夏建國 喻紅發 徐楊

（寶武集團鄂城鋼鐵有限責任公司  湖北 鄂州436000）

摘要：對鄂鋼2號高爐爐缸側壁溫度持續上升的原因進行了分析，通過保持爐況長期穩定順行，優化操作制度，加強鐵口維護，使用鈦礦護爐，完善爐缸監控體系等措施，爐缸側壁溫度得到了有效控制，確保了高爐生產安全。

關鍵詞：爐缸；側壁溫度；護爐

1  引言

鄂鋼2號高爐（1800m³）于2013年4月7日點火開爐，2019年4月開始南鐵口附近區域側壁（標高9.494米處）溫度持續上升，當時采取降低冶強、縮小該區域風口面積等措施將側壁溫度控制下后，側壁溫度又歷經多次反復，且存在高溫區域擴大發展、多區域溫度上升的情況，爐缸侵蝕在逐步加重，爐缸安全狀態形勢嚴峻 ^[1] [2]。爐缸側壁溫度控制難度大易反復，后續生產需時時刻刻監視爐缸側壁狀態。通過保持爐況長期穩定順行，優化操作制度，加強鐵口維護，使用鈦礦護爐，完善爐缸監控體系等措施，該區域的側壁溫度得到有效控制，確保了高爐生產安全^[3]。

2  爐缸側壁溫度上升原因分析

鄂鋼2號高爐爐缸結構如圖1所示，熱電偶插入方位如圖2所示。爐缸為底爐缸砌筑大塊碳磚加微孔剛玉陶瓷杯的綜合爐底結構，鐵口中心線標高10.8米。標高9.494米、8.694米區域為通常所說的“象腳”侵蝕區域^[4]。2號高爐爐缸側壁侵蝕現象比較嚴重區域集中在兩鐵口方位。自第一次側壁溫度異常升高后，爐缸側壁溫度異常上升點在增加、波動幅度在一次次加劇，如圖3所示。爐缸側壁溫度異常升高會直接影響到高爐本體安全，極大地制約高爐生產。所以分析側壁溫度異常上升的原因并針對性地做出應對措施對高爐的高產低耗有著重要意義。

圖1 1800m³高爐爐構及電偶埋入情況

圖2標高8.694米熱電偶插入方位

圖3南鐵口區域溫度曲線

經過綜合研判分析后，將影響2號高爐爐缸側壁溫度上升原因總結為以下幾點：

一是高爐在短期內多次進行強化冶煉。在第一次爐缸側壁溫度異常上升之前，2號高爐多次采取強化冶煉措施，高爐連續性提產，2019年1月至4月高爐利用系數由2.97t/m³.d逐步提升至3.17t/m³.d。產量提升后爐外出鐵速度快、鐵流變大產生環流，爐內渣鐵對爐缸側壁沖刷加劇，導致爐缸溫度上升。

二是爐缸中心不活，中心死料柱透液性較差。中心透液性較差會使渣鐵向中心流動的難度加大，渣鐵更易在靠近爐缸區域進行環流。大量渣鐵沿著爐缸側壁運動會加劇對炭磚的沖刷，且一旦存在部分位置被侵蝕往往會連帶著將周圍部分侵蝕加劇，這會直接導致側壁溫度上升。爐缸中心不活的原因^[5]：（1）原料質量尤其是焦炭質量下降，中心死料柱焦炭粒級變小，爐芯透氣性變差，在提產過程中從1月至4月焦炭M40由88.6%降至86.4%，反應后強度由67.3%降至65.8%；（2）風速不足、回旋區縮短，吹向中心風量減少，不利于中心渣鐵的流出，也會導致中心溫度下降，當時2號高爐風速僅維持在240m/s左右，小于250—260m/s的合理風速要求。

三是渣鐵流動性變差。渣鐵流動性變差會導致其更難向中心流動從而加劇鐵水環流，不利于側壁溫度的控制^[6]。（1）爐溫控制失誤或爐況異常，爐溫低物理熱不足，致使爐渣流動性變差；（2）渣堿長期控制不合適，與爐缸狀態不匹配，渣鐵黏稠導致流動性變差。在2018年底鐵水質量采用硅硫雙命中率進行考核，為保證鐵水質量滿足要求，高爐長期將爐渣堿度控制在1.25左右，鐵水物理熱1509℃，平均[Si]為0.27%，而[S]僅為0.016%，渣鐵流動性變差。

