作者:王天球|林成城|焦兵|馬建秋|夏欣鵬

摘  要  寶鋼3高爐于1994年9月20日投產，19年來平均利用系數2.27t/m³·d，達到世界領先水平。本文介紹3號高爐長壽診斷的技術特點，以及對生產實踐中長壽維護的經驗進行探討，為高爐長壽工作提供參考。

關鍵詞   高爐  長壽  診斷  維護

1  前言

寶鋼3號高爐于1994年9月20日投產，計劃于2013年9月停爐大修，一代爐役期19年，為國內最長壽高爐。3號高爐采取了一系列有利于高爐長壽的工藝和技術，比如：爐體內型采用矮胖型，高徑比為1：2.072；爐體冷卻采用第三代、第四代混合式冷卻壁；采用純水密閉循環冷卻；爐前采用長臂式液壓泥炮、揭蓋機、開口機等技術性能良好的設備；出鐵場布置采用大鐵口夾角（75.8℃）、短渣鐵溝，作業區死角少；引進新日鐵第4代冷卻壁設計、制造技術軟件；同時引進高熱負荷區的部分冷卻壁；爐缸、爐底采用熱壓小塊碳磚等。

3號高爐的主要特征如表1：

2  長壽診斷的技術特點

2.1  診斷內容

3號高爐的高效長壽與日常的長壽診斷技術是分不開的。實際工作中，對3號高爐的長壽診斷通常分為兩個部分：爐缸侵蝕狀況監測和爐體的狀況診斷分析。

3號高爐在設計階段對爐缸的壽命非常重視，整個爐缸區域監測的電偶數量為155支，爐缸冷卻水溫電偶5支，爐缸冷卻水流量計20支，如表2。在隨后的生產過程中，為了監測爐缸溫度較高區域的耐材溫度又新增了21支電偶，為了更加精確監測爐缸水溫差，新增爐缸高精度水溫電偶58支。以這些電偶為基礎，對爐缸的狀態進行密切監測，逐步建立和完善了爐缸侵蝕的監測體系。

爐體的狀況診斷分析主要是做好對爐體冷卻設備的統計分析，包括對高爐冷卻壁和微冷的破損記錄及分析、研究其破損原因、對爐況的影響及其應對方案。另外，控制適宜的邊緣煤氣流，保持合理的熱負荷，維護合理的操作爐型等也屬于爐體的狀況診斷分析的內容。

2.2  診斷方法

2.2.1  爐缸侵蝕狀況的監測^[1]

爐缸的侵蝕是不可能完全避免的，決定爐缸壽命的關鍵因素是爐缸的監測和維護。建立爐缸侵蝕監測體系的目的是了解和掌握爐缸侵蝕狀況，便于及時發現爐缸侵蝕的部位，采取有效的措施控制侵蝕的進一步發展。通常包括以下幾個內容：

（1）爐缸溫度監測

爐缸各部位的電偶溫度直接反映了爐缸耐材的溫度，以及通過計算得到爐缸內溫度場分布情況，并間接地反映了內襯侵蝕情況。表3為寶鋼高爐爐缸監測的側壁溫度管理值。

（2）爐缸冷卻水水溫差監測

爐缸冷卻水水溫差直接反映了該冷卻壁承受的熱負荷狀況，因爐缸區域水溫差變動幅度較小，通常小于1度甚至0.5度，且爐缸冷卻水溫電偶只有5只，數量少，不能準確、具體的的反應出爐缸熱負荷分布狀況。2010年，3號高爐爐缸區域新增了高精度水溫電偶，可以準確到百分之一度，監測更加精細，定位更加準確。

（3）爐缸熱負荷和熱流強度監測

熱流強度為單位時間內通過單位面積的熱流量。爐缸熱負荷大小能及時反映高爐爐缸耐材、冷卻壁所承受的熱流強度，給高爐操作人員提供操作指導，進而采取有效措施控制熱流強度，以保護爐缸。2010年，爐缸區域新增高精度水溫電偶后，除了可以更加精確的計算出爐缸總的熱負荷外，還可以對重點的鐵口區域的單塊冷卻壁的熱負荷和熱流強度進行監測，從而更加直觀和有針對性。

（4）建立爐缸侵蝕數學模型

根據在爐缸、爐底設置的熱電偶所測量的溫度，利用平板傳熱、有限元等方法建立爐缸侵蝕模型，能夠比較直觀地反映爐缸的侵蝕情況。例如，圖1為寶鋼3號高爐爐缸3744號電偶通過模型計算得出該處磚襯殘厚值。

