世界第一环保炉的“护花使者”

　　　　　　——中冶宝钢技术开创COREX设备检修技术纪实                                           

□ 晁国荣

　　在环境污染日趋严重、资源日趋短缺、地球不堪重负的当今世界，发展“绿色钢铁”、走循环经济和钢铁工业持续发展之路，已成为中国和世界钢铁行业的共识。
　　由国际钢铁巨头奥钢联开发的具有环保、节能和资源循环利用等多重优势的COREX炼铁工艺，从一闻世就受到世界关注，被公认为发展“绿色钢铁”的主要方向。
　　不断探索和完善提高COREX的生产工艺、操作技能和设备检修水平，使COREX工艺得以在世界各国和中国各大钢厂广泛推广，这是一项功德无量的伟业。承担世界最大的COREX炉生产的浦钢（即宝钢股份中厚板分公司）员工和承担浦钢钢铁生产服务的中冶宝钢技术第四检修分公司员工，责无旁贷地担当起这一重任。
　　由奥钢联开发的COREX炼铁工艺，与传统的高炉炼铁工艺相比，具有各方面的优越性。
　　优势之一：COREX工艺可以直接用非焦煤、天然块矿和球团作为原燃料，生产出高炉级铁水，由于省却了传统高炉炼铁对环境污染较严重的炼焦和烧结两大环节，大大减少了污染物的排放量。据COREX流程与高炉流程污染物排放实测数据比较，SO2前者只有后者的4.9%，尘只有13.4%，酚只有0.04%，硫化物只有0.1%。
　　优势之二：解决焦煤资源短缺危机，促进钢铁工业持续发展。由于COREX工艺可以直接使用非焦煤生产铁水，突破了传统高炉炼铁对焦煤资源的依赖。我国焦煤资源仅占整个煤炭资源10%左右，只能供应30至50年使用量，50年以后高炉流程面临焦煤资源短缺的危机。
　　优势之三：可以循环利用高热值煤气，发展循环经济。COREX炉在生产优质铁水的同时，还生产大量高热值煤气，具有很高利用价值，不但可以作为燃料使用，还可以同MIDREX结合，做到吨煤生产2吨铁的水平（1吨铁水，1吨海绵铁），也可同CCPP联合进行发电。浦钢建成的世界首套COREX-CCPP流程，到目前为止已发电超过5亿千瓦时，用于全厂生产以及生产COREX所需氧气，实现能源的综合循环利用。
　　自1995年韩国浦项钢厂建成世界第一套COREX设备至2007年11月宝钢集团浦钢COREX炉建成投产，目前世界上已建成5套COREX设备。其中韩国浦项钢厂1套、南非萨尔达纳钢厂1套、印度金达尔钢厂2套均为C2000型，而浦钢为C3000型，是目前世界上最大的COREX炉，被称为“世界最大的绿色环保炼铁炉”。有不少媒体大力呼吁要广泛推广COREX工艺，改变传统的钢铁生产模式。然为什么这种崭新的生产工艺只有少数国家和少钢厂进入工业化生产阶段？这是因为COREX生产工艺包括设备检修工艺还没有达到尽善尽美相当成熟的阶段，还需要进一步探索、完善和提高。
　　2007年7月15日，宝钢集团通过奥钢联介绍派出由宝钢检测公司、浦钢设备部、中冶宝钢技术第四检修分公司等单位和部门组成的11人考察团飞抵南非，对南非萨尔达纳钢厂考察COREX炉的生产操作和设备检修工艺。中冶宝钢技术四检由公司经理蔡志强和高炉检修专家张建军亲赴南非考察。在南非萨尔达纳钢厂6天时间里，蔡志强和张建军每天在百米高的炉子上登上爬下，与萨尔达纳钢厂有关人员交流，实地考察COREX炉设备检修工艺流程，采用的工器具和劳防用品，关键部位的安全操作要领等，并一一拍下照片，将有关资料制作成光盘。
