摘要 介紹在3號高爐爐役后期實(shí)施的加釩鈦礦、優(yōu)化操作制度、加強(qiáng)爐型監(jiān)控等護(hù)爐措施及其效果。

關(guān)鍵詞  高爐  爐役后期  護(hù)爐  釩鈦礦  爐型

1  前言

柳鋼3號高爐設(shè)計有效容積2000m3，26個風(fēng)口，2個鐵口，死鐵層高度2.0 m，炭磚+陶瓷杯爐底爐缸結(jié)構(gòu)，厚壁爐襯。于2008-05投產(chǎn)至今生產(chǎn)有9年多之久，爐腹、爐腰部位大量冷卻板、壁漏水，爐體四周多處煤氣泄露。2017-03以來，爐缸側(cè)壁溫度逐步上升，已開始威脅到高爐的安全生產(chǎn)。對于像3號高爐這種護(hù)爐初期最高溫度點(diǎn)仍然可控的情況下，如何在保證爐缸安全的前提下不斷優(yōu)化操作，達(dá)到各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的最優(yōu)化就顯得至關(guān)重要。本文總結(jié)護(hù)爐措施。

2  調(diào)查與分析

2.1 高爐爐體冷卻系統(tǒng)

（1）冷卻結(jié)構(gòu)。3號高爐冷卻結(jié)構(gòu)從爐底到爐身共20段，其中爐底、爐缸為5段光面灰口鑄鐵冷卻壁；爐腹、爐腰6～7段為球墨鑄鐵冷卻壁（背部帶有蛇形水管冷卻）；爐身8～15段為板(銅冷卻板)壁(鋼冷卻壁)結(jié)合形式，16～19段（16、18段帶凸臺冷卻）為球墨鑄鐵冷卻壁，20層為倒扣式冷卻壁；爐喉鋼磚分2段，下面1段為水冷形式；風(fēng)口大套無水冷。

（2）冷卻形式。水系統(tǒng)為高爐爐底和爐缸1～4層冷卻壁采用工業(yè)水開路冷卻，5～20層冷卻壁采用軟水閉路循環(huán)冷卻，銅冷卻板和爐喉鋼磚采用工業(yè)水開路冷卻。工業(yè)水水壓0.4～0.5MPa，軟水壓力0.6～0.8MPa。

（3）爐體冷卻現(xiàn)狀。截至2017-12，爐腹以上冷卻壁有15塊燒損，主要以穿管恢復(fù)為主，不能穿管的通工業(yè)水冷卻維護(hù)，有4塊冷卻壁漏水的水管直接灌漿堵死。冷卻銅板有61塊損壞（占全部銅板數(shù)量18.8%），改單聯(lián)，其中43塊因漏水大直接灌漿堵死，并采取外部打水處理等。鐵口區(qū)域及爐腰、爐身下部煤氣泄露點(diǎn)多。

2.2 爐缸侵蝕

根據(jù)對高爐爐底、爐缸內(nèi)襯的侵蝕破損情況研究發(fā)現(xiàn)一個共同的現(xiàn)象，即形成“象腳”區(qū)域。經(jīng)過分析，之所以形成這種異常侵蝕，主要有以下幾種原因[1]:（1）化學(xué)侵蝕，包括堿金屬侵蝕和鐵水對炭磚的滲透以及炭磚中的碳向鐵水中的溶解所導(dǎo)致的侵蝕；（2）鐵水流動對炭磚的沖刷；（3）炭磚的氧化；（4）熱膨脹和熱應(yīng)力造成裂紋。

這幾種侵蝕在爐缸區(qū)同時發(fā)生，特別是爐底、爐缸過渡區(qū)域，鐵水對炭磚的侵蝕和沖刷尤為嚴(yán)重。因此，很容易被侵蝕而形成所謂的“象腳狀”侵蝕，威脅高爐安全生產(chǎn)。

