摘  要  針對(duì)中小型高爐使用壽命短的問題，山鋼萊蕪分公司煉鐵廠吸取同類型高爐經(jīng)驗(yàn)，從長壽爐型設(shè)計(jì)，耐材選型，爐缸砌筑，開爐后的長期穩(wěn)定順行長壽化操作制度調(diào)整，到高爐后期高效護(hù)爐生產(chǎn)，形成了高爐高效生產(chǎn)長壽控制模型，取得了良好效果，為高爐長壽技術(shù)進(jìn)步提供了參考。

關(guān)鍵詞  高爐  長壽  問題  系統(tǒng)研究

Study on long life technology of blast furnace

Zhang Hongqi  Zhang Ming  Wang Zhigang

(Shandong Co. Laiwu branch ironworks, Shandong province Laiwu City, 271104)

Abstract:Aiming at the problems of short service life in small blast furnace, Shandong Laiwu branch from the same type of blast furnace ironmaking plant design experience, from the long furnace hearth refractory selection, masonry, long-term stability in the long life of operation after direct to adjust the system to support the late high blast furnace production, forming a production control model of blast furnace with high efficiency and longevity, achieve a good effect, which provides a reference for the technical progress of blast furnace longevity.

Key words: blast furnace, long life, problem, system research

1  前言

高爐長壽是一個(gè)系統(tǒng)工程，它牽涉到設(shè)計(jì)、選材、施工、生產(chǎn)和維護(hù)等各個(gè)方面。山鋼股份萊蕪分公司煉鐵廠6#高爐第二代爐役于2010年9月17日開爐投產(chǎn)，實(shí)際爐容1000m3。2016年12月，爐缸側(cè)壁溫度高點(diǎn)達(dá)到420℃，進(jìn)入后期護(hù)爐生產(chǎn)階段，采取長壽技術(shù)和管理措施后，爐缸側(cè)壁溫度高點(diǎn)得到有效抑制，目前爐缸側(cè)壁溫度長期穩(wěn)定運(yùn)行在300℃以下，維持高效低耗生產(chǎn)狀態(tài)。

6#高爐截止2017年12月，累計(jì)出鐵量為806.32萬噸，單位容積產(chǎn)鐵量達(dá)到8063.22噸，達(dá)到了高爐長壽高效低耗生產(chǎn)目標(biāo)（見表1）。

2  影響高爐長壽的因素分析

高爐能否長壽主要取決于以下因素的綜合效果：一是高爐大修設(shè)計(jì)或新建時(shí)采用的長壽技術(shù)，如合理的爐型、優(yōu)良的設(shè)備制造質(zhì)量、高效的冷卻系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)的耐火材料。二是良好的施工水平。三是穩(wěn)定的高爐操作工藝管理和優(yōu)質(zhì)的原燃料條件。四是有效的爐體維護(hù)技術(shù)【1】。

3  長壽技術(shù)研究與實(shí)施措施

6#高爐總結(jié)吸取同立級(jí)高爐長壽經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合上一代爐役爐缸的破損情況，貫穿“高爐長壽就是最大的效益”思路，從大修前爐缸設(shè)計(jì)和選材選型，大修過程施工質(zhì)量把關(guān)，開爐后操作制度的選取和調(diào)整，到后期的高效護(hù)爐生產(chǎn)，形成了6#高爐高效生產(chǎn)狀態(tài)下的長壽模型。

3.1  采用爐缸耐材熱面形成渣鐵凝固層為導(dǎo)向的長壽設(shè)計(jì)。

6#高爐大修爐缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的操作理念是以爐缸耐材熱面渣鐵凝固層的穩(wěn)定為指導(dǎo)方針，確立“高導(dǎo)熱性熱壓碳磚+陶瓷杯”的爐缸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。熱壓小塊炭磚配置結(jié)構(gòu)采用優(yōu)良的熱壓小塊炭磚緊貼冷卻壁砌筑，其低孔隙度能阻止鐵水和渣的滲透，具有高抗堿性能，可吸收部分熱應(yīng)力，配以高效的水冷系統(tǒng)，靠爐墻的有效的傳熱體系，將炭磚的熱面溫度降低，將爐缸的熱流迅速傳遞給冷卻系統(tǒng)帶出爐外，從而在爐缸側(cè)壁爐襯耐材的熱面形成一層穩(wěn)定的凝結(jié)保護(hù)層，抵抗?fàn)t缸側(cè)壁的“象腳型”侵蝕，建立和穩(wěn)定爐底爐缸渣皮是爐缸長壽的關(guān)鍵。

炭磚加陶瓷杯結(jié)構(gòu)是在炭磚爐缸的熱面設(shè)置一層陶瓷內(nèi)襯，靠陶瓷內(nèi)襯優(yōu)良的抗渣鐵和化學(xué)侵蝕性能來保護(hù)爐缸耐材不受侵蝕。其設(shè)計(jì)的理念是在炭磚熱面設(shè)置陶瓷耐材作為人造渣皮，初期人造渣皮比爐缸自動(dòng)再生渣皮更穩(wěn)定，對(duì)炭磚的保護(hù)將更理想，從而延長爐缸使用壽命[2]。

