劉文明

（首鋼通鋼公司煉鐵事業部  ）

摘要：2025年3月份以來，3#高爐針對爐缸側壁溫度異常升高問題，以主打實物產能為前提，眼睛向內、科學煉鐵為原則，通過采取一系列技術措施：①常態化局部堵風口1-2個，鼓風動能從115m/s提高到130m/s。②該部位冷卻壁軟水冷卻改成工業水冷卻，單管冷卻水流量從30m³/h提高到48m³/h，提高冷卻強度。③改善爐料結構，提高入爐焦炭質量。采取一系列措施后，不僅使爐缸側壁溫度得到有效控制，還取得良好的經濟技術指標，實現了綠色高效低成本煉鐵。

關鍵詞：高爐；護爐；指標優化         

1  概況 

通鋼3＃高爐爐容2680m³，2014年7月12日建成投產，設有30個風口，3個出鐵口兩工一備。2016年4-5月份3#鐵口下方壁體溫度開始上升，最高點上升至604℃，當時測算碳磚殘厚最薄地方700mm，后期鈦礦護爐。直至2019年5月份由美固美特重新澆筑爐缸，至今生產6年。2025年2月27日，爐缸一層點位T1107-9,10,11,12（10-13#風口下方，標高7.795m）處內環電偶溫度T1107-9已上升至475℃，外環電偶T1107-10已達到329℃，爐皮溫度最高點78℃（與電偶不在同一位置），該點殘存碳磚厚度583mm，經測算澆筑料厚度256mm。引起了公司、鐵部高度重視。通過采取一系列防護措施后，不僅所有高溫點得到有效控制，高爐順行狀態和各項指標也不斷改善，高爐利用系數達2.35 t/m³.d左右，燃料比降低至530kg/t水平。

2  爐體溫度升高情況及熱流強度、炭磚剩余厚度

2.1  爐體溫度升高情況

2月末對爐皮溫度例行檢測時，發現10#風口下方標高7795mm位置（爐缸第二段13-15塊冷卻壁區域）爐皮溫度升高趨勢異常，檢測該位置爐皮溫度達到78℃，較此前升高近20 ℃，其它區域爐皮溫度40～50℃。1～5段冷卻壁總體水溫差為0.12℃。由于3#高爐爐體測溫點較少，且部分出現損壞，決定利用3月3日臨修機會改管、堵風口操作，恢復所有損壞流量計和差壓表，并且對爐皮溫度高的區域安裝爐皮監控，實現在線監測。

圖1 新增監護爐殼溫度（熱成像）變化情況

2.2熱流強度

現場測量2段冷卻壁東南方向58-65#冷卻壁水溫差按0.2℃計算。二段冷卻壁面積為2.45m²，四進四出，單根水管冷卻面積占1/4。改用工業水冷卻后，現場測量單根水管流量為48-51 m³/h。根據熱流強度計算公式：

q＝4.1868×Q×△t÷（3.6×S）

式中q：熱流強度，千瓦/每平方米，KW/m2

△t：進出冷卻壁水溫差，℃

Q：冷卻壁進出水流量，噸/每小時，t/h

4.1868：水的質量熱容，千焦/千克.度，KJ/Kg.℃

S：冷卻壁受熱面積，平方米，m²

計算得：q＝4.1868×48（或51）×0.20÷（3.6×0.6125）＝18.228 （或19.368） kw/m².h

2.3爐缸側壁殘余澆注料厚度計算

3#高爐標高7.795米外環熱電偶溫度329℃，插入炭磚深度約150mm，內環熱電偶溫度475℃，插入炭磚深度約300mm，澆注料導熱系數為9.00w/m.k。根據傅里葉第一定律公式：

K=Q×H/（△t×S）=q×H/△t

式中K：導熱系數  w/m.k

Q：需傳出的熱量 kJ

q：熱流強度，千焦/每平方米，kJ/m²

H：厚度  m

設澆注料剩余厚度為x，則標高7.795米距離1150℃等溫線厚度h1=x-0.15

即h1=9.0×（1150-329）/（19.368×3600）=x-0.15

經計算x=0.256米，即13#風口下方標高7795mm位置澆注料剩余厚度為256mm,原爐缸一層碳磚殘留583mm,按爐皮最高點（跟電偶不是同一個點）計算總計約839mm。

3護爐控制措施

3.1 提高冷卻強度，加強局部冷卻

2月27日發現爐皮溫度異常升高后，立即采取提高爐缸冷卻強度措施，一方面加大軟軟水流量，軟水回水總流量由4500m³/h增加至6000m³/h。另一方面降低軟水進水溫度，同時全開冷卻風扇，軟水進水溫度由39℃降至36℃。

3月3日、5月7日利用休風檢修機會，將第二段14塊、15塊冷卻壁由軟水冷卻改為開放高壓水冷卻并單走，冷卻壁單管流量由30m³/h增加至48m3/h。通過加大高溫區冷卻強度，容易使該處形成穩定的凝鐵層，減少炭磚侵蝕。

