朝陽鋼鐵爐缸管理實踐

張洪宇  王光偉  胡德順

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司）

摘  要：通過對朝陽鋼鐵高爐爐缸溫度場變化調查、并對其原因進行分析，認為爐缸中心溫度長時間低于下限時，就會導致爐缸溫度場發生大幅波動，從而影響爐缸長壽，并根據朝陽鋼鐵近幾年的爐缸工作狀態的變化及對高爐的影響，及時制定相應的措施，確保高爐穩定生產。

關鍵詞：溫度場;爐缸;長壽

Practice of the management of the hearth of Chaoyang steel

Zhang Hongyu   Wang Guangwei  Hu Deshun

（Anshan Iron and Steel Group Chaoyang iron and Steel Co., Ltd.）

Abstract: By investigating the change of the temperature field of the blast furnace hearth of Chaoyang iron and steel, and analyzing its reasons, it is considered that the temperature field of the hearth cylinder will fluctuate greatly when the temperature of the central temperature of the hearth is lower than the lower limit, which will affect the long life of the hearth, and according to the change of the working state of the hearth of Chaoyang iron and steel in recent years and the effect on the blast furnace. Formulate corresponding measures in time to ensure stable production of blast furnace.

Keywords：the temperature field；the hearth；the long life

在高爐生產中，高爐爐缸的運行狀態直接影響高爐的技經指標，要實現高爐低耗、長壽、穩定、順行，爐缸在生產中維護管理至關重要。由于爐缸直接接觸鐵水，在生產過程中不斷受鐵水沖刷，爐缸的侵蝕程度，決定一代爐役的長短；爐缸運行狀態的活躍程度直接影響高爐況的順行，所以爐缸如何管理也成為各大鋼鐵公司重點的研究項目。

朝陽鋼鐵2600 m3高爐第二代爐役于2012年11月16日開爐，高爐有效容積為2680m3，共設置30個風口，三個鐵口，呈Y字形排列，其中1#、2#鐵口這間夾角為78℃。爐缸爐底采用碳磚加陶瓷杯結構。爐底共5層碳磚，每層400mm，第1層石墨炭磚、第2～4層半石墨炭磚、第5層微孔炭磚全部國產。爐缸采用蘭炭大塊碳磚，總計13層。1～8層為超微孔炭磚，9～13層為微孔炭磚。鐵口組合磚位于6、7、8層，結構見圖1。本文主要從朝陽鋼鐵高爐近幾年高爐爐缸的運行狀態出現的問題進行總結、分析，探索爐缸管理的模式。

1 爐缸管理模式

高爐爐缸活躍狀態和爐缸長壽是一個相互矛盾的過程，爐缸側壁溫度和爐芯溫度可直接反映高爐爐缸內溫度場的變化，爐芯溫度可直接反映爐缸的活躍程度，爐缸側壁溫度反應爐缸受侵蝕的狀態，直接決定爐缸的長壽，兩者之間需要保持動態平衡，朝陽鋼鐵的爐缸管理主要從爐缸活躍狀態和爐缸長壽管理兩方面入手制定爐缸運行狀態的評價體系。

1.1建立爐芯溫度控制標準

爐芯溫度是反映爐缸狀態活躍程度的重要參數，一般隨著高爐生產周期的延長，爐芯溫度會呈現逐步攀升的趨勢，但對于爐況順行較好的高爐，爐芯溫度應當在一定的范圍內保持相對穩定，若爐芯溫度呈長期下降趨勢，說明爐缸工作狀態向差，將會影響高爐爐況順行，應找出下降的主因，并采取措施，控制其下降趨勢；若爐芯溫度呈上升趨勢，說明爐缸活躍度增加，爐缸側壁溫度會上升，需適當采取措施，控制高爐爐缸活躍度。朝陽鋼鐵的爐芯溫度位于爐底中心三層炭磚上表溫，其控制范圍是430℃±30℃。

1.2 建立爐缸側壁環炭溫度控制標準

目前國內外高爐爐缸燒穿及爐缸側壁溫度快速升高現象越來越多，成為制約高爐技經指標的一個重要因素。國內外大多數高爐燒穿部位及高溫點部位大部分集中鐵口中心線以下爐缸側壁溫度，為此朝陽鋼鐵為了確保爐缸工作的安全性，制定黃、橙、紅警戒區域通過采取控制產能和鐵水含鈦量來確保爐缸側壁溫度控制在正常的生產范圍內，各區域警戒標準見表1。

