高爐長壽一直是煉鐵系統(tǒng)重要的研究課題，在高爐爐役后期，隨著高爐長時間生產(chǎn)，內(nèi)部爐襯部分已經(jīng)有了不同程度的侵蝕，尤其是爐缸部分對高爐壽命起著決定性的作用。通過對高爐冷卻壁水溫差、冷卻壁熱流強度、爐缸熱電偶溫度、爐皮溫度等指標的檢測，及時準確地對高爐爐缸侵蝕狀況進行判斷，并采取合理的護爐措施，保證高爐爐役后期的安全生產(chǎn)，直到停爐大修。

目前，利用含鈦物質(zhì)進行高爐護爐已經(jīng)成為了煉鐵行業(yè)的共識，其原理是鈦礦中的含鈦物質(zhì)在進入高爐后被還原，隨著鐵水的流動到達爐缸各個部位，與高爐中的碳氮元素反應形成高熔點的碳氮化合物及復合體。在高爐侵蝕嚴重的部分，爐襯的溫度較低，促進這些化合物沉積，形成難以融化的保護層，阻止鐵水的進一步侵蝕?，F(xiàn)階段的護爐方式一般分為2種：一種是開爐不久就開始加入TiO₂，如陽春新鋼鐵有限公司；另一種是通過檢測高爐的運行情況，當高爐爐缸的溫度發(fā)生異常變化時，開始大量加入鈦礦，如首鋼、柳鋼、漢鋼等。同時在選用鈦礦上也有著相應的要求，選擇合理的操作方式，保證護爐的同時也要減少對高爐軟融帶的影響。

津西鋼鐵8#高爐于2007年12月投產(chǎn)，有效容積1280m3，設計2個鐵口、20個風口。爐底炭磚原設計采用4層炭磚臥砌，從下至上依次為半石墨炭磚2層（600mm×2）、微孔炭磚2層（600mm+750mm），總高度2550mm。截止2020年10月停爐，共計生產(chǎn)5年4個月，（2015年5月份大修）累計產(chǎn)鐵549萬噸，平均單位爐容產(chǎn)鐵4300t/m3。2020年下半年，對高爐采取有效護爐方案，高爐正常運行，直至10月初停爐大修。

高爐爐體采用100%工業(yè)水冷卻，通過在爐底板下埋設水冷管的形式冷卻。爐底、爐缸采用灰鑄鐵冷卻壁（1～5層），爐腹采用球墨鑄鐵冷卻壁（6～7層），爐腰采用冷卻板和冷卻壁（第8層），爐身采用板壁結合形式冷卻（9～23層冷卻壁、1～12層冷卻板），爐喉部位采用水冷式鋼磚（上下2層）。

爐底分為2層，每層分7個方向共插入14個測溫點，7個方向電偶深度分布情況：4800mm1個點、2280mm3個點、900mm3個點。爐缸側(cè)壁分為5層，每層分4個方向共插入40個測溫點。其中1層電偶插入深度為200mm和320mm、2～5層電偶插入深度為100mm和220mm。

2020年6月初，高爐2#、7#、16#風口下方爐缸二層冷卻壁水溫差突然上升了0.2℃，通過對爐缸各部位溫差變化實時監(jiān)測并計算，發(fā)現(xiàn)冷卻熱流強度最高已達11500kCal/㎡·h，爐皮溫度80℃，如表1所示。

電偶插入爐缸220mm和100mm處最高溫度分別達到655℃和318℃。利用傅立葉導熱公式（一維）計算，依據(jù)公式q=λ×△t/d和（655－318）/0.12=（1150－655）/d，計算出d=176mm，求得碳磚殘余厚度=176+220=396（mm）。8#高爐9#風口下層電偶周圍碳磚剩余厚度396mm。此時高爐爐缸電偶溫度、熱流強度均處于危險值范圍內(nèi)，可以準確判定爐缸區(qū)域碳磚環(huán)狀侵蝕已形成并嚴重威脅著高爐的安全生產(chǎn)，必須采取有效護爐措施，對這個點實施重點監(jiān)護。

為了解決高爐爐缸側(cè)壁溫度升高問題，將護爐過程分3個階段恢復高爐的正常運行。

3.1第一階段（控制鐵水成分）

科學、合理控制鐵水中硅、硫、鈦含量是搞好護爐的前提。2020年1～5月8#高爐鐵水含硅0.258%、含硫0.026%、含鈦0.08%，處在較高水平。6月8日組織8#高爐爐缸側(cè)壁溫度升高專題討論會，制定初步護爐方案，嚴格控制爐溫下限和硫上限，增加鐵水含鈦量，減少低溫高硫鐵水對爐缸爐底的沖刷和侵蝕。

