阅读说明：本技术 一种高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法及其氧枪 (Method for discharging slag iron by using oxygen lance during blow-in of blast furnace and oxygen lance thereof ) 是由 吴泽勇 刘永辉 于 2020-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法及其氧枪,该方法选择在填充料入炉后、点火送风前作为通氧时机,保证炉缸焦炭能够得到充分燃烧,促进炉缸热量迅速恢复,为出首次渣铁提供充沛的热量支撑。同时通过控制通氧比例,将氧枪烧损速度降至最低,始终保持氧枪的烧氧位置在炉缸的合适深度,并保障氧枪在炉缸内长时间燃烧焦炭而不会烧坏铁口通道。再通过对三个必要条件的把控,精准的确定拔氧枪的时机,保障首次渣铁量大温度足且流动性好,从而避免铁口、铁沟、渣沟结渣结铁,减少人力物力成本,促进开炉顺利上风,为快速达产达效奠定基础。(The invention discloses a method for discharging slag iron by using an oxygen lance when a blast furnace is opened and the oxygen lance thereof. Meanwhile, the oxygen feeding proportion is controlled to reduce the burning loss speed of the oxygen lance to the minimum, the oxygen burning position of the oxygen lance is always kept at the proper depth of the furnace hearth, and the oxygen lance is ensured to burn coke in the furnace hearth for a long time without burning out an iron port channel. And the timing of pulling out the oxygen lance is accurately determined by controlling the three necessary conditions, so that the large quantity of iron slag for the first time, the sufficient temperature and the good fluidity are ensured, the slag bonding and iron bonding of an iron notch, an iron runner and a slag runner are avoided, the cost of manpower and material resources is reduced, the smooth upwind of the blow-in furnace is promoted, and the foundation is laid for quickly achieving the effect of the production.)

一种高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法及其氧枪

技术领域

本发明涉及一种高炉开炉方法，具体涉及一种高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法及其氧枪。

背景技术

高炉开炉是一个繁杂的系统工程，是炼铁生产中比较复杂的实践操作。开炉前高炉状况及开炉条件各不相同，开炉情况也大不相同。目前所采用的开炉方式主要为两大类，其中大多数采用枕木填充炉缸开炉，另有一小部分采用全焦开炉。

高炉开炉过程中，随着风口前焦炭的燃烧，回旋区逐步成型，炉料由下而上逐步加热、下降。随自身热量的上升，炉料发生物理化学的变化，软熔带逐步成型、上移，炉内上部块状带发生炉料的预热、间接还原，炉料软熔、滴落后，渣铁水开始形成，渣铁水透过死焦堆下降至炉缸底部。在这期间，生成的渣铁熔融物能否初次顺利排出，是对开炉初期一系列生产操作的综合检验。

为了保证开炉顺利排出渣铁，最关键的是合理的装料制度，合理配料，控制好渣铁成分，即使初生成渣铁温不足也会有良好流动性。除此之外，技术人员也研发了各种针对铁口的辅助措施。

例如，在铁口安装煤气导出管。确认风口前焦炭燃烧后，打开铁口煤气封罩点燃喷吹的煤气，通过炉内高温煤气的排出加热铁口区炉缸，有渣铁喷出时堵上铁口。这种方式的不足之处在于从铁口喷吹的煤气虽然已点燃后放散于大气中，但不可避免增加了高炉铁口区粉尘和有害气体含量，炉前工作环境变差。另外从铁口排出炉内高温煤气喷吹，当渣铁生成并流动到铁口时空吹结束，堵铁口后没有对铁口区初生成一定量的凉渣凉铁继续加热的手段，导致渣铁仍旧难以排出。

此外，也有高炉应用氧枪辅助开炉出渣铁，一种手段是通过在铁口通道和泥包内预留钢管，并采用电控装置进行自动动作控制，高炉开炉后首先通入压缩空气，随炉料的下降和还原反应的进行，生成熔融渣铁进入炉缸，此时打开高压氧气阀，关闭压缩空气阀，通过氧气燃烧放出热量，提高炉缸内积存渣铁的温度，提高渣铁流动性，缸内渣铁积存到一定程度将铁口通道内钢管全部熔化，形成一个渣铁通道，避免渣铁通道内炮泥长时间烧结***造成的铁口难开。该方法相较煤气导出管技术上有所提升，但是方式还比较落后，具体而言，其不足之处在于：通氧气时间迟，加热炉料及渣铁效果欠佳；关闭压缩空气时间过早，必然氧枪寿命大幅缩短，使铁口通道内钢管全部熔化，渣铁可能不受控的自动流出，增加炉前工安全生产风险，而且氧气容易烧坏铁口通道耐材，给高炉长寿留下隐患。

