摘要  新三洲特鋼2#660m3高爐2016年6月爐缸溫度急劇升高，被迫采取低冶強(qiáng)維持生產(chǎn)措施，并做好停爐大修準(zhǔn)備。通過科學(xué)分析，采取冷卻壁灌漿、抑制邊緣環(huán)流等護(hù)爐技術(shù)措施，高爐恢復(fù)滿負(fù)荷生產(chǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)大幅度提升。

關(guān)鍵詞  爐缸溫度  護(hù)爐  消除氣隙 強(qiáng)化冶煉

1  爐缸運(yùn)行狀況概述  

新三洲特鋼有限公司660m3高爐于2013年5月份建成投產(chǎn)，設(shè)計利用系數(shù)3.5t/m3.d，高徑比Hu/D=2.78,高爐屬于同等高爐當(dāng)中矮胖型高爐。設(shè)計18個風(fēng)口，單鐵口設(shè)置，爐缸爐底采用高導(dǎo)熱微孔碳磚+陶瓷杯結(jié)構(gòu)，爐底五層碳磚設(shè)計（三層半石墨+二層微孔），爐缸側(cè)壁十一層大塊微孔環(huán)碳。（爐缸結(jié)構(gòu)如圖1）

運(yùn)行3年后，從2016年6月份開始出現(xiàn)爐缸二段側(cè)壁碳磚檢測點溫度上升，在爐缸標(biāo)高6.01-6.96米位置東南側(cè)最高時電偶測溫點高達(dá)800℃，熱流強(qiáng)度最高達(dá)到14831Kcal×104/S.m3（部分測量數(shù)據(jù)見表1），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超高爐缸安全運(yùn)行范圍，煉鐵廠從2016年7月份年開始陸續(xù)采用護(hù)爐措施維持高爐生產(chǎn)， 但高爐一直處于控制冶強(qiáng)操作，產(chǎn)量偏低消耗高，僅僅維持低水平順行狀態(tài)運(yùn)行，嚴(yán)重影響高爐公司整體經(jīng)濟(jì)效益（護(hù)爐期間指標(biāo)情況見表2）。

2  爐缸工作狀態(tài)分析

本高爐爐缸部位采用微孔環(huán)碳砌筑，爐底采用三層半石墨質(zhì)和兩層微孔碳磚，爐缸內(nèi)墊及爐底炭轉(zhuǎn)之上采用復(fù)合棕剛玉質(zhì)陶瓷杯結(jié)構(gòu)，爐缸采用四層光面冷卻壁冷卻。爐缸爐底設(shè)計屬于同等級別高爐規(guī)范設(shè)計，沒有設(shè)計缺陷，通過深入的分析和計算，導(dǎo)致爐缸熱狀態(tài)出現(xiàn)“異?！钡脑蚩赡艹霈F(xiàn)在施工質(zhì)量和高爐冷卻制度等環(huán)節(jié)。2.1  碳磚與冷卻壁之間有“氣隙”，存在熱阻，碳磚熱量不能及時傳導(dǎo)

碳磚與冷卻壁之間采用高導(dǎo)熱碳素料填充，施工時由于工期緊，缺少有效的質(zhì)量跟蹤機(jī)制。加之又是冬季施工，低溫粗縫糊加熱溫度不夠，壓縮比達(dá)不到要求的45%，在碳磚與冷卻壁之間有一定的不實空隙。一方面阻礙了碳磚熱量的傳導(dǎo)，同時隨著碳磚的受熱膨脹，碳磚向爐殼方向回退，磚縫增加，肯能導(dǎo)致磚縫內(nèi)鉆入鐵水，引起局部溫度異常升高。

2.2  冷卻水水質(zhì)差，冷卻壁結(jié)垢嚴(yán)重，冷卻效果差

高爐隨采用工業(yè)凈水開路冷卻，公司冷卻水源為運(yùn)河水，水質(zhì)渾濁，硬度偏高，公司凈水系統(tǒng)對（對）污水的處理能力有限，從高爐冷卻水管出水都能明顯看到結(jié)垢現(xiàn)象，推斷冷卻壁內(nèi)部水管存在比較嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，冷卻效果差，熱量嚴(yán)重聚集在碳磚內(nèi)部。

2.3  冷卻壁與爐殼之間有竄煤氣現(xiàn)象

冷卻壁與爐殼之間采用壓漿料冷態(tài)壓漿施工，施工單位壓漿經(jīng)驗不足，爐殼間存在明顯的空腔。風(fēng)口區(qū)域的高溫煤氣在空腔內(nèi)流動，使冷卻壁“腹背受熱”，個別區(qū)域水溫差升高。風(fēng)口大套間有一半以上煤氣火較大，特別是原預(yù)留渣口大套和中套之間的煤氣火尤為嚴(yán)重，最長的火焰苗有700mm長度。

