来源：市场资讯
（来源：中国炼铁网）
赵鑫 刘元 费发通
（本钢板材股份有限公司炼铁总厂）
摘 要 对本钢板材炼铁总厂有效容积2580m³的五号高炉回收煤气法空料线停炉全过程进行总结。论文重点剖析了在氮气系统保护、液压式炉顶放散阀自动控制、在线煤气分析仪实时监测等安全保障技术上的成功应用与显著成效。通过对全过程数据的梳理与行业常规操作的对比，论证了本次空料线停炉在安全性、经济性（煤气回收）和高效性（快速降料线）方面取得的成功，最终为高炉后续中修创造了安全、洁净的炉内空间。其积累的经验与反思，对同类型大型高炉安全、环保、经济地实施停炉操作具有重要的参考与借鉴价值。
关键词 高炉 中修 空料线 停炉 煤气回收
1 引言
高炉作为长流程钢铁制造的核心热工设备，其稳定顺行是保障整个生产系统连续、高效运行的基础。然而，高炉在经历一个炉役期（通常为4至8年）的连续高温、高压、化学侵蚀及机械冲刷后，炉体内衬耐火材料、冷却设备（如冷却壁）等会不可避免地出现不同程度的破损、蚀耗。当这种破损积累到一定程度，将直接威胁高炉的安全生产、技术经济指标及炉体寿命。因此，进行计划性的中修或大修，对受损部件进行更换或修复，是维持高炉长期健康运行的必然选择。空料线停炉技术，正是现代高炉在进行此类大中修前，将炉内料面降至预定高度（如炉腰或炉身下部），为检修作业创造安全、宽敞空间的关键预备工序。
空料线停炉的本质，是在高炉停止正常上料后，通过继续向炉内鼓入一定风量，使炉内剩余的焦炭（即预休风料中的焦炭）在风口前燃烧，产生热量和还原性煤气，并利用煤气的浮力及料柱的自重，使料面逐步、均匀地下降至目标位置。采用“回收煤气法”的空料线技术具有革命性的进步：它能够将停炉过程中产生的富含一氧化碳（CO）的煤气，通过煤气净化系统后回收至厂区煤气管网，用于轧钢、发电等其他工序。这不仅极大地节约了能源消耗，降低了碳排放，还有效避免了煤气直接放散对环境的污染，同时维持了煤气管网的压力稳定，提升了整个钢铁联合企业的能源利用效率和运行稳定性。
本钢板材炼铁总厂五号高炉（有效容积2580m³）自2020年11月投产以来，已安全运行近4年8个月。自2024年起，位于炉身下部的第10段铸铁冷却壁开始陆续出现水管破损现象，至停炉前共发现8根破损水管，对高炉的安全生产和长期稳定顺行构成了直接威胁。经充分论证与周密计划，厂部决定於2025年7月中旬对其进行一次计划中修，核心任务是更换第10段全部冷却壁。本次停炉采用回收煤气法进行空料线作业，目标是将料面降至深度19.5米处（即炉身第9段冷却壁下沿），为冷却壁更换作业创造安全条件。空料线操作于7月14日夜间正式开始，并于次日上午成功完成，随后进入休风检修阶段。
2 停炉前准备与炉况调整
对于高炉空料线这一高风险作业而言，充分、细致、前瞻性的准备工作是成功的根本保障。五号高炉的停炉准备工作，早在计划停炉日期前数日便已启动，其核心指导思想是“稳定、洁净、安全”，具体围绕以下四个维度系统展开：
2.1 炉况稳定性调整
空料线作业必须在高炉炉况长期稳定顺行的坚实基础上进行。任何潜在的炉况波动，如难行、悬料、管道行程、炉凉或炉热等，都可能在空料线这一动态过程中被急剧放大，导致作业失败甚至引发事故。为此，五号高炉在停炉前采取了极具针对性的精细化操作策略：
