邯寶2#高爐爐缸側壁溫度上升的治理實踐

李學斌  黃俊方

（河鋼集團 邯鋼邯寶公司煉鐵廠，河北 邯鄲 056015）

摘  要：通過對邯寶2#高爐爐缸側壁溫度上升治理過程的分析，認為降低鐵水環流和促進碳磚保護層的形成是治理爐缸側壁溫度上升的關鍵，高爐應圍繞這兩點采取強化焦炭質量、壓制邊緣、優化爐溫控制、強化出鐵管理、臨時堵風口、強化冷卻等措施綜合治理。

關鍵詞：爐缸側壁；鐵水環流 ；碳磚保護層

The Practice of Hearth Wall Temperature Rise Control on the 2# Blast Furnace of Hanbao

LI Xue-bin，HUANG Jun-fang

（Ironmaking Plant of Hanbaosteel，Handan iron and steel company，HeBei iron and steel group，Handan 056015，Hebei，China）

Abstract：Through the analysis of the governance process of rising hearth side wall temperature on 2# Blast Furnace of Hanbao，reducing that the key to governance of hearth sidewall temperature rising is hot metal circulation and promote carbon brick protective layer formation .The Blast furnace should take the necessary measures surrounding these two points to comprehensive management，such as strengthening quality of coke，pressing edge，optimal furnace temperature control，strengthen the management of taphole，temporary blocking of tuyere，enhanced cooling etc.

Key words：hearth sidewall；flow of molten iron；protective layer of carbon brick

邯寶2#3200m3高爐自2009年投產，采用碳磚—陶瓷杯綜合水冷爐底、聯合全軟水密閉循環冷卻系統、銅冷卻壁薄壁爐襯等先進設計，實行平臺加漏斗模式料制，推行低硅冶煉。高爐自投產以來生產良好，平均日產約7800t，燃料比500Kg/t。

自2015年年初，1#鐵口附近標高為7.495米處熱電偶編號TE1211A/TE1211B溫度不斷升高，在2015年2月5日深點863.9℃，淺點536.7℃，高爐采取一系列措施，經過近一年的摸索治理，目前爐缸側壁TE1211A/TE1211B兩點溫度（以下簡稱爐缸側壁溫度）回歸正常（如圖1所示）。

1 原因分析

1.1 爐缸串煤氣

2月5日休風在TE1211A/TE1211B附近新開4個冷面壓漿孔，均壓不進。利用1#-4#鐵口間風口與鐵口區域的舊孔20個，進行清孔和壓漿，均壓不進。通過熱電偶編號TE1211A/TE1211B附近及上方將近30個壓漿孔的情況看，冷面基本無縫隙，基本可排除爐缸串煤氣導致爐缸側壁溫度上升的可能。

1.2 爐缸內襯的正常侵蝕

目前2#高爐已生產近6年，高爐爐缸內襯鐵水環流對碳磚的機械沖刷、鐵水滲透、有害元素對炭磚的侵蝕，碳磚保護層不穩定或難以形成導致炭磚不斷減薄，引起爐缸側壁溫度逐漸升高。

2 治理過程

治理過程大概分以下三個階段：

第一階段：2014年12月—2015年2月：爐缸側壁溫度緩慢上升期。這段時間高爐正常生產，認為是側壁溫度的上升陶瓷杯被完全侵燭后的必然結果，沒有采取必要的措施，致使碳磚不斷侵蝕變薄，爐缸側壁溫度不斷上升。

第二階段：2015年2月—2015年9月：爐缸側壁溫度治理摸索期。這段時間通過采取長期堵24#、25#風口，采用壓邊疏導中心料制，控制冶煉強度，強化冷卻等措施爐缸側壁溫度出現明顯下降。由于期間焦炭質量波動，外圍保障失衡及高爐操作過分強調產能、強攻指標退守不及時、低硅冶煉下限失守、長期護爐措施不堅決等因素導致爐缸側壁溫度也出現多次反復。

第三階段：2015年10月至今：通過半年的艱苦摸索終于確立了均衡產能，保持爐況穩定，提高爐溫控制水平由0.3%提高到0.4%，鐵水熱量由1500℃提高到1510℃，調整風口尺寸等措施，確立長期護爐的思想，爐缸側壁溫度已回歸安全水平。

3 爐缸側壁溫度上升對策及分析

碳復合磚具備自護爐機制，能夠形成石墨－碳復合層、高鋁渣層、石墨碳層多相體系，建立爐缸黏滯層平衡體系。黏滯層體系的形成隔離了鐵水與碳復合磚的直接接觸，減緩并停止耐火材料的繼續侵蝕，對爐缸碳復合磚起到了持續有效的保護作用。黏滯層體系中最外層的石墨碳層與高爐鐵水存在著溶解—析出—吸附—溶解的動態平衡。鐵水環流增強，磚襯熱面溫度升高，析出的石墨碳被大量溶解以致逐漸損失[1]。碳磚失去石墨碳層的保護，將逐漸受到侵蝕變薄。因此要達到護爐效果，降低鐵水環流是關鍵，促進碳磚保護層的形成是保障。