另一种手段是在点火开炉前在铁口安装氧枪并送氧烧炉缸焦炭，增加炉缸下部料柱透气性，有利于炉缸尽快达到工作温度，达到快速恢复正常生产水平的目的。但是，氧枪通氧烧炉缸焦炭时间过长，因炉缸产生渣铁量过多造成氧枪大幅烧短，可能烧坏铁口区通道耐材缩短高炉寿命，更有甚者将铁口内氧枪全部融化，渣铁自动从铁口跑出酿成安全事故的风险加大。而氧枪通氧烧炉缸焦炭时间过短就拔出氧枪，氧枪虽然完好，但不能充分加热炉缸，拔氧枪出首次渣铁难出，甚至渣铁流不出来，需要在生产状态再向铁口安装氧枪或人工再拿氧气管***铁口通道通氧气融化炉缸内凝固的渣铁，不仅增加炉前的工作量，而且炉缸内生成的渣铁不能及时排出影响开炉加风进程。目前采用该方式开炉的高炉，在氧枪材质保障的基础上，对氧枪通氧时机、通氧比例以及拔氧枪的时机仍旧采用粗放式的控制方式，往往导致上述两种结果而不能成功辅助开炉。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法，该方法能够避免出现烧坏铁口区耐材，并保证开炉第一炉渣铁具有一定渣铁量，且渣铁热量充沛能够顺畅流出。

本发明的另一目的是提供一种实施上述高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法的氧枪。

技术方案：本发明所述的一种高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法，在填充料装入高炉后，送风点火前，对所有铁口安装套管式氧枪，并通过氧枪的内层管道向炉内通入氧气，氧气压力为0.1Mpa，通过氧枪的外层管道向炉内通入压缩空气，并将氧气和压缩空气的压力比例始终维持在0.8～1.2:1；

点火送风开炉，跟随加风节奏将氧枪氧气压力从0.1Mpa逐步提高到0.4Mpa，监控高炉热风压力、氧枪氧气压力以及氧枪压缩空气压力；当氧枪氧气压力自动爬升40～60Kpa，高炉内热风压力自动爬升10～30Kpa，并且通过风耗计算确定开炉填充料第二段空焦造渣料全部到达风口位置时，进行拔氧枪出首次渣铁。

进一步的，还包括通过计算炉渣液面达到炉缸的安全储量体积，用以对拔氧枪出首次渣铁的时间进行验证。

具体的，验证方法如下：

计算铁口到风口中心线之间的安全储量体积

则炉缸内储渣铁界限体积为＝V×ξ×k

其中，h为风口中心线到铁口中心线高度，单位为米；d为炉缸直径，单位为米；ξ为焦炭填充炉缸后的空隙率；K为保险系数；

根据跑料批数，核算其产生渣铁量体积达到炉缸内储渣铁界限体积时应开铁口出铁。

其中，所述氧枪的长度与高炉铁口开口机钻杆长度一致，通过开口机将氧枪从铁口***炉内，并在出首次渣铁时通过开口机将氧枪拔出。

为了实施上述的高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法，本发明提供的一种氧枪所采用的技术方案是：该氧枪包括内层管道、套设在内层管道外部的外层管道、设置在外层管道侧面的压缩空气进气管、与压缩空气进气管并排设置的氧气进气管、设置在压缩空气进气管上的压缩空气阀门和压缩空气压力表、以及设置在氧气进气管上的氧气阀门和氧气压力表；所述压缩空气进气管连通所述外层管道，所述氧气进气管***所述外层管道内部并与所述内层管道连通。

具体的，所述内层管道和所述外层管道均在尾端封闭，且外层管道的尾部设置有与铁口开口机适配的螺纹连接头。

所述内层管道、所述外层管道、所述氧气进气管以及所述压缩空气进气管均为不锈钢材质，焊接成型。

有益效果：该方法选择在填充料入炉后、点火送风前作为通氧时机，保证炉缸焦炭能够得到充分燃烧，促进炉缸热量迅速恢复，为出首次渣铁提供充沛的热量支撑。同时通过控制通氧比例，将氧枪烧损速度降至最低，始终保持氧枪的烧氧位置在炉缸的合适深度，并保障氧枪在炉缸内长时间燃烧焦炭而不会烧坏铁口通道。再通过对三个必要条件的把控，精准的确定拔氧枪的时机，保障首次渣铁量大温度足且流动性好，从而避免铁口、铁沟、渣沟结渣结铁，减少人力物力成本，促进开炉顺利上风，为快速达产达效奠定基础。