（1）追求充沛的物理热与合理的化学热：在预休风前约48小时，操作团队开始有意识地将高炉风量稳定在4950-5000m³/min，并将综合燃料比精准控制在525kg/t左右。操作的重中之重是对生铁成分的精细调控，将铁水硅（Si）含量稳定在0.45%-0.55%的理想区间，同时将硫（S）含量严格控制在0.03%-0.04%的低水平，并保持锰（Mn）含量在0.4%-0.45%。这一系列操作的核心目标是确保铁水物理热达到1500-1510℃的高水平。这种“高物理热、低硅”的铁水状态具有双重优势：一方面，高的物理热和适宜的化学成分为渣铁提供了优异的流动性，这对于停炉前最后一次铁能否将炉缸内的渣铁彻底排放干净至关重要；另一方面，避免了硅含量过高可能导致炉缸过度积热，从而在后续开炉时出现炉温难调、波动大的不利局面。
（2）主动配加锰矿以改善渣铁流动性：在预休风前两天，按既定计划开始在每批炉料中配加1吨锰矿。这一举措蕴含了深刻的冶金学原理：首先，氧化锰（MnO）在炉内高温区被还原成金属锰（Mn）的过程是一个显著的吸热反应，这有助于吸收炉缸内多余的热量，防止停炉前炉缸温度过高，为安全停炉创造条件；其次，锰的还原进入铁水，能有效改善炉渣的化学性质和物理状态，显著降低炉渣的黏度，增强其流动性，同时提升脱硫效率。这为停炉前最后一次出铁以及未来开炉后第一次出铁的顺利排放，提供了坚实的物化条件保障。
（3）适度降低炉渣碱度：在停炉前的配料中，操作团队主动将炉渣的二元碱度（CaO/SiO₂）从正常生产时的1.25倍左右下调至1.10倍。降低碱度的直接效果是显著降低了炉渣的熔化温度和高温黏度。在停炉的特殊阶段，较低熔点和黏度的炉渣，能使渣铁在炉缸内的分离更为彻底，流动性更好，从而在出铁时排放得更干净、更顺畅。这极大地降低了因渣铁排放不净，残留液态渣铁在休风后凝固，对炉缸炭砖造成侵蚀和破坏的风险。
（4）提前改为全焦冶炼： 在预休风前约一个冶炼周期，五号高炉停止了煤粉喷吹，完全转为全焦冶炼。这一转换具有多重战略目的：其一，消除了煤粉因燃烧不充分可能对高炉内煤气流的合理分布产生的潜在干扰，使炉况更加稳定、可控；其二，焦炭的燃烧特性与煤粉不同，全焦冶炼能使炉缸的热量储备更加充沛、均匀，为空料线过程提供更稳定可靠的热量来源；其三，也是最关键的一点，停止喷煤后，炉料组成变得单一，便于操作人员更精确地计算停炉所需的净焦和各级负荷料的数量和位置，为空料线过程的稳定控制和节奏预测奠定了坚实基础。
2.2 预休风料（炉料填充）的计算与装入
空料线过程的实质，就是燃烧预休风料中加入的大量焦炭。因此，预休风料单的设计是否科学、合理，直接决定了空料线作业的速度、安全性以及停炉后炉缸的清洁程度。五号高炉为此进行了周密的计算和规划。
（1）计划料单的“塔式”结构设计：计划中的预休风料单采用了分层级、逐步增加焦炭比例的“塔式”结构。从下至上依次为：10批焦比为601kg/t的负荷料、20批焦比为652kg/t的负荷料、9批焦比为995kg/t的负荷料，最后在料面顶部加入200吨的盖面焦。通过理论计算，该料单结构下空料线过程中将产生约926吨炉渣和306吨铁水。这种设计的核心思路是：在料面下降的初期和中期，由下部焦比较低的负荷料提供基础热量并生成部分渣铁；随着料面下降至炉身中下部，空间扩大，热损失增加，此时由焦比极高的料批和盖面焦提供充足、集中的热量补充，确保燃烧反应持续进行，炉顶温度维持在可控范围，直至料面降至目标位置。
（2）实际料单执行与偏差分析：在实际执行装料过程中，出现了一个值得关注的偏差。由于改为全焦冶炼后，焦炭的冶炼周期缩短，料速明显加快，加之在操作衔接上对富氧量的控制不够及时精准（富氧量一度高达180m³/min），导致实际加入的盖面焦总量达到了350吨，比原计划多出了150吨。这一偏差虽然增加了本次停炉的焦炭成本，但从技术安全角度审视，客观上为空料线后期，特别是料面降至炉身下部空间扩大后，提供了更为充裕的热量储备。这在一定程度上避免了可能因热量不足而导致的炉顶温度过低、需要大量打水或甚至被迫提前休风的风险。然而，这一偏差也清晰地暴露出在操作转换过程中，对全焦冶炼模式下料速变化的预判不足，以及对富氧等辅助操作参数精准控制的重要性，为未来操作提供了宝贵的改进方向。
