首鋼2號高爐爐理管理實踐

張賀順 馬洪斌

(首鋼總公司)

摘 要：對首鋼2號高爐爐型管擲經驗進行了總結，認為采取強化原燃料質量、篩分管理，優化高爐爐體冷卻參數合理分布爐內煤氣流，完善爐前出鐵管理，以及工長操作規范化標準化等措施，是2號高爐爐型合理、穩定的保障。

關鍵詞：高爐 爐型 原燃料 冷卻系統

首鋼2號高爐2002年5月外爐投產，有效容積1780 m³，24個風口、2個鐵口。2號高爐切實貫徹精料方針，抓好爐前出鐵；爐內操作規范化、標準化；各崗位結合實際，高標準、精細化操作，取得了焦比280kg／t、煤比170 kg／t、利用系數2．5的技術經濟指標，在高爐比下的高產低耗方面取得突破。在此過程中，2號高爐的爐體、爐底測溫電偶溫度與爐缸冷卻壁水溫差均勻、穩定，高爐爐型控制合胖，為技術經濟指標的提高奠定了基礎。

1 設計爐型與爐型監測

1．1 設計爐型及冷卻條件

高爐設計爐型足高爐操作爐型的基礎，其是否

合理將直接影響開爐生產后爐內煤氣流的分布，從而影響高爐正常生產時爐型的維護。2號高爐采用薄爐襯全冷卻壁結構，高徑比2．461，開爐即可形成操作爐型，有利于強化冶煉。2號高爐設計爐型參數見表l，冷卻參數見表2。

1．2冷卻壁材質

高爐冶煉過程中爐體各部位工作條件不同、經受的破壞性因素也不同，岡此高爐爐體各部位冷卻壁的材質也不相同，冷卻壁的材質是否適合該部位的工作條件、能否承受該部位的破壞性因素，將直接影響到該部位冷卻壁的使用壽命，從而影響高爐爐型。2號高爐冷卻壁材質見表3。

1．3爐型監測設備

2號高爐對爐型的監測主要依靠測溫電偶，測溫電偶反映的爐型變化信息及時、準確，為高爐操作提供了豐富的爐型信息、煤氣分布信息，同時冷卻壁的水溫差信息使高爐操作者能夠了解爐體熱負荷的變化，為高爐送風制度、裝料制度的調整提供依據。2號高爐爐型監測設備見表4。

1．4爐型監測方向

2號高爐爐型監測方向在于爐型是否合理與穩定兩個方面，兩者缺一不可，爐刪的合理性與穩定性體現在爐型是否滿足高爐“順行、穩定、全風、爐溫”的操作目標。2號高爐爐型監測方向見表5。

2 爐型管理

2．1 爐身中、上部

高爐爐身中、上部區域的冷卻結構為鑲磚冷卻壁，殘存的鑲磚及噴涂料在冷卻壁熱面與其結合，爐身中、上部區域為中、低溫區，爐料主要以固體狀態存在，礦石與焦炭隨冶煉進程的進行而不斷下降，爐襯經受著高溫煤氣的沖刷及爐料在下降過程中對爐襯的沖擊、磨損，由于2號高爐的薄爐襯結構，爐身中、上部區域的爐型與設計爐型基本保持一致。

堿金屬K、Na易在高爐內部形成循環富集，液態或固態的堿金屬黏附于爐身中、上部區域的爐襯上，使爐襯嚴重結瘤，影響爐料的正常下降，進而破壞爐內煤氣的分布，2號高爐生產中尚未發現爐身中、上部區域結瘤現象。

爐身中、卜部區域的爐型管理，主要是監測該區域鑲磚冷卻壁壁后測溫電偶的溫度，重點關注溫度的變化趨勢及其沿圓周方向的均勻性，來判斷爐身中、上部區域爐型的規整程度及爐內邊緣煤氣的分布狀況。2號高爐爐身中、上部區域爐型相對規整，沒有發生結瘤情況，且由于經常性的爐襯噴涂，該區域爐襯較厚，在鑲磚冷卻壁熱面始終存在鑲磚及噴涂料保護層。

