摘要：根據(jù)昆鋼2500m3高爐爐型設(shè)計特點和原燃料條件，分析了影響該高爐爐型維護的因素，采取高爐精料技術(shù)、調(diào)整煤氣流分布、加強冷卻系統(tǒng)的管理、加強高爐爐況調(diào)劑管理等措施，實現(xiàn)了對昆鋼2500m3高爐爐型的合理控制，保證了爐況穩(wěn)定順行。

關(guān)鍵字：高爐；爐型維護；布料；爐況調(diào)劑

1  引言

高爐以長期穩(wěn)定順行，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、長壽為生產(chǎn)目標(biāo)。高爐爐型對高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和壽命的提高起著非常重要的作用。高爐爐型包括設(shè)計爐型和操作爐型，是高爐內(nèi)冶煉反應(yīng)空間的幾何形狀。設(shè)計爐型與爐體結(jié)構(gòu)有關(guān)，操作爐型則是開爐點火后逐步形成的，并且隨著保護磚和爐襯的脫落、侵蝕發(fā)生變化。合理的操作爐型能保證煤氣流分布合理，使?fàn)t料順利的下降和煤氣流順利的上行，并能保證爐內(nèi)爐料的物理化學(xué)變化過程順利進(jìn)行，取得好的生產(chǎn)指標(biāo)。操作爐型不合理，會影響高爐順行，使高爐下料不均勻、偏料、崩滑料、管道、懸料，導(dǎo)致爐缸工況不均勻，各鐵口鐵水溫度、出鐵時間、鐵口深度等產(chǎn)生較大的偏差，并使各風(fēng)口的明亮程度和前端焦炭活躍程度差異變大。爐墻粘結(jié)不均勻、結(jié)厚是高爐操作爐型不合理的主要表現(xiàn)，在處理爐墻結(jié)厚的過程中，渣皮脫落砸壞風(fēng)口的概率非常大，對高爐正常生產(chǎn)產(chǎn)生惡劣影響，因此，控制合理的操作爐型是高爐穩(wěn)定順行的關(guān)鍵。在實際生產(chǎn)中通過對冷卻壁溫度、水溫差及熱流強度等參數(shù)的監(jiān)測，判斷操作爐型的變化，并利用高爐上下部調(diào)節(jié)制度維持合理的煤氣流分布，實現(xiàn)對高爐操作爐型的維護，確保高爐穩(wěn)定順行，昆鋼2500m3高爐自2012年6月投產(chǎn)以來積極的進(jìn)行了探索。

2  昆鋼2500m3高爐爐型的設(shè)計及其特點

2.1  高爐內(nèi)型

昆鋼2500m3高爐的爐型設(shè)計特點主要表現(xiàn)在大爐缸、多風(fēng)口、適當(dāng)矮胖、減小爐身及爐腹角、加深死鐵層等方面，其目的是為了改善料柱透氣性、改善煤氣分布、提高噴煤比、適當(dāng)抑制邊緣、吹透中心，以實現(xiàn)高產(chǎn)、長壽、低耗、順行的目的。同時采用磚壁合一、薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的高爐爐型，使設(shè)計爐型基本上就是操作爐型，一代爐役其操作爐型基本維持不變，昆鋼2500m3高爐內(nèi)型尺寸。

2.2  冷卻設(shè)備

昆鋼2500m3高爐采用冷卻面積大、冷卻均勻、維持爐型好、投資省、安裝方便的全冷卻壁型式及聯(lián)合軟水密閉循環(huán)冷卻技術(shù)，爐底至爐喉共設(shè)置14段冷卻壁，按照爐內(nèi)縱向各區(qū)域不同的工作條件和熱負(fù)荷大小，采用不同結(jié)構(gòu)型式和不同材質(zhì)的冷卻壁，高熱負(fù)荷區(qū)域爐腹、爐腰、爐身下部和鐵口區(qū)采用導(dǎo)熱性能，耐熱震性能，耐熱流沖擊性能高和散熱損失小的銅冷卻壁，其余采用鑄鐵冷卻壁，冷卻壁主要特征。