　　从南非考察回国以后，在公司主要领导的主持下，针对浦钢COREX炉设备检修的最大难题，成立了气化炉氧气风口更换、竖炉清空、冷却壁系统更换、热旋风除尘清灰等多个科技攻关小组。由于浦钢COREX炉容积要大得多，南非的设备检修工艺和模式只能借鉴参考，不能套用。四检的科技攻关小组针对浦钢COREX炉的实际情况，经过反复攻关研究，制订出一整套COREX炉的设备检修方案。
　　中冶宝钢技术四检在COREX炉设备检修中遇到的第一道难关是气化炉氧气风口更换。
　　COREX炉炼铁工艺与高炉炼铁工艺最大区别除了不需要炼焦与烧结外，还使用冷态纯氧（≥99.5%）助燃，而高炉使用热风炉产生的1200℃的热风助燃。纯氧通过氧气风口进入炉内，共设计28个氧气风口，沿气化炉炉体圆周均匀分布。风口由铜铸造而成，在生产时靠冷却循环水保证在超高温环境下正常工作。由于炼铁过程中经常发生高温铁水滴落到铸铜风口上，导致风口烧嘴和风套被烧穿。风口一旦被烧穿，冷却水便会泄漏入炉导致气化炉炉冷降温，因此要对氧气风口进行不定期检查，对烧损的氧气风口要及时更换。
　　2007年11月16日，中冶宝钢技术四检第一次对COREX炉氧气风口进行休风更换检修，一共更换28个风口中的11个风口，更换检修完成以后进行检测，发现有5个风口泄漏。造成泄漏的原因主要有两个：一是COREX炉用冷态纯氧助燃，炉压比高炉高一倍，风口更换安装稍有间隙就会泄漏。而高炉由于采用热风助燃，安装后的风口结构由于热膨胀的原因，却使稍有间隙也不会泄漏。所以COREX炉风口更换安装精度要比高炉大得多；二是浦钢COREX炉风口更换安装是在奥钢联专家指导下采用与南非一样的用悠锤撞击的办法进行，因为浦钢风口结构重达一百公斤，比南非大一倍，撞击的力量大小很难掌握，撞击力量小了安装不到位，撞击大了容易将风口2个拉耳撞坏，以后检修更换不容易拉出。风口更换以后经检测如发现泄漏，必须重新拆装，因为如有煤气从风口外泄，容易引起爆炸事故，对生产作业人员和巡检的点检人员的人身安全造成严重威胁。而重新拆装风口，还要进行打压、检漏、卸压过程，至少需要5至6个小时，这样势必延长休风停产时间5至6个小时，影响炼铁产量，使浦钢蒙受重大经济损失。
　　在COREX炉第二次氧化风口更换检修中，风口再次发生泄漏，而且泄漏率达50%。如何破解氧气风口更换难题？奥钢联指导专家也毫无办法。在往常的设备定修早会上，浦钢炼铁厂厂长田光亚一般都是坐着讲话，由于氧气风口更换过不了关，焦虑不安的他站着作动员。他语重心重地对参加早会的中冶宝钢技术四检检修队长张建军说：“你什么时候能让我在会上坐着说话？”
　　张建军从事宝钢四座特大型高炉设备检修已有20多年历史，曾攻克了一系列设备检修难关，有多项发明创造，获得了全国五一劳动奖章荣誉。浦钢炼铁厂田厂长的话外音就是：“张队长，你赶紧想办法破解风口更换这道难题，让COREX炉生产早日趋于稳定。”