2．2爐身下部、爐腰、爐腹

高爐爐身下部、爐腰、爐腹區域的冷卻結構為銅冷卻壁，爐內軟熔帶的根部位置處于該區域，在該區域礦石由固態向液態轉變，爐襯主要經受著爐內初成渣的侵蝕及高溫煤氣的沖刷，依靠銅冷卻壁熱面形成的渣鐵保護層的保護，高爐爐身下部、爐腰、爐腹實現了自身的長壽。銅冷卻壁熱面的渣鐵保護層對爐內煤氣分布的變化十分敏感，圓周方向局部渣鐵保護層的頻繁脫落對高爐冶煉進程危害極大，是爐內煤氣分布不穩定的表現，必須及時調整、穩定煤氣分布。高爐爐身下部、爐腰、爐腹區域的爐型管理主要體現在銅冷卻擘熱面渣鐵保護層穩定程度的管理，實現渣鐵保護層的穩定成為銅冷卻壁高爐穩定、順行的關鍵。

銅冷卻壁壁后測溫電偶能夠定性反映軟熔帶根部大致位置，反映渣鐵保護層厚度變化、渣鐵保護層脫落情況，爐身下部、爐腰、爐腹區域的爐型管理，主要是監測該區域銅冷卻囀壁后測溫電偶，重點關注溫度沿圓周方向的均勻性及穩定性，來判斷爐身下部、爐腰、爐腹區域的爐型合理性及穩定性。2號高爐爐身下部、爐腰、爐腹區域銅冷卻壁測溫電偶溫度均勻、穩定時，高爐順行、穩定，各項技術經濟指標良好，反之，高爐爐況不穩，風口頻繁損壞，技術經濟指標變差，因此該區域的爐型管理是2號高爐爐型管理的重中之重。

2．3 風口區

爐內尚溫煤氣在風口區發源，該區域工作條件惡劣，主要經受著高溫煤氣的沖刷和渣鐵的侵蝕。但該區域風口大套、二套、小套的冷卻性度大，易在爐內風門紕合磚前及風口小套周圍形成渣鐵保護層，將大套、二套及小套的四周覆蓋，僅風口小套前端因處在風口循環區而裸露。

風口區域的爐型管理，主要是監測風口大套、二套、小套的水溫差。風口區域的渣鐵保護層厚度發生變化或渣鐵保護層消失，則水溫差必然隨之變化，對風口沿圓周方向水溫差的均勻性也須給予關注，以判斷圓周方向風口工作的均勻性。2號高爐正常生產中，風口區域渣鐵保護層相對穩定，爐內煤氣分布不穩定時，易發生爐身下部、爐腰、爐腹區域的渣鐵保護層脫落并滑動至風口前端，尚未充分分離的渣鐵堆積在風口小套前端，繼續還原出來的鐵水易燒壞風口小套。

2．4爐缸、爐底

高爐爐缸區域的冷卻結構為光面冷卻壁，冷卻壁熱面為炭磚，爐底區域的冷卻結構為冷卻水管，熱面從下到上依次為半石墨質高爐炭磚、微孔炭磚、陶瓷墊。具有良好導熱能力的炭磚和合理的冷卻結構相結合，才能形成理想的1150℃等溫線，爐缸工作表面形成穩定的渣鐵凝結層則是爐缸長期穩定上作的保證，將1150℃等溫線推離爐缸和爐底熱面，利用渣鐵凝結層把炙熱的鐵水與爐缸、爐底耐火內襯隔離開。爐缸側壁測溫電偶溫度、爐底測溫電偶溫度反映了爐缸內部的溫度場分布，是研究爐缸爐型的重要參數。