附图说明

图1为高炉开炉氧枪使用状态的结构示意图；

图2为实施例中烧氧出首次渣铁阶段高炉的热风压力、全压差变化趋势。

具体实施方式

采用如图1所示的氧枪实施本发明所述的方法。其中，1为外层管道，2为氧气压力表，3为压缩空气压力表，4为压缩空气进气管，5为氧气进气管，6为压缩空气阀门，7为氧气阀门，8为铁口通道，9为炉缸、炉底砖衬，10为冷却壁，11为炉皮。该方法可应用于所有高炉全焦开炉生产过程中各铁口的首次排渣铁作业，特别是应用于2500m³级高炉中修及项修的全焦开炉效果尤其显著。

具体的，开炉至出首次渣铁的过程为：

1)、在企业资源允许的条件下，尽量选择质量好的原燃料、辅料开炉。

2)、在企业资源允许的条件下，尽量选择熟料率较高(≥90％)的用矿结构开炉。

3)、采用全焦开炉，炉缸不装枕木或杂木。

4)、开炉填充料配料

根据需要将高炉填充料分为若干段，填充料总焦比为3.0～4.0t/t。各段料焦炭批重保持一致，焦炭批重要使在炉腰部位的焦炭层厚达到0.2～0.3米。

填充料的第一段为净焦，从炉缸填充到炉腹上沿。

第二段为空焦造渣料，从炉腰填充到炉身下部，炉身内填充的高度占炉身高度的20±5％。其中，空焦就是造渣料包括焦炭、碱性熔剂(例如石灰石、白云石)、酸性熔剂(例如硅石)、改善炉渣流动性的石料如莹石。考虑首次出渣铁炉温比较低，要求空焦中Al₂O₃的质量百分比含量不大于13％，且自第二段空焦造渣料向后每段料逐步提高Al₂O₃的含量以降低渣比，Al₂O₃的最高质量百分比含量不大于14.5％。

填充料的第三段开始加入矿石，且第三段的焦炭负荷控制在0.2，之后每段料相较前一段料的焦炭负荷逐步加重0.2～0.3，并呈平滑上升趋势。具体以增加矿石批重固定焦炭批重的方式加重负荷。

自第二段料开始，炉渣MgO含量根据MgO与Al₂O₃的质量比为0.6～0.65进行控制，炉渣碱度控制为0.95±0.05。并且，自第二段料开始每批料配萤石，萤石用量为料批重的5±1％。此外，填充料铁水中[Si]控制为2.5％～3.5％，[Mn]控制为0.8±0.1％。

正常生产用铁料包括烧结矿、球团矿、块矿的配比根据需要保持稳定，焦炭负荷、渣铁成分通过分段配料逐步趋向正常化，高炉内的温度场、压力场及浓度场逐步过渡到正常水平。

5)、向高炉内填充料要求

①、填充料过程中，调整布料矩阵。填充料过程结束后，炉内料面要求形成合适宽度和深度的平台、漏斗料面。

②、实际装入炉内物料体积与计划装入体积差＜5％。

6)、送风点火前，全部铁口安装氧枪送氧烧炉缸焦炭

如图所示氧枪：材质为不锈钢，氧枪为双管结构，内管通氧气，外管通压缩空气，氧枪长度与铁口开口机钻杆长度一致，尾端设置与开口机连接的螺纹连接头，从而可通过开口机将氧枪从铁口***炉内。通过氧枪向炉内吹氧气和压缩空气，氧气压力为0.1Mpa，并将氧气和压缩空气的压力比例始终维持在0.8～1.2:1。

