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1、2011 年全国炼铁低碳技术研讨会论文集承钢 2#高炉降料面停炉实践李永超 何红林 李伊辉 李海东 李海生（河北钢铁股份有限公司承德分公司炼铁厂）摘要：承钢公司炼铁厂 2#高炉 2010 年 7 月 8 日停炉检修，采用“回收部分煤气打水降料面”的方法停炉，本次降料面回收煤气期间料面首次深达炉腹，回收煤气约 42 万 m3，成功地达到了回收煤气的目的，实现了安全、快速停炉，并减少了噪音和环境污染。关键词：高炉 回收煤气打水降料面 常压打水降料面 安全停炉1、预休风料及工艺操作1.1 预休风料入炉情况预休风时炉内累计焦炭 117.2t，理论铁量约 125t。1.2 工艺操作1.2.1 8 日夜班
2、开始将负荷由 3.74 降至 3.53，稳定炉温。1.2.2 8 日白班提前一个周期（约 9：00）开始变 2.5 全焦负荷，加净焦 14.4t，根据炉温水平及全焦负荷的入炉时间，10：45 分停煤，11：00 停氧。1.2.3 11：30 左右视顶温开始控料线，通过延迟放料时间控制顶温在 300以下，料线 6-7 米。1.2.4 12：45 分切煤气，12：50 分预休风，休风料线 7.0m。1.2.5 最后一炉铁用自产有水炮泥堵口。1.2.6 预休风时，Si+Ti0.555%，物理热 1450。2、预休风后操作2.1 预休风后，更换 13#风口小套，捅开 1#、16#风口。圆所有风口，确定
3、直吹管内无杂物。2.2 拆除炉顶摄像，并用“盲板”盲死拆除孔，保留雷达探尺，供降料面时测料线。2.3 安装降料面用的加压泵及水槽，并从 风 口 平 台 向 上 铺 设 了 四 根 喷 水 管 、 一 根 混 合 煤 气 导 出 管 道 。 调 试 各个 打 水 管 的 水 量 ， 并 确 认 各 个 打 水 管 的 方 位 。2.4 13：30-15：20 安装降料面打水管。3、打水降料面3.1 回收煤气阶段3.1.1 15:40 一切准备工作就绪后，送风至最低开始降料面。当顶温上行、顶压上升后快速引煤气，视情况不断加风，通过控制打水量使布袋入口温度不超过 280。3.1.2 此阶段风压使用水
4、平以顶压和压差为准，初期顶压在 30kPa 左右，压差控制在 80-90kPa、后期控制在 50-80kPa 之间。3.1.3 此阶段风量使用水平，平均风量 1211m3/min。3.1.4 此阶段用时 4 小时 30 分钟，累计回收煤气约 42 万 m3。3.1.5 初始送风料线 7.0m，切煤气时料线进入炉腰以下 800mm（碳素消耗风量计算） 。3.1.6 此阶段出铁一次，18：30-19：00 出铁，铁量 127.5t。3.1.7 此阶段共发生爆震 3 次。其中 18:04 爆震较剧烈，顶压由 32kPa 升高至 73kPa，其余 2 次爆震较小，顶压波动不大。3.2 常压降料面阶段3
5、.2.1 20：10 测算料面进入炉腹后，切煤气改常压操作。3.2.2 此阶段风压使用水平，40-60kPa ，顶压在 10kPa 左右，压差控制在 30-40kPa 之间。2011 年全国炼铁低碳技术研讨会论文集3.2.3 此阶段共用时 4 小时 20 分钟，平均风量 1277 m3/min。3.2.4 9 日 0:00 开铁口出铁，由于风压低、顶压偏低，铁量少未算炉次。3.2.5 由于雷达探尺不够准确，只能根据炉顶煤气的成分结合碳系消耗风量计算来判断料面的大体位置，22：20 发现 1#、5#、10#风口间断见空，23：50 左右，大部分风口见空； 9 日 0：10 时风口全部见空，料面降
