王 波 宋文剛
（寶山鋼鐵股份有限公司）
摘 要：寶鋼1號高爐2017年以來爐缸溫度出現(xiàn)4次異常升高的現(xiàn)象，認(rèn)為主要是爐體熱負(fù)荷波動及崩滑料、爐前作業(yè)狀況不穩(wěn)定、處理上不夠果斷等引起的。通過采取改善爐缸狀態(tài)消除局部不均勻侵蝕、優(yōu)化爐前作業(yè)制度穩(wěn)定鐵口區(qū)工作狀態(tài)、建立爐缸溫度異常預(yù)警機(jī)制等措施，高爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善，同時爐缸溫度處于安全、穩(wěn)定受控范圍。爐缸溫度2號鐵口側(cè)壁溫度由最高的680℃下降至130℃，3號鐵口側(cè)壁溫度由最高的615℃下降至150℃。
關(guān)鍵詞：大型高爐 爐缸溫度 侵蝕 操作制度 順行
寶鋼1號高爐（三代）大修后擴(kuò)容至4966m3，并首次采用了全國產(chǎn)的并罐式無料鐘裝料工藝，風(fēng)口以上采用了5段鑲磚銅冷卻壁，于2009年2月15日點火投產(chǎn)，6天后就達(dá)產(chǎn)。
2017年以來，爐缸溫度（正常在200℃以下）出現(xiàn)4次異常上升，溫度超過600℃，對生產(chǎn)指標(biāo)和鐵水成本造成了較大影響，為此，對1號高爐爐缸溫度異常上升的原因進(jìn)行分析，并重點闡述控制爐缸溫度、實現(xiàn)長壽的對策，生產(chǎn)實踐證明這些做法取得了明顯效果，1號高爐實現(xiàn)了爐況穩(wěn)定順行、并且在產(chǎn)量等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)提高的情況下，爐缸溫度安全、穩(wěn)定受控。
1 爐底爐缸結(jié)構(gòu)及侵蝕情況
（1）耐材及冷卻結(jié)構(gòu)。1號高爐爐缸直徑14.5m，爐缸高度5.5m，死鐵層深度3.5m，采用了熱壓小塊炭磚、大塊炭磚加陶瓷杯相結(jié)合的新型復(fù)合爐底爐缸結(jié)構(gòu)，爐底第1層采用石墨磚，第2、3、4層采用普通大炭磚，第5、6層為陶瓷墊[1]。風(fēng)口以下采用5段冷卻壁，H1段采用光面灰鑄鐵冷卻壁，H2、H3段位于象腳侵蝕區(qū)，采用銅冷卻壁來加強(qiáng)該部位的冷卻，H4段設(shè)在出鐵口環(huán)帶，在每個鐵口的周圍及兩鐵口之間設(shè)置銅冷卻壁。爐缸側(cè)壁象腳侵蝕區(qū)及鐵口區(qū)采用熱壓小塊炭磚NMD，爐缸側(cè)壁的其余部位采用熱壓小塊炭磚NMA。爐底爐缸及鐵口保護(hù)磚主要是剛玉磚和莫來石磚，爐缸內(nèi)壁為黏土質(zhì)保護(hù)磚，鐵口區(qū)域為炭化硅質(zhì)保護(hù)磚[1]。H5段采用光面灰鑄鐵冷卻壁，在風(fēng)口處設(shè)40塊光面灰鑄鐵冷卻壁。
（2）侵蝕情況。大型高爐開爐后，隨著日產(chǎn)量和煤比等生產(chǎn)指標(biāo)的提升，大多數(shù)高爐爐缸溫度不斷攀升，這也是當(dāng)前大型高爐所要面對的共性問題[2]。寶鋼1號高爐自2012年以后，每年都會出現(xiàn)由于爐缸側(cè)壁溫度升高，制約高爐產(chǎn)量等指標(biāo)的發(fā)揮。高爐爐缸溫度升高由鐵口區(qū)域開始，逐步向下擴(kuò)展，并向爐底延伸，而且是不均勻侵蝕，局部侵蝕很嚴(yán)重，爐缸熱負(fù)荷最高上升至2500×104kJ/h，其中2017年以來，爐缸溫度就出現(xiàn)4次異常上升。
2 爐缸溫度上升的原因
爐缸、爐底部位的耐材內(nèi)襯是一種緩蝕爐襯，即侵蝕掉一層，就減薄一層，不易修補(bǔ)，不易再生。其侵蝕機(jī)理主要是鐵水滲透侵蝕、鐵水環(huán)流沖刷以及800℃左右溫度區(qū)域的炭磚脆化。生產(chǎn)中，造成耐材侵蝕的應(yīng)力有：熱應(yīng)力、機(jī)械沖擊、生鐵和滲碳的侵蝕、CO對粘土磚的侵蝕、渣鐵對爐缸側(cè)壁的侵蝕、堿對炭磚的侵蝕等[2]。爐缸維護(hù)的基本理念就是要控制耐材的侵蝕速度在適當(dāng)?shù)某潭?，在耐材表面形成穩(wěn)定的凝鐵層，并盡量減少爐缸工況的波動。
