一种高炉的凉炉方法与流程

本发明涉及高炉冶炼技术领域，尤其涉及一种高炉的凉炉方法。

背景技术：

目前高炉的设计炉龄为15年，生产到一定年限后，需要对高炉进行停炉大修。停炉时，需要将炉内的矿料、焦炭等清除，以使高炉的内壁裸露以便维修。高炉的停炉作业中，首先对高炉进行降料面，清楚炉内的矿料和焦炭等冶炼材料，然后排放炉缸内的残铁，实现对高炉内部的全部清空。残铁排放完毕后，高炉的内部依然处于高温状态，其中炉身的温度达到300℃左右，以及炉缸的温度达到1000℃左右。因此需要对高炉进行凉炉作业，以使高炉的温度达到常温状态，以便于操作人员进入内部开展修复作业。现有的凉炉方法主要是通过降料面时所使用的设置在炉喉内的洒水装置通过喷洒水和氮气的混合物，以实现对高炉内部的降温处理。在降温处理中，会出现因喷水过大，使水在炉缸内汇集，以及大量的水进入炉墙对高炉的隔热层造成破坏，增加了后续的修复工作。同时，由于水在高温下会反应生成大量的氢气，氢气与高炉内的氧气结合会导致高炉内部爆震，严重影响高炉的凉炉安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种高炉的凉炉方法，其可避免对炉墙造成破坏，凉炉安全系数高。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供的一种高炉的凉炉方法，包括：

提供一个高炉，在所述高炉的炉喉内设置洒水装置，使所述洒水装置与供水管道和供氮管道连接；

封堵所述高炉的风口、出料口和残铁孔；

检测所述高炉的炉缸内的温度t和所述炉喉内的氢气浓度h；

选择性开启所述洒水装置，并调节所述供水管道的工作压力s和所述供氮管道的工作压力d，通过所述洒水装置喷洒水和氮气的混合物对所述高炉进行降温处理；并使，

当所述炉缸内的温度t逐渐降低时，调节所述供水管道的工作压力s逐渐增大，并调节所述供氮管道的工作压力d逐渐减小，控制所述炉喉内的氢气浓度h在指定的安全范围内，当所述炉缸内的温度t为t4时，关闭洒水装置，并贯通所述风口、所述出料口和所述残铁孔。

进一步的，当所述炉缸内的温度t1大于600℃时，所述供水管道的工作压力s1等于0.8mpa，所述供氮管道的工作压力d1等于1.0mpa，所述炉喉内的氢气浓度h1小于2％；

当所述炉缸内的温度t2为400℃～600℃时，所述供水管道的工作压力s2等于1.0mpa，所述供氮管道的工作压力d1等于0.8mpa，所述炉喉内的氢气浓度h1小于3％；

当所述炉缸内的温度t3为100℃～400℃时，所述供水管道的工作压力s3等于1.2mpa，所述供氮管道的工作压力d1等于0.6mpa，所述炉喉内的氢气浓度h1小于4％；

当所述炉缸内的温度t4小于100℃时，关闭洒水装置，并贯通所述风口、所述出料口和所述残铁孔。

进一步的，所述洒水装置包括多个洒水管，至少一个所述洒水管设置于所述炉喉的中部位置，其余所有的所述洒水管沿所述炉喉的圆周方向间隔分布。

进一步的，所述洒水管的数量为五个，其中一个所述洒水管位于所述炉喉的中部位置，其余四个所述洒水管沿所述炉喉的圆周方向均匀间隔分布。

进一步的，当所述炉缸内的温度t1大于600℃时，开启位于炉喉的中部位置的所述洒水管喷洒所述混合物；当所述炉缸内的温度t2为400℃～600℃时，开启位于炉喉的中部位置的所述洒水管和分别位于所述炉喉相对的两个方向上的两个所述洒水管喷洒所述混合物；当所述炉缸内的温度t3为100℃～400℃时，开启所有的所述洒水管喷洒所述混合物。

进一步的，当所述炉喉内的氢气浓度h超过设定值时，关闭所述供水管道，使所述炉喉内的氢气浓度h低于设定值并维持时间t，然后重新开启所述供水管道。

进一步的，利用水炮泥对所述风口、所述出料口和所述残铁孔进行封堵，所述水炮泥的厚度大于50mm。

进一步的，所述风口背离所述高炉的内部的一端连接有热风支管，封堵所述风口前，先将所述热风支管拆除，然后将所述水炮泥封堵在所述风口的风口小套内。

进一步的，还包括：在位于所述高炉顶部的人孔上安装摄像机，所述摄像机用于监控所述高炉内部的图像信息。

进一步的，当所述炉缸内的温度t为100℃～400℃时，喷洒所述混合物并维持时间t1后关闭所述洒水装置，待位于所述高炉炉顶区域的人孔无蒸汽溢出时，重新开启所述洒水装置。