6、到风口带； 0：30 休风结束，料面已到风口带以下。3.2.6 此阶段未发生爆震。3.3 降料面期间送风参数、顶温控制趋势图如下图所示：参 数 变 化01002003004005006007008009001000110012001300140016:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00时 间冷风流量、风压、顶压、顶温流 量热 压顶 压西 北西 南东 北东 南3.3.1 由趋势图可以看出， 19:00 4 点顶温都开始上升，热风压力达到最大值 168 kPa，4 点顶温在20:00 分别达到最高值 625 、597、560、525
7、。3.3.2 西北顶温波动较大，最低时到 84，最高时到 625，一方面原因，此处大水管安装偏向该处上升管，打水不均匀；另一方面，此处测温热电偶可能已损坏，顶温数据时有时无，数据不准确。3.3.3 降料面期间，顶温整体偏高，尽管开高炉本体高压水，但是由于打水系统陈旧造成炉顶打水能力不足和打水不均，造成顶温偏高。3.3.4 顶压控制平稳，未出现大的波动。3.3.5 热风压力只出现一次大的拐点，波动较小。3.4 煤气分析由上表所示：3.4.1 18:00 煤气分析中 CO2 出项拐点，标志着炉内间接还原反应的基本结束，随后 CO2 逐步升高，预示着此时料面在炉腰附近，18:04 出现的大爆震，也从
8、侧面证明了此时料面的位置所在。3.4.2 19:00 煤气分析中 CO2 值开始回升，炉顶煤气温度也随之上升，预示着料面进入炉腹。3.4.3 20:10 根据顶温及煤气分析中 O2 的含量，果断进行切煤气操作，回收煤气阶段结束，进入常压降料面过程。3.5 降料面期间渣、铁成份分析3.5.1 铁水成分分析2011 年全国炼铁低碳技术研讨会论文集煤 气 成 分 变 化 图010203040506016:0016:3017:0017:3018:0018:3019:0019:3020:0020:3021:0021:3022:0022:3023:00时 间N202468101214161820CO2、C
9、O及H2 N2CO2O2H2炉号 C SSi P VTiCrMnSi+Ti铁水温度10227704.050.0480.310.1010.4610.2710.2300.1360.58114463.5.2 炉渣成分分析炉号CaOMgOSiO2Al2O3TiO2V2O5FeO SR2R3Z102277033.3710.5926.5916.2711.60.1491.220.931.251.653.6 风口前燃烧碳素校正累计风量3.6.1 计算条件3.6.1.1 3.53 负荷料和 2.5 负荷料中焦碳的炭素安 85%在风口前燃烧，盖面焦中的炭素安 100%在风口前燃烧。3.6.1.2 不考虑送风装置的
10、漏风。3.6.1.3 送风降料面时结合实测料线，根据冶炼周期计算，休风时有 9 批 3.53 负荷料在炉腹中下部。3.6.2 计算过程3.6.2.1 负荷料焦碳中的炭素量：（38.45+35）*0.960*0.866*0.85，共计约 51.90t。3.6.2.2 盖面焦中的炭素量：（33+14.4）*0.96*0.866，共计约 39.41t。3.6.2.3 全炉炭素消耗风量：（51.90+39.41）*4440，累计风量为 40.54 万 m3。3.6.3 累计风量校正从首个风口见空至休风用时 130 分钟，累计风量为 16.22 万 m3，此部分风进入风口大部分不能与焦碳发生反应，从累计
11、总风量中减去，实际累计风量较理论计算多万 11.35m3。3.6.4 结论实际用风量较理论计算多 11.35 万 m3，平均分配到降料面时间内实际风量较理论风量多 214m3/min。3.6.5 原因分析3.6.5.1 预休风时料线存在误差，料线测量偏深，炉料体积少，炉腹处 3.53 负荷料少计算若干批，炉内总碳素量减少。2011 年全国炼铁低碳技术研讨会论文集3.6.5.2 累计流量为每 10 分钟统计一次得来，与真实风量存在一定偏差。3.6.5.3 选择的负荷料在风口前燃烧炭素率偏低。料面到达炉腰时，煤气成分中 CO2 出项拐点，预示着间接还原反应的基本结束，所以负荷料中的碳素将只有很少一