2.4  個別區(qū)域確實存在象腳狀侵蝕

高爐運(yùn)行三年，是陶瓷壁、陶瓷墊的侵蝕期限，隨著陶瓷保溫材料的侵蝕，就需要冷卻系統(tǒng)迅速將熱量帶出，在碳磚的內(nèi)表面形成凝結(jié)層，進(jìn)一步緩解碳磚的侵蝕。但由于冷卻方面的原因，不能很好的實現(xiàn)熱傳導(dǎo)，凝結(jié)層不穩(wěn)定，在冷缸死鐵層區(qū)域（標(biāo)高5.9m）處出現(xiàn)象腳侵蝕，碳磚厚度變薄，熱流強(qiáng)度出現(xiàn)超標(biāo)。

從爐缸電偶檢測數(shù)值分析，爐缸北側(cè)和西側(cè)溫度偏高（圖2為三月份某日截圖），電偶測溫位置分別進(jìn)入碳磚100mm和200mm，假設(shè)溫度為線性變化，北側(cè)617-443=174℃，每1℃對應(yīng)碳磚厚度0.575mm，殘?zhí)己穸葢?yīng)為：  （1150-617）*0.575+100=406mm，同理推算爐缸西側(cè)殘?zhí)己穸葹?59mm。

綜合以上分析和推斷，筆者認(rèn)為，本高爐雖然存在異常侵蝕，但總體爐缸狀態(tài)可以通過合理的護(hù)爐措施進(jìn)行有效控制，以緩解長期低產(chǎn)高耗的損失。

3  采取了合理有效的操作措施，高爐爐缸狀態(tài)轉(zhuǎn)危為安

17年初，隨著公司煉鋼產(chǎn)能的提上和鐵水利潤的增加，煉鐵產(chǎn)量偏低成為限制公司效益的瓶頸。在現(xiàn)有條件下，既能使高爐穩(wěn)定安全運(yùn)行，又能提升產(chǎn)量改善指標(biāo)，是高爐操作者亟待解決的技術(shù)攻關(guān)難點問題。

3.1  對高爐關(guān)鍵部位進(jìn)行壓漿處理

壓漿處理是解決因竄煤氣而引起的水溫差高現(xiàn)象最有效的辦法。高爐利用休風(fēng)機(jī)會，對爐缸部位進(jìn)行了三次壓漿，共壓入漿料約12噸左右。冷面壓漿采取常規(guī)方法，在爐殼和冷卻壁之間壓入微膨脹壓無水壓漿料，有效填充冷卻壁和爐殼之間的空隙，阻斷煤氣通路。熱面壓漿需要在冷卻壁縫隙開孔，高導(dǎo)熱碳素壓漿料穿過冷卻壁縫隙，控制壓入壓力在0.25mpa。通過高導(dǎo)熱碳素料壓漿處理，一方面填充了爐缸各部為存在的氣隙，消除了影響導(dǎo)熱的“熱阻”，使?fàn)t缸熱量有效導(dǎo)出，爐缸內(nèi)側(cè)形成渣鐵凝結(jié)保護(hù)，同時阻斷了風(fēng)口煤氣下竄對碳磚的“腹背”加熱。

3.2  由于冷卻水質(zhì)差形成的冷卻壁內(nèi)部結(jié)垢，則通過增加冷卻水量來提高冷卻強(qiáng)度。常壓水壓力從之前的0.4 mpa升到0.5mpa，高壓水壓力從1.0mpa提升到1.2mpa，冷卻強(qiáng)度明顯增加。利用高爐休風(fēng)機(jī)會，對冷卻系統(tǒng)利用15%的稀鹽酸進(jìn)行酸洗處理，排除大量水垢，加速熱交換，使侵蝕等溫線向內(nèi)推移，緩解侵蝕。

圖3                                                                             圖4

3.3  持續(xù)使用含鈦料護(hù)爐，并保持鈦負(fù)荷在10-12kg/t的合理范圍，鐵水含鈦水平0.16-0.2%，期間密切關(guān)注渣鐵流動性，在含鈦料起到護(hù)爐效果的同時，防止對高爐生產(chǎn)也不造成影響（護(hù)爐期間某日鐵水成份見圖4）。                                                        