2.3 高爐操作對爐缸側(cè)壁溫度升高的影響

3號高爐爐缸側(cè)壁溫度最高點(diǎn)區(qū)域主要在鐵口下方，2017年下半年以來，東、西面鐵口下方2 m處（爐缸“象腳區(qū)”）側(cè)壁溫度在一定范圍內(nèi)波動，但總體趨勢仍緩慢上升，到2017-12，最高分別到387 ℃、402 ℃（熱電偶插入深度450 mm）。3號高爐近期爐缸側(cè)壁（西面）溫度發(fā)展趨勢情況見圖1。

2.3.1 高爐操作條件變化

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際操作情況，在對影響因素分析時，將其分為3個階段來進(jìn)行研究探討。

（1）第一階段：邊緣氣流發(fā)展期。2017-10，由于3-1熱風(fēng)爐拱頂塌磚，需停爐進(jìn)行恢復(fù)性能改造。在停爐換耐火球期間，高爐不得不維持長達(dá)1個多月的低風(fēng)溫條件下冶煉。風(fēng)溫由1 200 ℃降到平均1 000 ℃～1 030 ℃，操作上主要是保證風(fēng)量和富氧，來提高鼓風(fēng)動能以及彌補(bǔ)理論燃燒溫度的不足。然鼓風(fēng)動能較正常條件下（130～140 kJ/s），仍然不足（見圖1）。邊緣氣流發(fā)展明顯，頂溫300 ℃～400 ℃且四點(diǎn)偏差大。可以發(fā)現(xiàn)，此時側(cè)壁溫度在340 ℃～360 ℃區(qū)間內(nèi)劇烈波動后，逐步上升，直至最高點(diǎn)。

（2）第二階段：邊緣氣流發(fā)展+釩鈦球期。在高點(diǎn)突破400 ℃后，開始計劃加入釩鈦球進(jìn)入護(hù)爐作業(yè)。每批料加入釩鈦球800 kg，入爐TiO2負(fù)荷由原來的4.0 kg/t左右提高至5.0～6.0 kg/t，維持生鐵含ω（Si）：0.6%～0.8%，ω（Ti）：0.10%～0.15%。爐缸側(cè)壁溫度穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)波動，但抑制了上升的趨勢。

（3）第三階段：釩鈦球+中心氣流發(fā)展期。2017-12-17，3-1熱風(fēng)爐恢復(fù)投用，風(fēng)溫至1 180 ℃以上，鼓風(fēng)動能提高至130～140 kJ/s，操作上調(diào)整裝料制度與送風(fēng)制度相匹配，保證中心氣流的穩(wěn)定，同時適度抑制邊緣。繼續(xù)加入釩鈦球每批1 650 kg，提高入爐TiO2負(fù)荷至7.0～9.0 kg/t，維持生鐵含ω（Si）：0.5%～0.7%，ω（Ti）：0.15%～0.20%。爐缸側(cè)壁溫度逐步下行。

2.3.2操作分析

（1）鼓風(fēng)動能與爐缸的側(cè)壁溫度變化趨勢呈現(xiàn)很明顯的負(fù)相關(guān)（見圖1）。在整個生產(chǎn)原燃料條件穩(wěn)定無其它因素影響的情況下，說明提高鼓風(fēng)動能，保證中心的穩(wěn)定，可以很明顯的抑制爐缸側(cè)壁溫度上升勢頭。事實(shí)上，邊緣氣流的發(fā)展，很大程度上助推了爐缸渣鐵的環(huán)流運(yùn)動，加劇了死鐵層對爐缸爐底碳磚的沖刷和滲透，“象腳區(qū)”也會越來越大。

（2）再看加入釩鈦球護(hù)爐情況（第二階段，見圖1），爐缸側(cè)壁溫度上升趨勢得到抑制，沒有進(jìn)一步上行，說明加入釩鈦球護(hù)爐是有效果的。筆者統(tǒng)計了2017年11～12月爐料中TiO2的平衡情況（見圖2）。在逐步提高入爐TiO2負(fù)荷后，TiO2排出量開始小于入爐量，表明有部分Ti（質(zhì)量分?jǐn)?shù)約10%～20%）存積在爐缸內(nèi)，補(bǔ)爐有效。

