风操作顺行的帮助是多余的。而在开炉之后的10多天生产过程中，仍维持低布料角度，对煤气能的利用将是极其不利的，而且其造成的负面影响将是严重的。矿石布料角度从34度降到30度，仅从漓槽与高炉中心线构成的直角三角形的对边长度变化将近180mm，那么在炉喉区域料柱边沿疏松带增加将超过4平方米。除此以外，过分发展的边沿气流，使合理炉型的渣皮无法稳定，尤其在配合使川萤石沈炉过程时更甚，周期性的渣皮脱落使炉温周期性的剧烈波动，从全月的生产报表可以看出，每天的铁水最高温度与最低温度差多数在60100，最大达163。 7号炉在复风时使用低于正常布料角度3度的装料制度，在整个炉况处理期问，使用最小布料角度低于TF常角度6度。在复风后两天内高炉煤气CO2含量降到12以下，大大低于正常水平的1 882%。由于采用低布料角度作业，高炉煤气利用率大幅降低，高炉商接还原度增加，渣铁热量明显不足，对正常生产高炉的影响是相当严重的，而对于长时间休风后复风的高炉，更是致命的打击。 装料制度与送风制度、热制度等是高炉的重要制度，是经过许多生产实践总结出来的制度，对于一座高炉来说，选好的制度不要轻易改变，那怕是存休风前后也不能出现太大的变动。44在连续烧风口时，宜暂时堵住该风口作业，并提温化炉缸，待时机成熟再扩大风口作业面积。 在此次大面积烧风口事故处理过程中，两座高炉操作的共同点，就是在风口中小套女尧损后，没有查清原因，在更换完漏水风口后就恢复送风作业，继续采取扩大送风面积措施，以期待迅速增加渣铁最来消除炉缸堆积。如新2号炉在复风后第二天即休风更换2个漏水的风口小套，当天仍增加两个风口其计14个风口送风作业。第三天继续增加风E1作业，在当天夜班打开两个风口送风后，分别在40分钟和55分钟时发现已被烧损，而当天送风风口却增加到1 8个。7号炉在复风时用4个风口送风，在复风后45个小时内，休风三次共计9小时39分钟，更换4个巾套和1个小套，送风风口数从4个增加到11个，之前渣铁温度低，从炉内排出量也不多，而且还没有生产山合格生铁。 当高炉出现连续烧风口时，如果是在同一区域的，认为足该区域有冷却设备漏水的可能性大，应重点检查冷却设备工作是否正常。在没有查现漏水源头前，不宜打开风口作业。 当烧损的风口没有规律分枷时，有三种可能，一是原燃料条件变差，特别是焦炭热性能达不到高炉冶炼的最基木要求。在这种情况下，争取外部条件的改善，但关键还在于调整高炉的操作制度，适应外部条件的变化二是冶炼操作制度m现问题，比如布料倾角失控，过于发展边沿的装料制度往往会出现类似的情况。此时要检查布料设备是否正常，以及装料制度是否合理。此次布料角度的确定明显存在有不合理之处。三是炉缸工作状况恶化炉缸堆积。典型的炉缸堆积主要有三种，一为低炉温堆积。二为高碱度渣堆积。三为石墨碳堆积：此次是典型的低炉温炉缸堆积。此时的处理方法是提高炉缸温度和改善渣铁流动性。可以通过额外补充焦炭、改善煤气利用率、提高风温等措施提温，通过调整炉渣碱度、适量使用锰矿、萤石等措施改善渣铁流动性。5需要注意的几个问题51 在使用萤石洗炉，渣铁热量要保持充沛。 使用萤石洗炉，虽能大大改善炉渣流动性，在开炉初期有利于渣铁排出，但萤石在炉内大量吸热，需要高炉温条件下使用，否则由于热量不足会恶化炉缸工作状况。由于萤石对炉墙的侵蚀严重，因此一般只是在堆积较严重时才使用。使刚萤石洗炉需要注意以下几个问题。 一是要提高炉缸的热容量，使洗出物能及时排出。 二是采用发展边沿气流配合加萤石洗炉时，洗炉时间不能过长，否则容易损坏炉体砖衬和冷却设备。 三是后期炉要慎重使用萤石洗炉，尤其足炉缸砖衬侵蚀严重的情况下洗炉，防止炉缸烧穿。52在长时间休风后复风的情况下不宜大量富氧操作。 有人认为富氧操作能提高炉缸温度，在炉缸温度低时有利于熔化炉缸堆积物。这个观点有待商榷。从热平衡分析认为，富氧能加快冶炼进程，在相同风量条件下增加了富氧，单位时间内生成的渣铁量增加了。但是氧仅仅是助燃剂，其本身并不能产生热量。如前所述，燃烧在风口前燃烧所产生的热量有三部分组成，因甩氧替代部分热风燃烧燃料而减少热风带来的热量，同时大量富氧后，风口前单位时间内燃烧速度加快，料速加快，而单位时间内发生的煤气量减少，炉料与煤气进行热交换的量也减少，米进行充分热交换的炉料会提前到达，将使炉缸直接还原度上升，导致炉缸的热支出加大，所以不宜把用寓氧作为提炉温措施来使用。 从高炉冶炼条件分析来看，在炉缸温度低的情况下，如果大量富氧操作，一是加快冶炼进程，炉料在没有得到充分预热和间接还原情况下进入炉缸，加大炉缸热支出；二是在较短的时间内产生大量的渣铁液，这些渣铁液给死焦堆带来了大量的热量，对捉升炉缸温度有帮助。但是这些渣铁液要渗透过死焦堆，给死焦堆有限的空隙增加