　　其实，承担COREX炉设备检修重任的张建军，心里比谁都着急。在氧气风口第一次更换检修发生泄漏以后，他就觉得用奥钢联推荐的悠锤撞击办法安装风口不太科学，风口装上后成一定的倾斜面，悠锤撞击受力不均匀，必然产生缝隙。他结合安装现场实际，朝思暮想，日夜揣摩，经过一个多月的攻关研究，终于研制出装有液压顶和剂量表的比较科学的轻巧的专用设备——风口更换防泄漏顶压装置，用于2008年1月28日浦钢COREX炉定修第三次风口更换，经检测更换的5个风口一个不漏，一次更换检修成功送风恢复生产。在2月28日的第四次风口更换中再次获得成功，更换的5个风口一个不漏。他请四检总工为这种装置设计出详图，请设备制造厂制造了2套顶压装置，专门用于风口更换安装，风口更换安装的难题一劳永逸地得到了解决。该装置正在报批国家专利。奥钢联专家对这种装置爱不释手，像欣赏工艺品一样把玩不已，伸起大拇指对张建军说：“还是这种装置灵光，OK！”
　　竖炉清空是COREX炉设备检修中检修工艺环节最为复杂、安全施工风险最大、检修作业最为艰苦的一项工程，也是确保COREX炉正常生产的一项十分重要的工程。整个清空施工哪个环节考虑不周，都有可能发生重大安全事故。据了解，在南非和韩国清空作业中相继发生了人身伤亡事故。所以人们将竖炉清空作业区称之为“地雷阵”、“炸药库”、“雷爆区”。
　　COREX还原竖炉在生产过程中料仓形成两种类型的结块，一种是在竖炉中心或者DRI螺旋之间形成死料区的结块，另一种是从这些死料区结块延伸出来连接到其它死料区的结块。由于浦钢C3000型炉有8个分料仓，结块沿分料仓隔墙向上蔓延会形成连环结料，严重时会堵塞围管通风孔，使COREX炉不能正常生产，需要半年左右进行一次清理。所谓竖炉清空，就是将还原竖炉内各部分被堵塞的积料清除干净，保证竖炉生产运转畅通。
竖炉清空分机械清空和人工清空两个阶段。竖炉休风停产以后，在摄氏700度左右的高温状态下即用遥控工程机械拆包机和扒渣机进行炉内机械打凿和扒渣清理。机械清空作业48小时以后，炉温冷却到摄氏80度以下，作业人员穿着防高温幅射的铝铂防护服轮番进入炉内进行人工清渣。竖炉清空之所以有很大的风险，一是炉内高温、粉尘和有毒气体，安全防护工作难度大；二是竖炉上下人孔不能同时打开，稍有疏忽炉内空气对流造成煤气爆炸；三是机械清空不可能将炉内所有悬料清除掉，进入人工清理以后高温悬料坍落很可能造成人身伤亡事故和炉内设备能源介质管道和电缆伤害。
中冶宝钢技术四检承担的竖炉清空主要任务有：围管通风孔的清理（围管清灰孔40个）；还原竖炉的清理（8个DRL螺旋孔、8个分料仓及8个观察人孔上部结料）；竖炉内80个围管通风孔的清理； 4条粉尘返吹线疏通；发生煤气管道疏通。
　　2008年3月26日，浦钢COREX炉进行第一次竖炉清空施工。尽管中冶宝钢技术四检在南非考察时将考察重点放在竖炉清空上，考察时间也安排在南非COREX炉定修竖炉清空期间进行，但由于炉内人工清空作业太危险，外方未能安排中方人员进入炉内参观，只是向中方介绍了竖炉清空的流程和工期节点。从南非考察回国以后，四检虽然制订了详尽的竖炉清空方案，但心里仍然不十分踏底，又组织有关科技人员集思广益，在第一次竖炉清空进行之前对作业方案又作了三次比较大的修改。他们还完成了所有清空作业用的工器具如钢钎、盲板、挡料槽等的制作。由于清孔作业方案考虑得比较周全，准备充分，领导高度重度，在浦钢和其他兄弟单位的共同努力下，世界最大炼铁环保炉的第一次竖炉清空尽管遇到了一些波折，如曾发生过煤气响爆和部分坍料，但总体进展得还算顺利，历时180个小时，比计划和南非清空作业时间168个小时稍有延时，未发生重大人身和设备伤害事故。