四是爐外出鐵組織較差，鐵口維護不到位。2號高爐兩個鐵口共用一套渣處理設備，先天設計的不足給爐外生產組織帶來極大的不便。而在一段時間內爐外經常出現堵口跑泥、鐵口開漏、單鐵口作業等多種異常情況，鐵口泥包不能得到有效維護，對爐缸側壁的保護削弱。而2號高爐側壁溫度高溫點又集中于鐵口兩側，鐵口維護好壞直接影響該區域溫度控制的難易程度。

3  控制側壁溫度的措施

3.1  保持爐況長期穩定順行

爐況順行是高爐安全生產的基礎，同樣爐況順行也對爐缸狀態有著直接的影響。

爐況異常時常常伴隨著風量萎縮、氣流波動以及渣皮劇烈波動。這些不穩定狀態往往會造成大量生料和渣皮進入爐缸，大量消耗爐缸儲熱影響爐缸活躍。此外頻繁的慢風、休復風也會破壞煤氣流的正常分布，削弱中心死焦柱的正常置換速度，使其透液性變差，從而影響到爐缸活躍狀態。

（1）加強原燃料質量管控

“七分原料，三分操作”是所有從事高爐生產人員的共識。①確保入爐焦炭質量。通過優化配煤結構及加強熱工制度管理，焦炭質量有了顯著提升，M40可長期穩定在91%左右，反應后強度穩定在70%左右。②加強槽下管理，減少粉末入爐。一是加強篩分管理，控制篩分速度。在滿足高爐料速的情況下適當減小篩分速度可以保證篩分效果，充分篩出原燃料中的粉末。在保證料速的前提下，我們對槽下的篩分速度做出了如下要求：焦炭≤1t/min，燒結礦≤3.5t/min，塊礦≤3t/min，球團≤3t/min。入爐粉末較少有利于上部氣流的穩定，也有利于渣皮穩定。

二是優化槽存管理，確保料倉槽位。保證料倉有較高的槽位可以減少槽上在往槽下帶料時的高度差，減輕因帶料造成的原燃料摔打。經過跟蹤分析發現焦炭倉帶料時的槽位與焦丁倉槽位存在較強的相關關系。當帶焦時槽位較低，后續焦丁槽位將持續上升，說明帶料過程中的摔打是導致小粒度焦炭量增加的主要原因之一。優化槽存管理對改善原燃料質量也有重要意義。要求正常情況焦炭倉位不得低于4.5m，礦石倉位不得低于4m，倉位較低時督促原料及時帶料。經過優化實施以后，焦丁入爐量平均減少約200kg/批，此舉有效保證了爐內軟熔帶焦窗厚度穩定，有利于氣流穩定。

（2）減少爐內漏水

2號高爐冷卻系統采用軟水密閉循環系統。冷卻系統向爐內漏水會明顯影響高爐順行。日常生產中加強膨脹罐水位的監視，水位異常時及時排查原因。發現爐身冷卻壁破損后及時處理，減少向爐內漏水。

當查出冷卻壁立管破損漏水時，將破損段立管上下的進出水閥門關閉并進行跳接處理。利用休風機會對其進行穿管再生。這種措施既可以確保該破損立管區域的冷卻強度又可以杜絕向爐內漏水。當穿管冷卻壁再次破損時會在休風時對其進行灌漿封堵。

為保障冷卻壁安全，在日常操作上也進行了一系列的調整；

①高爐操作以發展中心，合理控制邊緣氣流并力保氣流穩定為指導方針，避免冷卻壁熱面因爐內煤氣流的不穩定導致冷卻壁溫度應力的產生；

②調整冷卻壁的冷卻水量流量（≥4500m³/h），同時降低冷卻壁的供水溫度至最低限度，提高系統的冷卻強度，促進冷卻壁熱面保護性渣皮的形成及穩定，避免冷卻壁本體過早侵蝕或燒損。

（3）完善設備功能

設備功能不足也是制約2號高爐不能長時間穩定順行的原因之一。

①料罐稱量改進。2號高爐料罐秤自投產后一直存在稱重有波動的現象，尤其表現在料空零位漂移比較嚴重。經過研究后實施了一系列的技改項目，最終實現了料罐稱重的穩定可靠，達到了精準布料目的，上部調劑更加準確，有利于爐況的順行穩定。

②爐底水冷系統改造。2號高爐在原設計上爐底冷卻用水不可單獨進行調整，通過技改后目前可手動調節爐底冷卻水流量。此舉可以針對爐缸狀態進行相對靈活的冷卻強度調整。

③水站設備更新。由于設計能力不足以及投運時間較長，2號高爐水站對軟水水溫的控制能力略有欠缺。將水站空冷器逐步更新后基本可以滿足高爐對水溫控制的要求，保證了軟水進水溫度的穩定。

