【技術文摘】本鋼板材五號高爐空料線停爐實踐?

來源：市場資訊

（來源：中國煉鐵網）

趙鑫 劉元 費發通

（本鋼板材股份有限公司煉鐵總廠）

摘 要 對本鋼板材煉鐵總廠有效容積2580m3的五號高爐回收煤氣法空料線停爐全過程進行總結。論文重點剖析了在氮氣系統保護、液壓式爐頂放散閥自動控制、在線煤氣分析儀實時監測等安全保障技術上的成功應用與顯著成效。通過對全過程數據的梳理與行業常規操作的對比，論證了本次空料線停爐在安全性、經濟性（煤氣回收）和高效性（快速降料線）方面取得的成功，最終為高爐后續中修創造了安全、潔凈的爐內空間。其積累的經驗與反思，對同類型大型高爐安全、環保、經濟地實施停爐操作具有重要的參考與借鑒價值。

關鍵詞 高爐 中修 空料線 停爐 煤氣回收

1 引言

高爐作為長流程鋼鐵制造的核心熱工設備，其穩定順行是保障整個生產系統連續、高效運行的基礎。然而，高爐在經歷一個爐役期（通常為4至8年）的連續高溫、高壓、化學侵蝕及機械沖刷后，爐體內襯耐火材料、冷卻設備（如冷卻壁）等會不可避免地出現不同程度的破損、蝕耗。當這種破損積累到一定程度，將直接威脅高爐的安全生產、技術經濟指標及爐體壽命。因此，進行計劃性的中修或大修，對受損部件進行更換或修復，是維持高爐長期健康運行的必然選擇。空料線停爐技術，正是現代高爐在進行此類大中修前，將爐內料面降至預定高度（如爐腰或爐身下部），為檢修作業創造安全、寬敞空間的關鍵預備工序。

空料線停爐的本質，是在高爐停止正常上料后，通過繼續向爐內鼓入一定風量，使爐內剩余的焦炭（即預休風料中的焦炭）在風口前燃燒，產生熱量和還原性煤氣，并利用煤氣的浮力及料柱的自重，使料面逐步、均勻地下降至目標位置。采用“回收煤氣法”的空料線技術具有革命性的進步：它能夠將停爐過程中產生的富含一氧化碳（CO）的煤氣，通過煤氣凈化系統后回收至廠區煤氣管網，用于軋鋼、發電等其他工序。這不僅極大地節約了能源消耗，降低了碳排放，還有效避免了煤氣直接放散對環境的污染，同時維持了煤氣管網的壓力穩定，提升了整個鋼鐵聯合企業的能源利用效率和運行穩定性。

本鋼板材煉鐵總廠五號高爐（有效容積2580m3）自2020年11月投產以來，已安全運行近4年8個月。自2024年起，位于爐身下部的第10段鑄鐵冷卻壁開始陸續出現水管破損現象，至停爐前共發現8根破損水管，對高爐的安全生產和長期穩定順行構成了直接威脅。經充分論證與周密計劃，廠部決定於2025年7月中旬對其進行一次計劃中修，核心任務是更換第10段全部冷卻壁。本次停爐采用回收煤氣法進行空料線作業，目標是將料面降至深度19.5米處（即爐身第9段冷卻壁下沿），為冷卻壁更換作業創造安全條件。空料線操作于7月14日夜間正式開始，并于次日上午成功完成，隨后進入休風檢修階段。

2 停爐前準備與爐況調整

對于高爐空料線這一高風險作業而言，充分、細致、前瞻性的準備工作是成功的根本保障。五號高爐的停爐準備工作，早在計劃停爐日期前數日便已啟動，其核心指導思想是“穩定、潔凈、安全”，具體圍繞以下四個維度系統展開：

2.1 爐況穩定性調整

空料線作業必須在高爐爐況長期穩定順行的堅實基礎上進行。任何潛在的爐況波動，如難行、懸料、管道行程、爐涼或爐熱等，都可能在空料線這一動態過程中被急劇放大，導致作業失敗甚至引發事故。為此，五號高爐在停爐前采取了極具針對性的精細化操作策略：

