引言

据统计，我国钢铁企业每年因复风操作导致的非计划休风时间占总生产时间的2.3%~4.7%,直接经济损失达18~35亿元／年[1]。江阴兴澄特钢1#高炉（炉容1280m3)于2022年9月20日配合炼钢进行48h的计划检修，期间对6只风口中套和4只风口漏水小套进行了更换。休风前，高炉炉况整体处于顺行状态，各项参数稳定，为休风检修创造了良好条件。然而，在复风过程中，由于多种因素的综合影响，出现了大管道现象，这不仅延缓了高炉复风进程，还对设备和生产效率产生了一定影响。

大管道作为复风阶段常见的气流失稳现象，其突发性强、破坏性大，目前，国内外对于高炉复风过程中的管道问题主要集中在以下三个方向：⑴热力学机制：Zhang等通过热成像技术发现，复风阶段炉缸热损失速率可达正常生产的2.3倍[2]。⑵流体力学特性：Wang建立的高炉多相流模型表明，压差梯度超过1.05kPa/m时，局部气流穿透概率增加78%[3]。⑶操作控制策略：日本制铁提出的＂阶梯式复风法＂将加风速度控制在50m3/min·h以下，可将管道发生率降低42%[4]。然而，不同高炉的具体情况存在差异，如炉容大小、设备状况、原燃料条件等，因此针对江阴兴澄特钢1#高炉的具体案例进行分析，具有独特的参考价值。

管道形成前

1.1炉温及物理热

在高炉冶炼过程中，炉温及物理热是衡量高炉热状态的重要指标，对炉内化学反应、渣铁流动性以及高炉顺行有着至关重要的影响。物理热主要反映铁水的温度，其高低直接影响炉渣的熔化和流动性能，进而影响渣铁的排放和高炉的透气性。

高炉复风后炉温和物理热变化如表1所示，高炉复风后物理热在1440℃左右。由于休风期间更换了5只中套，更换过程耗时较长，导致炉缸损失了大量热量。风口是高炉送风的关键部位，中套的更换需要中断送风，这使得炉缸内的热量无法得到及时补充，热量散失加剧。此外，在复风过程中，炉内气流出现了两次小幅波动，进一步破坏了炉内的热平衡，导致休风时加的净焦反应过后物理热不仅没有明显提升，反而呈现下降趋势。为了弥补热量损失，复风后又补充了20t净焦。净焦的主要作用是提供额外的热量，通过燃烧净焦来提高炉内温度。然而，此次复风到出现大管道前，整体物理热仍然偏低。较低的物理热使得炉渣的熔化难度相对较高，炉渣黏度增大，流动性变差，这对后续的渣铁排放产生了不利影响，导致渣铁在炉内滞留，影响高炉的顺行。

1.2炉前渣铁排放

炉前渣铁排放是高炉生产中的重要环节，其效果直接影响高炉内的渣铁滞留量和炉料的下降速度，进而影响高炉的顺行。2022年9月22日下午13时56分高炉复风后，逐步加风至2000m3/min。14时20分炉前预开口时出现空喷一下后堵口的情况，这可能是由于复风初期炉内压力不稳定，或者渣铁尚未到达铁口区域所致。高炉出铁时间和盈亏铁如表2所示。

第1炉于16时58分开口出铁，持续97min无渣，这表明在出铁初期，炉内渣层尚未形成，或者渣铁分离效果不佳，铁水先流出，而炉渣未能及时排出。第2炉19时02分开口，20时07分来渣，出铁50min后因来风重开，20时57分堵口，两炉出铁时间共计115min,理论亏铁150t。第3炉依旧理论亏铁60t,前三炉出铁时间整体偏短。扣除填充料线体积后，三炉共亏铁大约150t左右。受物理热不足的影响，炉渣呈现暗红颜色，流动性较差，每炉出完后都需要对渣沟进行清理。铁口出现小喷现象，这可能是由于炉内压力不稳定，或者渣铁排放不畅导致炉内气体压力升高，从铁口喷出。整体来看，渣铁排放欠佳，大量渣铁滞留在炉内，增加了炉内的阻力，影响了炉料的下降，为大管道的形成埋下了隐患。