3.2  采用高導(dǎo)熱碳磚及微孔結(jié)構(gòu)的耐材選型及質(zhì)量管控

結(jié)合一代爐役后期爐缸各電偶測(cè)溫情況，大修拆除過程中確認(rèn)了爐缸侵蝕嚴(yán)重的部位在爐缸陶瓷杯墊（死鐵層下部）和爐缸側(cè)壁的結(jié)合處出現(xiàn)“象腳”侵蝕，爐底碳磚侵蝕程度較輕。大修時(shí)對(duì)爐缸的大碳磚實(shí)行保護(hù)性拆除，保留底部兩層碳磚，更換爐底上部的兩層微孔和超微孔碳磚，同時(shí)對(duì)爐缸側(cè)壁“象腳”侵蝕部位的碳磚換型為高導(dǎo)熱性熱壓碳磚結(jié)構(gòu)。

耐材質(zhì)量檢測(cè)實(shí)行專人跟蹤，現(xiàn)場取樣，雙地送檢，無名檢測(cè)把關(guān)制度，確保耐材質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。第一次取樣結(jié)果不符合技術(shù)條件規(guī)定時(shí)，允許再取一次，單獨(dú)復(fù)檢不合格的項(xiàng)目，復(fù)驗(yàn)樣品為第一次取樣數(shù)量的兩倍。如果第二次取樣仍不合格，則該批產(chǎn)品視為廢品，不能用來筑爐。半石墨炭磚、微孔炭磚和爐底立砌復(fù)合剛玉磚，必須在生產(chǎn)廠按設(shè)計(jì)和訂貨合同的要求進(jìn)行預(yù)砌。

3.3  設(shè)置完備的爐缸爐底測(cè)溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

一代爐役爐缸的侵蝕情況和爐缸熱電偶的強(qiáng)相關(guān)性說明了爐缸爐底測(cè)溫系統(tǒng)的重要和有效性。為了全面把握爐底爐缸耐材的侵蝕狀況并對(duì)爐缸異常點(diǎn)的捕捉，2010年6#高爐大修設(shè)置了完善的爐缸監(jiān)測(cè)設(shè)施，嚴(yán)格了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的熱電偶安裝質(zhì)量，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)能夠真實(shí)地反映爐缸狀況。結(jié)合投資因素，爐底爐缸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置為：

爐底設(shè)置3層深入爐心的滿鋪炭磚的溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在圓周8個(gè)方向上均勻分布，每支熱電偶分別設(shè)置3-4個(gè)測(cè)溫點(diǎn)；爐缸在0.5m的間隔高度上設(shè)置16個(gè)方位的雙點(diǎn)熱電偶，并在每個(gè)鐵口的正下方和周圍各設(shè)置4個(gè)單獨(dú)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。爐缸冷卻水系統(tǒng)設(shè)置水溫差測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)爐缸熱負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，風(fēng)口各套，爐腹、爐腰、爐身分段冷卻壁排水管上設(shè)置測(cè)溫電偶，強(qiáng)化對(duì)各種異常情況的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

3.4  嚴(yán)把砌筑質(zhì)量關(guān)，確保爐缸無殘缺“自保護(hù)”渣鐵殼的形成。

高爐爐缸爐底的砌筑質(zhì)量直接影響高爐爐缸爐底的使用壽命。磚襯的橫、縱向縫隙均不能過大，并且磚襯通過千斤頂項(xiàng)實(shí)，防止鐵水從結(jié)合處大量滲入。以200mm寬、線膨脹系數(shù)為3.0×10-6碳磚為例，當(dāng)碳磚熱面達(dá)到1000℃時(shí)，單塊碳磚的橫向膨脹長度為0.6mm，因此需要保證在砌筑過程中磚縫寬度小于lmm，避免由于磚縫過寬導(dǎo)致鐵水的輕易滲入。

采用熱壓碳磚直接頂砌冷卻壁，排除由于填料的存在導(dǎo)致熱量傳輸受限的影響。而實(shí)現(xiàn)頂砌冷卻壁，需要保證炭磚與冷卻壁良好接觸，使炭磚與冷卻壁間緊密接觸，排除氣隙對(duì)傳熱的不利影響。針對(duì)熱壓碳磚施工的頂砌要求和目的，實(shí)行爐內(nèi)弧形磨磚施工工藝改進(jìn)以解決外環(huán)縫及各環(huán)碳磚間的“三角縫”超標(biāo)問題，實(shí)現(xiàn)了爐缸側(cè)壁無殘缺高質(zhì)量的長壽砌筑要求。

3.5  加強(qiáng)高爐長期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)原料條件管理。

國內(nèi)外研究結(jié)果表明，ZnO和K2O的化學(xué)侵蝕是爐缸陶瓷杯及碳磚破損的主要因素之一。目前萊鋼執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為ZnO≤0.3kg/tFe，(K2O+Na2O)≤3kg/tFe，降低兩種元素循環(huán)富集量，主要從入爐原料和高爐操作兩個(gè)角度加強(qiáng)控制。