3   護(hù)爐及其效果

3.1 主要措施

綜合上述分析，通過不斷地摸索，結(jié)合柳鋼4號、6號爐的護(hù)爐實(shí)際，護(hù)爐作業(yè)主要還是圍繞以發(fā)展中心氣流以及加入釩鈦礦護(hù)爐為主的操作理念來進(jìn)行，再通過加強(qiáng)爐前以及其它的外部管理，來達(dá)到在不控冶強(qiáng)的條件下實(shí)現(xiàn)高爐的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、安全的運(yùn)行。具體護(hù)爐措施如下：

3.1.1規(guī)范出鐵管理

加強(qiáng)炮泥質(zhì)量攻關(guān)，提高鐵口通道及泥包的塑性及強(qiáng)度，保證泥套的完整性。適當(dāng)提高鐵口深度，穩(wěn)定各班打泥時間，保持鐵口深度在2.9～3.0 m，規(guī)范出鐵間隔10～15 min，穩(wěn)定每班開鐵口次數(shù)在3～4次，做到均衡出鐵。特別是在單邊出鐵情況下，嚴(yán)格控制好鐵口深度和開鐵口時間，及時排盡渣鐵，減少渣鐵對鐵口區(qū)域的環(huán)流沖刷。

3.1.2提高對冷卻系統(tǒng)的維護(hù)

（1）增加1臺大功率工業(yè)水泵，提高總管壓力，加大水量（流量3 200 m3/h到3 500 m3/h），降低了水溫差0.2 ℃，提高了對內(nèi)襯的冷卻強(qiáng)度，也有利于鈦化物沉積。

（2）每班做好爐缸側(cè)壁溫度和冷卻水溫差的監(jiān)測，對重點(diǎn)部位爐皮溫度紅外測溫，對侵蝕嚴(yán)重部位堅持到現(xiàn)場實(shí)測溫差，并如實(shí)記錄，建立臺帳。增設(shè)爐底實(shí)時監(jiān)控視頻。

（3）穩(wěn)定軟水進(jìn)水溫度在46 ℃～47 ℃，軟水流量3 200 m3/t，不輕易做調(diào)節(jié)，控制軟水溫差在1.5 ℃～2.5 ℃，保持爐型的穩(wěn)定。

（4）強(qiáng)化爐體的檢漏工作。制定冷卻設(shè)備查漏規(guī)范，發(fā)現(xiàn)風(fēng)口設(shè)備漏水，一經(jīng)確認(rèn)，立即組織更換。對損壞的冷卻壁及時實(shí)施穿管恢復(fù)，不能實(shí)施穿管恢復(fù)的，改通工業(yè)水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，破損嚴(yán)重的，采取灌漿堵死、外部打水冷卻處理。堅決杜絕大量冷卻水進(jìn)入爐內(nèi)，造成爐涼及損壞磚襯。

3.1.3灌漿造襯

按照灌漿作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定好開孔位置及數(shù)量，利用休風(fēng)檢修機(jī)會，對鐵口、爐腹到爐身下部區(qū)域壓入灌漿造襯，對損壞部位進(jìn)行修復(fù)，充填了冷卻壁與磚襯、爐皮間的氣隙。從后續(xù)檢測來看，效果非常明顯。鐵口噴濺情況大有改善，鐵口維護(hù)容易；多處爐皮溫度從200 ℃～250 ℃降到70 ℃～100 ℃，既有效地保護(hù)爐皮安全，而且可以使操作爐型變得規(guī)則，有利于煤氣流的穩(wěn)定和爐況順行。