本发明相比于现有技术的有益效果：

本发明的一种高炉的凉炉方法，通过对炉缸的降温作业分成多个阶段，当炉缸的温度位于不同的温度阶段时，通过控制供水管道和供氮管道的工作压力，进而对洒水装置的喷水量进行调节，以将炉喉内的氢气浓度h控制在安全范围内。避免炉缸内汇集过多的水而对炉缸侧壁上的耐火层造成损坏。以及避免高炉内的氢气含量过高而引起高炉爆震的事故，具有凉炉安全系数高的特点。

附图说明

图1为实施例的高炉的示意图。

图2为实施例的炉缸的示意图。

图中：

1、外壳；11、炉喉；12、炉身；13、炉腰；14、炉腹；141、风口；15、炉缸；151、出铁口；152、出渣口；153、残铁孔；16、供料装置；17、出气口；2、耐火层；3、洒水装置；4、环炉热风管；41、热风支管；5、矿石层；6、焦炭层；7、铁水；8、炉渣；9、水炮泥；10、热电偶。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

参照图1和图2所示，本发明提供的一种高炉的凉炉方法，应用于高炉的凉炉处理。该方法包括：

提供一个高炉，高炉包括从上至下依次连通的炉喉11、炉身12、炉腰13、炉腹14和炉缸15，高炉的炉喉11内设置有洒水装置3，洒水装置3与供水管道和供氮管道连接，并使洒水装置3能够向高炉的内部喷洒水和氮气的混合物，高炉通过风口141与送风装置连通，炉缸15的侧壁上设置有用于排放铁水7和炉渣8的出料口以及用于排放残铁的残铁孔153；

封堵风口141、出料口和残铁孔153，以阻隔高炉外部的空气进入高炉的内部；

检测炉缸15内的温度t和炉喉11内的氢气浓度h；

选择性开启洒水装置3，并调节供水管道的工作压力s和供氮管道的工作压力d，通过喷洒混合物对高炉进行降温处理；并使，当炉缸15内的温度t逐渐降低时，调节供水管道的工作压力s逐渐增大，并调节供氮管道的工作压力d逐渐减小，控制炉喉11内的氢气浓度h在指定的安全范围内，当炉缸15内的温度t为t4时，关闭洒水装置3，并贯通风口141、出料口和残铁孔153。

具体为，炉缸15内的温度t分为t1、t2、t3和t4四个阶段，当炉缸15内的温度t为t1时，供水管道的工作压力s为s1，供氮管道的工作压力d为d1，炉喉11内的氢气浓度h为h1；当炉缸15内的温度t为t2时，供水管道的工作压力s为s2，供氮管道的工作压力d为d2，炉喉11内的氢气浓度h为h2；当炉缸15内的温度t为t3时，供水管道的工作压力s为s3，供氮管道的工作压力d为d3，炉喉11内的氢气浓度h为h3；当炉缸15内的温度t为t4时，关闭洒水装置3，并贯通风口141、出料口和残铁孔153。

