COREX炉竖炉清空工艺研究

钟　声，刘建东

(中冶宝钢技术服务有限公司，上海 200941)

COREX炉竖炉清空工艺研究

钟声，刘建东

(中冶宝钢技术服务有限公司，上海 200941)

摘要：COREX炉(又名欧冶炉，熔融还原炼铁装置)竖炉在周期性生产3～6 个月后，在料仓中形成3种类型的结块：第1种是在竖炉中心或者DRI螺旋之间形成的死料区结块，严重时会导致DRI螺旋卡阻无法向气化炉供料；第2种是从这些死料区结块延伸到竖炉炉壁乃至围管部分的结块，结块沿分料仓隔墙向上蔓延且会形成连环结料，有时达到5～10 m高，严重时会堵塞围管通风孔，导致竖炉炉况恶化；第3种是AGD管道上方及其与炉壁交接处堆积的结块，影响竖炉还原冶炼工艺，很难维持正常生产。针对上述情况，需要半年左右进行一次竖炉清空，以改善竖炉炉况和满足功能考核的需求。着重从竖炉清空的关键技术和施工安全角度进行了研究，并提出了COREX炉竖炉清空工艺。

关键词：COREX；竖炉清空；工艺

宝钢股份罗泾炼铁厂的2座COREX 3000相继于2007年11月和2011年3月建成，均为成套引进奥钢联的技术装备，单炉设计年产铁水150万 t。COREX炉由还原竖炉和熔融气化炉两大本体组成。还原竖炉采用高架式结构，位于熔融气化炉上面，还原竖炉下部水平沿圆周方向布置有8台螺旋排料机，连续地在热状态下向熔融气化炉供料[1]。生产过程中，还原竖炉容易形成结块，结块形式有：1)在竖炉中心形成的死料柱；2)DRI分料仓相邻马背之间架桥形成的桥形结块，并沿竖炉内壁向上蔓延，有时会形成5～10 m高的掌形结块；3)是AGD(2#炉)与炉壁交接处堆积的结块。据国外设备方专家的经验，每3个月至半年左右需进行一次清理，这种清理作业即称为竖炉清空。竖炉清空作业在COREX 3000 42.7 m平台上进行,清理出的积料由落灰管进入干渣坑。竖炉清空作业是COREX炼铁系统必不可少的一项工艺流程，作业时间长，作业难度大，作业危险性性高。考察结果显示，国外COREX 2000、COREX 1000型竖炉清空时，多次发生人员伤亡及环境污染事故，针对这项危险性较高的施工，应研究出一套安全可靠、切实可行的施工工艺，才能保证施工作业的顺利进行。

1工艺流程

改进设计的竖炉轴测图如图1所示，相应的施工流程图如图2所示。

图1　竖炉轴测图

图2　施工流程图

2工艺流程的关键技术

经过2008年3月26日在外方专家指导下进行的第1次竖炉清空，以及后期数次独立实施的竖炉清空作业，总结提炼了竖炉清空的关键技术。

2.1炉温控制技术

2.1.1炉温控制的原因

经过多次竖炉清空的试验对比得出，应对炉内温度进行控制，主要原因在于：1)炉温过高容易引起积料(主要为海绵铁)的氧化变硬，不利于破凿作业；2)炉温过高容易使得炉内、外形成压差而产生空气对流，从而造成炉内高温气体或粉尘通过炉孔向外喷出伤人。

2.1.2主要控制技术

主要控制技术包括：1)在作业过程中，用于炉内积料破凿的8个DRI螺旋观察孔和用于清料出炉的8个DRI螺旋孔，不能同时开2个(含)以上孔，最大限度地防止炉内、外气流交换导致炉温升高；2)不定时地向竖炉内充氮气以降低炉温；3)在竖炉内人工清料前，打开2个顶部大人孔、8个DRI螺旋孔及8个DRI螺旋观察孔，采用轴流风机进行凉炉，用红外线测温仪测温，使温度控制在<60 ℃。

2.2DRI螺旋拆装技术

DRI螺旋单只质量约为3 t，是用来将温度约为1 000 ℃的海绵铁从竖炉旋转落入气化炉。由于长时间高温环境下运转，有些螺旋叶片磨损，有些被落料砸伤，有些被掉落的马背钢板卡死，导致DRI螺旋拆除时有诸多困难；另外，DRI螺旋拆除应越快越好，以免空气进入炉内，使炉内物料氧化变硬结块。

图3　螺旋专用小车

通过DRI螺旋观察孔观察完竖炉内的积料情况后，根据积料的情况安排拆除DRI螺旋的顺序。一般来讲，DRI螺旋上方积料少的先拆除，积料多的后拆除，有卡死现象的先做好标记留在最后拆除。利用DRI螺旋专用小车(见图3)完成其拆装时的运输工作。每拆除一个DRI螺旋，应使用事前制作好的盲板将其孔及时封闭，尽量少进入空气。

2.3AGD积料Cardox清堵技术

COREX炉竖炉临近降料线后，通过竖炉顶部安装的热成像仪观察发现，在AGD管道与炉墙间存在积料现象(见图4)。该处积料为高温的海绵铁，遇空气后存在发生烧结出现液相的可能，加剧了积料的粘结强度，更加难以清理，在竖炉清空期间无法用常规手段快速处理；因此，提出使用Cardox清堵AGD上方积料的方案。