3.2 長期堵11、12#風口

3月3日、5月7日定休堵11#、12#風口，通過堵風口可減少該區域風量，降低爐缸邊緣活度，降低熱輻射，從而減少環流，達到良好的護爐效果。另一方面因縮小進風面積，在入爐風量不變化的情況下，可提高鼓風動能，活躍爐缸中心。堵風口后，風口面積由0.3362m²縮至0.3249m²，在全風狀態下標準風速由原來的250m/s提高至270m/s左右，鼓風動能由原來的11500～12500kg.m/s提高至13000～13500kg.m/s。

3.3 改善焦炭質量

爐缸側壁溫度升高，一定程度上是由于爐缸死料柱的透氣性和透液性變差，鐵水環流加劇所致。3#高爐所用焦炭50%部采用配合煤，質量參差不齊，爐缸側壁溫度異常升高前，曾一度面臨焦炭質量下滑情況，焦炭M10≧7.0%，爐缸活性明顯變差。爐缸側壁溫度有升高趨勢后，煉鐵事業部技術人員多次向公司反饋解決焦炭質量問題，充分利用鐵前一體化周例會，盡可能保證焦炭穩定性，以提高料柱透氣性，活躍爐缸，減少爐缸邊緣環流，降低渣鐵對爐缸側壁侵蝕。

3.4 優化操作制度，保持爐缸活躍

3.4.1優化布料矩陣

合理的煤氣流分布是維持合理操作爐型的前提，能有效提高料柱的透氣性、是高爐長期穩定順行的基礎。高爐上部煤氣流的調整，主要通過調整裝料制度得到合理分布的煤氣流，有效減少爐料對煤氣流的阻力，使高爐冶煉下料順暢，從而保障高爐生產的穩定、順行，為高爐提升指標創造有利條件。因此，裝料制度對高爐穩定順行及指標提升至關重要。通鋼3#高爐在調整煤氣的過程中，根據高爐的主要操作參數、爐體熱負荷、十字測溫等綜合判斷煤氣流分布狀況，通過布料檔位、批重等制定布料制度對煤氣流進行動態調劑，學會兩條腿走路。邊緣和中心兩道煤氣流“壓”和“疏”都要把握好一個度，中心和邊緣過強或過弱都會導致煤氣流分布不合理。我們3爐采用穩定中心，在不破壞煤氣分布的情況下逐步疏導邊緣，得到與負荷相匹配的壓量關系，再在加負荷的過程中相應調整，直至中心和邊緣完全平衡。在保證爐況穩定的前提下，中心焦炭的布料環數在3圈不變（中心焦角度設定為10°),中心加焦量20%。原燃料條件好時，焦平臺不變，縮小內檔礦角0.5-1°，外檔礦角增加0.5°，礦平臺跨度由7.5°增加至8.5-9°，提高煤氣利用率，降低燃料比；原燃料條件變差時，焦平臺不變，礦平臺跨度縮小至7.5°，加強中心、邊緣兩道氣流通道，保持爐況順行，量壓關系相適應，避免因原燃料條件變差而導致爐況難行，甚至出現崩滑料、懸料等惡性事故。

3.4.2優化下部送風制度

合適的鼓風參數和風口進風狀態，有利于煤氣 流合理分布、爐缸活躍和爐況穩定順行。因此，穩定的送風制度是煤氣流穩定的前提，是爐況穩定順行的必要條件。風量由4650m³/min提高至4750m³/min,鼓風動能保持13500kg.m/s左右。同時熱風溫度穩定在1240℃，熱風壓力405～410kPa,爐頂壓力236kPa,壓差控制在170-175kPa。維持理論燃燒溫度在2300℃左右。隨著送風參數的匹配性調整，氣流的穩定性得到改善。以維持足夠的風速和鼓風動能，活躍爐缸。

圖2  3^#高爐氣流狀態

3.5穩定熱制度及造渣制度

合理的熱制度是高爐穩定順行的基礎。隨著3號高爐煤氣流穩定性改善、操作爐型穩定，壁體溫度波動減少，鐵水物理熱及化學熱穩定，爐缸蓄熱能力增強，在同等鐵水[Si]含量條件下，鐵水溫度顯著提高。為進一步改善鐵水流動性，促進渣鐵及時從爐內排出，[Si]的控制范圍在0.35%～0.45%，調整后能夠滿足鐵水溫度1480-1500℃,既保持了爐缸熱量充沛、狀態活躍，又保證了渣鐵流動性良好。在日常爐渣管理中，控制爐渣(Al?O?)15-17.0% ,鎂鋁比維持0.45-0.55，爐渣二元堿度為1.18～1.22,保證了渣系的穩定性和渣鐵的流動性。

