摘  要  針對龍鋼4#高爐爐缸第二段標(biāo)高8.653米內(nèi)環(huán)第2點(diǎn)爐缸側(cè)壁溫度嚴(yán)重升高、爐缸存在極大安全隱患的狀況，通過采取釩鈦礦護(hù)爐和堵風(fēng)口降低冶強(qiáng)等控制措施，使高點(diǎn)溫度從846℃降至290℃。實(shí)現(xiàn)了在安全前提下的護(hù)爐目的，爐缸侵蝕得到控制，危險(xiǎn)點(diǎn)轉(zhuǎn)入安全狀態(tài)。

關(guān)鍵詞  高爐  護(hù)爐  爐缸  側(cè)壁溫度 

龍鋼煉鐵廠4#高爐有效容積1800m3，設(shè)計(jì)利用系數(shù)2.45t/（m3.d），2010年11月16日投產(chǎn)，至今已連續(xù)生產(chǎn)7年。高爐采用矮胖型爐型，26個(gè)風(fēng)口，高徑比HU/D=2.41，雙鐵口交替出鐵，冷卻系統(tǒng)采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻，磚壁合一、薄壁爐襯結(jié)構(gòu)，銅冷卻壁+鑄鐵冷卻壁。爐缸爐底的內(nèi)襯采用“高導(dǎo)熱碳磚+陶瓷杯爐底”結(jié)構(gòu)。

1  爐缸側(cè)壁溫度升高的過程

2017年一季度，爐缸側(cè)壁溫度異常點(diǎn)8.653米內(nèi)環(huán)第2點(diǎn)呈緩漲趨勢，月漲幅在20℃-30℃之間。同方位爐殼溫度無變化，初步判斷為爐內(nèi)內(nèi)襯裂縫串氣所致，檢修時(shí)對局部高溫位置進(jìn)行灌漿處理，一周內(nèi)數(shù)據(jù)均表現(xiàn)平穩(wěn)或者有下降趨勢。但后期還是上漲，表現(xiàn)出不可控制的狀態(tài)。進(jìn)入11月，局部側(cè)壁溫度加劇上升，單日漲幅突破50℃。11月1日20:35分，8.653米內(nèi)環(huán)第2點(diǎn)最高溫度達(dá)到歷史最高值846℃（正常值為200-300℃，報(bào)警值為400℃）。峰值出現(xiàn)的半小時(shí)后，高爐緊急休風(fēng)，采取休風(fēng)堵風(fēng)口，釩鈦礦護(hù)爐等措施，休風(fēng)后高溫點(diǎn)降幅緩慢，排除串氣可能。11月15日再次休風(fēng)，對標(biāo)高8.653米兩側(cè)進(jìn)行爐殼開孔安裝熱電偶測溫裝置，測出爐缸碳磚冷面溫度達(dá)540℃，進(jìn)一步確認(rèn)為21#-26#風(fēng)口下部爐缸碳磚侵蝕，高爐爐缸存在極大安全隱患。

由上述4個(gè)趨勢圖可知，在8.653米高點(diǎn)溫度出現(xiàn)的前后30小時(shí)內(nèi)，爐缸第二段的標(biāo)高7.851米和標(biāo)高9.455米的8個(gè)點(diǎn)內(nèi)環(huán)溫度保持穩(wěn)定，垂直方向的三層標(biāo)高第2點(diǎn)內(nèi)環(huán)溫度，只有8.653米出現(xiàn)波動(dòng)，所以判斷為局部侵蝕。

2  爐底爐缸結(jié)構(gòu)

高爐爐底采用軟水密閉循環(huán)冷卻，爐底冷卻管（爐殼內(nèi)）采用整根無縫鋼管，管徑規(guī)格108mm×14mm。爐底水冷管共48根，3根一組（串），共16組。爐缸砌筑圖見下圖。

在整個(gè)風(fēng)口區(qū)域全部采用大塊組合磚砌筑，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；同時(shí)增加風(fēng)口冷卻壁與爐腹銅冷卻壁交接處組合磚厚度。風(fēng)口及鐵口組合磚均采用微孔剛玉磚，以提高其抗渣鐵侵蝕及沖刷能力。

為更及時(shí)的掌握爐底爐缸冷卻壁溫度在不同冶煉階段的變化情況，4#高爐在爐底爐缸1-3段加裝了冷卻壁水溫差在線檢測，共計(jì)434個(gè)測溫點(diǎn)，并對損壞的碳磚內(nèi)外環(huán)溫度進(jìn)行恢復(fù)，實(shí)時(shí)檢測記錄各部位溫度的變化，系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤記錄成曲線。 

3  爐缸側(cè)壁溫度升高的原因

隨著鋼鐵市場的回暖，高爐冶煉也不斷強(qiáng)化，高爐利用系數(shù)早已大幅超出設(shè)計(jì)能力（見圖二）。同時(shí)，原燃料條件的不穩(wěn)定（熱態(tài)性能和成分組成（見圖三、圖四），導(dǎo)致高爐爐缸侵蝕進(jìn)一步加劇，爐缸側(cè)壁溫度持續(xù)升高（見圖一）。