1.3压差控制

压差是反映高炉内透气性的重要指标，合理控制压差对于保证高炉顺行至关重要。随着四个风口相继捅开，风量加至3080m3/min,此时高炉已全风。热风压力336kPa,高炉全压差166kPa,压力比休风前高10kPa左右。

在这种情况下，高炉操作中对冶强控制不及时，没有及时采取减风降压措施。压差偏高表明炉内透气性变差，炉料下降阻力增大，此时若不及时调整，容易导致煤气通道异常，形成大管道。压差过高会使煤气在炉内的流动阻力增加，煤气分布不均，局部区域煤气流速过快，从而冲刷炉料，破坏炉料的透气性，为大管道的形成创造了条件。

大管道形成与处理

2.1大管道形成

复风后，高炉采用16个风口送风，堵4个风口。

随着4个风口依次捅开，23日0时00分高炉风量加全，此时压差偏高并伴随有小滑尺现象，炉身静压出现短时小幅波动。这些现象表明炉内气流已经开始不稳定，存在局部气流过大的情况。

1时00分换炉期间，大管道吹出，各点顶温迅速飙升，最高达到1009℃。如此高的顶温是1#高炉开炉以来较大的一次气流波动，说明煤气在炉内形成了异常的高速通道，大量煤气未经充分热交换就直接从炉顶排出，导致顶温急剧升高。大管道形成后，原本不足的物理热加剧了下行趋势。这是因为大管道的出现使得煤气与炉料的热交换效率降低，炉内热量散失加剧，同时渣铁排放更加困难，进一步影响了高炉的热平衡和透气性。为了控制气流，风量不得不减到1200m3/min,此时气流才得以初步控制。

2.2大管道的处理

大管道的出现对高炉设备和生产造成了严重威胁，必须采取及时有效的处理措施，以保护设备和恢复炉况。具体处理措施如下：

⑴定风量模式控制气流

大管道形成后，首先通知风机房由定风压切换到定风量模式，并立即大幅减风降压。定风压模式下，风机根据风压设定值进行调节，当炉内压力波动时，容易导致风量不稳定。而切换到定风量模式后，可以稳定风量，避免因风压波动引起的气流进一步紊乱。大幅减风降压可以降低煤气的流速，减小对炉顶设备和煤气除尘系统的冲击，同时减轻炉内气流的异常流动，为后续处理创造条件。

⑵加料压制顶温

不断加料来压制顶温，在顶温冲顶时，短时不要考虑料线，备好料就加料。加料可以增加炉内料柱的重量，对煤气气流起到压制作用，减少煤气的异常上升，从而降低顶温。同时，炉料在下降过程中可以与煤气充分热交换，提高热效率，改善炉内的热状态。

⑶炉顶蒸汽保护

打开炉顶蒸汽压制顶温和保护炉顶设备。炉顶蒸汽可以在炉顶区域形成一层保护层，降低顶温，防止高温对炉顶设备造成损坏。同时，蒸汽还可以起到一定的除尘作用，减少煤气中的粉尘对设备的磨损。

⑷炉顶打水控制

打开炉顶打水阀门进行炉顶打水来压制顶温，保护炉顶设备。炉顶打水可以通过水的蒸发吸收热量，降低顶温。但需要密切关注炉内H2含量，因为水与高温煤气中的碳反应会生成H2,当H2含量超标时，容易形成爆炸性气体，存在安全隐患，此时应立刻停止打水。

⑸补充净焦提热

补充净焦二批，用来提热。净焦的燃烧可以为炉内提供额外的热量，提高物理热，改善炉渣的流动性，促进渣铁排放，恢复炉内的热平衡。

通过上述一系列措施，风量减到1200m3/min后，气流得到有效控制，顶温降至正常水平。随后开始小幅回风，开始因为铁水物理热长期在1415℃左右，风量都保持2200m3/min左右水平，待到二批净焦依次反应后，铁水物理热逐步回升到1460℃和1480℃以上后，逐步恢复风量。经过精心操作，于23日10时30分风量加全，此次复风受管道气流及炉温不足影响，炉况反复共计20h后恢复到正常炉况。