3.6爐體冷卻制度

合理穩定的爐體冷卻制度對穩定渣皮，保持合理的操作爐型至關重要,因3號高爐壁體熱負荷長期偏高，2025年3月份調整軟水總量5950m³/h保持不變，將軟水進水溫度調整為36±0.5℃。在日常生產中，當軟水進水溫度有超出管理范圍的趨勢時，由高爐工長及時提醒綜合泵站調整，提高軟水進水溫度的穩定性，對穩定渣皮、防止渣皮大面積脫落、提高爐缸冷卻強度，維持合理的操作爐型起到了很好的促進作用。

3.7強化爐前作業

爐缸鐵水在磚襯表面環流所誘導的剪切力是造成爐缸側壁磚襯沖刷蝕損、磚襯溫度升高重要原因之一，因此保持出鐵速度均衡穩定對于減緩側壁侵蝕，維持凝鐵層穩定意義重大。在高爐產量和操作條件基本不變的情況下，爐前作業和鐵口維護困難往往是爐缸不活、鐵水環流增強對直接表現。為保持鐵口穩定，減少鐵水環流，3#高爐一方面加強鐵口維護，通過對開鐵口過程、鐵口深度、出鐵時間、打泥量等實行標準化統一操作；另一方面，改善炮泥質量，減少斷鐵口、燒鐵口情況，3#高爐零間隔出鐵模式向負間隔出鐵模式轉變，單場出鐵時間保持在90-100分鐘左右，確保高爐不憋風、鐵口不跑泥、鐵口深度夠，保障了渣鐵及時排放，提高爐前作業穩定性。

3.8嚴格控制有害元素入爐含量

爐料中的堿金屬和鋅不僅會影響高爐順行，還會對高爐爐缸、爐底磚襯造成破壞。通過取樣化驗分析，鋅的來源主要有兩方面：一是燒結配料中的高爐布袋灰和煉鋼污泥造成循環富集；二是高爐使用外購球團堿金屬和鋅含量較高。經過入爐有害元素平衡計算分析，規定鋅負荷≤0.30Kg/t，堿負荷≦3.60Kg/t。同時，日常高爐操作上密切關注每日排堿率情況，必要時采取排鋅排堿措施，減少堿金屬和鋅的循環富集量。

3.9加強監測、護爐預案學習

為保正安全高效生產，3#高爐一方面利用檢修機會改高壓水，安裝爐皮熱成像在線監測，安排看水工加強現場水溫差、爐皮溫度的監測次數，并認真做好記錄。另一方面，加強崗位員工對護爐方案和爐缸燒穿應急預案學習，確保爐缸側壁溫度出現異常波動時，得到及時有效處理。再一方面，制定護爐措施，使生產過程做到進可攻退可守。護爐要求如下：

4護爐效果

4.1爐缸側壁溫度、爐皮溫度變化趨勢

3^#高爐經過一系列護爐措施，護爐效果卓見成效，爐缸側壁高溫區和爐皮溫度逐步下降，穩定可控。其中爐缸標高7795mm東南方向熱電偶溫度，由開始475℃逐步下降穩定至240-340℃，爐皮熱成像溫度由最高78℃逐步下降到43℃，所有高溫點下降到安全可控范圍內。

 圖3 爐皮溫度變化趨勢圖

圖4 爐缸側壁溫度變化趨勢圖

4.2高爐經濟技術指標情況

3^#高爐堅持科學煉鐵的原則，追求綠色高效低成本煉鐵。護爐期間不僅各高溫點穩步下降到安全可控范圍，爐況也保持穩定順行，技術指標得到不斷優化，實現了經濟、高效護爐。護爐以來，3、4月份平均日產量及部分技術指標見表2。.

表2 護爐期間各月份平均日產量及部分技術指標

5  結語

（1）當爐缸側壁溫度出現異常升高時，通過加強冷卻、堵風口等措施在炭磚熱面形成凝鐵層，并與滲透到碳磚中的鐵形成整體，是護爐成功的關鍵所在。

（2）護爐期間爐況保持長期穩定順行，維持合理的操作爐型，提高焦炭質量，打出高風速、高動能，已發展中心為主，增加爐缸活性、透液性，減少渣鐵流在爐缸邊緣的環流是保證護爐效果的重要方面。

（3）控制適當的冶煉強度和產能，爐缸側壁溫度保持可逆性，既可達到護爐的目的，又不影響爐況順行，實現常態化經濟護爐。

（4）當高爐生產進入一定時期，高爐側壁溫度升高是正常現象，堅持精益、科學煉鐵原則，采取合理的護爐措施，既可保證高爐安全穩定運行，又可實現高效綠色低碳煉鐵。

參考文獻

[1]  高海潮,黃發元等.馬鋼煉鐵技術與管理.北京，冶金工業出版社 2019.

[2]  杜鶴桂,等.高爐冶煉釩鈦磁鐵礦原理.北京：科學出版社，1996，63.