淺析中小高爐爐缸長壽維護技術與生產實踐

肖為站

（金鼎重工有限公司煉鐵廠  河北武安  056301）

摘  要：本文從影響中小高爐爐缸長壽因素入手，介紹了爐缸強化冷卻、加鈦護爐和鐵口維護技術等中小高爐長壽維護技術。通過對金鼎2#高爐爐缸長壽維護生產實踐表明，通過合理管控好爐缸冷卻強度、優化出鐵制度；配合爐內含鈦爐料護爐和提高爐溫護爐操作，對減緩磚襯侵蝕、快速帶走磚襯熱量降低爐缸磚襯溫度，確保高爐長壽取得了良好的效果。

關鍵詞：中小高爐爐缸長壽維護技術

1 前言

高爐長壽不僅能節約大修基建投入，提高設備使用效率、增加生鐵產量，也是高爐煉鐵生產技術進步的指標之一。實現高爐高效長壽、安全、低耗、綠色環保，是煉鐵技術人員不斷追求的目標，相關課題研究不斷取得新的突破，如：長壽爐缸設計、高強冷卻銅冷卻壁的應用、性能指標優越的碳磚的應用等等。近幾年，在實踐生產過程中，一些中大型長壽設計高爐（如：鞍鋼新3#高爐（3200m³）投產3年左右，于2008年8月爐缸燒穿^[1]、2017年9月本鋼4747m³高爐爐缸出現燒穿等）相繼出現提前大修、爐缸燒穿現象也引起業界的一些反思與討論。

高爐長壽是一項系統工程，不僅注重整體的長壽化設計與優質耐材內襯結構的有效匹配，高效冷卻工藝設計和裝備技術的應用也為高爐安全運行提供重要的設備保障。在一代爐役生產過程中，有效的爐缸監測和長壽維護技術是實現高爐長壽的重要保證。筆者結合生產實際，闡述這些年對中小高爐爐缸長壽維護技術的一些心得和體會。

2 影響中小高爐爐缸長壽的因素

為節約投資，大部分中小高爐裝備技術水平相對較低，如爐缸碳磚、冷卻設備、冷卻強度設計等。與中大型高爐相比，中小高爐最大的生產特點就是高爐冶煉強度高、利用系數大，爐缸環流加劇，鐵水對爐缸碳磚熱面沖刷加劇，碳磚磚襯熱面溫度升高。較低的冷卻強度和較差的碳磚爐缸，無法及時將熱量通過冷卻水帶走，導致爐缸磚襯溫度或冷卻水溫差大幅上升，大部分高爐相對使用壽命較短。

2.1 爐缸冷卻強度

采用高導熱碳磚砌筑的爐缸設計，根據文獻^[2][3]研究表明，爐缸較高的冷卻強度，能帶走爐缸磚襯富余熱量，減少熱量富集造成溫度升高致使爐缸磚襯內部等溫線溫度梯度過大，造成磚襯熱應力過大，使其異常侵蝕剝落。

根據牛頓冷卻定律：

q =α·(tw-t∞)            （1）

Q = α·A·(tw-t∞)        （2）

式中：

q：單位面積、單位時間內交換的熱量，熱流強度，單位W/m²；

tw、t∞：分別為固體表面和流體的溫度，單位K；

A：冷卻面積，單位m²；

Q：熱量，單位W；

α：對流傳熱系數，單位W/(m²·K)。

從式（1）（2）可知，降低冷卻水的溫度可以提高冷卻水帶走熱量的能力；在冷卻工藝一定的情況下，要提高對流換熱系數α值，只能提高冷卻水水速，或簡化為：提高冷卻水量（即：“大水量小溫差”）。強化冷卻是高爐爐役末期強化護爐重要的措施之一。

2.2 加鈦護爐技術

高爐生產至爐役中后期，為保護爐缸、延長高爐壽命，會加入一定含鈦爐料護爐。主要是通過含鈦爐料中的TiO₂進入高爐后，被逐步還原成[Ti]，在一定熱力學條件下，生成高熔點的TiC(或TiN)、及其混合物Ti(C、N)彌散在渣鐵中,在爐缸侵蝕嚴重（或冷卻強度最大而溫度較低）部位粘附，起到保護爐缸炭磚、減緩侵蝕的作用。通用較為方便的加入含鈦爐料的方式，為上部爐頂裝料隨加入爐內。

另根據文獻^[4]研究表明，生鐵中的石墨碳數量隨w[Ti]、w[C]、w[Si]的增加而逐步增多。根據Fe-Si-C準二元狀態圖分析，硅有利于石墨化的元素。碳和硅一樣可以提高共晶溫度，是促進石墨化的元素。當生鐵中游離的TiC、TiN微粒，可以作為石墨晶核，有利于石墨化和石墨析出。這些石墨碳的析出，粘附（熱結）在爐缸炭磚側壁也將起到護爐的作用。

2.3 鐵口維護技術

爐前出鐵生產操作的中心任務：按規定時間及時出凈渣鐵，保證正常生產。但鐵口噴濺、鐵口深度長時間過淺、鐵口出鐵次數高等爐前出鐵問題將對加劇爐缸鐵口區域炭磚，威脅高爐安全生產。

要維護好鐵口區域磚襯長壽安全生產，在爐前鐵口維護上要加強：1）日常鐵口維護數據統計工作；2）堵口技術：在堵口時，要讓泥炮勻速前進，減少泥炮對泥套的沖擊，以炮泥的打泥壓力達到泥炮最大打泥壓力的80%為最好。3）鐵口深度維護技術：出鐵過程中的鐵口深度，而不是鉆口深度，是高爐鐵口深度是否合理的重要依據。合理的鐵口深度能保證單位出鐵時間、出渣時間比、鐵量差、鐵流速等出鐵過程參數穩定。鐵口鉆口深度過深，泥包長度大于爐缸側壁炭磚厚度過多，會造成該區域鐵水紊流加劇和炮泥的浪費，加劇該區域爐缸炭磚沖刷侵蝕。