3.2  優化操作制度

（1）發展中心氣流合理控制邊緣氣流

在氣流調控上2號高爐堅持以發展中心氣流為主，適當控制邊緣氣流的思想。此種氣流控制方案可以促進中心死焦柱內渣鐵的置換，削弱爐缸內部鐵水環流，同時也可以起到保護爐身冷卻壁的效果。同時對原燃料質量波動也有更好的抵抗力，有利于爐況保持穩定。

為實現此種氣流分布，在上部調劑上采用表1所示中心加焦的布料模式，適當減少邊緣氣流分布。

表1 2號高爐布料矩陣

此外在下部調劑上也采取了多種措施；

①將風口角度由斜5度改為斜7度，減輕因風口中套上翹對風口回旋區的影響，促進爐缸煤氣初始氣流的合理分布；

②風口長度由600mm逐漸加長到640mm，保證風速≥265m/s，實現爐缸工作均勻活躍，保障爐況穩定順行；

③縮小進風面積，將進風面積由0.294m²縮小至0.281m²。利用休風機會在縮小進風面積的同時將鐵口上方兩側1#、13#風口直徑120mm改為115mm。

④定檢修周期，對上翹風口中套進行更換調整。

（2）熱制度、造渣制度調整

爐缸是高爐的發動機。保證爐缸活躍，改善爐缸熱狀態以保證爐缸有充足的熱量儲備也對爐缸維護有著重要意義。充足的熱量儲備首先可以保證爐缸鐵水有充足的滲碳能力，還可以保證爐缸內部渣鐵有充足的熱量。如果爐缸內部鐵水碳成分不飽和時，當其與爐缸炭磚直接接觸就會在接觸面上帶走炭磚的碳元素，這就會加劇炭磚侵蝕。渣鐵有充足的物理熱可以確保爐渣流動性，這不僅有利于均勻爐缸內的渣鐵成分也有利于爐缸內部的渣鐵的流入與流出。

調整高堿度操作模式，優化鐵水雙命中率考核范圍，鐵水平均[Si]控制在0.4%左右，[S]在0.025%左右，渣堿基本維持在1.20倍。

3.3  加強鐵口維護

鐵口維護欠佳是導致鐵口區域側壁溫度上升的主要原因之一，加強鐵口維護也是爐外工作的重點。2號高爐兩個出鐵口共用一套渣處理系統，先天設計的不足給爐外生產組織帶來了極大的不便。在鐵口維護上采取以下措施：

（1）穩定鐵口深度。將鐵口深度控制由2.8±0.2m調整為3.2±0.2m。合理的鐵口深度可以有效減少環流，也可以通過加大泥包擴大泥包在爐墻上的覆蓋區域。

（2）杜絕跑泥。以2號高爐為試點，逐步推進爐前自動化升級。其中“一鍵式開堵鐵口”應用后，優化打泥程序增添分段式打泥操作，排除人為操作影響，鐵口堵口跑泥現象下降明顯，鐵口合格率提升到98%以上。

（3）采用鐵口預鉆操作，縮短開口時間，提升鐵口作業率。在鐵口堵口拔炮后提前預鉆鐵口眼300mm—500mm深度，保證鐵口眼穩定鐵口通道穩定，也可縮短開口時間。2號高爐出鐵作業率由85%提升至91%，平均鐵水流速降低至4.8t/min左右，有效降低了渣鐵對泥包沖刷。

3.4  使用鈦礦護爐

高爐配用鈦礦護爐是國內普遍采用的保護爐缸措施。而鈦礦護爐可作為應急措施，不宜作為常規手段進行長期使用^[7]。

在爐缸側壁溫度快速上升階段會配用鈦礦。在使用鈦礦進行護爐時在操作上將鐵水硅含量控制在0.4%—0.6%。根據具體情況選擇鈦礦使用比例，一般鈦礦配用比例為1%左右，鐵水鈦含量控制在0.15%—0.2%。

圖4 鐵水鈦含量與側壁溫度曲線

3.5  完善爐缸監控體系

要實現精準地監測爐缸側壁狀態，需要有更有效的手段。為實現實時精準監控，擇機更換異常顯示熱電偶。同時在計劃檢修時增設爐缸冷卻壁熱電偶20個點，對熱負荷變化情況進行監測。