（1）追求充沛的物理熱與合理的化學熱：在預休風前約48小時，操作團隊開始有意識地將高爐風量穩定在4950-5000m3/min，并將綜合燃料比精準控制在525kg/t左右。操作的重中之重是對生鐵成分的精細調控，將鐵水硅（Si）含量穩定在0.45%-0.55%的理想區間，同時將硫（S）含量嚴格控制在0.03%-0.04%的低水平，并保持錳（Mn）含量在0.4%-0.45%。這一系列操作的核心目標是確保鐵水物理熱達到1500-1510℃的高水平。這種“高物理熱、低硅”的鐵水狀態具有雙重優勢：一方面，高的物理熱和適宜的化學成分為渣鐵提供了優異的流動性，這對于停爐前最后一次鐵能否將爐缸內的渣鐵徹底排放干凈至關重要；另一方面，避免了硅含量過高可能導致爐缸過度積熱，從而在后續開爐時出現爐溫難調、波動大的不利局面。

（2）主動配加錳礦以改善渣鐵流動性：在預休風前兩天，按既定計劃開始在每批爐料中配加1噸錳礦。這一舉措蘊含了深刻的冶金學原理：首先，氧化錳（MnO）在爐內高溫區被還原成金屬錳（Mn）的過程是一個顯著的吸熱反應，這有助于吸收爐缸內多余的熱量，防止停爐前爐缸溫度過高，為安全停爐創造條件；其次，錳的還原進入鐵水，能有效改善爐渣的化學性質和物理狀態，顯著降低爐渣的黏度，增強其流動性，同時提升脫硫效率。這為停爐前最后一次出鐵以及未來開爐后第一次出鐵的順利排放，提供了堅實的物化條件保障。

（3）適度降低爐渣堿度：在停爐前的配料中，操作團隊主動將爐渣的二元堿度（CaO/SiO?）從正常生產時的1.25倍左右下調至1.10倍。降低堿度的直接效果是顯著降低了爐渣的熔化溫度和高溫黏度。在停爐的特殊階段，較低熔點和黏度的爐渣，能使渣鐵在爐缸內的分離更為徹底，流動性更好，從而在出鐵時排放得更干凈、更順暢。這極大地降低了因渣鐵排放不凈，殘留液態渣鐵在休風后凝固，對爐缸炭磚造成侵蝕和破壞的風險。

（4）提前改為全焦冶煉： 在預休風前約一個冶煉周期，五號高爐停止了煤粉噴吹，完全轉為全焦冶煉。這一轉換具有多重戰略目的：其一，消除了煤粉因燃燒不充分可能對高爐內煤氣流的合理分布產生的潛在干擾，使爐況更加穩定、可控；其二，焦炭的燃燒特性與煤粉不同，全焦冶煉能使爐缸的熱量儲備更加充沛、均勻，為空料線過程提供更穩定可靠的熱量來源；其三，也是最關鍵的一點，停止噴煤后，爐料組成變得單一，便于操作人員更精確地計算停爐所需的凈焦和各級負荷料的數量和位置，為空料線過程的穩定控制和節奏預測奠定了堅實基礎。

2.2 預休風料（爐料填充）的計算與裝入

空料線過程的實質，就是燃燒預休風料中加入的大量焦炭。因此，預休風料單的設計是否科學、合理，直接決定了空料線作業的速度、安全性以及停爐后爐缸的清潔程度。五號高爐為此進行了周密的計算和規劃。

（1）計劃料單的“塔式”結構設計：計劃中的預休風料單采用了分層級、逐步增加焦炭比例的“塔式”結構。從下至上依次為：10批焦比為601kg/t的負荷料、20批焦比為652kg/t的負荷料、9批焦比為995kg/t的負荷料，最后在料面頂部加入200噸的蓋面焦。通過理論計算，該料單結構下空料線過程中將產生約926噸爐渣和306噸鐵水。這種設計的核心思路是：在料面下降的初期和中期，由下部焦比較低的負荷料提供基礎熱量并生成部分渣鐵；隨著料面下降至爐身中下部，空間擴大，熱損失增加，此時由焦比極高的料批和蓋面焦提供充足、集中的熱量補充，確保燃燒反應持續進行，爐頂溫度維持在可控范圍，直至料面降至目標位置。