图4　AGD管道积料示意图

Cardox清堵方法(液态CO2气爆)主要包括炉体钻孔、安装Cardox专用卡槽、爆破及堵孔几个环节。

Cardox专用设备示意图如图5所示。Cardox清堵系统时包括1个高强度、可重复使用、装有液态二氧化碳的爆破筒，加热器和1个安全垫片。当使用小的电流启动后，加热器加热内部的液态二氧化碳成为气体，管道中压力持续增大压迫安全垫片，随后释放出体积扩大600倍、压力达到40 000 PSI(275.8 MPa)的二氧化碳气体，这都发生在毫秒时间内。将卡槽安装在可能积料的位置，这样可以使Cardox在预先设定的位置进行清堵工作。

图5　Cardox专用设备示意图

2.4竖炉内积料破碎技术

竖炉内积料(见图6)较多(约300 m3)、而且较高(约5～10 m)。由于DRI螺旋观察孔相对较小，炉内温度较高(约200 ℃)，而积料量达300 m3，且落料时会从观察人孔中喷出大量火焰，清料难度很大。

图6　竖炉内积料示意图

项目组同南京伊顿机械有限公司联合研制了COREX竖炉清空专用破凿机，对炉内的积料进行破碎作业。该破凿机可以遥控操作，其机械臂不但可以360°旋转，且所有管线和防护玻璃等全都符合耐高温安全保护要求。

破凿时，操作人员应站在上风口，并远距离遥控操作破凿机。指挥人员在观察孔处指挥破凿机作业时，向破凿机作业人员发出打击方向指令后，应站在人孔法兰后，破凿机才能开始作业。指挥人员应穿戴好全套隔热服、面罩、手套和防尘眼镜等劳防用品。如发现观察孔有连续的黑烟喷出时，应立即停止破凿，所有人员躲避至消防定置点，防止破凿落料时的喷火伤人。

2.5环保清料技术

破凿完一定量的积料后应及时进行清理。由于需要清除的积料达300 m3，本技术采用把料铲及挖掘机进行清料。清料时应防止竖炉内大的结块掉落后砸伤人，清理人员和清理机械应配合好，并设专人对清理和运送机械进行指挥协调，以防被机械撞伤。由于操作平台的作业空间较小，为了防止清理用的破凿机、叉车和铲车等将平台上的防护栏杆撞坏而滑落，在平台栏杆前使用钢丝绳拉好防护圈，铲车在运送物料时应缓慢平稳，防止物料洒落，并作好防护，以免被高温的物料烫伤。

清理出的细小颗粒物料由铲车运送到落料管处，通过落料管排放到干渣坑，排渣管道排往干渣坑。使用挖掘机和铲斗车清理和运送物料时，机械设备应操作平稳，以防止物料被洒落，造成高温物料的烫伤。由于排料会产生大量风尘，专门设计了除尘管道及密封式除尘干渣坑(见图7和图8)。

图7　倒渣小房及除尘　　　　图8　密封式除尘　管道　干渣坑

3结语

在经过2008年3月25日和2008年7月7日2次COREX竖炉清空后，本工艺已基本成熟。2008年3月至今，该工艺在宝钢2台COREX 3000竖炉清空中都得到了良好的应用(1#COREX炉4次竖炉清空：2008年9月28日、2009年5月6日、2010年1月4日和2010年7月27日，2#COREX炉2次竖炉清空：2011年10月10日和2012年4月28日)，作业时间由最初的10 d逐步减少为3 d，作业效率大幅提高，也比国外COREX 2000竖炉清空工艺缩短了4 d，确保了施工的安全、质量及进度，且从未发生任何环境污染事故，取得了良好的经济和社会效益，使中冶牌竖炉清空工艺逐渐成为业主单位认可甚至依赖的技术。

参考文献

[1] 许海法，郭丽，张志浩.COREX竖炉炉料黏结的机理研究和影响因素分析[J].宝钢技术,2011(6): 44-47.

责任编辑郑练

Study of the COREX Reducation Shaft Empty Process

ZHONG Sheng, LIU Jiandong

(MCC Baosteel Technology Services Co., Ltd., Shanghai 201900)

Abstract：When COREX (also known as the OuYe Furnace, iron making by smelting reduction device) is in production in period 3 to 6 months in reduction shaft, three types of agglomerates will form in the silo. The first one is blocking material on dead material zone between the center of the reduction shaft or the DRI screw, and it will lead to DRI screw jam and unable to feed the melter gasifier at worst. The second is the agglomeration extension from dead material zone into the vertical furnace tube wall and the surrounding portion, it will spread along the wall and form chain blocking material which sometimes will be up to 5～10 m high, and may block the ventilation holes around the tube making deterioration of reduction shaft. The third is the agglomeration above the AGD pipe and the furnace wall, which will impact iron making by smelting reduction process, and hard to maintain normal production. In this case, it takes about six months to conduct a shaft furnace emptied, in order to improve the shaft furnace and meet the functional requirements. This paper focuses on the key technology and construction safety in reduction shaft empty process, and puts forward the COREX reduction shaft empty process.

Key words:COREX, reducation shaft empty, process

收稿日期：2015-05-18

作者简介：钟声(1966-)，男，研究员级高级工程师，大学本科,主要从事冶金工程等方面的研究。

中图分类号：TF 557

文献标志码:A