3.1.4優(yōu)化操作制度

技術(shù)部門每周制定生產(chǎn)操作方針，根據(jù)護(hù)爐情況隨時進(jìn)行調(diào)整，既要控制好爐缸側(cè)壁溫度的安全可控，又要兼顧爐況的順行，活躍爐缸，保證各項指標(biāo)的最優(yōu)化。

（1）制定原燃料入爐底線標(biāo)準(zhǔn)，控制好原燃料中堿金屬、Pb、Zn等有害元素的入爐量，每周測算堿金屬平衡情況，定期進(jìn)行排堿作業(yè)。加強(qiáng)篩分，保證中心礦石、焦炭的粒度，提高透氣性，減小中心死料柱。有研究表明[2]，當(dāng)死料柱孔隙度增大時有更多的鐵水通過死料柱流向出鐵口，從而使環(huán)流區(qū)域的鐵水流量減少，鐵水對爐缸爐底的沖刷程度降低。

（2）爐溫控制上，保證鐵水物理熱1 500 ℃以上，鐵水ω（Si）：0.55%～0.75%，ω（Si+Ti）: 0.7%～0.9%，ω（S）:0.10%～0.25%。同時，爐渣二元堿度控制在1.10～1.15，避免出現(xiàn)高硅、高鈦現(xiàn)象，影響渣鐵流動性。

（3）按照“穩(wěn)定邊緣，打開中心；穩(wěn)定中心，照顧邊緣”的方針，結(jié)合上下部調(diào)劑，優(yōu)化裝料制度及送風(fēng)制度。布料矩陣為P44442439.5337134.51321371K444423392362331291182，同時利用大風(fēng)量、大富氧、全用風(fēng)溫來活躍爐缸，依靠發(fā)展中心煤氣流來降低渣鐵環(huán)流對爐缸側(cè)壁砌體的侵蝕的同時，也減輕了邊緣氣流對爐墻的沖刷，減輕了冷卻設(shè)備的破損。

3.1.5加入釩鈦球

TiO2在爐內(nèi)高溫還原氣氛下，生成Ti的碳、氮化物，與鐵水及鐵水中的析出的石墨等凝結(jié)在離冷卻壁較近的被侵蝕嚴(yán)重的爐缸、爐底磚縫和內(nèi)襯表面。由于Ti的碳、氮化物熔點(diǎn)很高，從而對爐缸、爐底內(nèi)襯起到保護(hù)作用。

在使用釩鈦礦護(hù)爐時，應(yīng)根據(jù)高爐侵蝕情況，因地制宜的加入TiO2量，過少起不到護(hù)爐的作用，過多爐渣會變稠對操作帶來困難，同時需要注意氣流的變化給爐況順行帶來的影響。根據(jù)3號高爐實(shí)踐證明，正常TiO2加入量為每噸鐵7～9 kg時（見圖2），保證鐵水ω（Ti）：0.13%～0.18%，護(hù)爐有效。

3.2護(hù)爐效果

通過采取一系列措施后，爐缸側(cè)壁溫度得到了有效可控，一個多月的時間，由最高402 ℃持續(xù)下行最低至280 ℃（見圖3），保證了高爐生產(chǎn)的安全可控。與此同時，通過不斷的優(yōu)化操作，護(hù)爐生產(chǎn)條件下，各項技術(shù)指標(biāo)依然完成的很理想（見表1）。

4  結(jié)語

（1）在后期爐役的作業(yè)中，依靠發(fā)展中心和適當(dāng)抑制邊緣的操作思想是減少鐵水環(huán)流，達(dá)到不控冶強(qiáng)也能有效降低爐缸側(cè)壁溫度的最關(guān)鍵一步。 

（2）控制合理的入爐TiO2負(fù)荷和一定的鐵水Ti含量，在有效護(hù)爐的同時并不影響爐況的順行及指標(biāo)的優(yōu)化。

（3）高爐爐體灌漿是一項可以長期維護(hù)爐體的手段，可以有效消除內(nèi)部氣隙，對改善爐體導(dǎo)熱有顯著作用。

5  參考文獻(xiàn)

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