（3）布料制度的适应性调整：为适应空料线期间边缘气流容易发展的特点，对预休风料的布料制度进行了针对性调整。在全焦负荷阶段，将中心加焦的环数由正常生产时的5圈减少至3圈；对于焦比高达995kg/t的高负荷料，其布焦环数进一步减少为2圈；同时，取消了盖面焦的中心加焦操作。这些调整的核心目的非常明确：适当抑制中心气流，防止边缘区域因矿焦比过低而形成强烈的管道气流，确保整个空料线过程中煤气流能够保持稳定、合理的分布，为安全、顺行提供保障。
2.3 设备与安全保障准备
再完美的操作方案也需要可靠设备的支撑。周密的设备检查、改造和测试，是空料线作业安全的技术屏障。
（1）料线探测与炉顶打水系统升级：为精确跟踪深料线，在高炉上安装了两套量程为22米的长探尺，互为备用，确保料线数据准确可靠。对关键的炉顶打水装置进行了临时改造，将原有的打水喷头改为4根4米长的临时打水管，并优化其布置角度，旨在增强打水雾化效果，避免水流呈线状直接冲击料面，造成局部过湿或炉料粉化。打水系统配备了高精度的流量计和压力传感器，所有信号均实时传输至高炉主控室，操作人员可以在控制台上远程监控和精确调节各支管的打水量，实现了打水操作的精准化和可视化。
（2）煤气系统安全与自动放散保障：炉顶煤气系统的安全是重中之重。本次停炉前，对炉顶的两个煤气放散阀进行了关键性改造，将其控制方式改为液压驱动，并设定了不同的自动开启压力值（分别为105kPa和110kPa）。当空料线过程中炉顶压力因各种原因超过设定值时，放散阀会立即自动开启进行泄压，从而有效保护炉顶煤气管道、除尘器等设备免受超压破坏。这一自动化安全措施被实践证明效果极其显著，据事后总结评估，预计可有效缩短预休风准备时间达5-6小时，并极大提升了安全冗余度。
（3）氮气保护系统与在线煤气监测创新：针对已知的第10段已破损的冷却壁，采取了严格的氮气保护措施：对所有已破损的4根冷却壁水管持续通入氮气，形成正压屏障，防止高温煤气倒灌入冷却系统内部引发事故。同时，在炉身两层静压取压点处也预留了氮气管道接口。最具创新性的是，本次实践成功应用了在线煤气分析技术：通过一台小型压缩空气机，将炉身部位的煤气样本持续引至高炉主控室旁的在线煤气分析仪中，实现了对煤气中氢气（H₂）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）等关键成分的实时、连续监测。这项技术为操作人员判断料面真实深度、评估打水是否适量（通过H₂浓度变化）提供了前所未有的科学、直观的数据支持，使操作决策由经验型向数据驱动型迈出了关键一步。
（4）送风前最终确认与炉前出铁保障：在送风开始空料线前，组织人员对全部风口进行逐一检查，确认无一损坏，确保送风通道安全。炉前作业区则根据计划送风风量和理论冶炼周期，精确计算并规划了在空料线期间进行两次出铁作业的时间点和组织方案，目标明确：务必在休风前将炉缸内的渣铁排放殆尽，为高炉安全进入休风检修状态扫清最后一道障碍。
3 空料线操作实践与关键参数控制
2025年7月14日21:56，在完成所有准备工作并确认无误后，五号高炉正式停止上料，开始空料线操作。至7月15日10:06成功休风，整个空料线过程历时12小时10分钟，料面平稳降至预设的19.5米深度，期间煤气实现全程回收。这个过程充满了挑战，是对操作团队应对能力的集中考验。
3.1 初始阶段与气流调节的波折