3.2第二階段（降低冶煉強度）

護爐第二階段決定通過大幅降低高爐冶煉強度進行護爐，6月30日計劃休風堵3#、7#、13#和17#號風口，富氧逐步控制在5000m3/h以下，風壓控制在325kPa以下，并配加釩鈦礦（鈦含量11.55%），鈦負荷控制在6.5左右，如表2所示。

3.3第三階段（穩(wěn)定護爐參數(shù)和高爐提產(chǎn)）

通過均勻堵風口及提高鐵水含硅、鈦成分，高爐爐缸電偶溫度、熱流強度、爐皮溫度得到控制，如圖1所示。

在保證安全生產(chǎn)前提下，兼顧降低成本和提產(chǎn)，8月17日高爐開始取消釩鈦塊，調(diào)整鐵水含硅在0.40%～0.45%，含鈦在0.15%～0.20%，同時風壓提高至340kPa，富氧增至8000m3/h。

通過第一階段的護爐操作，使得鐵水含硅0.40%～0.55%、含鈦0.15%～0.20%、含硫＜0.02%，如圖2所示。

提高生鐵含硅，有利于鈦的還原，再被氧化成熔點遠高于高爐冶煉溫度的TiC、TiN，使鐵水黏度增加，流動性降低；在爐缸及周邊生成的TiC和TiN以固溶體的形式結晶析出，并逐漸沉積于爐缸受侵蝕部位，保護爐缸不受進一步侵蝕。同時降低硫含量，使渣鐵流動性變差，鐵水環(huán)流對爐缸的侵蝕作用變?nèi)?，從而達到保護爐缸的目的。這樣既有利于鈦的還原，又避免了因硅過高導致渣鐵流動性變差，加大爐前的勞動強度，使爐前出鐵陷入被動，影響高爐順行。

隨著第一階段護爐操作的進行，爐缸熱流強度并沒有出現(xiàn)下行趨勢，如圖3所示。

因此進行了第二階段的操作，爐缸電偶溫度得到了下降。隨著溫度下降，逐步捅開7#、13#和17#風口（剩余3#風口），7月12～18日之間，2#和7#風口爐缸電偶上升過快，速度達24℃/天，熱電偶最高溫度達648℃，7月18日立即休風堵2#、7#、8#風口，爐缸電偶溫度逐漸下行。考慮爐缸電偶溫度得到控制，為了避免長時間堵2#、7#風口造成爐缸環(huán)流不均，8月4日利用檢修機會，休風均勻堵3#、8#、16#風口，如圖4所示，爐缸電偶溫度、熱流強度、爐皮溫度進一步得到控住，如圖4所示。

通過第三階段的操作，高爐產(chǎn)量也逐步提升，如圖5所示。

在停爐檢修過程中，清理爐缸時發(fā)現(xiàn)，7#～9#風口下方，二層冷卻壁侵蝕最薄部位50mm，最厚部位100～200mm，三層冷卻壁最薄部位剩余約350mm。這與前期利用傅立葉導熱公式計算的9#風口下方爐缸周圍炭磚僅剩300～390mm一致。

在扒爐過程中，發(fā)現(xiàn)“象腳”區(qū)侵蝕嚴重部位有大量含鈦結晶物。經(jīng)化驗得知，含鈦量高達3%鋁含量達32%，且鈦與爐磚已在爐缸侵蝕部位形成保護層。因此，護爐期間提高鐵水含硅、含鈦成分是非常有必要的。

（1）護爐過程要準確找到關鍵性薄弱點，針對薄弱點電偶數(shù)值推斷爐缸炭磚侵蝕變化趨勢，彌補水溫差和爐皮測溫受環(huán)境影響大的不足。

（2）摸索適宜的冶煉強度。高爐護爐期間以安全生產(chǎn)為主，在護爐參數(shù)可控時，可分階段調(diào)整護爐方案兼顧產(chǎn)量的提升。

（3）護爐期間熱流強度、爐皮溫度、熱電偶溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)相結合，以儀表監(jiān)測爐缸電偶溫度數(shù)據(jù)為主，以人工測量數(shù)據(jù)為輔，同時參考最危險數(shù)值，監(jiān)控高爐爐役后期爐缸狀況。

（4）高爐護爐要以穩(wěn)定順行為前提，布料角度以正角差為基礎，開放中心穩(wěn)定邊緣。

（5）均勻堵風口可以保障高爐風口進風量均勻，有利于渣鐵均勻環(huán)流，減緩對炭磚的侵蝕速度。