高爐爐缸、爐底區域的爐型管理，主要是監測爐缸、爐底測溫電偶的溫度及爐缸冷卻壁、爐底冷卻水管水溫差的變化，判斷爐缸內襯厚度的變化，并重點關注其是否在合理范圍，一旦超出正常范罔，則意味著爐缸發牛邊緣結厚或中心不活。2號高爐正常生產中，隨產量的提高，爐缸側壁測溫電偶溫度和爐底測溫電偶溫度都呈升高趨勢，隨煤比的提高，爐缸側壁測溫電偶溫度呈升高趨勢而爐底測溫電偶溫度則呈下降趨勢。

2．5鐵口區

鐵口區域經受爐缸鐵水的沖刷，尤其是鐵口深度淺時，鐵水對鐵口區域炭磚的侵蝕加劇，成為高爐爐缸長壽的制約性環節，保持合適的鐵口深度是控制鐵口區域侵蝕的重要手段。

高爐鐵口區域的爐型管理，主要足臨測鐵口區域測溫電偶溫度及冷卻壁的水溫差，再點關注其與圓周方向其他測溫電偶溫度及冷卻壁水溫差的偏差，以及時發現鐵口區域渣鐵保護層厚度的異常變化，并從炮泥質量、鐵口維護操作方面對鐵門深度適當控制。

3 爐型影響因素的控制

3．1 原料管理

高爐原燃料質量和合理爐料結構足高爐爐況順行、穩定的基礎，是高爐煤氣合理分布的前提，因此原燃料質量和合理爐料結構必將影響高爐爐型。原燃料粒度越小、越不均勻，對煤氣的阻力越大，越易引起煤氣分布紊亂；原燃料的低溫還原粉化性能、塊礦的熱爆裂性能、球團礦的還原膨脹性能在爐內中、低溫區引起原燃料粒度的變化，從而引起煤氣分布紊亂；焦炭高溫冶金性能差導致爐內軟熔帶以下焦炭粒度過小，增加渣鐵在焦炭中的滯留時問，煤氣難于透過滴落帶，易導致下部煤氣分布紊亂。煤氣分布的紊亂必然影響爐內溫度場的分布，影響高溫煤氣及渣鐵對爐襯的沖刷，最終對高爐爐型產生影響。

原燃料質量方面對粒度、冶金性能務必跟蹤管理，減少原燃料質量問題造成的煤氣分布紊亂，且焦炭高溫冶金性能差更易導致爐缸工作不活躍，加劇渣鐵對高爐鐵口區域及爐缸、爐底區域的沖刷。因此原燃料管理是高爐爐型管理的基本內容。

3．2 爐體冷卻

合適、穩定的冷卻水水壓、水量及進出水溫度，能提高冷卻器的使用壽命，也將影響爐內渣鐵保護層的厚度及穩定性，從而影響高爐爐型的合理、穩定，優化的冷卻參數使爐體各冷卻器溫度穩定、沿圓周方向溫度均勻、沿豎直方向溫度合理，從而使高爐長期保持合理的爐型。2號高爐冷卻水溫差見表6。

高爐配管工要精心維護高爐冷卻器，確保冷卻器有合適、穩定的水壓、水量、進水溫度，判斷冷卻壁及風口漏水及時、準確、不誤判、不漏判，減水控制合適、必要時將出水改直排，確保不因爐內漏水造成爐內局部結厚，破壞高爐爐型。

3．3煤氣分布

高爐合理煤氣分布是高爐煉鐵的核心，是高爐操作制度優化的集中體現，是高爐爐型管理的關鍵。合理煤氣分布目標：一足爐況的穩定順行，二是煤氣利用率的提高、燃料比的降低，代表性的煤氣分布形態為“中心煤氣開、邊緣煤氣穩定”。中心煤氣的“開”表現中心火柱窄而強，爐況順行好，煤氣利用率高、燃料比低，爐缸工作活躍。邊緣煤氣流的過分發展，小但會造成爐體熱負荷升高，影響高爐長壽，而且煤氣利用率變差，能量消耗高，影響高爐長期穩定順行。邊緣煤氣流的穩定，有利于冷卻壁的保護和渣鐵保護層的穩定，中心煤氣流對煤氣利用率、能量消耗、強化冶煉產生影響，也對邊緣煤氣流的穩定產生直接影響。