由于死料柱在爐缸內的沉入和爐底凝鐵層的阻礙，鐵水沿爐缸徑向的流動受阻，鐵水傾向于順著死料柱周圍并在靠近爐缸側壁位置流到出鐵口是鐵水環流的主要成因。降低鐵水環流就要配合以均衡的鐵水產量，從增加死料柱透液性、降低凝鐵層厚度入手，增加鐵水爐缸徑向的流量，降低爐缸側壁的流量。

據以上分析，結合2#高爐的生產經驗，筆者對爐缸側壁溫度升高的治理提出以下幾點意見供參考：

3.1 強化焦炭質量，保持合理的煤比

良好的焦炭質量是保證爐缸活性的關鍵。死料柱的透液性和爐缸活性主要取決于爐芯焦的強度和粒度，因此高爐原料質量的管理關鍵是焦炭質量，就算高爐成本壓力大也不能犧牲焦炭質量。

高爐操作者都希望以相對便宜的煤粉代替焦炭的一部分作用，因此日常操作中往往都在追求盡量高的噴吹量，而噴煤量過高或煤粉燃燒率較低時，未燃盡煤粉大量聚集在死料柱內，將加劇死料柱孔隙度的下降和透液性的降低。此外，高煤比操作會加劇入爐焦炭的粉化，使死料柱內﹤2.5mm粉焦的比率顯著增加，同時使回旋區縮短。當高爐因焦炭質量惡化出現爐缸不活癥狀時應果斷增加焦比，降低噴煤量，盡早扭轉爐缸不活局面，以免引起爐缸側壁溫度的上升。我高爐2015年的主要技術指標如表1所示。

表1  邯寶2#高爐2015年主要技術指標

Table 1  Technical index of 2# Blast Furnace of Hanbao in 2015

較小和較長風口及壓邊開中心的料制有利于吹透中心，加快死料柱更新，提高爐芯溫度，有利于死料柱整體的疏松和凝鐵層厚度的降低，減少鐵水爐缸徑向的阻力，使更多的鐵水通過死料柱或其下方區域流出鐵口，減少鐵水環流的強度。為適應原燃料情況及爐缸側壁溫度上行的變化，我高爐料制從最初我高爐共32個風口，其中有664mm長風口17個，Φ120mm小風口3個，下一步調整方向逐漸增加長風口個數并適當增加小風口個數。

3.3 尋求合理的爐溫控制

1）生鐵得最終含碳量與鐵水溫度有關，鐵水溫度升高有利于滲碳鐵水滲碳得進行。而隨著磚襯熱面溫度降低，鐵水中溶解的碳便會以石墨碳的形式析出[2]。

2）[Si]能促進石墨化，鐵水含硅量高將促進石墨碳析出[2]。

3）[Si]的升高，相應[S]降低，鐵水粘稠度增加， 鐵水對爐缸沖刷減輕。

4）溫度較高的鐵水進入爐缸，有利于提高爐缸的熱儲備，降低爐底凝鐵層厚度，利于降低鐵水環流。

5）爐溫控制過高，鐵水過于粘稠，煤氣過度膨脹，導致高爐難行，不利于強化冶煉，同時增加冶煉成本。

綜合以上五點，筆者的建議應該綜合考慮高爐生產實際，以能促使爐缸側壁溫度下行形成為標準，摸索出適合自己的爐溫控制標準。特別提示追求低硅冶煉的高爐，一定要守好爐溫的底線。如圖2所示，9月底10月初的低[Si]低熱量控制應該是10月初爐缸側壁溫度大幅上行的主要誘因，而10月中旬起通過采取提[Si]保鐵水熱量措施，爐缸側壁溫度逐漸下行并趨于穩定，證明在當前操作制度下被侵蝕部位碳磚石墨碳保護層已經形成，可保證高爐的安全生產。

3.4 加強出鐵管理

研究表明，隨著鐵水流量的增加，爐缸側壁及爐底剪切應力值均逐漸增大。因此，適當減小鐵口、延長時間出鐵，可以減輕鐵水對爐缸側壁的沖刷[3]。鐵流過小會導致高爐渣鐵出不凈，因此可行的措施就是控制出鐵流速，嚴防鐵流過大。我高爐積極聯系炮泥廠家穩定提高炮泥質量，固定打泥量以穩定鐵口深度在3500mm左右，把握好出鐵節奏，使用統一鉆頭，開鐵口力求鉆開開透，控制出鐵流速5.4-7t/min，嚴格控制上限，控制出鐵時間在100-120分鐘，減少因出鐵不均而引起的鐵水環流加劇。