（2）實際料單執行與偏差分析：在實際執行裝料過程中，出現了一個值得關注的偏差。由于改為全焦冶煉后，焦炭的冶煉周期縮短，料速明顯加快，加之在操作銜接上對富氧量的控制不夠及時精準（富氧量一度高達180m3/min），導致實際加入的蓋面焦總量達到了350噸，比原計劃多出了150噸。這一偏差雖然增加了本次停爐的焦炭成本，但從技術安全角度審視，客觀上為空料線后期，特別是料面降至爐身下部空間擴大后，提供了更為充裕的熱量儲備。這在一定程度上避免了可能因熱量不足而導致的爐頂溫度過低、需要大量打水或甚至被迫提前休風的風險。然而，這一偏差也清晰地暴露出在操作轉換過程中，對全焦冶煉模式下料速變化的預判不足，以及對富氧等輔助操作參數精準控制的重要性，為未來操作提供了寶貴的改進方向。

（3）布料制度的適應性調整：為適應空料線期間邊緣氣流容易發展的特點，對預休風料的布料制度進行了針對性調整。在全焦負荷階段，將中心加焦的環數由正常生產時的5圈減少至3圈；對于焦比高達995kg/t的高負荷料，其布焦環數進一步減少為2圈；同時，取消了蓋面焦的中心加焦操作。這些調整的核心目的非常明確：適當抑制中心氣流，防止邊緣區域因礦焦比過低而形成強烈的管道氣流，確保整個空料線過程中煤氣流能夠保持穩定、合理的分布，為安全、順行提供保障。

2.3 設備與安全保障準備

再完美的操作方案也需要可靠設備的支撐。周密的設備檢查、改造和測試，是空料線作業安全的技術屏障。

（1）料線探測與爐頂打水系統升級：為精確跟蹤深料線，在高爐上安裝了兩套量程為22米的長探尺，互為備用，確保料線數據準確可靠。對關鍵的爐頂打水裝置進行了臨時改造，將原有的打水噴頭改為4根4米長的臨時打水管，并優化其布置角度，旨在增強打水霧化效果，避免水流呈線狀直接沖擊料面，造成局部過濕或爐料粉化。打水系統配備了高精度的流量計和壓力傳感器，所有信號均實時傳輸至高爐主控室，操作人員可以在控制臺上遠程監控和精確調節各支管的打水量，實現了打水操作的精準化和可視化。

（2）煤氣系統安全與自動放散保障：爐頂煤氣系統的安全是重中之重。本次停爐前，對爐頂的兩個煤氣放散閥進行了關鍵性改造，將其控制方式改為液壓驅動，并設定了不同的自動開啟壓力值（分別為105kPa和110kPa）。當空料線過程中爐頂壓力因各種原因超過設定值時，放散閥會立即自動開啟進行泄壓，從而有效保護爐頂煤氣管道、除塵器等設備免受超壓破壞。這一自動化安全措施被實踐證明效果極其顯著，據事后總結評估，預計可有效縮短預休風準備時間達5-6小時，并極大提升了安全冗余度。

（3）氮氣保護系統與在線煤氣監測創新：針對已知的第10段已破損的冷卻壁，采取了嚴格的氮氣保護措施：對所有已破損的4根冷卻壁水管持續通入氮氣，形成正壓屏障，防止高溫煤氣倒灌入冷卻系統內部引發事故。同時，在爐身兩層靜壓取壓點處也預留了氮氣管道接口。最具創新性的是，本次實踐成功應用了在線煤氣分析技術：通過一臺小型壓縮空氣機，將爐身部位的煤氣樣本持續引至高爐主控室旁的在線煤氣分析儀中，實現了對煤氣中氫氣（H?）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO?）等關鍵成分的實時、連續監測。這項技術為操作人員判斷料面真實深度、評估打水是否適量（通過H?濃度變化）提供了前所未有的科學、直觀的數據支持，使操作決策由經驗型向數據驅動型邁出了關鍵一步。

（4）送風前最終確認與爐前出鐵保障：在送風開始空料線前，組織人員對全部風口進行逐一檢查，確認無一損壞，確保送風通道安全。爐前作業區則根據計劃送風風量和理論冶煉周期，精確計算并規劃了在空料線期間進行兩次出鐵作業的時間點和組織方案，目標明確：務必在休風前將爐缸內的渣鐵排放殆盡，為高爐安全進入休風檢修狀態掃清最后一道障礙。