7)、点火送风开炉，跟随加风节奏将氧枪氧气压力从0.1Mpa逐步提高到0.4Mpa，监控高炉热风压力、氧枪氧气压力以及氧枪压缩空气压力；当氧枪氧气压力自动爬升40～60Kpa，高炉内热风压力自动爬升10～30Kpa，并且通过风耗计算确定开炉填充料第二段空焦造渣料全部到达风口位置时，进行拔氧枪出首次渣铁。在此需要说明的是，这三个必要条件中，尤其是前两个条件已经足以说明炉缸内已积存一定水平的渣铁量，到了扒氧枪出渣铁的时刻。当然，为了进一步确认时间是否判断准确，还可以通过计算炉渣液面达到炉缸的安全储量体积，用以对拔氧枪出首次渣铁的时间进行验证。

接下来，以国内某厂2550m³高炉为例，对本发明做进一步详细说明。

1)、高炉开炉前状况

该2550m³高炉共经历了两次打水空料线到炉缸风口以下停炉换冷却壁项修。

第1次项修为2009年4月30日2:23点火开炉。开炉前炉内残余碎焦基本清理出来，其三个铁口中的两个已从炉外烧通，4个风口安装了热风导管。当时开炉该厂为2座高炉生产，该厂自产干熄焦充足，开炉后可以保持使用全自产干熄焦，但开炉后首次出渣铁困难，达产时间长。

第2次项修为2019年4月30日19:16点火开炉。4月1日经过空料线停炉29天时间项修，换铜冷却壁176块，铸铁冷却壁99块。由于开炉时间限制，开炉前扒炉到风口中心线以下平均2.59米结束，三个铁口基本挖出来(挖的最深地方，三个铁口方向在风口中心线以下分别为4.14米、3.88米、4.48米)，但未贯通，炉缸约有166m³残焦、渣***聚物未扒出。该厂自产干熄焦只够2座高炉生产。第2次项修开炉时为3座高炉生产自产干熄焦量不足，点火开炉后自产干熄焦比例由100％下降到55％。第2次项修开炉难度大于上次。

第2次项修开炉采用本发明所述的高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法，开炉出渣铁顺利，达产达效快。

2)、开炉填充料选用自产干熄焦全焦开炉。

3)、开炉用矿结构为84.2％烧结矿+15.8％球团矿全熟料结构。

4)、原燃料质量达到开炉要求

5)、测定高炉填充体积。

在装料前，用3D扫描仪测定高炉填充体积,根据各部位分别测量结果计算高炉总体积为2492.2m³，工作容积为2182.6m³。

6)、开炉料填充

开炉填充料为10段料结构。焦批固定为17吨，第一段料30批净焦共510吨加到炉腹上沿，第二段料18批空焦加到炉身下3.4米位置，其中净焦306吨，莹石5.4吨、石灰石45吨、白云石41.4吨、硅石21.6吨。第三～第十段为30批正常料，批数分别为：5、5、4、4、4、3、3、2，矿批分别为：3.4t、6.8t、11.9t、17t、22.1t、27.3t、32.3t、37.4t，O/C分别为0.2、0.4、0.7、1.0、1.3、1.6、1.9、2.2。第九段料加完停止填充炉料，南、北机械探尺料线分别为3.24米、2.92米，余下第十段料，点火送风料动后再加。正常料线设定1.5米，全炉焦比为3.82t/t、O/C为0.407、烧结矿440吨、球团矿82.7吨、锰矿23.3吨、莹石14.7吨、石灰石88吨、白云石92.6吨、硅石78.3吨。最后2罐料布料矩阵见表1。

表1最后2罐填充料布料矩阵

根据最终料面测量，料线为3.45m，平台宽度为1.1m，漏斗深度为1.4m，漏斗直径为2.67m，且圆周方向没有偏析。理论计算装完第9段料后料线为3.8米，实际装完第9段料后机械探尺平均料线为3.08米，实际装入炉内物料体积与计划装入体积差为2115-2075＝40m³误差为1.93％。

7)、3个铁口安装氧枪送氧烧炉缸焦炭，加热炉缸

4月30日15:33 4#铁口氧枪安装好送氧，5#、6#铁口在送风点火前氧枪安装好，并向炉缸内送氧烧焦炭。向炉内吹氧初期，氧气压力设定0.1Mpa，氧气与空气的比例维持在1:1。

8)、点火开炉后使用氧枪经过。

2019年4月30日19:16送风点火开炉，送风风量823m³/min、风温805℃，20:01 13#，15#风口首先见亮，21:00所开风口全部见亮，安排做炉顶煤气爆发试验合格，22:27引煤气成功。