送风初期，出于安全考虑，将风量设定在1950m³/min的较低水平，相应风压约为85kPa。然而，送风后不久，高炉出现了“各风压、压差等参数显示对称，但下料极其不顺”的典型难行现象。经过紧急分析，判断问题的根源在于：为确保安全，操作人员将炉身两层静压点的氮气通入量开至了最大，导致大量氮气涌入炉身上部空间，形成了较高的局部压力，显著增大了炉料下降的有效阻力。找到症结后，操作团队于15日0:20果断作出调整，大幅减少了静压点的氮气通入量。这一调整立竿见影，炉内上部压差随之降低，炉料开始正常下降，并于0:55发生了一次预期的塌料，料线一次性从较浅位置降至8.0米深度，标志着炉况转入正常空料线阶段。这一初始波折生动地表明，任何安全措施都需要与工艺过程动态匹配。氮气通入策略必须与料线深度和炉内空间变化相协调。后续在其他高炉的实践中证明，在送风初期将氮气通入量控制在较低水平（如总量的1/3），待料线深入、炉身空间扩大后，再根据煤气成分和温度情况逐步加大氮气量，是更为科学、高效的做法。
3.2 风量、炉顶温度与打水量的动态平衡艺术
这是整个空料线操作的核心技术难点，也是一个需要不断动态调整的平衡过程。操作的目标是在保证设备安全的前提下，尽可能快地降低料面。
（1）炉顶温度的控制：炉顶温度是决定是否打水以及打水量的最关键信号。本次操作将炉顶温度的控制目标设定在250-400℃的理想区间。温度过高（如持续超过450℃）会严重威胁布袋除尘器等煤气净化设备的纤维材质安全；温度过低（如长期低于200℃）则意味着打水量过大，可能有部分水分未能完全蒸发汽化，以液态形式落入高温料面。这些未汽化的水会与高温焦炭发生水煤气反应，产生大量氢气（H₂），导致煤气中H₂浓度急剧升高，大大增加爆震风险。整个过程中，操作人员通过及时启停打水和调整风量相结合的手段，基本将顶温维持在了目标范围内。
（2）打水量的控制与险情处置：本次空料线总打水量为899吨。详细记录的打水数据表明，打水并非均匀进行，而是根据顶温波动动态调整。在过程中，曾一度因过于担心顶温超高，而将打水量控制得偏大，导致布袋除尘器入口温度被强制压在280℃以下。与此同时，为追求更快的降料线速度，风量一度被加至3900m³/min的高位。这种“高打水、大风量”的组合模式，虽然控制了温度，但大量水汽在高温下与焦炭反应，加之风量大使反应加剧，导致煤气中H₂含量在凌晨2:30之后迅速攀升至4-6%的危险水平，并接连引发了数次可闻的爆震声响。这是本次操作中最严峻的一次险情。值班工长展现出极高的应变能力，果断将风量大幅降至2000m³/min的安全水平，并严格控制总打水量在30m³/h以内。经过约一小时的调整，H₂浓度逐渐回落，爆震现象消失，险情得以成功化解。这一教训极其深刻，它清晰地指出：在空料线过程中，应确立“以风控温为主，打水降温为辅”的原则。即在保证顶温不超标的前提下，应优先通过减少风量来抑制燃烧强度、降低顶温，而非简单地增加打水。打水应作为精细的微调手段，且必须确保其雾化效果达到“细雨”级别，使水滴在到达料面之前已完全蒸发。
（4）风量的控制策略：风量是空料线速度最直接的决定因素。在成功处置了中期的爆震险情后，风量被稳定在2000-3000m³/min的相对平稳且安全的区间内运行。事后总结认为，若能从一开始就将风量目标设定并稳定在3000-3500m³/min的适中水平，避免短暂冲上3900m³/min的冒进操作，或许能在降料线速度和过程安全性之间找到更佳的平衡点，有可能避免或减轻H₂超标和爆震的发生。这为未来操作优化提供了明确参数依据。
3.3 炉前渣铁排放与安全休风