3 空料線操作實踐與關鍵參數控制

2025年7月14日21:56，在完成所有準備工作并確認無誤后，五號高爐正式停止上料，開始空料線操作。至7月15日10:06成功休風，整個空料線過程歷時12小時10分鐘，料面平穩降至預設的19.5米深度，期間煤氣實現全程回收。這個過程充滿了挑戰，是對操作團隊應對能力的集中考驗。

3.1 初始階段與氣流調節的波折

送風初期，出于安全考慮，將風量設定在1950m3/min的較低水平，相應風壓約為85kPa。然而，送風后不久，高爐出現了“各風壓、壓差等參數顯示對稱，但下料極其不順”的典型難行現象。經過緊急分析，判斷問題的根源在于：為確保安全，操作人員將爐身兩層靜壓點的氮氣通入量開至了最大，導致大量氮氣涌入爐身上部空間，形成了較高的局部壓力，顯著增大了爐料下降的有效阻力。找到癥結后，操作團隊于15日0:20果斷作出調整，大幅減少了靜壓點的氮氣通入量。這一調整立竿見影，爐內上部壓差隨之降低，爐料開始正常下降，并于0:55發生了一次預期的塌料，料線一次性從較淺位置降至8.0米深度，標志著爐況轉入正常空料線階段。這一初始波折生動地表明，任何安全措施都需要與工藝過程動態匹配。氮氣通入策略必須與料線深度和爐內空間變化相協調。后續在其他高爐的實踐中證明，在送風初期將氮氣通入量控制在較低水平（如總量的1/3），待料線深入、爐身空間擴大后，再根據煤氣成分和溫度情況逐步加大氮氣量，是更為科學、高效的做法。

3.2 風量、爐頂溫度與打水量的動態平衡藝術

這是整個空料線操作的核心技術難點，也是一個需要不斷動態調整的平衡過程。操作的目標是在保證設備安全的前提下，盡可能快地降低料面。

（1）爐頂溫度的控制：爐頂溫度是決定是否打水以及打水量的最關鍵信號。本次操作將爐頂溫度的控制目標設定在250-400℃的理想區間。溫度過高（如持續超過450℃）會嚴重威脅布袋除塵器等煤氣凈化設備的纖維材質安全；溫度過低（如長期低于200℃）則意味著打水量過大，可能有部分水分未能完全蒸發汽化，以液態形式落入高溫料面。這些未汽化的水會與高溫焦炭發生水煤氣反應，產生大量氫氣（H?），導致煤氣中H?濃度急劇升高，大大增加爆震風險。整個過程中，操作人員通過及時啟停打水和調整風量相結合的手段，基本將頂溫維持在了目標范圍內。

（2）打水量的控制與險情處置：本次空料線總打水量為899噸。詳細記錄的打水數據表明，打水并非均勻進行，而是根據頂溫波動動態調整。在過程中，曾一度因過于擔心頂溫超高，而將打水量控制得偏大，導致布袋除塵器入口溫度被強制壓在280℃以下。與此同時，為追求更快的降料線速度，風量一度被加至3900m3/min的高位。這種“高打水、大風量”的組合模式，雖然控制了溫度，但大量水汽在高溫下與焦炭反應，加之風量大使反應加劇，導致煤氣中H?含量在凌晨2:30之后迅速攀升至4-6%的危險水平，并接連引發了數次可聞的爆震聲響。這是本次操作中最嚴峻的一次險情。值班工長展現出極高的應變能力，果斷將風量大幅降至2000m3/min的安全水平，并嚴格控制總打水量在30m3/h以內。經過約一小時的調整，H?濃度逐漸回落，爆震現象消失，險情得以成功化解。這一教訓極其深刻，它清晰地指出：在空料線過程中，應確立“以風控溫為主，打水降溫為輔”的原則。即在保證頂溫不超標的前提下，應優先通過減少風量來抑制燃燒強度、降低頂溫，而非簡單地增加打水。打水應作為精細的微調手段，且必須確保其霧化效果達到“細雨”級別，使水滴在到達料面之前已完全蒸發。

（4）風量的控制策略：風量是空料線速度最直接的決定因素。在成功處置了中期的爆震險情后，風量被穩定在2000-3000m3/min的相對平穩且安全的區間內運行。事后總結認為，若能從一開始就將風量目標設定并穩定在3000-3500m3/min的適中水平，避免短暫沖上3900m3/min的冒進操作，或許能在降料線速度和過程安全性之間找到更佳的平衡點，有可能避免或減輕H?超標和爆震的發生。這為未來操作優化提供了明確參數依據。