可以理解的是，高炉为生铁冶炼设备，用于将铁矿石、焦炭和造渣溶剂通过高温燃烧生成铁水7。高炉包括用钢板制成的外壳1，外壳1具有用于容纳铁矿石、焦炭等冶炼材料的容纳腔，外壳1的内壁上敷设有耐火层2，耐火层2用于阻隔高温燃烧时产生的热量，对外壳1起保护作用。高炉自上而下分为五个区域，五个区域依次为炉喉11、炉身12、炉腰13、炉腹14和炉缸15。其中，位于高炉顶部的炉喉11上设置有用于供料的供料装置16和用于排放气体的出气口17，以及用于处理荒煤气的放散装置。炉身12上设置有人孔，用于观察高炉的内部情况。燃烧反应在炉腹14内进行，炉腹14的侧壁上开设有风口141，风口141为多个，多个风口141沿炉腹14的圆周方向间隔分布。炉腹14的外部环设有环炉热风管4，环炉热风管4通过热风支管41与风口141连通，以使送风装置通过环炉热风管4和风口141向高炉内输入高温气体参与燃烧和冶炼反应。送风装置用于提供高温空气和纯氧气，高炉内的燃烧以及液冷反应需要消耗大量的氧气，因此，需要在高温空气中加入纯氧气以提高氧气含量，因此，冶炼时输入高炉内的高温气体为高温空气和纯氧气的混合物。炉缸15的侧壁上设置有出料口，料口包括用于排放铁水7的出铁口151和用于排放炉渣8的出渣口152。高炉通过供料装置16向高炉内部的容纳腔内供应冶炼材料，一定数量的铁矿石和焦炭分别形成矿石层5和焦炭层6，矿石层5和焦炭层6交错层叠在容纳腔内，即相邻两个矿石层5之间具有一个焦炭层6。在高温燃烧的作用下，位于炉腹14内的矿石层5和焦炭层6熔化形成铁水7或者炉渣8，铁水7和炉渣8沉积在炉缸15内，并分别通过出铁口151和出渣口152排出，实现生铁冶炼。在高炉检修前，需要对高炉进行停炉，即通过燃烧消耗掉高炉内的冶炼材料，实现高炉降料面作业。然后在炉缸15的侧壁上开设残铁孔153，通过残铁孔153将炉缸15内的残渣铁进行排放。残铁孔153为多个，多个残铁孔153沿炉缸15的圆周方向间隔分布。排放残渣铁后，炉喉11的温度达到300℃左右，炉缸15的温度达到1000℃左右。

为对高炉进行快速、安全的降温处理，炉喉11内设置有洒水装置3，洒水装置3，洒水装置3与供水管道和供氮管道连接，供水管道用于向洒水装置3输入水，供氮管道用于向洒水装置3输入氮气，氮气和水混合后形成雾化状态的冷却水，有利于吸热蒸发。洒水装置3包括多个洒水管，至少一个洒水管设置于炉喉11的中部位置，其余所有的洒水管沿炉喉11的圆周方向间隔分布。该结构有利于增大洒水装置3的喷洒面，使喷洒的混合物在炉喉11的横截面上的投影能够覆盖整个横截面，提高降温效率。作为优选方案，洒水管的数量为五个，其中一个洒水管位于炉喉11的中部位置，其余四个洒水管沿炉喉11的圆周方向均匀间隔分布。

在洒水装置3喷洒混合物进行降温时，水在高温下会产生氢气，为避免高炉外部的空气进入高炉内部与氢气混合发生事故，降料面完成后拆除与风口141连接的热风支管41。风口141包括风口小套和套设在风口小套周部的风口中套和风口大套，风口小套与高炉的内部连通。利用水炮泥9对风口小套、出铁口151、出渣口152和残铁孔153进行封堵，以使高炉外部的空气无法进入高炉内，保证凉炉作业的安全性。封堵的水炮泥9的厚度大于50mm。同时，在封堵残铁孔153之前，在至少一个残铁孔153内安装热电偶10，热电偶10用于检测残铁孔153内的温度。由于残铁孔153内的温度与炉缸15内的温度接近，因此，利用热电偶10检测残铁孔153的温度以获得炉缸15内的温度，即热电偶10用于检测炉缸15内的温度t。炉喉11内设置有用于气体检测装置，气体检测装置用于检测炉喉11内的氢气浓度h。氢气浓度h为单位体积内氢气含量占总气体含量的百分比。

具体地，在对高炉的降温过程中，随着洒水装置3向高炉内喷洒混合物吸收热量，炉缸15内的温度t逐渐降低。为提高降温效率和保证凉炉安全性，将炉缸15内的温度t分成多个阶段，在不同的阶段中通过控制混合物的喷洒量，以实现将炉喉11内的氢气浓度h控制在相应的安全范围内。以容量为3200m³的高炉为例，炉缸15内的温度t的多个阶段包括：第一阶段，炉缸15的温度t1为大于600℃；第二阶段，炉缸15的温度t2为400℃～600℃；第三阶段，炉缸15的温度t3为100℃～400℃；第四阶段，炉缸15的温度t4为小于100℃。具体为，当炉缸15内的温度t1大于600℃时，供水管道的工作压力s1等于0.8mpa，供氮管道的工作压力d1等于1.0mpa，炉喉11内的氢气浓度h1小于2％；当炉缸15内的温度t2为400℃～600℃时，供水管道的工作压力s2等于1.0mpa，供氮管道的工作压力d1等于0.8mpa，炉喉11内的氢气浓度h1小于3％；当炉缸15内的温度t3为100℃～400℃时，供水管道的工作压力s3等于1.2mpa，供氮管道的工作压力d1等于0.6mpa，炉喉11内的氢气浓度h1小于4％；当炉缸15内的温度t4小于100℃时，关闭洒水装置3，并清除水炮泥9，使风口141、出铁口151、出渣口152和残铁孔153与高炉内部连通。促进高炉外部的空气进入以及使高炉内的煤气排出，以达到操作人员可进入高炉内部进行修复作业的条件。该方法通过在不同温度阶段中控制喷水量，以使炉喉11内的氢气浓度h被控制在安全范围内，避免氢气浓度过高而发生爆震事故。

