柳钢高炉中修首次氮气凉炉实践

莫朝兴，黄树生，阎 峰

(广西柳州钢铁集团有限公司，广西 柳州 545002)

1 引言

柳钢6号高炉有效容积1500 m3，共22个风口，2个铁口。高炉本体采用三段铜冷却壁和炉身铸铁冷却壁砖壁合一的薄壁炉衬技术，串罐无料钟炉顶，陶瓷杯+碳砖综合炉底结构，高炉冷却系统除风口外全部采用软水密闭循环冷却系统。高炉于2008年12月16日投产，到2017年4月17日，约8年半时间，由于炉缸热电偶年久失修，炉缸的监控处于真空状态。厂部计划利用这次停炉机会，扒净炉缸渣铁，仔细查看炉缸侵蚀情况。

程坤明研究发现炭砖在450 ℃温度下受空气和水蒸汽氧化侵蚀，48 h后其质量损失均超过15%，目前还没有办法使碳砖本身可以抵抗氧化侵蚀，但可以采取措施避免或减少碳砖在凉炉过程中与水接触，来减少氧化侵蚀[1]。若按照以往的方法，对炉缸大量打水凉炉，势必会破坏炉缸砖衬。6号高炉首次采用风口，铁口通氮气为主，中心死料柱间歇性少量打水的方法，实现了高炉中修安全、快速、不破坏炉缸的凉炉。

2 凉炉原理

炉内通入大量氮气，一方面，氮气属于惰性气体，能有效地隔绝红焦炭与空气的联系，使高温焦炭没有继续燃烧的条件；另一方面，柳钢气体公司生产的氮气温度为15～25 ℃，温度较低，通过热交换带走炉内热量，降低炉内温度。

死铁层是红焦和残渣铁聚集区域，热量较多，而水的比热容4.2 kJ/kg·℃较氮气的1.038 kJ/kg·℃大很多，且死铁层中心区域不与炉缸耐火材料接触，通过间歇性少量打水的方式来冷却死铁层。

3 氮气凉炉方案及实施

3.1 风口区域冷却布置

拆卸所有吹管，所有风口用氧气管插入风口前端的焦炭层约1.5米，氧气管与煤枪弯管焊接好后通氮气，并把所有风口用炮泥堵严，用氮气冷却风口前的部分焦炭，见图1。

从东，南，西，北，东南，西北六个方向的风口向下斜插入(角度约40度)中心死料柱6根5米(炉内长度约3.5米)长∮30 mm的钢管，每小时打水5分钟，确保水打到炉缸中心冷却并形成蒸汽蒸发，防止水从炉缸边缘渗下而破坏炉缸陶瓷杯，见图2。

3.2 铁口区域冷却布置

分别用∮55 mm，∮65 mm的开铁口机钻头钻东、西面两边铁口，并逐步扩大铁口通道，埋入3根∮50 mm管子深度为分别2.0 m、2.5 m、3.0 m，向炉内通入氮气，氮气压力约1.2 kg/cm2(见图3)。

3.3 实施过程

4月17日23∶10炉内料线降至23.2 m，并确认料面已过风口，休风停炉。

23∶35高炉所有22个风口从煤枪通入氮气(压缩空气切换成氮气即可)，为避免区域氮气浓度高，人员发生窒息，风口区域拉好警戒线，禁止所有人员进入。

18日8∶00从炉顶成像仪观察炉内明火已熄灭，炉内大量的氮气已使料面表面的红焦炭熄灭。

18日18∶00所有风口用氧气管插入风口前端的焦炭层约1.5 m，氧气管与煤枪弯管焊接好后通氮气，并把所有风口用炮泥堵严，用氮气冷却风口前的部分焦炭。

19日白班从两边铁口分别埋入∮50 mm管子3根，深度为分别2.0 m、2.5 m、3.0 m，然后通入氮气，发现炉顶温度从75 ℃迅速降至55 ℃，冷却效果明显。20日夜班从东，南，西，北，东南，西北六个方向的风口向下斜插入(角度约40°)中心死料柱6根长5 m(炉内长度约3.5 m)、∮30 mm的管子，每小时打水5分钟，确保水从炉缸中心渗入，防止水从炉缸边缘渗下而破坏炉缸陶瓷杯。

21日白班测量炉内温度为18～25 ℃，煤气含量5～10 PPm，氧气含量20.8%。停止中心死料柱的打水。风口和铁口继续通氮气至24日中班,炉内温度小于50 ℃, 煤气浓度小于50 PPm，凉炉到位。

4 结语

柳钢6号高炉的凉炉过程采用风口和铁口通氮气，死料柱间歇打水的方式，有效避免了空气和水蒸汽对炉缸碳砖的氧化侵蚀，总结为以下几点：

(1)整个凉炉过程耗时108小时，折合4.3天，炉内采用风口，铁口通氮气+中心死料柱打水的方法，实现了创新的凉炉，极大地减少了炉缸打水量(约为完全打水凉炉的1/10)，有效地保护了炉缸砖衬，氮气消耗量为31 092 m3/d，小于正常生产时42 750 m3/d的消耗量，凉炉过程总的氮气消耗量约为124 370 m3。

(2)18日铁口用开口机钻后通氮气凉炉，管头容易被死铁层的铁水烧烂、结死，凉炉效果差，若当时直接采用平烧铁口埋管的方法，可以加快凉炉进度约1.5天

(3)凉炉末期卸掉所有中套，在风口前端安装大功率轴流风扇能有效的抽走炉内煤气，加快凉炉进度。由于西南面宝冶在施工，为保证安全，西南，东南两个方向的风口没有安装风扇，否则凉炉进度可加快0.5天。

(4)国内极少使用氮气凉炉，柳钢历史上也是首次采用，整个过程在顺利条件下能实现2.5天快速，安全、无害的凉炉。

参考文献：

[1] 程坤明.影响高炉炉底炉缸炭砖使用寿命的因素[J].炼铁，2006，1 (25)：11-14.