3.3 爐前渣鐵排放與安全休風

空料線期間，爐前作業嚴格按照預定計劃執行。根據送風風量和理論冶煉周期計算，成功組織了兩次出鐵。第一次出鐵在送風后約3小時開始，出鐵時長2小時42分鐘，出鐵量約375噸。第二次出鐵安排在休風前進行，確保了爐缸內殘余的渣鐵被最大限度地排放干凈。這兩次高效、及時的爐前作業，為空料線過程的順利推進和最終的安全休風奠定了堅實的基礎。7月15日10:06，當長探尺確認料面已準確降至19.5米預定位置后，高爐順利休風，空料線階段圓滿結束。

3.4 休風后的煤氣安全處理創新

高爐休風后，爐內依然殘留著大量高溫煤氣（爐身溫度仍達300-400℃，H?含量4-6%）。傳統處理方式是等待其自然緩慢擴散或進行長時間的強制通風置換，耗時往往長達十幾甚至二十幾個小時，嚴重擠占寶貴的檢修時間。本次實踐采用了一種主動、高效的創新處理方法：立即通過20個風口窺孔向爐內吹入氮氣，同時爐身靜壓點繼續通入氮氣，在爐內形成一道氮氣幕簾；并將爐身煤氣引出，繼續通過在線分析儀監測其成分變化。通過這種強制對流置換和實時監測相結合的方式，僅用了7小時50分鐘，就使爐內煤氣成分（特別是O?和H?含量）達到安全檢修標準。這項創新大大縮短了檢修前的安全等待時間，為中修工作提前開始創造了有利條件，是一項極具推廣價值的成功實踐。

4 總結與探討

4.1 本次空料線停爐實踐的成功經驗

（1）全面且超前的停爐前準備：從爐況的精細化調整（高物理熱、低硅、配錳礦、降堿度、改全焦），到預休風料單的科學設計，再到設備安全保障系統的升級改造，構成了一個完整、嚴密的準備體系，為空料線成功奠定了堅實基礎。

（2）創新性安全技術的有效應用：液壓自動放散閥、氮氣保護系統、尤其是在線煤氣分析技術的引入，將停爐安全從依賴經驗判斷提升到數據實時監控的新高度，顯著提升了過程可控性和安全性。休風后快速煤氣處理法更是體現了高效安全的理念。

（3）動態精準的操作調整能力：面對初期的難行和中期爆震險情，操作團隊能夠快速準確判斷原因，并果斷采取調整氮氣量、降低風量等有效措施，展現了高超的應急處置能力。

（4）高效的爐前與各工種協同：兩次出鐵的組織及時有效，設備、電氣、自動化等各輔助工種保障有力，體現了優秀的團隊協作水平。

4.2 存在不足與改進方向

（1）工序銜接與富氧控制精度不足：預休風階段由全焦冶煉轉換時，對料速變化的預判不足，富氧量未能及時下調，導致焦炭超計劃消耗。未來需建立更精細的工序銜接指令表，實現參數變化的精準預控。

（2）風量與打水量的動態平衡模型有待完善：中期出現的“大風量、高打水”冒險操作，暴露出現行操作規范中對二者優先級的界定不夠清晰。未來應確立“風量為主、打水為輔”的頂溫調控原則，并建立基于實時頂溫和H?濃度的聯動控制模型。

（3）氮氣通入策略需進一步精細化：初期因氮氣通入量過大導致難行，表明通入策略需與料線深度建立更科學的對應關系，實現分階段、按需供給。

5 結語

本鋼板材五號高爐2025年7月的空料線停爐實踐，是一次在現代高爐操作理論指導下的成功技術應用。通過系統性的前期準備、創新性的安全保障技術和動態精準的過程控制，安全、高效、環保（全程回收煤氣）地完成了預定目標，耗時12小時10分鐘，為高爐中修創造了優良條件。實踐證明，其所采用的氮氣保護、在線煤氣分析、自動放散閥、快速煤氣處理等一系列技術措施是有效且可靠的。同時，實踐中暴露出的在參數精準控制方面的不足，也為未來進一步優化操作、提升標準化和智能化水平指明了方向。本次實踐所積累的正反兩方面經驗，對同類型大型高爐安全、經濟、綠色地實施停爐操作具有重要的參考和借鑒意義。