1號高爐爐缸溫度升高主要是由于爐體熱負(fù)荷波動及崩滑料導(dǎo)致未充分還原的熔融物進(jìn)入爐缸，熔融物（FeO含量高）對爐溫、硫磺、焦炭粒度等均有影響。隨著時間推移，爐缸狀態(tài)逐漸變差，鐵水環(huán)流逐漸加劇，不利于爐缸凝鐵層的穩(wěn)定存在，爐缸溫度快速上升；且爐缸狀態(tài)變差又對爐前作業(yè)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，若爐前作業(yè)應(yīng)對不好，會進(jìn)一步導(dǎo)致爐缸溫度升高及不受控；另外在爐缸溫度異常上升情況下，如果采取減產(chǎn)、退負(fù)荷等措施不果斷，則會造成爐缸溫度長時間不受控。
因此如何保持爐況穩(wěn)定順行、穩(wěn)定熱負(fù)荷、減少崩滑料；爐前如何適時調(diào)整作業(yè)方針，扭轉(zhuǎn)被動局面，采取措施改善鐵口區(qū)工作狀態(tài)，包括改善見渣率、穩(wěn)定鐵口狀態(tài)，為爐缸溫度控制創(chuàng)造條件；建立有效的爐缸溫度異常預(yù)警機(jī)制，確保在爐缸溫度異常情況下及時采取減產(chǎn)、退負(fù)荷、堵風(fēng)口等措施值得思考，也是下文討論的重點。
3 控制爐缸侵蝕的對策
3.1 改善爐缸狀態(tài)，消除局部、不均勻侵蝕
（1）改善爐況順行。主要從高爐日常操作制度上著手調(diào)整。
送風(fēng)制度上：根據(jù)大型高爐生產(chǎn)的特點，選取合適的理論燃燒溫度、鼓風(fēng)動能、合適的綜合送風(fēng)比、爐腹煤氣量指數(shù)（圖2所示），標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速230～240m/s，以保證下部煤氣流初始分布在適應(yīng)當(dāng)前高爐操作冶煉條件下的合理范圍之內(nèi)，使高爐操作爐型接近理想狀況，高爐各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在較好的范圍之內(nèi)。主要采取適當(dāng)縮小風(fēng)口面積、動態(tài)調(diào)整風(fēng)量，提高富氧率（圖1所示），提高頂壓，控制煤氣流速；富氧率選擇兼顧礦焦比、爐腹煤氣量和頂溫。
裝入制度上：設(shè)定合適的溜槽傾角，特別是起始角度，以及相應(yīng)的料線配合，使?fàn)t料在爐內(nèi)分布過程中形成比較穩(wěn)固的料面平臺和合適的中心漏斗；適當(dāng)調(diào)整布料檔位以及批重，以改變不同區(qū)域的焦炭負(fù)荷，達(dá)到優(yōu)化煤氣流分布的目的；保證一定焦層厚度，平臺寬度與圈數(shù)結(jié)合控制，達(dá)到穩(wěn)定料面，改善透氣性，穩(wěn)定三次煤氣流分布；采取“焦包礦”的布料模式，利用并罐布料的優(yōu)勢，邊緣和中心有一定焦炭量。
上下部制度的匹配調(diào)整，既確保充沛的中心氣流，又適時發(fā)展了邊緣氣流，最終達(dá)到高爐內(nèi)兩股氣流的相對合理分布，實現(xiàn)爐況順行改善（圖3、4所示）。
爐溫控制上：目標(biāo)鐵水溫度：天均PT：1510±10℃，單爐堵口前鐵水溫度大于1500℃，[Si]:0.30～0.40%參考。高爐操作基礎(chǔ)是穩(wěn)定爐溫，爐溫也為爐前作業(yè)創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)；采取適當(dāng)控制鐵水溫度等措施，也對控制爐內(nèi)高溫區(qū)有利，可以減輕因爐料結(jié)構(gòu)和性能變化對高爐順行的影響；控制、平衡好燃料比，班與班之間偏差不超過3～5kg/t，熱負(fù)荷突然上升，可以臨時用風(fēng)溫及濕度控制，加熱宜放慢節(jié)奏，一旦熱負(fù)荷穩(wěn)定，撤熱要迅速到位，以免操作爐型再次破壞。