表1 爐缸環炭溫度警戒區域控制標準

2 爐芯溫度波動原因調查

爐芯溫度在一定程度上可以反應爐缸熱量儲備水平和鐵水滲透死料柱的能力，當爐缸工作狀態變差時，爐芯溫度和爐缸側壁溫度都會呈現下降趨勢，反之當爐缸活躍性增加時，側壁溫度也會呈現上升趨勢，當爐芯溫度控制在一定的合理的范圍內，側壁溫度也會在一定范圍內波動。當爐芯溫度低于合理溫度下限時，在隨后恢復爐缸中心溫度時，爐缸側壁溫度就會異常升高見圖2，爐芯溫度波動的幅度越大，側壁溫度在上升過程中上升的幅度就會超過歷史高點。朝陽鋼鐵高爐爐缸變化主要經歷了5個大的波動，下面對每個階段的波動原因進行調查。

2.1第一階段（2013年1月～2014年8月）

此階段爐芯溫度主要分上升、相持、再上升、快速下降四個階段。

①上升階段：從2013年1月開始隨著高爐冶煉強度的逐步強化，隨著爐缸活躍度增加，爐芯溫度也呈遞增現象，爐缸環炭溫度也有不同程度的上升。

②相持階段：2013年3月至2013年7月，爐芯溫度維持在410℃左右，高爐利用系數維持在2.25t/m3.d，環炭溫度也保持相對平穩的水平。

③再上升階段：2013年8月份開始至2014年8月，進一步提高冶煉強度，高爐利用系數提高至2.37左右t/m3.d，隨著爐缸狀態的活躍性增加，爐芯溫度進一步上升至450℃左右， 3個鐵口正下方溫度相繼呈快速上升趨勢，相比以前平穩階段都已上升約100℃,雖然環炭溫刻屬正常安全生產狀態，但從長壽角度考慮，應適當控制冶煉強度，抑制爐缸環炭溫度上升趨勢。在隨后的生產中，利用系數控制在2.30 t/m3.d左右，爐芯溫度控制在430℃左右，再加上4月份7天時間的年修，環炭溫度上升趨勢得到抑制。

④快速下降階段：2014年8月，由于煉鐵轉爐事故，高爐被迫非計劃休風164h，休風料沒有下到風口，高爐爐缸熱量損失較大，再加上恢復時，由于高爐鐵水不能完全消耗，只能按煉鋼生產節奏組織生產，高爐恢復進程較慢，高爐爐缸工作狀態嚴重惡化，爐芯溫度下降至350℃。

2.2第二階段（（2014年8月～2015年12月）

此階段爐芯溫度主要分為恢復、相持、快速下降三個階段。

①恢復階段：由于受非計劃休風和高爐恢復進程較慢的影響，高爐爐缸狀態嚴重惡化， 2014年8月～2015年1月，此階段是恢復高爐爐缸工作狀態的過程，在熱制度方面鐵水物理熱需達到1500℃以上，在裝料制度方面采用輕負荷料來疏通料柱的透氣性，確保死料柱的透液性，以減少鐵水環流對爐缸的侵蝕，經過4個月的治理，爐缸工作狀態得到逐步恢復，爐芯溫度恢復到400℃以上。此次非計劃休風對爐缸的傷害挺大，但采取的措施得當，在爐芯溫度恢復到正常水平時，爐缸環炭溫度都有不同程度的上升，但溫度點并沒有達到歷史高點，說明爐缸沒有發生異常侵蝕。

②相持階段：2015年1月至2015年10月，高爐利用系數進一步提升至2.40t/m3.d，爐芯溫度維持在450℃左右，此期間爐缸工作狀態較好，高爐長周期穩定順行，爐缸側壁溫度保持相對平穩下降的水平。

③快速下降階段：2015年10月，由于整個鋼鐵行業的不景氣，朝陽鋼鐵通過降低產能來減少虧損，高爐利用系數維持在2.0 t/m3.d左右，由于低強度冶煉，爐缸活躍性變差，爐芯溫度快速下降至330℃左右。

2.3第三階段（（2016年1月～2016年6月）

此階段爐芯溫度主要分為快速恢復相持階段、快速下降兩個階段。

①快速恢復相持階段：2016年1月份開始，鋼鐵行業開始轉暖，朝陽鋼鐵為了保證規模效益，高爐利用系數快速由2.0t/m3.d提高至2.30左右，爐芯溫度快速恢復至450℃左右，隨之而來爐缸側壁溫度也快速升高，突破歷史高點，達到408℃，說明爐缸開始受到非正常侵蝕。

②快速下降階段：由于2015年期間，朝陽鋼鐵為了保證經營效果，始終是低庫存生產。2016年1月～3月高爐提產，導致高爐原燃料庫存不足，爐料變化頻繁，入爐粉塵增多，爐況波動較大，再加上堿金屬、鋅負荷高致使爐墻結厚。2016年3月下旬～5月期間爐況失常，爐缸工作狀態逐步向差，爐芯溫度開始下降，最低降至370℃。