3.5 保持合理的高爐產能

過高的高爐產能增加的鐵水產量會引起鐵水環流增加，且鐵水產量的增加會給爐缸帶入更高的熱量，引起爐缸側壁溫度的升高。而過低的產能控制會降低死料柱的更新速度而降低爐缸的活性，使爐缸透液性降低，會引起鐵水環流的增加。因此高爐操作者要在實際生產中根據爐況表現和爐缸側壁溫度的變化尋求合理的高爐產能。如表1所示，在2015年1月至2月初，高爐日產基本保持在8000t/天左右 ，至2月5日爐缸側壁溫度上升到最高點才采取控產措施，耽誤了治理的最佳時機。當前我高爐通過摸索調整，日產按7650t/天控制。

3.6 臨時堵侵蝕部位上方風口

在治理初期，我高爐主要采用堵風口操作，通過堵風口弱化下方爐缸區域的活性，減少鐵水沖刷和熱負荷，可以暫時降低爐缸側壁溫度。但若未采取調整熱制度控制產能等措施促進碳磚保護層的形成和穩固，開風口后，爐缸側壁溫度又會迅速上行，如表2所示，2月至9月期間我高爐開堵24#、25#風口不下十次，圖2出現的爐缸側壁溫度的快升快降就是此觀點的最好例證。

表2  爐缸側壁維護期間24#、25#風口開堵情況

Table 2  The situation of 24#， 25# tuyere during hearth wall maintenance

如表2所示，4月份到9月份鐵水溫度整體下行，與[Si]對應性變差；5月12日-6月24日我高爐24#、25#風口對面9段10段銅冷卻壁處出現結厚，長期堵24#、25#風口應是主要誘因。鑒于以上情況筆者認為堵風口僅能作為處理爐缸側壁過高的一項臨時措施，待其它措施到位后要及時打開風口，全風口作業，避免長期堵風口帶來的不利影響。

3.7 強化侵蝕部位冷卻，強化監測

冷卻壁足夠的冷卻強度，是降低磚襯熱面溫度，促進碳磚保護層形成的必要條件；在保障爐底冷卻的基礎上適當降低爐底的冷卻強度可以提高爐芯的活度，增加爐芯透液性，降低鐵水環流對爐缸側壁的沖刷。我高爐將軟水壓力由750KPa提高到850KPa，軟水總量由4750m3/h提高到5000m3/h，軟水進水溫度由38℃下調到35℃，爐底流量由850m3/h下調到700 m3/h，取得良好效果，促進了爐缸側壁的安全回歸。

另外，我高爐加強對爐缸溫度異常部位冷卻壁水溫差、熱流強度和爐殼的監控力度。要求值班工長每班接班后至少檢查 1 次，配管工每一小時檢查測量一次，并形成完整的電子報表記錄納入特護日志管理。

3.8 鈦礦護爐

鈦礦護爐利用鈦礦的加入在爐缸的高溫環境下生成冶煉難熔物質TiC和TiN及固溶體TiCN，并連續生成積累，形成以TiN為主的含Ti沉積物，它摻和在渣相礦物、金屬鐵組成的多相沉積物中，形成含高熔點鈦化物的致密而堅硬的粘附物和沉積物，附在受侵蝕的爐缸磚襯處，保護并延緩磚襯的侵蝕 。

徐萬仁、朱仁良等[4]通過分析寶鋼2號高爐爐紅側壁溫度屢次升高的原因和操作實踐表明加鈦礦對維護爐底作用顯著，而對控制側壁侵燭效果不大。我高爐并未出現爐底溫度侵蝕的征兆，通過采取文前提到的處理措施后，爐缸側壁溫度已經安全回歸，所以并未采取加鈦礦護爐等措施。

4 總結與體會

1）高爐要著實樹立均衡、長壽的操作思想，不冒進、不拖延，發現爐缸安全問題苗頭要盡早采取措施處理，處理過程要果斷堅定，防止反復。

2）處理爐缸側壁溫度上行，應該從降低鐵水環流和促進碳磚保護層形成和穩固入手，綜合采取必要措施，盡快使爐缸側壁溫度安全回歸，保證高爐安全生產。

參考文獻

[1] 焦克新，張建良，等.高爐爐缸黏滯層物相及形成機理[J].東北大學學報（自然科學版），2014，35（7）：987-991.

[2] 丁躍華，湯啟榮，等.高爐鐵水碳溶解度與片狀石墨析出的實驗研究[J].昆明理工大學學報（理工版），2004，29（5）：33-37.

[3] 郭亮. 高爐爐缸鐵水環流的數值模擬[D].沈陽：東北大學材料與冶金學院鋼鐵冶金研究所，2010：31-53.

[4] 徐萬仁，朱仁良，張龍來.寶鋼2號高爐爐缸側壁侵蝕原因及控制實踐[J].鋼鐵，2007，42⑴：8-16.