5月1日3:38分风量加到2711m³/min，6:00风量已加到2977m³/min。此时氧枪吹氧气压力已逐步提高设定到0.4Mpa，氧气与空气的比例仍然维持在1:1，到6:45氧枪吹氧气压力自动爬升到0.45Mpa。6:00高炉热风压力为229Kpa，随后缓慢自动爬升，7:04分上升到241.9Kpa，热风压力上升了12.9Kpa。具体见图2，6:00～8:00热风压力、全压差变化趋势。说明炉缸已积存了一定渣铁量，导致高炉风压、铁口氧枪压力上升。

通过风耗计算，开炉填充料第二段空焦造渣料到达风口的时间4:00～8:00(点火送风后9～13h)，见表2开炉各段填充料冶炼生成渣铁量及体积。

表2开炉各段填充料冶炼生成渣铁量及体积

为了在8:00之前将开炉填充料第二段空焦造渣料全部从铁口排出有利于加风进程，6:55分用铁口开口机拔6#铁口氧枪出渣铁，氧枪退出后，渣铁顺利流出流动性良好，主要是渣，很少量铁水，连续出渣40分钟后铁口见喷，并于7:35堵口，炉渣成分：R₂＝0.87、Al₂O₃＝11.56％、MgO＝7.33％，MgO/Al₂O₃＝0.63；7:36分拔6#铁口氧枪，顺利出渣10分钟后堵口，炉渣成分：R₂＝0.92、Al₂O₃＝12.3％、MgO＝7.9％，MgO/Al2O3＝0.64；7:49分拔5#铁口氧枪，顺利出渣2分钟后大喷铁口堵口，炉渣成分R₂＝0.94、Al₂O₃＝12.71％、MgO＝8.12％，MgO/Al₂O₃＝0.63。三个铁口氧枪拔出后炉缸产生的渣铁从铁口顺利流出，流动性好，渣铁沟不结渣不结铁，渣铁出尽后用液压泥炮堵口，铁口不需再埋氧枪。不仅炉前工作量大幅降低，而且及时排出产生的大量渣铁后热风压力下降了7Kpa(如图2)，为高炉加风、快速达产创造了条件。

13:09安排6#铁口出首次铁(区别于前述放渣环节，此为正式出铁)，此时距开炉送风时间为17.88个小时。此时第八段开炉填充料已下达炉缸，出铁47分钟出铁量70.45吨，铁水温度1400℃，铁水[Si]＝2.62％、[Mn]＝0.71％、[S]＝0.009％，炉渣成分：R₂＝0.97、Al₂O₃＝13.85％、MgO＝8.39％，MgO/Al₂O₃＝0.61，渣铁畅流，渣铁沟不结沟不结渣，铁沟不粘铁，开炉成功。

14:06风量加到3454m³/min，富氧为3647m³/h。

第2炉铁15:21打开铁口，填充料第十段(焦炭负荷2.20)下达炉缸，出铁103.05吨，铁水温度1430℃，铁水[Si]＝2.18％、[Mn]＝0.71％、[S]＝0.005％，炉渣成分：R₂＝0.97、Al₂O₃＝13.93％、MgO＝8.55％，MgO/Al₂O₃＝0.61，至此开炉填充料已全部过风口烧完，顺利进入加负荷喷煤富氧冶炼周期。

17:51风量加到3665m³/min。20:15加氧1000m³/h至5000m³/h。5月2日1:00风量4026m³/min，富氧为5160m³/h。3日2:00风量4166m³/min，富氧为5963m³/h。6:00上氧气至9000m³/h，此时风量为4658m³/min。10:00风量加到4751m³/min(点火后63h)，富氧量为9652m3/h，至此风量已加到全风风量。第3天达产：高炉利用系数为2.1t/m³d；第4天铁水产量6279吨，高炉利用系数为2.46t/m³d(见表3)，已达到正常生产水平，实现开炉快速达产目标。

表3开炉前4天铁水产量

日期	5月1日	5月2日	5月3日	5月4日
					铁水产量(t)	1021.6	2987.2	5358.3	6279.3
高炉利用系数(t/m3d)	0.40	1.17	2.10	2.46

由此可见，在第2次项修开炉客观难度远远大于第1次的基础上，采用本发明的高炉开炉使用氧枪排渣铁的方法，开炉后出铁顺利，渣铁流动性良好，高炉内的温度场、压力场及浓度场迅速过渡到正常水平，达产达效远好于第1次。