造渣制度上：煉鐵先煉渣，穩(wěn)定造渣制度，為高爐爐料順利下行提供條件，造渣制度應(yīng)該適合于高爐冶煉的要求，有利于穩(wěn)定順行，爐渣良好的流動性和穩(wěn)定性很重要，目標(biāo)：C/S：1.20～1.27；Al2O3：≤15.5%，MgO：≥5.5%，同時控制鐵水硫含量≦0.030%，既保證了爐渣的良好流動性能，又確保了爐渣的脫硫性能。
冷卻制度上：通過操業(yè)制度的調(diào)整來實現(xiàn)對爐體熱負(fù)荷的管控，并制定純水Ⅱ系統(tǒng)銅冷卻壁冷卻強(qiáng)度控制規(guī)定，日常主要采取中等偏下的冷卻強(qiáng)度，水速1.6～1.8m/s，需要可臨時調(diào)整到2.0m/s。
（2）選擇合理操作指標(biāo)
以爐況穩(wěn)定順行為原則，控制好高爐壓差，不強(qiáng)攻操作指標(biāo)，客觀評估，階段性可持續(xù)穩(wěn)定的礦焦比、產(chǎn)量，操業(yè)重點放在維持操作爐型、穩(wěn)定爐體熱負(fù)荷、保持良好的爐缸狀態(tài)上。盡可能減少、消除崩滑料，崩滑料指數(shù)≤9/天，減少頂壓冒尖、料難行、熱負(fù)荷大幅波動、爐溫大幅波動、以及爐缸溫度異常上升等現(xiàn)象。
（3）穩(wěn)定原燃料質(zhì)量
從2017年4月開始，寶鋼2臺燒結(jié)機(jī)對應(yīng)4座高爐，燒結(jié)礦比大幅下降，球團(tuán)礦比大幅提高，孰料率也有所下降，同時球團(tuán)礦質(zhì)量不穩(wěn)定，加上限煤的影響，外購焦炭增加且質(zhì)量不穩(wěn)。針對原燃料條件不利影響，首先，從穩(wěn)定焦炭質(zhì)量入手，以改善爐缸死料柱內(nèi)焦炭粒度組成和空隙度，使其具有良好的透氣透液性，引導(dǎo)煤氣流往爐缸中心方向發(fā)展[2]，主要維持焦炭的CRI：20.8～25.1%，CSR：67.5～73.3%，DI15：87.9～88.7，焦炭的抗碎強(qiáng)度（M40）：88.5～90.5%，焦炭的抗磨指數(shù)（M10）：4.6～5.9%。其次，減少粉末入爐，為爐況順行創(chuàng)造條件，控制鋅負(fù)荷、堿金屬負(fù)荷在標(biāo)準(zhǔn)范圍。再次，均分各高爐燒結(jié)礦比，有利于穩(wěn)定堿度，提高入爐品位，如遇爐況原因需要調(diào)整，最大比例不大于5%，物流異常除外。最后，相對穩(wěn)定爐料結(jié)構(gòu)，特別是球團(tuán)礦，減少礦石品種切換，有利于操作爐型穩(wěn)定，保持較低的渣比，達(dá)到爐缸狀態(tài)穩(wěn)定的目的。
3.2 優(yōu)化爐前作業(yè)制度，穩(wěn)定鐵口區(qū)工作狀態(tài)
合適的鐵口深度（3.6～3.8m）和合適的打泥量是穩(wěn)定作業(yè)和出好渣鐵的關(guān)鍵，日常爐前工作盡可能保證炮泥質(zhì)量穩(wěn)定、爐前設(shè)備穩(wěn)定、操作上杜絕開漏、杜絕冒泥、杜絕頂流堵口等。
爐況順行與爐前作業(yè)相互影響，爐況順行變差，熱負(fù)荷波動及崩滑料導(dǎo)致生料易下到爐缸，鐵水溫度波動，爐缸狀態(tài)逐漸變差，透液性不良，鐵水環(huán)流加劇，不利于爐缸凝鐵層的穩(wěn)定，并且爐前作業(yè)也發(fā)生變化。在某一段時間內(nèi)鐵口經(jīng)常發(fā)生開漏、斷流等現(xiàn)象，鐵口深度也不穩(wěn)定，致使鐵口泥包不能得到有效維護(hù)，在爐缸凝鐵層熔化后，炭磚不斷受到侵蝕，從而進(jìn)一步導(dǎo)致爐缸溫度升高；相反活躍的爐缸狀態(tài)有利于爐缸凝鐵層的穩(wěn)定，也有利于爐前作業(yè)狀態(tài)的穩(wěn)定。