2.2.2  爐體的狀況診斷

爐體的狀況診斷主要是對爐體冷卻設備的統計分析，控制適宜的邊緣氣流，達到穩定爐墻，減緩爐墻侵蝕，保持穩定操作爐型的目的。

（1）冷卻壁本體管破損分析

由于開爐初期爐體磚襯損壞嚴重，開爐不到3年，磚襯已經侵蝕殆盡，冷卻壁全部暴露爐內，破損嚴重，開爐至今，本體管破損分布以及破損時間如圖2：

從圖中可以看出，破損時間主要集中在2000年-2002年，主要集中在S1-S4段，之后進入穩定期，而從2011年起本體管破損數量較前幾年明顯加快，主要集中在S1、S2段，說明3號高爐爐役后期老化速度加快，各項相關的維護措施也需要及時跟進。

（2）微冷破損分析

面對冷卻壁本體管破損嚴重的問題，借鑒板壁結合高爐設計思路，3號高爐采用在冷卻壁上鉆孔安裝微型冷卻器的新技術。安裝的微型冷卻器作為破損凸臺和本體管的補充，增大冷卻強度，同時將微型冷卻器凸在爐內，相當于一錨固件，作為渣皮生成的根基，可在爐墻上穩定形成一層厚度適當的渣皮，作為爐墻的保護襯，既有利于高爐長壽，又有利于爐況穩定順行^【2】。 

自97年11月開始至今，已在B2、B3、S1、S2、S3等位置共安裝了1591根微冷，分布如下：

微冷破損容易發現，可以及時閉水，對爐墻影響小，還具有便于更換的特點，每次休風，均可對微冷進行更換，最大限度的彌補了本體管破損造成冷卻壁冷卻強度不足的弊病。安裝微型冷卻器后，爐墻渣皮穩定，冷卻壁熱負荷降低，高爐崩、滑料次數減少，燃料比降低，為3號高爐穩定順行奠定了基礎。

（3）高爐冷卻系統的改造

設計初期寶鋼3號高爐冷卻系統冷卻能力較低，整個高爐本體系、強化系水量不足。在高冶煉強度下，此冷卻強度遠遠不能滿足高爐冷卻需要，通過對冷卻系統的改造，提高了水量，最大限度提高了冷卻強度。此外增加循環水除氧脫氣裝置，改善了水質。

2.3  診斷周期

爐缸側壁和爐底電偶對溫度監測是一個實時連續過程，因此，爐缸侵蝕的監測體系也是一個實時監測過程，對應高爐爐缸側壁管理標準和爐缸熱流強度與水溫差的管理標準，從高爐操業、爐前作業、冷卻系統方面分別采取不同的對策措施。

另外，除了爐缸侵蝕的監測體系，還對爐缸重點區域和側壁溫度較高的區域實行人工干預的監控措施，每日分三次進行記錄，形成趨勢圖，及時分析變化因素，采用不同措施。

對爐體的狀況診斷是依據高爐日常的操作參數和爐體冷卻器的破損狀況進行，每日對操作參數進行綜合分析，重點對邊緣四點溫度，爐喉缸磚溫度、熱負荷以及補水曲線進行分析對比，最終目的是控制適宜的邊緣煤氣流，保持合理的熱負荷，維護合理的操作爐型。

3  長壽維護經驗

3.1  高爐長期保持穩定順行是高爐長壽的根本

爐況的順行穩定是高爐取得優良經濟指標的基礎，是高爐長壽的根本。

寶鋼3號高爐投產初期，不斷摸索合適的操作制度，煤氣流趨于正常，爐況長期保持穩定順行。如圖3所示，高爐穩定順行兩個主要指標高爐煤氣利用率和崩滑料參數推移圖，3號高爐煤氣利用率一直保持51.5%以上；高爐運行過程中下料均勻穩定，較少發生崩滑料現象。3高爐長期處于穩定順行狀態，是高爐高效長壽的基礎。

3.2  高爐爐缸的長壽維護經驗^[3]

在高爐一代爐役生產過程中，爐缸侵蝕是不可避免的，為此必須采取爐缸侵蝕控制措施，并不斷開發新技術以延長爐缸壽命。

寶鋼3號高爐已使用的常規爐缸侵蝕控制措施有：檢查爐缸監測設備；檢查風口破漏；檢查冷卻壁水管的破漏；進行爐殼與爐襯冷面、爐殼與冷卻壁之間的間隙灌漿；降低生產率；延長休風時間；降低噴煤比；增加冷卻水流量、降低冷卻水溫；改進爐前作業；提高爐料質量等。

3號高爐對高爐爐缸的長壽維護的另外一個顯著特點是重視高爐下部送風制度的調節，通過下部調節來實現高爐爐缸的長壽。

高爐下部送風制度就是確立合理爐腹煤氣量、回旋區長度、鼓風動能等關鍵參數，實現一次煤氣流合理分布，合適的鼓風動能在其中起關鍵性作用。從煤氣流分布角度，可以確保一定長度的回旋區，高爐一次煤氣流趨向中心，使徑向分布趨于均勻，保證一定中心氣流，使死料柱保持一定溫度，維持一定透氣和透液性，確保爐缸活躍，同時，減小死料柱體積，有利于吹透爐缸，減緩爐缸圓周方向渣鐵環流對爐缸側壁沖刷侵蝕，有利于高爐爐缸長壽。

