攀钢空料线停炉炉顶打水系统技术改进
宋 剑，吴亚明，刘天伟，李 健
( 攀钢钒炼铁厂，四川 攀枝花 617062)
【摘 要】 介绍了攀钢高炉在空料线停炉炉顶打水系统所存在的问题，并有针对性地对此系统进行了技术改进和完善，最后对改进实施后的打水效果和经济效益做了评价和计算。
【关键词】 停炉 炉顶打水 改进
1 前言
近年来，空料线停炉技术日臻完善，已成为我国高炉最常用的停炉方法。炉顶打水作为其操作过程中的关键环节，如若处置不当极有可能引发设备和人身伤害事故，成为限制停炉效率提高的重要因素。在过去的几十年，攀钢高炉所秉承的炉顶打水装置，为攀钢的炼铁生产做出了巨大贡献，但是，随着钒钛矿强化冶炼技术的不断提高，这一技术却鲜有改进，在近几年停炉过程中隐患迭起问题频出，已远远不能满足现代化停炉的实际需要，见表 1。
2 炉顶打水系统存在的问题及改进措施
炼铁厂技术攻关部门在推广理论研究的同时，对历次停炉过程进行了全程跟踪调查，找出了传统炉顶打水装置所存在的问题并进行了如下改进:
2． 1 水压不足、管径过细
经过调查，现有的炉顶雾化打水和常规打水所接的水源为 0. 4 MPa 的低压水，打水管内径仅为32 mm。加上打水管由炉台通到炉顶至少还要经过 8 处以上的折点，且每个折点处没有折平滑的弧度，所以水流在上升过程中压力损失很大，出水水压不足直接影响打水效果，见图 1。
依据每座高炉的炉容、停炉所用的风量，经过计算确定每台水泵的出水量和出水压力，对炉台水泵进行改进: 安装水泵 2 组，水源 2 组，改低压水为高压水。水泵电源配 2 组。每组水泵 3 台，2 台运转，1 台备用，即便有一台出现问题，而另一台能马上投入使用，大大提高了安全系数。
2． 2 孔径过细、孔距过大和排列角度不合理。
经过测量，现有的常规打水孔径中间排是 2. 5mm，两边是 3 mm; 孔距为 50 mm; 孔排角度为 60°，且每根管子的出口没有阀门控制，这样的布置容易造成出水量、打水面积小，影响打水效果和阻塞喷水孔而使打水泵憋压。
对此情况，结合实际经验和理论计算最后将两种打水方式的内管径均由原来的ф32 mm 改为ф50mm; 常规打水插入炉内部分的直径，由原来ф40 mm改为ф50 mm; 进水改成了动力厂供 1． 0MPa 的高压水。管子在由炉台通往炉顶的过程中尽量减少折点，折点部分在加工时也要注意保持平滑的弧度，以减少压力损失。
2． 3 雾化打水和炉身吹扫氮气管道不分，安装后检测、安全手段不完善
原雾化打水的氮气吹扫管道与炉身吹氮气管道连在一起，调节不灵活，氮气管网压力不足或波动时容易造成吹扫不理想。将两种管道分开，以满足雾化打水对氮气的需要。雾化打水管道安装完之后先用高压水打压，再用氮气吹扫。所有管道安装完毕，还要用酸洗的方式清洗一遍，以确保管道与喷水孔畅通。
为防止停炉期间出现意外，炉顶点火平台还加设了 4 根打水管，打水开关设在炉台打水处，一旦发生炉顶着火可远程控制，确保第一时间消除隐患。
2． 4 打水总量无法精确计算。
以前没有安装打水流量总表，停炉用水总量都靠经验估算，误差较大。在供打水总管上安装打水计量总表后，每次停完炉可以将理论计算与实际用量进行对比，经过不断对比、修正，误差越来越小，对于今后完善打水操作规程将会起到积极作用。
2． 5 监测仪器、联系方式原始落后。
以前炉台打水现场没有炉顶温度监控设备，高炉操作者与打水配管的内外联系完全依赖人工传递信息，加上停炉现场噪音较大，很容易发生指令误传。现在改为在炉台打水处设数字显示器，同时使用对讲设备，配管随时可以对炉顶 4 个点的温度变化做到精准调节。
3 改进后的效果