3 金鼎2#高爐長壽生產實踐

金鼎煉鐵廠2#高爐（爐容：808m³）于2011年4月2日投產開爐、投產，采用陶瓷杯+國產大塊碳磚復合爐缸內襯結構設計形式，綜合爐底：第1到第5層滿鋪國產微孔碳磚（厚度：400mm），第6層、7層立砌楔形復合棕剛玉磚；爐缸側壁：砌筑微孔碳磚+小塊復合棕剛玉磚陶瓷杯；爐缸直徑6 900 mm，死鐵層高度1 426 mm。

高爐爐缸采用光面低鉻鑄鐵冷卻壁，采用軟水密閉循環系統冷卻工藝，軟水總循環水量2100 m3/h，軟水泵兩用一備。

3.1 一代爐役2#高爐爐缸溫度上升情況

1）2013年3月初，爐底第5層爐底炭磚內環磚襯溫度第6、12兩點熱電偶溫度升高，最高升至950 ℃、1 020 ℃。

2）2017年3月16日西鐵口區域爐皮溫度開始大幅度上升，升溫幅度10 ℃/天左右。3月21日，西鐵口側壁磚襯熱電偶溫度逐步由450 ℃上升到527 ℃以上（爐皮溫度升高到118 ℃左右）。

3.2 護爐生產實踐

3.2.1 爐缸強化冷卻

爐缸磚襯溫度上升后，高爐軟水冷卻開啟強化冷卻護爐。1）冷卻來水溫度按冬季30±1 ℃下限控制；2）軟水泵兩用一備改成三臺全開，加大冷卻系統水量，提高單管冷卻水速；3）爐殼溫度上升至100℃時，實施少量爐殼噴淋冷卻，降低爐殼溫度，減少圓周方向爐殼溫度差造成爐殼應力開裂隱患。

3.2.2 含鈦爐料護爐

高爐爐內保持爐況順行，做好做高爐溫操作，鐵水[Si]由0.2%逐步提高到0.5%以上。加入鈦球護爐，提高至10%左右，確保鐵中[Ti]保持在0.12%～0.15%水平，二元堿度1.2以上。

3.2.3 控制鐵水[Mn]含量

生鐵中[Mn]能起到稀釋爐渣、降低渣鐵流動性的作用，是高爐煉鐵較為常規的洗爐劑。較高的鐵水[Mn]會加劇爐缸側壁磚襯滲透、侵蝕。護爐生產過程中，通過優化燒結礦的配比，控制高錳爐料配用，控制鐵水[Mn]≤0.4%。3月25日鐵水中[Mn]由0.7%左右水平逐步下降，至3月29日下降至0.38%。

3.2.4 加強鐵口日常維護工作

1）管控好炮泥質量，提高炮泥抗渣鐵沖刷性，減緩擴孔速率，出凈渣鐵；2）提高炮泥的燒結性能使新舊炮泥結合密實，減少體積收縮大、炮泥可塑性差等形成裂紋，造成鐵口噴濺現象；3）控制打泥量、維護好穩定的鐵口深度。每鐵次打泥量控制在150kg～180kg，鐵口深度穩定在1 900-2 000 mm范圍。

3.2.5 狠抓入爐原燃料質量，提升中心料柱的透氣透液

護爐生產期間，為確保爐況順行，入爐原燃料主要工作如下：1）一級焦炭由原來配比30%增加到40%～50%；2）提高燒結礦強度，降低入爐粉率；3）降低燒結礦中堿金屬、Zn負荷等。

通過原燃料質量的提升，對形成、改善爐內兩股煤氣流“穩定中心，兼顧邊緣”的分布形態起到重要的保障作用，確保高爐順穩運行。

3.3 護爐生產效果

通過一系列有針對性的護爐措施，高爐爐況順行，利用系數：3.55t/（m3.d）水平，日產生鐵2 850～2 900 t；西鐵口下方磚襯（500mm）溫度下降明顯，至3月31日，溫度由527℃下降至495℃，下降了32℃，后逐步降低至460℃（升溫前磚襯溫度），爐殼溫度也有118℃降至65℃。實現高爐長壽目標。

4 小結

通過對金鼎2#高爐爐缸長壽維護生產實踐表面，中小高爐盡管采用較低的裝備水平，但1）通過爐外合理管控好爐缸冷卻強度、優化出鐵制度，對減緩磚襯侵蝕、快速帶走磚襯熱量提供有力保障；2）爐內通過強化含鈦爐料護爐，做高做好爐溫，降低鐵水[Mn]，提高TiO2的轉化效率，生成Ti(C、N)混合物和石墨碳粘附在爐墻起到保護爐缸側壁炭磚的作用；3）抓好入爐原燃料質量管理，改善中心料柱透氣透液性，強化焦炭骨架作用對高爐減弱爐缸側壁環流、爐內兩股煤氣流合理分布上由積極的作用。

參考文獻

[1] 李恒旭，王志. 鞍鋼新3200m3高爐爐缸大修工程實踐[J].鞍鋼技術,2011，368（2）:49~50.

[2] 于仲杰．宋木森，高爐爐缸爐底破損研究[J]．鋼鐵研究，2009，6(3)：3．

[3] 潘宏偉．程素森，等，高爐爐缸炭磚環裂機理研究[C]．煉鐵年會論文集，2010，5：1288．

[4] 丁寶忠．含鈦鐵水流動性研究[J]．煉鐵，1990，10(5)：6．