圖4為模擬計算3高爐不同死料柱大小情況時渣鐵環流剪切應力，可以看出中心死料柱低透液區域增大、即死料柱中心透液通道減小時會導致爐缸邊緣環流加劇，造成鐵水環流對側壁沖刷侵蝕加重。依據高爐鼓風動能與死料柱相互關系理論研究結果以及3高爐實踐證明：當高爐鼓風動能合適，既可保證高爐穩定順行，又有利于減緩渣鐵環流對高爐爐缸侵蝕。

3.3  高爐爐體的長壽維護經驗^[3]

設置必要的檢測設施和監測制度對爐體進行監控與維護，可以有效的發現問題，提高高爐的使用壽命。寶鋼3號高爐采用的常規爐體的長壽維護措施有：檢查冷卻器水管的破漏；進行爐殼與爐襯冷面、爐殼與冷卻壁之間的間隙灌漿；降低生產率；降低噴煤比；增加冷卻水流量、降低冷卻水溫；改善水質；提高爐料質量等。

與爐缸長壽維護類似，寶鋼3號高爐維護爐體長壽的一個重要思路是重視通過維護合理操作爐型實現高爐爐體長壽。維護合理的操作爐型就是控制適宜的邊緣煤氣流，保持合理的熱負荷。就高爐爐身而言，高強度冶煉不僅增加了高爐煤氣對爐體的沖刷侵蝕負荷，而且增大了高爐邊緣煤氣流控制難度，邊緣氣流過強，容易燒損冷卻設備，邊緣氣流過弱，煤氣流通道不暢，又會影響高爐穩定順行，甚至出現管道、懸料等現象，影響爐體長壽。

邊緣適宜煤氣流控制原則就是使高爐內部溫度場和外部強化冷卻相對平衡，達到爐墻熱負荷穩定，就可以減緩爐墻侵蝕，保持穩定的操作爐型。寶鋼3號高爐針對高強度冶煉生產條件，通過熱流比計算，確定不同冶煉條件下高爐邊緣熱負荷控制范圍，結合下部送風制度，輔助上部布料制度合理調劑，使邊緣煤氣流均勻穩定，不僅保證高爐邊緣一定煤氣流，而且又使邊緣氣流得到有效控制，長期保持穩定高爐爐體熱負荷。三高爐一代

爐役期，在保持高強度冶煉的生產條件下，正常控制高爐熱負荷合適范圍內，可以有效避免爐墻頻繁粘結、脫落、以及局部劇烈氣流沖刷等對爐墻侵蝕，至爐役后期，3高爐爐體仍保持幾乎完整的冷卻壁設計內型，實現了高爐爐體長壽。

3.4  其他長壽維護技術

（1）強化爐前作業管理。保持一定的鐵口深度和打泥量，確保鐵口深度穩定在3.6~3.8米的水平，側壁溫度高的區域的鐵口適當提高打泥量，強化鐵口維護，形成穩定的泥包，穩定和控制好爐缸爐底溫度；掌握好鐵口工作狀況，控制出鐵時間和鐵次，穩定爐前作業；進一步提高炮泥的質量等。

（2）加強冷卻系統的維護和點檢，及時發現并更換破損的冷卻器，防止向爐內大量漏水。

（3）加強冷卻系統的水量、水壓、水溫以及水質的控制管理，強化冷卻。

（4）定期用紅外線測溫儀對爐體進行爐皮測溫、記錄和跟蹤爐皮溫度的變化情況。

（5）側壁溫度高時，風口、鐵口和中套等部位進行灌漿。

4  結語

（1）寶鋼3號高爐設計和建造時采用了有利于高爐長壽的工藝和技術，而合理的生產操作，穩定順行的爐況，長壽設備的改造，以及有效的長壽管理，使得3號高爐成功地實現19年的爐齡。

（2）在高爐的日常生產中，尤其是爐役后期，對高爐整體狀況進行長壽診斷必不可少，對爐缸侵蝕狀況和爐體的狀況進行監測、診斷分析，是確保爐役后期安全生產的重要保證。

（3）除了采取常規的高爐長壽技術外，寶鋼3號高爐實現高效長壽顯著技術路線為：確立合理送風制度實現高爐爐缸長壽，維護合理操作爐型實現高爐爐體長壽

（4）高爐冷卻系統是高爐長壽的重點，當生產條件變化時，通過對冷卻系統的升級改造，安裝微冷，使冷卻系統具有足夠的高導熱性和高冷卻強度，可以有效延長高爐壽命。

參考文獻：

[1] 王天球，朱懷宇，居勤章等.寶鋼高爐爐缸侵蝕的監測及控制，煉鐵，2012，3，P27-29.

[2] 林成城.微型冷卻器在寶鋼3號高爐的應用.寶鋼技術，1999年05期，P19-22.

[3] 張龍來，林成城，大型高爐穩定控制技術探討.寶鋼技術，2011.2，P1-5.