2008年7月7日，浦钢COREX炉进行第二次竖炉清空。在第一次清空施工完成任务后，四检在清空作业程序、工器具使用状况和防护用品的安全性等方面进行了全面的总结、改进和完善。他们对清空作业程序作了全面优化，如对8个螺旋孔海绵铁积料清理时，第一次按照顺序一一清除，由于间隙太小，机械来回摆动不方便，花了很长时间；这一次改为间隙清料，优化了作业程序，大大缩短了清料作业时间。对工器具在第一次清空作业中缺陷，进行一一改造。对长方形的积料斗衔接接口加以改进，防止红态海绵铁漏料烧损底下电缆设备；将下料斗从原设计布置在平台上改为平台上方，使铲车铲积料时不再撒落在平台上，影响车辆和人员通过；将用于清料的打击杆从原设计的1.2米修改为2.5米到4米的不同长度，对炉周和炉子中间的积料清除都能使用。对防护用品的选购更加安全可靠。第一次清空作业选购的防护用品和照明在使用中出现一些问题，如带有带子的普通型呼吸器，带子传热，使用不方便；连接电源的强光灯，由于炉温高，将电源线烤焦；使用分体式铝铂隔热服，热量渗透到体内。这一次选购可以隔热的背带式空气呼吸器，可以充电的手提式强光灯，可以完全隔热的连体式铝铂防护服。由于第二次竖炉清空作业方案作了全方位的优化，仅用134个小时完成了全部清空作业施工，比计划工期144个小时提前整整10个小时，整个清空作业完成得比较顺利。
　　在第二次竖炉清空作业完成以后，四检对前两次清空作业再次进行了比较总结，又编制了新的清空作业方案，为下一次清空作业作了准备。他们还在浦钢的大力支持下，开始着手完全采用遥控工程机械进行竖炉清空作业的开发研究，这样可以从根本上杜绝重大人身和设备伤害事故的发生。
热旋风系统清堵也是COREX炉设备检修的一项重要内容，是改善还原竖炉炉况、确保COREX炉正常生产的一项重要举措。
从熔融气化炉产生的煤气带有很多粉尘，粉尘出来后由冷煤气冷却，在还原煤气进入竖炉前，大多数粉尘通过热旋风系统来分离。这些粉尘被收集在热旋风的底部，在通过流态化粉尘仓、TP室、粉尘烧嘴后由氮气带着吹入气化炉。在正常生产中，氮气会持续地把粉尘从热旋风吸到烧嘴处，并吹回气化炉，但在粉尘返吹系统中粗颗粒很容易堵塞，导致整条粉尘线堵塞。在这样的情况下粉尘返吹系统就失去了它的作用，粉尘不能分离，直接吹到竖炉里，使热风围管堵塞，竖炉炉况恶化。
　　热旋风系统清堵就是将热旋风系统被堵塞的部分粉尘加以清除，保证热旋风系统分离粉尘的功能正常发挥。在南非考察的时候，由于时间限制，未能将热风旋风清堵列入考察项目。中冶宝钢技术四检根据浦钢COREX炉的实际情况进行攻关研究，完全依靠自己的的力量制订出热旋风系统清堵的作业方案、施工工艺和作业程序，并经过清堵实践不断修改完善，使浦钢COREX炉热旋风系统多次清堵作业进行得比较顺利。
实践出真知。人们完全有理由相信，富有创新精神和聪明才智的中冶宝钢技术第四检修分公司员工通过浦钢COREX炉的设备检修的反复实践，一定能够攻克COREX炉设备检修的所有难关，探索出一整套COREX炉设备检修最佳工艺技术，为COREX绿色环保炼铁工艺在中国和世界广泛推广作出贡献。
　　在浦钢和中冶宝钢技术的共同努力下，世界最大的COREX绿色环保炼铁炉2008年8月月产量首破10万吨，达到10.8万吨。

来源：中冶宝钢技术　②