銅冷卻壁是一種高效、長壽的冷卻設備，但其對爐內煤氣分布不穩定非常敏感。對于使用銅冷卻壁的高爐，如何穩定邊緣煤氣以避免渣鐵保護層頻繁脫落是一個重要課題。煤氣分布不穩定表現在：①中心煤氣流不穩定，十字測溫中心溫度波幅大，爐內上部塊狀帶塌料的瞬問，煤氣的部分通路喪失，爐缸初始煤氣被迫從邊緣薄弱部位尋找通路，邊緣的局部過盛氣流使其所經過處的渣鐵保護層脫落。在這種情況下必須及時調整裝料制度，一則在料尺工作正常的情況下，適當控制中心煤氣；二則可對邊緣煤氣適當疏導，使中心煤氣與邊緣煤氣的比例協調。②邊緣煤氣不穩定，一方面體現在爐缸初始煤氣分布的邊緣煤氣不穩定，由于爐缸初始煤氣向中心滲透困難，導致初始煤氣分布的邊緣煤氣不穩定，出現邊緣局部過盛氣流，使渣鐵保護層脫落。在這種情況下，提高焦炭高溫性能、調整上部裝料制度疏導中心，解決初始煤氣向中心滲透困難的問題。另一方面體現在由于上部邊緣礦焦比不均勻，易對爐缸初始煤氣及軟熔帶的煤氣二次分布產生影響，在薄弱部位出現邊緣局部過盛氣流，使渣鐵保護層脫落。在這種情況下，調整裝料制度，將爐料直接布劍爐喉徑向相應位置，減少依靠溜料實現的爐料在料面的再分配，使爐內對邊緣礦焦比的控制能力增強，解決邊緣煤氣圓周方向不均勻問題。

3．4 出鐵管理

高爐強化冶煉后，渣鐵能含及時出凈成為高爐穩定、順行的關鍵。出渣、出鐵小及時易造成死焦堆中的渣鐵滲透兇難，破壞爐缸初始煤氣流分布，影響高爐爐型。鐵口維護則商接影響鐵口區域的爐型維護，鐵口深度連續過淺，易對鐵口區域炭磚造成嚴再侵蝕，影響高爐鐵口區域的爐型及爐缸的長壽。

2號高爐量化分析每天的出鐵問隔、出鐵時問、見渣時問、出鐵量、鐵口深度、打泥量，積極提商爐前操作水平，確保高爐不憋風，減少鐵口冒泥，穩定鐵口深度，提高爐的作業穩定性，炮泥的二次壓人技術也提高了鐵口維護水平。炮泥質量對出鐵影響較大，要穩定炮泥質量，開發適應不同爐況和冶煉強度的炮泥，充分利用無水炮泥強度高、抗渣鐵侵蝕性能好的特點，采用鐵次少、出鐵時問長、出鐵間隔短的出鐵方式是2號高爐爐前生產的趨勢(見表7)。

3．5 工長操作

爐內煤氣分布對高爐爐型的影響是決定性的，高爐工長操作方面，圍繞影響煤氣分布的因素：送風制度(風量、風溫、氧量穩定性)、裝料制度(布料圈數準確性)、熱制度(噴煤均勻性、爐溫穩定性)、造渣制度(堿度合理性)，爐內規范化、標準化操作，四班統一，爐內調劑超前、主動，抓住苗頭，把一切影響爐內煤氣分布的不利因素消除在萌芽狀態，制定更高標準，向精細管理、精細操作要指標。