2.3  高爐內(nèi)襯

昆鋼2500m3高爐根據(jù)各部位不同的工作條件和侵蝕機理，有針對性的選用耐火材料，并在結(jié)構(gòu)上加強耐火磚襯的穩(wěn)定性。

爐底滿鋪1層國產(chǎn)超高導(dǎo)石墨磚、1層國產(chǎn)微孔碳磚、2層國產(chǎn)超微孔碳磚、2層立砌楔形剛玉莫來石磚，整個爐底砌體高度2800mm。爐缸側(cè)壁外側(cè)采用8層國產(chǎn)超微孔碳磚，總高度4300mm，再加2層國產(chǎn)微孔碳磚，總高度1400mm；爐缸側(cè)壁內(nèi)側(cè)采用11層國產(chǎn)小塊剛玉質(zhì)磚陶瓷杯結(jié)構(gòu)，風(fēng)口區(qū)采用大塊剛玉質(zhì)組合磚砌筑，鐵口通道采用全碳鐵口，鐵口框內(nèi)采用剛玉磚，其它為國產(chǎn)超微孔炭磚結(jié)構(gòu)。爐腹及其以上的部位，采用磚壁合一、薄壁內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，5～8段銅冷卻壁區(qū)域，采用Si3N4-SiC磚和特種噴涂料噴涂，厚度為150mm。第9～10段雙層水冷鑄鐵冷卻壁鑲磚采用具有很好的抗渣、抗堿侵蝕能力，同時也具有一定的抗沖刷能力和抗熱震能力，而且其導(dǎo)熱性能好，易結(jié)渣皮的Si3N4-SiC磚。第11～13段單層水冷鑄鐵冷卻壁區(qū)域，采用抗機械沖刷和堿金屬侵蝕的真空浸磷酸粘土磚。第14段倒扣冷卻壁區(qū)域，采用Si3N4-SiC磚。高爐內(nèi)襯薄，內(nèi)型穩(wěn)定，設(shè)計爐型基本上就是操作爐型，內(nèi)襯直接鑲嵌在冷卻壁中，冷卻壁取消了凸臺，節(jié)省了大量冷卻水，冷卻壁外部連管簡單、整潔，爐腹、爐腰及爐身中下部采用銅冷卻壁和雙層水冷鑄鐵冷卻壁，實現(xiàn)了高熱負(fù)荷冷卻壁的無過熱化，抗高熱負(fù)荷沖擊能力強，冷卻壁熱面溫度低，便于結(jié)渣掛渣。

2.4  軟水冷卻系統(tǒng)

高爐冷卻系統(tǒng)采用聯(lián)合軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，將冷卻壁、爐底、風(fēng)口小套、中套、直吹管、熱風(fēng)閥、倒流休風(fēng)閥通過串聯(lián)和并聯(lián)的方式組合在一個系統(tǒng)中。全系統(tǒng)總循環(huán)水量正常為4034m3/h，最大可達(dá)4760m3/h。具體方案是：從軟水泵站出來的軟水在爐前一分為二，其中冷卻爐底690m3/h，冷卻壁直冷管3344m3/h，兩者回水進(jìn)入冷卻壁回水總管，從冷卻壁回水總管出來的軟水一分為三，一部分經(jīng)高壓增壓泵增壓，供風(fēng)口小套使用；另一部分經(jīng)中壓增壓泵增壓，供風(fēng)口二套、直吹管、熱風(fēng)閥使用；兩者回水與多余部分一起回到總回水管，經(jīng)過脫氣罐脫氣和膨脹罐穩(wěn)壓，最后回到軟水泵房，經(jīng)過二次冷卻，再循環(huán)使用。

2.5  檢測及監(jiān)控系統(tǒng)

昆鋼2500m3高爐為了實際生產(chǎn)中利于高爐爐型的檢測和維護，采用了較為完善的檢測系統(tǒng)，以加強對高爐各系統(tǒng)的監(jiān)測。在混凝土基礎(chǔ)設(shè)置1層熱電偶、爐底設(shè)置4層熱電偶、爐缸部位設(shè)置5層熱電偶，總數(shù)量170支。冷卻壁溫度檢測共設(shè)置了14層熱電偶，沿圓周方向均勻布置，總數(shù)量115支。在整個軟水系統(tǒng)監(jiān)控包括溫度、壓力、流量、水位等，設(shè)置溫度檢測點160點、流量檢測點110點、壓力檢測點520點。采用了高爐冷卻壁冷卻水熱負(fù)荷與水溫差遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，將140只熱電偶納入爐體熱流強度與水溫差檢測系統(tǒng)，進(jìn)行實時、連續(xù)地監(jiān)測高爐冷卻壁冷卻水管道的瞬時流量、進(jìn)出管道的水溫差，并據(jù)此計算出熱負(fù)荷值。爐身共設(shè)置了3層靜壓力計檢測，每層4點，共12點。采用較為完善的檢測儀表及監(jiān)控裝置，以加強對高爐各系統(tǒng)的監(jiān)測和控制，為高爐操作創(chuàng)造條件。