通過調(diào)查，高爐ZnO和K2O帶入主要以燒結(jié)礦為主，現(xiàn)行可控制措施是，一方面配料過程中，調(diào)整高鋅料配比，另一方面停配高爐重力灰和干法灰，進(jìn)而降低Zn、K含量至允許范圍內(nèi)。高爐操作中，6#高爐通過適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流、提高爐頂溫度、增加煤氣流速以及調(diào)整造渣制度幾個(gè)操作手段其一或綜合，達(dá)到上下部共同降低富集量。同時(shí)定期檢測(cè)進(jìn)出口產(chǎn)品ZnO和K2O含量，測(cè)算富集量是否控制范圍內(nèi)，以此驗(yàn)證操作控制效果。在高爐前端配料上，實(shí)行定期停配高ZnO料種，實(shí)現(xiàn)源頭降堿，爐內(nèi)排堿，降低爐內(nèi)堿金屬富集量，高爐保持長期穩(wěn)定順行目的。

3.6  加強(qiáng)高爐長壽化操作制度參數(shù)調(diào)整。

優(yōu)化裝料制度，合理控制兩股氣流分布。結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃要求和原料條件變化，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整爐頂布料參數(shù)，即布料角度、布料圈數(shù)、礦批、料線等，達(dá)到以“中心氣流為主，邊緣氣流為輔”控制模式，增強(qiáng)氣流穩(wěn)定性，有效抑制邊緣氣流對(duì)爐缸上部的沖刷。

改善渣鐵成份，延緩爐缸侵蝕，6#高爐采取“高堿、中硅、低硫、高熱”八字操作方針。高堿：終渣堿度1.2-1.25，因高堿度爐渣熔化溫度高，更有利于在爐缸側(cè)壁形成穩(wěn)定的保護(hù)渣殼，降低液態(tài)渣鐵沖刷侵蝕；中硅：[Si] 0.45%，有效促進(jìn)侵蝕位置鈦化物沉積；低硫：[S]0.02-0.025%，適當(dāng)提高鐵水粘度，降低鐵水流動(dòng)性沖刷；高熱：[T] 1480℃，保證爐缸充足熱狀態(tài)，減輕爐缸堆積，提高爐缸抗波動(dòng)能力。

3.7  爐缸側(cè)壁溫度升高后的高效護(hù)爐生產(chǎn)技術(shù)措施

當(dāng)出現(xiàn)爐缸側(cè)壁溫度局部高點(diǎn)時(shí)，采取堵部分侵蝕嚴(yán)重部位上方的風(fēng)口，可以有效減緩爐缸環(huán)炭的侵蝕?？s小進(jìn)風(fēng)面積，提高鼓風(fēng)動(dòng)能，保證爐缸均勻活躍。

高爐爐役后期，各層冷卻壁內(nèi)襯侵蝕嚴(yán)重，操作上控制邊緣氣流，適當(dāng)發(fā)展中心氣流，達(dá)到減輕煤氣流對(duì)內(nèi)襯侵蝕的目的。

4  結(jié)論

（1）采用爐缸耐材熱面形成渣鐵凝固層為導(dǎo)向的長壽設(shè)計(jì)，實(shí)行“高導(dǎo)熱性熱壓碳磚+陶瓷杯”的爐缸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以爐缸耐材熱面渣鐵凝固層的穩(wěn)定為指導(dǎo)方針，在爐缸側(cè)壁爐襯耐材的熱面形成一層穩(wěn)定的凝結(jié)保護(hù)層，抵抗?fàn)t缸側(cè)壁的“象腳型”侵蝕。 

（2）嚴(yán)把砌筑質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格磚縫施工監(jiān)理，實(shí)行爐內(nèi)弧形磨磚“去三角縫”施工技術(shù)，防止因局部砌筑質(zhì)量引起的氣隙、滲漏壽命縮短問題，確保爐缸無殘缺“自保護(hù)”渣鐵殼的形成。

（3）正常生產(chǎn)中，保持高爐長期穩(wěn)定順行的同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)入爐有害元素的管控，采取源頭定期降堿爐內(nèi)排堿技術(shù)，控制爐內(nèi)有害元素富集量的相對(duì)平衡，減少有害元素對(duì)爐缸和順行的破壞，提高高爐壽命。

（4）在后期護(hù)爐生產(chǎn)中，采取長風(fēng)口、高動(dòng)能護(hù)爐技術(shù)。通過改變送風(fēng)面積，采用小風(fēng)口，長風(fēng)口，提高鼓風(fēng)動(dòng)能的護(hù)爐技術(shù)，既可以改善爐缸的工作狀態(tài)，又可以減少高溫煤氣流對(duì)爐襯的沖刷侵蝕。

5  參考文獻(xiàn)

[1] 鄒忠平,項(xiàng)鐘庸,歐陽標(biāo),等. 高爐爐缸長壽設(shè)計(jì)理念及長壽對(duì)策[J].鋼鐵研究，2011，39（1）.

[2] 張壽榮. 高爐長壽技術(shù)展望[J].鋼鐵研究,2009,37(4).

[3] 張壽榮,于仲潔．武鋼高爐長壽技術(shù)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社．2009.