设计改造后的炉顶打水装置于 2009 年 12 月18 日首次应用于 4 号高炉停炉，2010 年 7 月 1 日被再次应用于新 3 号高炉，从 4 号高炉两次停炉的效果来看，改造后停炉过程中炉顶温度带窄、波动小，打水效果明显好于改造前，图 2 和图 3 分别为 4 号高炉2007 年4 月14 日( 改造前) 和2009 年12 月18日( 改造后) 停炉炉顶温度变化情况。
改造后停炉过程中没有出现断水、水小和打水不均匀而造成炉内减风、配管进入炉顶煤气区域冒险作业的情况，新型炉顶打水装置的成功应用使此次停炉变得安全、快捷和高效。
3． 1 打水总量得到验证
设定 炉 顶 煤 气 成 分 为，CO = 35. 1%，H2=1. 4% ，N2= 63. 5% ，V煤= 1. 24V风，即煤气量为风量的 1. 24 倍; 煤气在炉腹上沿及炉缸上沿的温度分别为 1300℃及 1450℃，要求煤气降温至 400℃时所放出的热量完全被水吸收，且变成 400℃的水蒸气。
假定 4 号高炉及新 3 号高炉停炉初期风量分别为2800m3/ min 和 3800m3/ min，入炉水温为 30℃ ，计算公式［1］为:
由于停炉打水总表的安装使停炉总水量得以测量。4 号高炉停炉实际用水 760 t，比理论计算少 50t; 新 3 号高炉停炉实际用水 950 t，比理论计算少用108 t，均处于误差范围内，两次停炉共节约用水 200t 左右，经济效益和社会效益十分明显。
3． 2 事故明显减少、停炉安全系数得到提高
在 4 号高炉和新 3 号高炉停炉过程中，新型炉顶打水装置的使用使得整个停炉作业变得安全而顺畅，没有发生一起停水、憋泵和水小而影响炉内停炉操作的事故，避免了停炉过程中配管冒险进入煤气区域开炉顶打水现象的发生，4号高炉煤气含氢量最高 7. 7%; 新 3 号高炉仅为 6. 0%，( 以往最高达13% ) ，有效地防止了炉顶煤气发生爆炸，大大提高了停炉的安全系数。
3． 3 保证了残铁温度，有利于残铁的排放
攀钢高炉在停炉过程中，预先都会将高炉内钒钛矿炉料全部置换为全块矿进行冶炼，普通矿产生的铁水一方面易于排出，另一方面有利于冲刷一些高炉炉墙、炉缸粘结物，降低清出炉缸残余物的难度。但是，如果在停炉过程中打水量控制不好，将使残铁温度低于 1360℃，不利于最后一次出铁，大量铁水滞留在高炉内将极大的增加停炉出残铁作业的危险性。并且在高炉检修期间，不进行破坏性爆破，靠人工进行清理的滞留在炉缸内的铁水将大大影响检修工期。
3． 4 经济效益
新型炉顶打水装置的采用可精确调剂炉顶四个点的温度，加快停炉步伐，为顺利停炉出铁、出残铁和清理炉缸残留物创造了条件，从而为缩短检修工期、高炉提前出铁提供了保障。经过测算，由于此套装置的成功应用，使 4 号高炉与以前停炉相比，创造效益达 122 万元; 新 3 号高炉则不低于 103 万元，推广到全厂五座高炉，产生的经济效益在 500 万元以上。
4 结语
( 1) 停、开炉作业是高炉操作中的核心技术，炉顶打水作为停炉操作中的控制性环节，对其装置进行不断地改进，对于安全、高效、经济的停炉至关重要，也是对我国高炉操作技术的补充与完善。
( 2) 通过对炉顶打水系统一系列的改进，攀钢高炉解决了停炉打水控制难度大的问题，使打水量能根据需要适时进行调剂，保证了炉顶温度稳定受控，使停炉安全性得到了进一步的加强，也为今后炉顶打水系统安装快捷化、操作自动化和调节精确化研究指明了方向。
参考文献
1． 范广权． 高炉炼铁操作［M］． 北京: 冶金工业出版社，2008． 4 ( 7) :298 ～ 300．
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