3.1  入爐焦炭對爐缸活性的影響

4#高爐所使用焦炭成分極不穩(wěn)定（海燕一級+煤化一級），主要表現(xiàn)在焦炭灰分高，反應(yīng)性和反應(yīng)后強(qiáng)度偏低，使高爐下部死焦堆焦炭粒度變小，焦柱氣孔度變差，影響高爐鼓風(fēng)的穿透。風(fēng)口回旋區(qū)也變得短而窄，死焦堆變大，爐缸的透氣性和透液性變差，長期這樣，導(dǎo)致爐缸工作狀況不理想。爐缸中心死區(qū)透氣透液變差，渣鐵穿越爐缸中心能力下降，邊緣環(huán)流強(qiáng)度提高，爐缸側(cè)壁碳磚侵蝕加劇。

3.2  有害元素的侵蝕 

由于高爐使用的塊礦和球團(tuán)礦，堿金屬和鉛鋅負(fù)荷長期偏高。堿金屬在爐內(nèi)一部分被焦炭吸收，一部分沉積于耐火材料上，其余隨煤氣或爐渣排除。①堿金屬首先吸附在焦炭的氣孔，而后逐漸向焦炭內(nèi)部的基質(zhì)擴(kuò)散，隨著焦炭在堿蒸汽內(nèi)暴露時(shí)間的延長，堿金屬的吸附量逐漸增多。向焦炭基質(zhì)部分?jǐn)U散的堿金屬會(huì)侵蝕到石墨晶體內(nèi)部，破壞了原有的層狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)生成層間化合物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大的體積膨脹，使焦炭產(chǎn)生裂紋，升至崩裂，導(dǎo)致焦炭強(qiáng)度下降，塊度減小，產(chǎn)生較多碎焦和粉末。堿金屬會(huì)使焦炭的反應(yīng)性明顯增強(qiáng)，反應(yīng)后強(qiáng)度明顯降低，焦炭質(zhì)量將惡化。②一部分吸附在磚襯表面與磚襯反應(yīng)生成新的化合物，產(chǎn)生體積膨脹，使磚襯從熱端向冷端逐層剝落；另一部分與煤氣一道沿磚縫、裂紋、氣孔滲入磚襯內(nèi)部，反應(yīng)生成大量的沉積炭。 

鉛鋅都是高爐煉鐵的有害雜質(zhì)，按照國際標(biāo)準(zhǔn)和《煉鐵工藝設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，高爐堿負(fù)荷低于3.0kg/T,鉛、鋅負(fù)荷應(yīng)低于0.15kg/t，高爐容積越大，入爐有害元素負(fù)荷應(yīng)越低，國外高爐嚴(yán)格執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn)，鋅負(fù)荷都在低于0.15kg/T范圍內(nèi)。

3.3  螢石洗爐

2014年，4#高爐因風(fēng)口燒損，大量水進(jìn)入爐缸，形成爐缸凍結(jié)事故。前后恢復(fù)用時(shí)1個(gè)月，恢復(fù)的過程中加螢石洗爐，也會(huì)使?fàn)t缸耐火材料受到破壞。

4  科學(xué)權(quán)威判斷后的治理措施

針對4#高爐爐缸側(cè)壁溫度8.653米內(nèi)環(huán)溫度升高的現(xiàn)狀，公司邀請數(shù)位專家進(jìn)行分析確診，一致認(rèn)為：標(biāo)高8.653米爐缸側(cè)壁耐材已有明顯侵蝕，高溫點(diǎn)處經(jīng)過科學(xué)計(jì)算，最薄處碳磚厚度僅為210mm左右，為了保證高爐安全長壽，必須盡快采取護(hù)爐措施。

4.1  堵風(fēng)口降冶強(qiáng)操作

2017年11月1日20：30分左右，8.653米內(nèi)環(huán)溫度飆升至846℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出測量范圍，該溫度為歷史記錄最高點(diǎn)，經(jīng)計(jì)算熱流強(qiáng)度已經(jīng)遠(yuǎn)超警戒值，立即休風(fēng)處理，為了安全決定連堵20#、21#、22#三個(gè)風(fēng)口進(jìn)行生產(chǎn)，降低冶煉強(qiáng)度。同時(shí)調(diào)整操作參數(shù),原則:定風(fēng)壓、定風(fēng)量、穩(wěn)定熱制度操作，日產(chǎn)量4200-4600T，風(fēng)壓≤370Kpa，風(fēng)量≯2700m3/h，頂壓＝220Kpa，退負(fù)荷至3.7，降煤比操作，配吃高鈦球護(hù)爐，標(biāo)準(zhǔn)要求[Si]=0.6-0.8%，[Ti]=0.100-0.120%,嚴(yán)禁低爐溫，物理熱≮1500℃，當(dāng)8.653米內(nèi)環(huán)第2點(diǎn)溫度降至350℃以下，才可考慮逐步加大風(fēng)量強(qiáng)化冶煉。

考慮高爐鼓風(fēng)的均勻性，后期計(jì)劃對已堵風(fēng)口另加φ90mm的陶瓷內(nèi)套后全開，以達(dá)到縮小風(fēng)口面積，增加風(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)能，活躍爐缸工作狀態(tài)的目的。