2.4第四階段（（2016年6月～2017年1月）

此階段爐芯溫度主要分為快速恢復和快速下降等兩個階段。

①快速恢復階段：2016年5月份通過休風降料面，快速消除爐墻結厚，高爐爐況順行良好，爐芯溫度快速恢復，爐芯溫度快速恢復至450℃左右，隨之而來爐缸側壁溫度也快速升高，突破歷史高點， 2016年8月達到485℃，爐缸側壁受到非正常侵蝕。

②快速下降階段：2016年8月24日高爐檢修32小時，使爐芯溫度快速下降趨勢，最低下降至410℃左右。2016年11月7日份135小時的年修，使爐芯溫度快速下降到360℃，在以后爐況恢復中，爐芯溫度迅速恢復到正常水平。

2.5第五階段（（2017年1月～2018年4月）

此階段爐芯溫度主要分為平穩階段、逐級下降，恢復等三個階段。

①爐芯平穩階段：2017年4月～7月，爐芯溫度基本在430℃左右波動，爐缸側壁溫度雖有快速上升，但隨著爐況順行，高爐側壁溫度并沒有維持在高位，逐步在300℃左右波動，爐缸沒有受到非正常侵蝕。

②爐芯逐級下降階段：2017年7月～2018年2月，爐芯溫度呈逐步下滑趨勢，最低下降至292℃，爐缸工作狀態向差趨勢明顯，其主要原因是2017年下半年高爐休風共計9次，高爐頻繁休風是導致爐芯溫度持續下滑的誘因，2017年7月份開始，焦炭粒級達不到標準（小粒級焦炭明顯增多見圖3，這是爐芯溫度持續下滑的根本原因。

③爐芯溫度恢復：2018年2月～2018年4月，2月份開始焦化廠開始調整焦炭配煤結構，焦炭質量開始逐步好轉，爐缸工作狀態得到改善，爐芯溫度回升至410℃左右，但由于爐缸死料柱溝通能力較差，鐵水環流增加，加劇爐缸非正常侵蝕，爐缸側壁溫度呈現快速上升至630℃，不得不采用休風涼爐的方式來抑制環炭溫度上升趨勢，以確保高爐生產的安全性。在隨后的生產當中，爐缸死料柱溝通能力加強，爐況順行得到保證，爐缸環炭溫度回落至300℃左右，高爐產能回到正常生產水平。

3爐缸溫度變化分析

3.1爐芯溫度及爐缸側壁溫度升高原因分析

朝陽鋼鐵高爐從2012年11月份開始投產，高爐爐缸溫度場劇烈波動主要經歷5次（爐芯溫度低于400℃），爐缸每一次大的溫度場變化，都會對爐缸造成傷害，加劇爐缸的侵蝕，爐缸側壁某個方向溫度都會超過歷史最高點，朝陽鋼鐵高爐歷年來的爐缸爐芯溫度及側壁溫度分析見表2。爐缸溫度場波動的主要原因無非是以下三個方面：

①爐缸熱量不足，主要影響因素有高爐頻繁休風、休風時間過長（超過120小時）、長時間鐵水物理熱不足或鐵水物理熱和化學熱不匹配等，在隨后恢復爐況的過程中，爐缸因溫度場變化原因，使爐缸內熱應力發生變化，發生膨脹，致使爐缸炭磚與冷卻壁間產生氣隙串煤氣或渣鐵保護層脫落，鐵水等溫線外移，使爐缸進一步受到鐵水侵蝕使環炭溫度升高。

②高爐鼓風動能不匹配，過高或過低的鼓風動能都會導致爐缸中心溫度點下降，過低的鼓風動能（例冶煉強度低，風溫低、風量低、風口面積偏大都會導致鼓風動能偏低），會吹不透中心死料柱，爐缸活躍變差；過高的鼓風動能（中心焦偏多、噴煤量過高、富氧率偏低、頂壓偏低、冶煉強度高，風口面偏小等都會導致鼓風動能偏高）會造成爐缸中心過吹，易氣流發生紊亂，煤氣利用變差，且中心強氣流會攪碎焦炭，中心死料柱的透氣性和透液性也同樣會變差，導致爐缸活躍性下降。長期的鼓風動能與高爐料柱的透氣性不匹配，會導致爐缸邊緣或中心堆積，造成爐況波動，在以后恢復爐況的過程中，使爐缸渣鐵保護層脫落，鐵水1150℃等溫線外移，從而導致爐缸局部受到鐵水非正常侵蝕。

③爐缸內合適的渣鐵流動性，爐缸內渣鐵的流動性，影響渣鐵流動性的主要因素有鐵水物理熱、鐵水成分（Si、S、Ti）、鐵口操作、焦炭質量等。流動的鐵水與爐缸直接接觸，流動性太好，會對爐底、爐缸的侵蝕加劇；流動性太差會影響爐況順行，從而反過來降低爐缸活躍度，降低料柱的愛液性，增加鐵水環流，從而對增加爐缸側壁非正常侵蝕，尤其是對爐缸某個局部加劇侵蝕。