具体地，洒水装置3包括多个洒水管，可通过开启不同数量的洒水管喷洒混合物进行降温处理，以实现对炉缸15内的温度t在不同阶段时的喷水量的控制，进而通过控制喷水量而控制氢气的含量。本实施例中，当炉缸15内的温度t1大于600℃时，开启位于炉喉11的中部位置的洒水管喷洒混合物，即开启一个洒水管；当炉缸15内的温度t2为400℃～600℃时，开启位于炉喉11的中部位置的洒水管和分别位于炉喉11相对的两个方向上的两个洒水管喷洒混合物，即开启三个洒水管；当炉缸15内的温度t3为100℃～400℃时，开启所有的洒水管喷洒混合物，即开启五个洒水管。可以理解的是，在炉缸15的温度较高时，减少喷水量，进而减少氢气的生成量。随着温度的降低，喷水量逐渐增大，有利于提高降温速度。同时，通过先开启中部的洒水管，然后开启位于相对的两个方向上的两个洒水管，最后开启剩余两个洒水管，该方式有利于使喷洒的混合物在炉喉11的横截面上的投影均匀分布，以使高炉内部的各个位置温度分布均匀。

具体地，当炉喉11内的氢气浓度h超过设定值时，关闭供水管道停止供水，供氮管道继续开启，进而避免水在高温下生成氢气，同时高炉内的氮气浓度继续上升，以使炉喉11内的氢气浓度h下降。当氢气浓度h下降至设定值时维持时间t后再重新开启供水管道，继续降温处理，并以此循环作业。本实施例中，当炉缸15内的温度t1大于600℃时，炉喉11内的氢气浓度h1的设定值为2％，当氢气浓度h1超过2％时，关闭供水管道，使炉喉11内的氢气浓度h1下降至2％以内，维持30分钟后重新开启供水管道实施喷水降温；当炉缸15内的温度t2为400℃～600℃时，炉喉11内的氢气浓度h2的设定值为3％，当氢气浓度h2超过3％时，关闭供水管道，使炉喉11内的氢气浓度h2下降至3％以内，维持20分钟后重新开启供水管道实施喷水降温；当炉缸15内的温度t3为100℃～400℃时，炉喉11内的氢气浓度h3的设定值为4％，当氢气浓度h3超过4％时，关闭供水管道，使炉喉11内的氢气浓度h3下降至4％以内，维持20分钟后重新开启供水管道实施喷水降温。

具体地，还包括：在位于高炉顶部的人孔上安装摄像机，摄像机用于监控高炉内部的图像信息。可以理解的是，设置摄像机便于操作人员对高炉内部的情况进行实时监控。

具体地，当炉缸15内的温度t为100℃～400℃时，喷洒混合物并维持时间t1后关闭洒水装置3，待位于高炉炉顶区域的人孔无蒸汽溢出时，重新开启洒水装置3，依次循环。可以理解的是，该温度阶段由于温度较低，高炉内的氢气浓度较低。喷洒的水吸热生产蒸汽，蒸汽通过炉喉11上的出气口17或者放散装置排出。当然，还会有大量的蒸汽集聚在高炉内部。通过间隔时间t1进行喷洒，有利于使高炉内的蒸汽排出以带走热量，有利于提高降温速度。本实施例中，当炉缸15内的温度t为100℃～400℃时，喷水20分钟后停止喷洒，待高炉的人孔或者放散装置处无蒸汽溢出时再次进行喷洒作业，以此循环。

本实施例的显著效果为：该方法通过对炉缸15的降温作业分成多个阶段，当炉缸15的温度位于不同的温度阶段时，通过控制供水管道和供氮管道的工作压力，进而对洒水装置3的喷水量进行调节，以将炉喉11内的氢气浓度h控制在安全范围内。避免炉缸15内汇集过多的水而对炉缸15侧壁上的耐火层2造成损坏。以及避免高炉内的氢气含量过高而引起高炉爆震的事故，具有凉炉安全系数高的特点。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。