12、部分参与间接还原，而大多数将进行完全燃烧生成 CO2，碳素燃烧率将大大升高。3.6.5.4 2#高炉停炉后，发现炉身以下炉墙上已无喷涂料，因此，高炉实际炉容较有效容积变大，因此，按照有效容积计算出的装料量较实际偏少。4、承钢历次降料面分析承钢公司以前停炉降料面，都是采用“常压打水降料面法”。而“回收部分煤气打水降料面法”是近 2 年才慢慢应用起来的，既无经验可寻，又无成熟方案，可以说在“摸着石头过河”。通过承钢近 3 次的停炉实践，逐步总结出了一些规律，并且停炉一次比一次完善。4.1 全炉负荷的选择上，大高炉 1.5-1.7 左右，小高炉 1.1-1.3。轻负荷料负荷 2.0-2.5。4.2
13、炉渣碱度按 Si=0.35%校 核 碱 度 R2=1.0-1.05。4.3 停 炉 前 几 天 ， 使 用 优 质 原 燃 料 ， 稳 定 炉 况 ， 适 当配 加 萤 石 于 边 缘 洗 炉 墙 ， 萤 石 加 入 量 按 渣 中 CaF28 10%控 制 。4.4 顶 压 、 压 差 控 制 在 正 常 范 围 的 70%-80%,冷 风 流 量 按 全 风 风 量 的 80%-90%控 制 。4.5 承 钢 前 2 次 降 料 面 过 程 中 ， 为 了 安 全起 见 ， 通 过 雷 达 探 尺 测 量 ， 加 上 煤 气 成 分 分 析 ， 当 料 面 到 达 炉 腰 时主 动 切 煤
14、气 。 此 次 2#高 炉 切 煤 气 时 ， 根 据 煤 气 成 分 分 析 ， 结 合 风 量 计 算及 顶 温 ， 料 面 已 到 达 炉 腰 下 800mm 处 时 切 煤 气 ， 大 大 提 高了 煤 气 回 收 量 ， 且 安 全 环 保 。4.6 停 炉 降 料 面 期 间 ， 制 约 回 收 煤 气 量 最 大 的 问 题 是 安 全 ， 国 内 其 他 厂 家 停 炉 期 间 ， 严 格 控 制 煤 气 含H2 和 O2，要求H212% ，最高不大于 15%； O22%，当炉顶温度 300 时为 1.8%，600以上时为 0.8%。笔者认为，当炉顶存在大量水蒸气的情况下，对炉
15、顶的煤气起到了惰化作用，况且 H2 含量要达到大于12%的爆炸浓度，只有炉顶的水蒸气分解才能达到，而水蒸气的分解条件是相当苛刻的。用化学平衡解释 2H2+O2=2H2O+Q，氢氧焰的温度可高达 25003000，从这个反应可以看出正方向反应放出大量的热，而如果想让负方向反应进行的话，需要更大的热，而在 3000时其尚且只生成 H2O，证明了 H-O 之间的结合键很稳定，如果想要破坏之间结合键，需要至少比其键能更大的能量破坏，才能重组。故温度需要更高才能进行逆反应。 而过高的温度反应后，如对产物不加以隔离的话，还是会形成H2O。所以认为一般除非电解，水是不会分解成 H2 和 O2 的。4.7 笔
16、者认为，降料面期间，炉内可能发生的爆炸以下 2 种情况，一种是大量的水变成水蒸气时，瞬时体积膨胀 1200 多倍发生的物理爆炸。另外一种是水与燃烧的焦炭发生的水煤气反应，体积膨胀 2400 多倍，但是炉顶存在大量的水蒸气，炉顶焦炭不会出现红焦，所谓的爆震可能是由于局部下料快使红焦裸露而与水蒸气发生的水煤气反应，不会发生氢气爆炸反应。所以，停炉回收煤气爆炸性很小，可以回收更多的煤气。4.8 承钢降料面期间，煤气分析采用人工化验的方法，取样工从风口平台用气囊装上混合煤气后再回到化验室，混合煤气温度会降低，而混合煤气中大量的是水蒸气，温度下降后，水蒸气变成水，混合煤气体积减少，这样使煤气中其他成分升高，造成化验误差。4.9 当料面降至炉腹下部时，主动切煤气。个别风口见黑时，风口处煤气产出量减少，炉顶煤气存在大量的氮气，将影响煤气质量。5、几点想法5.1 下次停炉降料面，可适当推迟切煤气的时间，当料面到达炉腹下部时，再切煤气。一方面，高压条件下节省停炉时间，另一方面