3  高爐原燃料條件

3.1  原料條件

昆鋼2500m3高爐自2012年6月開爐以來，高爐入爐品位隨著鋼鐵行業(yè)生存形勢調(diào)整，呈波動下降趨勢，且由于昆鋼地處內(nèi)陸，省內(nèi)貧雜礦使用量較高，有害元素負(fù)荷居高不下。圖１為昆鋼2500m3高爐入爐品位開爐至今的變化情況，圖2為昆鋼2500m3高爐有害元素負(fù)荷開爐至今的變化情況。

由于高爐入爐品位下降，導(dǎo)致渣比升高，對高爐造成很大的危害，主要影響如下。

１)  入爐品位每降低１％，焦比升高1.5％～2％［１］。

２)  渣量增加，滴落帶及爐缸的透氣性、透液性下降，導(dǎo)致下部壓差升高，高爐總體壓差上升，給高爐操作帶來了難度，影響爐況的穩(wěn)定順行。

３)  爐缸液面較以前上升快，高爐易憋風(fēng)，嚴(yán)重時出現(xiàn)煤氣流紊亂導(dǎo)致崩料、滑尺等。

４)  一旦渣鐵排放稍有不及時，中上部冷卻壁溫度波動大，鋼磚溫度上升，水溫差升高，必然帶來消耗增加。

同時由于有害元素負(fù)荷較高，這些有害元素入爐后，一方面破壞原燃料的冶金性能，并在爐內(nèi)形成循環(huán)富集，造成高爐懸料、結(jié)瘤等，影響爐況的穩(wěn)定和指標(biāo)的優(yōu)化；另一方面對磚襯和冷卻設(shè)施造成侵蝕，給高爐長壽帶來極大的危害，主要影響如下。

1)  使焦炭的反應(yīng)性(CRI)明顯增加，焦炭的反應(yīng)后強度(CSR)將明顯降低。

2)  使球團礦“異常膨脹”而嚴(yán)重粉化，鐵礦石易生成低熔點化合物而降低軟化溫度，使軟熔帶上移，高爐中、上部生成的液態(tài)或固態(tài)粉末狀堿金屬化合物(如K2O、Na2O、ZnO等)能粘附在爐墻上，促使?fàn)t墻結(jié)厚或結(jié)瘤，或破壞磚襯。

3)  K、Na、Pb、Zn滲入磚襯縫隙中造成爐缸、爐底侵蝕速度加快，風(fēng)口二套上翹和變形。

4)  隨煤氣逸出的ZnO，能在爐頂煤氣封罩、上升管和下降管凝集，影響布料溜槽的正常運行和加油，堵塞煤氣管道。

5)  有害元素破壞原燃料的冶金性能，并在爐內(nèi)形成循環(huán)富集，造成高爐中上部爐墻結(jié)厚等，影響爐況的穩(wěn)定和指標(biāo)的優(yōu)化。

3.2  燃料條件

昆鋼2500m3高爐是武鋼集團昆明鋼鐵股份有限公司淘汰落后、結(jié)構(gòu)調(diào)整技術(shù)改造工程（185萬噸）項目的一期工程，未裝備冶金焦制備系統(tǒng)，2500m3高爐冶煉所使用煤焦全部進(jìn)行外購，且用汽車運輸進(jìn)廠。2012年6月投產(chǎn)以來所使用煤焦主要存在以下幾方面的問題：

1)  煤焦品種多，數(shù)量不穩(wěn)定，造成庫存管理難度增大。

2)  質(zhì)量參差不齊，同一品種煤焦質(zhì)量不穩(wěn)定，波動大，給煤焦使用帶來困擾。

3)  供貨過程中經(jīng)常出現(xiàn)以次充好，給公司造成經(jīng)濟損失，同時影響高爐順行的穩(wěn)定性。

4  爐型管理

4.1  高爐精料技術(shù)