3.4  調(diào)整上下部操作制度以吹透中心，穩(wěn)定邊緣為核心

鐵水的環(huán)流是爐缸侵蝕的元兇，有效的遏制環(huán)流的侵蝕，是延長高爐長壽最積極操作方針。利用休風(fēng)機(jī)會將原采用的斜風(fēng)口全部更換為直風(fēng)口，鼓風(fēng)盡量吹透爐缸中心，減小風(fēng)口以下邊沿區(qū)域爐缸壁的熱壓力。通過高爐的精心操作和合理的操作制度，始終保持合理的氣流分布和爐缸中心活躍、邊緣抑制，爐況長期穩(wěn)定順行。

通過以上措施，爐缸熱狀態(tài)一直處于受控范圍（8月份截圖）

4  熱狀態(tài)穩(wěn)定后指標(biāo)的改善    

四月份以后，高爐爐缸熱狀態(tài)基本平穩(wěn)，沒有繼續(xù)惡化的趨勢，產(chǎn)量水平逐步提升。四月份以后日產(chǎn)水平提升200噸左右，9月份以后根據(jù)市場情況，高爐嘗試配加廢鋼冶煉，通過合理有效的設(shè)備改造和科學(xué)的操作制度調(diào)整，在保持高爐長期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上，廢鋼的加入量提高每噸鐵100公斤，高爐產(chǎn)量突飛猛進(jìn)。四季度生產(chǎn)連創(chuàng)新高，十二月份創(chuàng)月產(chǎn)94651噸的歷史最好記錄，日利用系數(shù)最高達(dá)到4.8 t/m3.d。

5  結(jié)語與思考

660m3高爐運(yùn)行三年后出現(xiàn)的測溫點溫度異常升高，呈現(xiàn)出爐缸異常侵蝕的跡象，是近年來同等高爐大中修后的一個普遍現(xiàn)象。筆者有幸接觸和處理過多座類似現(xiàn)象的高爐，通過細(xì)致的分析，采取合理的護(hù)爐措施和操作制度的調(diào)整，高爐均達(dá)到正常冶煉水平，情況比較樂觀的還能達(dá)到提升產(chǎn)量，改善指標(biāo)的目的。期間有幾點心得和體會值得思考和分享。

(1)1000m3高爐設(shè)計的爐缸結(jié)構(gòu)基本是合理的，能夠滿足高爐長壽的基本要求，開爐短期出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象要科學(xué)的分析和對待，通過合理的措施和調(diào)整，高爐能維持正常生產(chǎn)要求，如果盲目判斷、下結(jié)論停產(chǎn)大修，勢必造成不必要的損失和資金浪費(fèi)。

（2）近年來同等級別高爐在大修改造當(dāng)中，吸取上代高爐的侵蝕教訓(xùn)，普遍對碳磚的質(zhì)量比較重視，在大修施工當(dāng)中忽略了碳磚與冷卻壁之間碳搗料的質(zhì)量和施工要求。隨著冶煉進(jìn)程的推進(jìn)，就會出現(xiàn)碳磚向爐殼方向回退，磚縫增大，產(chǎn)生滲鐵現(xiàn)象，導(dǎo)致溫度和熱流強(qiáng)度升高。有的則出現(xiàn)“氣阻”，影響正常的冷卻效果。碳搗料施工在高爐大修時必須高度重視，如果采用冷搗料，壓縮比達(dá)到50%以上，采用熱搗料，加熱一定使碳素料軟化，壓縮比達(dá)到45%以上。

（3）原設(shè)計為半石墨碳磚的爐底結(jié)構(gòu)，改造為大塊微孔碳磚的高爐。在高爐運(yùn)行三年左右，隨著陶瓷杯的侵蝕殆盡，爐底、爐缸溫度會有突變式升高，在侵蝕情況的判斷上不能套用上一代高爐的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，因為微孔碳磚的導(dǎo)熱系數(shù)要高于半石墨碳磚，要通過導(dǎo)熱原理進(jìn)行計算準(zhǔn)確推斷殘余厚度。

（4）爐缸測溫電偶的兩點布置，對爐缸的監(jiān)控比較直接有效，根據(jù)同直線上兩個測溫的插入深度和溫度差值，忽略爐缸梯度變化，近似認(rèn)為變化為線性的，在現(xiàn)場可以簡單推算出碳磚的殘余厚度，在現(xiàn)場生產(chǎn)中比較實用，電偶直徑比較細(xì)，在不破壞碳磚的情況下方便安裝，可適當(dāng)增加電偶的敷設(shè)點，以便對爐缸熱狀態(tài)全面監(jiān)控。

6  參考文獻(xiàn)

［1］周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊

［2］湯清華.爐底爐缸燒穿事故.冶金工業(yè)出版社，2012

［3］張壽榮.高爐失常與事故處理.冶金工業(yè)出版社