在重負荷、大噴煤生產情況下，2號高爐工長勤于觀察、細心分析、精心操作、嚴格管理，隨時了解風口工作狀況、渣鐵熱度變化、渣鐵流動性變化，對原燃料成分、綜合負荷的變化進行綜合分析、判斷，及時調整爐渣堿度在合理范圍，關注爐頂布料圈數準確性，避免人為因素造成爐況波動。日常堅持定風溫、定氧量操作，煤粉的使用可以根據原燃料的變化情況，靈活掌握，綜合負荷可以在小范圍波動，但必須強調噴煤量的均勻性，做合適、穩定爐溫，保證鐵水物理熱穩定在1500℃以上(工長操作標準見表8)。

4 治理爐型失常的典型案例

2007年后期，2號高爐爐內邊緣氣流不穩定，導致高爐爐身下部、爐腰、爐腹區域銅冷卻壁熱面渣鐵保護層頻繁脫落，高爐爐型處于嚴重的不穩定狀念。脫落的渣鐵保護層燒壞風口、引起爐缸熱度下降、邊緣局部不活躍，嚴承威脅了2號高爐的正常生產，各項技術經濟指標下滑(2號高爐2007—2008年4月部分牛產指標見表9)，高爐爐身下部、爐腰、爐腹的爐型通過銅冷卻肇肇后測溫電偶的溫度變化能夠及時的把握，7段冷卻壁位置的渣鐵保護層脫落相比8、9段冷卻壁位置的渣鐵保護層脫落更嚴重。爐內中心煤氣分布不穩定，十字測溫中心溫度波幅大，可達±150℃，從爐喉攝像觀察，中心煤氣火時強時弱、時寬時窄，伴隨著壓量關系的波動，料尺工作時快時慢，出現邊緣局部過盛氣流，使銅冷卻壁熱而渣鐵保護層脫落。

2008年3—4月，2號高爐裝料制度轉變到，調整后，煤氣分布穩定，從十字測溫看，中心第6點溫度波動范圍在±50℃內，中心第5點穩定，邊緣第1點下降，調整前邊緣第2點大范圍波動的情況被遏制，煤氣分布形態上呈“中心開、邊緣穩”的局面。煤氣利用率從調整前45．5％上升至49．5％，爐內壓損升高至0．17MPa，但料尺工作好，渣鐵保護層脫落、生料下降現象明顯減少，生產指標逐步提高，風口損壞現象明顯減少。爐內對中心煤氣與邊緣煤氣的控制能力增強，各擋位礦石、焦炭的調整能有效的控制中心煤氣與邊緣煤氣，尤其是解決了邊緣煤氣圓周方向不均勻、中心煤氣波動大的問題。

5 結 語

(1)高爐爐型管理應作為最蓐要的高爐生產日常管理制度，及時、準確了解高爐爐型的變化，量化分析得到的爐型變化信息，以判斷、解決引起爐型變化的因素，維持正常的高爐爐型。

(2)高爐各區域爐型管理的重點不盡相同，首鋼2號高爐的經驗是爐型管理町以分為：爐身中、上部，爐身下部、爐腰、爐腹，風口區，爐缸、爐底，鐵口區，高爐爐型分區管理，利用各區域的測溫電偶能夠及時得到爐型的變化信息，同時冷卻器的水溫差也是跟蹤爐型變化的重要手段。

(3)強化原燃料質冪、篩分管理，優化高爐爐體冷卻參數，爐內煤氣分布合理，完善爐前出鐵管理，上長操作規范化、標準化，是高爐爐型合理、穩定的保障。

(4)銅冷卻壁需要其熱而的渣鐵保護層來實現對自身的保護，銅冷卻壁熱面的渣鐵保護層對爐內煤氣分布的變化十分敏感，圓周方向局部渣鐵保護層頻繁脫落危害極大，是爐內煤氣分布不穩定的表現，必須及時調整、穩定煤氣分布，實現渣鐵保護層的穩定成為銅冷卻壁高爐穩定、順行的關鍵。銅冷卻壁高爐與其他高爐相比，爐型管理尤顯重要。