空料线期间，炉前作业严格按照预定计划执行。根据送风风量和理论冶炼周期计算，成功组织了两次出铁。第一次出铁在送风后约3小时开始，出铁时长2小时42分钟，出铁量约375吨。第二次出铁安排在休风前进行，确保了炉缸内残余的渣铁被最大限度地排放干净。这两次高效、及时的炉前作业，为空料线过程的顺利推进和最终的安全休风奠定了坚实的基础。7月15日10:06，当长探尺确认料面已准确降至19.5米预定位置后，高炉顺利休风，空料线阶段圆满结束。
3.4 休风后的煤气安全处理创新
高炉休风后，炉内依然残留着大量高温煤气（炉身温度仍达300-400℃，H₂含量4-6%）。传统处理方式是等待其自然缓慢扩散或进行长时间的强制通风置换，耗时往往长达十几甚至二十几个小时，严重挤占宝贵的检修时间。本次实践采用了一种主动、高效的创新处理方法：立即通过20个风口窥孔向炉内吹入氮气，同时炉身静压点继续通入氮气，在炉内形成一道氮气幕帘；并将炉身煤气引出，继续通过在线分析仪监测其成分变化。通过这种强制对流置换和实时监测相结合的方式，仅用了7小时50分钟，就使炉内煤气成分（特别是O₂和H₂含量）达到安全检修标准。这项创新大大缩短了检修前的安全等待时间，为中修工作提前开始创造了有利条件，是一项极具推广价值的成功实践。
4 总结与探讨
4.1 本次空料线停炉实践的成功经验
（1）全面且超前的停炉前准备：从炉况的精细化调整（高物理热、低硅、配锰矿、降碱度、改全焦），到预休风料单的科学设计，再到设备安全保障系统的升级改造，构成了一个完整、严密的准备体系，为空料线成功奠定了坚实基础。
（2）创新性安全技术的有效应用：液压自动放散阀、氮气保护系统、尤其是在线煤气分析技术的引入，将停炉安全从依赖经验判断提升到数据实时监控的新高度，显著提升了过程可控性和安全性。休风后快速煤气处理法更是体现了高效安全的理念。
（3）动态精准的操作调整能力：面对初期的难行和中期爆震险情，操作团队能够快速准确判断原因，并果断采取调整氮气量、降低风量等有效措施，展现了高超的应急处置能力。
（4）高效的炉前与各工种协同：两次出铁的组织及时有效，设备、电气、自动化等各辅助工种保障有力，体现了优秀的团队协作水平。
4.2 存在不足与改进方向
（1）工序衔接与富氧控制精度不足：预休风阶段由全焦冶炼转换时，对料速变化的预判不足，富氧量未能及时下调，导致焦炭超计划消耗。未来需建立更精细的工序衔接指令表，实现参数变化的精准预控。
（2）风量与打水量的动态平衡模型有待完善：中期出现的“大风量、高打水”冒险操作，暴露出现行操作规范中对二者优先级的界定不够清晰。未来应确立“风量为主、打水为辅”的顶温调控原则，并建立基于实时顶温和H₂浓度的联动控制模型。
（3）氮气通入策略需进一步精细化：初期因氮气通入量过大导致难行，表明通入策略需与料线深度建立更科学的对应关系，实现分阶段、按需供给。
5 结语
本钢板材五号高炉2025年7月的空料线停炉实践，是一次在现代高炉操作理论指导下的成功技术应用。通过系统性的前期准备、创新性的安全保障技术和动态精准的过程控制，安全、高效、环保（全程回收煤气）地完成了预定目标，耗时12小时10分钟，为高炉中修创造了优良条件。实践证明，其所采用的氮气保护、在线煤气分析、自动放散阀、快速煤气处理等一系列技术措施是有效且可靠的。同时，实践中暴露出的在参数精准控制方面的不足，也为未来进一步优化操作、提升标准化和智能化水平指明了方向。本次实践所积累的正反两方面经验，对同类型大型高炉安全、经济、绿色地实施停炉操作具有重要的参考和借鉴意义。
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