3.5.1  建立高爐爐缸側壁溫度與相應殘厚管理標準

（1）爐缸殘厚經驗計算公式

L剩余=[(1150-T深)/（T深- T淺）]×（L深- L淺）+ L深

其中，L剩余，mm—碳磚剩余厚度；

T深—電偶深點檢測溫度，℃；

T淺—電偶淺點檢測溫度，℃；

L深—電偶深點插入碳磚深度，mm，2高爐深點插入450mm；

L淺—電偶淺點插入碳磚深度，mm，2高爐淺點插入150mm。

爐缸殘厚實行溫度創新高管理，即按照碳磚侵蝕不可逆的原則，以電偶最高溫度或最大溫差計算最小殘厚值^[8]，根據目前溫度計算，該部位碳磚殘厚1110mm。

（2）熱流強度計算公式

Q=c×（t2-t1）×W÷S^[9]

其中，Q -- 熱負荷，J/h ；

c -- 水的比熱容，J/(kg.℃)，一般取4.1868 J/(kg.℃) ；

t1、t2分別為冷卻設備進水和出水溫度，℃；

W--冷卻水用量，m3/h；

S--熱流面積，m2

（3）正常爐缸電偶溫度殘厚管理標準

爐缸電偶溫度的殘厚管理標準

標高9.494米、標高8.694米電偶插入碳磚深度：深點450mm，淺點150mm，深點與淺點溫度基本一致。

3.5.2  預警機制

（1）二級預警管控措施（400—500℃）

①爐內操作：適當降低冶強，風量控制由4500m³/min降至4400m³/min以內，氧量10000m³/h，物理熱≥1500℃, 0.3＜[Si]＜0.5，[S]<0.035%；縮小風口或加長風口；申請減產3%（5500t/d—5300t/d）。

②爐前操作：鐵口深度≥3.1m；鐵口部位溫度高時，使用釩鈦炮泥；加強鐵口維護，采取有效措施，避免漏鐵、重出現象；側壁溫度高區域鐵口減少出鐵次數。

③改變爐料結構，采用釩鈦球團、釩鈦礦護爐，鐵水鈦含量0.15%—0.2%。

④冷卻制度：檢查冷卻設備漏水情況，及時更換漏水冷卻設備；爐缸冷卻強度用至最大能力，降低進水溫度至最低；嚴格執行水質控制標準。

⑤自動檢測：爐基檢測水溫差及爐殼溫度，間隔4h發相關數據至“高爐爐況信息群”。

（2）一級預警管控措施（500—650℃）

①爐內操作：適當降低冶強，風量控制由4500m³/min降至4300m³/min，暫時堵局部風口，抑制溫度上漲趨勢。物理熱≥1500℃, 0.4＜[Si]＜0.6，[S]<0.030%；縮小風口面積，增加風口長度；申請減產5%（5500t/d—5200t/d）。

②爐前操作：鐵口深度≥3.1m；鐵口部位溫度高時，使用釩鈦炮泥；加強鐵口維護，采取有效措施，避免漏鐵、重出現象；側壁溫度高區域鐵口進一步減少出鐵次數。

③改變爐料結構，采用釩鈦球團、釩鈦礦護爐，鐵水鈦含量0.15%—0.2%。

④冷卻制度：檢查冷卻設備漏水情況，及時更換漏水冷卻設備；爐缸冷卻強度用至最大能力，降低進水溫度至最低；嚴格執行水質控制標準。

⑤自動檢測：爐基檢測水溫差及爐殼溫度，每4h在“高爐爐況信息群”匯報熱電偶溫度變化情況。

⑥其它：如有上述沒有描述到的異常情況出現時，及時匯報生產技術室，溫度小于500℃開始逐步返回調整量。

（3）休風凉爐或停產（＞650℃）

①由煉鐵廠成立長壽工作小組統一協調指揮。長壽工作小組每天制定操作方針，由分管廠領導批準后高爐執行。

②殘厚＜300mm，由生產技術室整理相關材料向公司匯報，按公司指示執行。

③停爐標準：殘厚＜300mm或確認深電偶或舊電偶前端為燒壞。

4  結束語

通過實踐表明，爐缸側壁溫度是可以控制的，只要進行合適的護爐措施也可以做到爐缸狀態安全可控。

（1）保持爐況長期穩定順行是做好護爐工作的基礎。

（2）通過優化操作制度，抑制爐缸內部鐵水環流。發展中心氣流適當控制邊緣氣流加以合適的熱制度造渣制度控制，保持中心氣流通暢，消除爐缸中心不活現象。

（3）加強鐵口維護，提高鐵口合格率，保持鐵口穩定率，確保鐵口泥包穩定，降低鐵水流速保護爐缸側壁。

（4）適時地配用鈦礦進行護爐。

（5）建立完善的爐缸監控體系，建立相應的預警制度。

2020年爐缸側壁溫度上升得到有效控制，至2023年12月停爐更換冷卻壁，爐缸侵蝕未發展，最低碳磚殘厚仍有700mm左右，爐缸安全受控。

參考文獻

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