4.2  爐缸管理及水系統(tǒng)管理

建立并健全爐缸管理體系，對水溫差和熱流強(qiáng)度，以及碳磚的溫度，明確正常生產(chǎn)的工作溫度，警戒溫度，事故溫度。同步記錄相關(guān)數(shù)據(jù)并分析計(jì)算，視高熔點(diǎn)的TiC和TiN形成情況后，內(nèi)環(huán)溫度下降的情況，再?zèng)Q定開風(fēng)口以及對應(yīng)的強(qiáng)化進(jìn)程。

增大冷卻強(qiáng)度，高爐軟水系統(tǒng)的進(jìn)水溫度降至40±0.5℃，水量增至最大4150m3/h，同時(shí)加強(qiáng)對冷卻系統(tǒng)（水溫差、熱流強(qiáng)度、爐殼溫度）的檢測，除過系統(tǒng)在線監(jiān)測外（冷卻壁水溫差434個(gè)點(diǎn)，爐殼溫度106個(gè)點(diǎn)），對關(guān)鍵點(diǎn)每兩小時(shí)手動(dòng)測量比較，保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

完善相應(yīng)的預(yù)案，尤其是警戒出現(xiàn)時(shí)和事故狀態(tài)下（爐缸燒穿）的預(yù)案，并組織全員學(xué)習(xí)，并對事故狀態(tài)的安全逃生進(jìn)行系統(tǒng)演練，提高事故狀態(tài)下的應(yīng)對能力。

4.3  爐前管理

加強(qiáng)對爐前鐵口泥套、鐵口深度和開堵鐵口的管理。

?嚴(yán)格執(zhí)行兩級鐵前確認(rèn)制，早發(fā)現(xiàn)早處理，減少設(shè)備原因造成的出鐵延時(shí)；

?維護(hù)鐵口濕度，穩(wěn)定打泥量3.0格，控制鐵口深度不低于3.0米，嚴(yán)防潮鐵口及淺鐵口出鐵；

?鉆頭使用規(guī)格φ50，嚴(yán)禁隨意增大鐵口孔徑，保證正常鐵水流速，延長放鐵時(shí)間，減少出鐵次數(shù)。

4.4  爐缸灌漿

日常定檢都有灌漿，11月1日緊急休風(fēng)之后，11月15日再次休風(fēng)，為了解決爐缸局部溫度升高的問題，主要灌漿點(diǎn)是異常高溫區(qū)，壓入的材質(zhì)為碳化硅-碳質(zhì)材料。目的是堵塞爐缸碳磚和冷卻壁之間的串氣通道，改善高溫點(diǎn)區(qū)域冷卻壁的冷卻效果。

4.5  加強(qiáng)原燃料管理

4#高爐一直使用的焦炭為海燕一級和煤化一級焦，要求采購部門嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，從源頭優(yōu)化并穩(wěn)定原燃料質(zhì)量，務(wù)必確保焦炭的灰分不超標(biāo)，反應(yīng)性CRI≤30，,反應(yīng)后強(qiáng)度CRS≥60。

另一方面加強(qiáng)槽下篩分，減少入爐粉末量。目前槽下的燒結(jié)礦和球塊倉基本為新更換的，基本解決夾篩和堵塞的現(xiàn)象，不足之處焦炭篩面不理想，大面積破損和嚴(yán)重夾篩始終存在，需加快整體更換進(jìn)程?；谀壳艾F(xiàn)狀，副工長每2小時(shí)檢查原料，并清理篩面夾雜、粘結(jié)，減少粉末入爐。

及時(shí)掌握入爐料中堿負(fù)荷和鋅負(fù)荷的大小，并做好信息與反饋，減少含有害元素多的礦粉的使用量，進(jìn)一步控制有害元素入爐。

5  總結(jié)

目前通過采取一系列的措施，包括發(fā)展中心活躍爐缸、控風(fēng)限氧降低冶強(qiáng)、局部堵塞養(yǎng)護(hù)一方、爐內(nèi)灌漿保護(hù)爐缸、加強(qiáng)篩分確保精樣，目前爐缸第二段8.653米第2點(diǎn)溫度已由846℃降至290℃，基本達(dá)到正常水平，爐缸側(cè)壁溫度升高得到有效控制，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。但是出于長遠(yuǎn)考慮，4#高爐計(jì)劃年末停爐大修，更換爐缸炭磚、風(fēng)口區(qū)域澆注，對爐身、爐腹、爐腰部位進(jìn)行噴涂造襯，為后期的生產(chǎn)組織提供保障。

6  參考文獻(xiàn)

[1] 徐萬仁,朱仁良,張龍來,等.寶鋼2號高爐爐缸側(cè)壁侵蝕原因及控制實(shí)踐[J].鋼鐵,2007(1):8-11,16. 

[2] 郭憲臻,鄒忠平,楊方,等. 安鋼8號高爐爐缸側(cè)壁溫度異常偏高的原因分析和處理[C].第八屆中國鋼鐵年會(huì)論文集,2011.