爐前作業(yè)必須以出盡出好渣鐵為原則，盡量為高爐的穩(wěn)定順行提供必要的支持，操作制度上注重解決爐缸狀態(tài)差的問題，為爐前作業(yè)的穩(wěn)定提供了保障。為了更好出盡出好渣鐵、降低鐵水環(huán)流、降低勞動強(qiáng)度、降低噸鐵成本等目的，一高爐于2017年底開始，爐前出鐵采用對角兩個鐵口對出的方式，日常作業(yè)則控制好儲渣儲鐵趨勢線，出盡渣鐵，在熱負(fù)荷波動較大或者崩滑料多方向，結(jié)合鐵口休止的時間，強(qiáng)化爐前作業(yè)，為爐況順行及爐缸側(cè)壁溫度控制起到關(guān)鍵作用，爐前作業(yè)穩(wěn)定受控，其中出渣率月均達(dá)到93%以上、鐵次下降至月均8次，鐵次變化及出渣率變化趨勢見圖5所示。
對爐前作業(yè)從以下幾個方面進(jìn)行規(guī)定。
（1）鉆桿選擇。鉆桿選擇φ60mm或以上，杜絕間隔、連出等現(xiàn)象；開口60min不見渣，及時打開下一鐵口重疊，重疊出鐵見噴堵口，嚴(yán)禁頂流堵口；出鐵時間一般控制在3.5小時以內(nèi)；
（2）二個鐵口對角出鐵，控制好儲渣儲鐵趨勢線，出盡渣鐵；
（3）鐵口維護(hù)方面：確保打泥壓力和打泥量，維護(hù)好鐵口深度，鐵口深度控制在3.6m～3.8m；
（4）爐前設(shè)備維護(hù)方面：維護(hù)好爐前設(shè)備，加強(qiáng)點檢；鐵口泥套吹掃干凈，保持泥套面平整，杜絕冒泥現(xiàn)象；按照規(guī)定檢查溝子狀況，加強(qiáng)三通、四通、溝頭、擺動、混鐵車的點檢，發(fā)現(xiàn)問題，提早匯報處理；
（5）加強(qiáng)主溝、渣溝及鐵溝的管理，確保一個鐵口處于備用狀態(tài)。
3.3 合理組織產(chǎn)量，建立爐缸溫度異常預(yù)警機(jī)制
（1）控制高爐合理產(chǎn)量水平，分季節(jié)的組織產(chǎn)量分配，欠產(chǎn)后不超高爐能承受的上限追產(chǎn)，利用系數(shù)維持在2.2t/（m3·d）以下。
（2）建立預(yù)警機(jī)制。爐缸側(cè)壁溫度日均上升多或鐵口區(qū)域絕對溫度高、非鐵口區(qū)域溫度超過正常多則開始預(yù)警；一旦發(fā)現(xiàn)爐缸溫度上升趨勢明顯，改善爐前作業(yè)無效果，果斷早減產(chǎn)，力爭最終少減產(chǎn)，必要時采取堵風(fēng)口，或者縮小側(cè)壁溫度高方向上方的風(fēng)口直徑及增加焦比等措施。
（3）利用每次定修進(jìn)行壓漿維護(hù)，以封堵風(fēng)口與鐵口之間氣路、氣隙，保證爐內(nèi)熱量傳導(dǎo)通路暢通。由于壓進(jìn)去的炭質(zhì)漿料，大部分是炭質(zhì)，會沉淀下來，小部分會揮發(fā)掉或蒸發(fā)掉，導(dǎo)致風(fēng)口與鐵口之間又有竄氣通道，所以壓漿維護(hù)是長期的，一代爐齡內(nèi)需要多次做的事情。而且在進(jìn)行爐缸壓漿過程中必須注意相關(guān)作業(yè)管理，一方面，需設(shè)法將炭質(zhì)漿料填充進(jìn)去；另一方面，又需防止壓力過高，致使填充層氣隙貫通，造成氣隙進(jìn)一步提高[2]。
（4）為避免爐缸冷卻強(qiáng)度不足，有必要提高外部冷卻效果，目前主要措施是設(shè)法降低冷卻水溫，尤其是防止夏季水溫過高，同時還要加強(qiáng)水質(zhì)管理。另外風(fēng)口或冷卻設(shè)備的過量漏水，也易導(dǎo)致鐵水凝固層消失，因而防止冷卻水滲入爐缸也是日常重要的工作內(nèi)容[2]。
4 效果
通過采取以上對策，1號高爐爐況順行良好，風(fēng)壓波動小，壓差受控，高爐崩滑料減少，熱負(fù)荷波動減小且較穩(wěn)定，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)改善，高爐產(chǎn)量增加明顯。同時爐缸溫度安全、穩(wěn)定受控，詳見下圖6～10所示，其中爐缸溫度情況：2018年3月份主要標(biāo)高10.03m至11.105m，64.5～115.5度方向側(cè)壁上升，其中88.5度方向315052最高超過600℃，4月、5月、6月、7月側(cè)壁溫度均勻上升，爐缸均勻性改善，總體側(cè)壁溫度下降并受控。
5 參考文獻(xiàn)
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