高爐精料的要求是改善原燃料質(zhì)量，使原燃料具有品位高、粒度均勻、強度好、還原和造渣特性優(yōu)良等條件，使焦炭具有灰分低，硫低、強度高、反應(yīng)性低等條件[2]。精料是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)，也是高爐降低燃料消耗的保障。精料技術(shù)包括合理的爐料結(jié)構(gòu)和高質(zhì)量的入爐原燃料。根據(jù)原料的實際情況，昆鋼2500m3高爐確定了70％高堿度燒結(jié)礦配加30％酸性球團礦的爐料結(jié)構(gòu)。燒結(jié)礦主要以省內(nèi)礦粉為主，配加部分進(jìn)口礦粉，同時配加一定比例的鐵精礦，磁鐵礦和赤鐵礦合理搭配，并采用了低溫（碳）、厚料層等燒結(jié)技術(shù)，日常生產(chǎn)中控制燒結(jié)礦FeO含量在8.5％～9.5％范圍內(nèi)，燒結(jié)礦相結(jié)構(gòu)中鐵酸鈣含量達(dá)到40％，保證燒結(jié)礦具有較好的還原性能和良好的物理性能。焦炭在高爐中所起的料柱骨架作用是任何物質(zhì)無法取代的，隨著高爐容積增加，焦炭在爐內(nèi)承受的負(fù)荷和沖擊力就會增大，焦炭的劣化程度變得更為重要。昆鋼2500m3高爐焦炭全部外購，要求焦炭冷態(tài)、熱態(tài)指標(biāo)必須滿足2500m3級高爐的要求，焦炭M40>87％、M10<6.5%、CSR>65%、CRI<28％。同時嚴(yán)格控制入爐原燃料的粉末率，控制下料速度及篩面上料層厚度，保證篩分效果，確保篩分質(zhì)量并定期對各振動篩篩板進(jìn)行清理，保證人爐粉末率小于5％，對焦炭進(jìn)行分級人爐，配吃焦丁的同時嚴(yán)禁粉末入爐。合理的爐料結(jié)構(gòu)及良好的原燃料質(zhì)量為高爐爐型維護和降低燃料消耗提供了物質(zhì)保證。

4.2  調(diào)整煤氣流分布

調(diào)整高爐操作制度，維持合理操作爐型，提高煤氣利用率，降低燃料消耗。高爐燃料燃燒產(chǎn)生的煤氣經(jīng)過回旋區(qū)初始分布、軟熔帶二次分布、塊狀帶三次分布達(dá)到高爐爐頂，煤氣利用率的高低是煤氣在爐內(nèi)能否與爐料充分接觸、化學(xué)能和熱能能否充分利用的標(biāo)志。提高煤氣利用率可以降低高爐燃料比，只有使?fàn)t內(nèi)煤氣流分布合理，才能保持較高的煤氣利用率。昆鋼2500m3高爐在操作技術(shù)上以“上捂下活”為指導(dǎo)，采取下部活躍爐缸，上部疏通氣流，保持中心氣流開、邊緣氣流穩(wěn)定的兩道煤氣流操作制度。下部送風(fēng)制度上，通過調(diào)節(jié)風(fēng)口直徑、長度及斜度，調(diào)整送風(fēng)面積為0.3m2左右，保證合理鼓風(fēng)動能和最佳回旋區(qū)深度，實現(xiàn)合理初始煤氣流分布。上部裝料制度上，確定了穩(wěn)定邊緣氣流、適當(dāng)發(fā)展中心氣流以及與下部初始煤氣流分布相適應(yīng)的原則來調(diào)整布料檔位。高爐依據(jù)氣流變化對布料制度進(jìn)行調(diào)整，主要方法是形成穩(wěn)定焦炭平臺，礦石布料向邊緣平移，適當(dāng)中心加焦，形成“邊緣平臺+漏斗+中心加焦”的料面形狀，形成倒“V”軟熔帶。這種布料矩陣適當(dāng)抑制了邊緣氣流，同時降低了中間環(huán)帶煤氣流的阻力，煤氣流更容易吹透中心，穩(wěn)定操作爐型。布料制度調(diào)整變化情況如下：

 → 

通過對操作制度的調(diào)整，氣流分布合理，煤氣利用率不斷提高，高爐燃料比逐漸降低，開爐至今的昆鋼2500m3高爐煤氣利用率變化趨勢如圖3。

4.3  冷卻系統(tǒng)的管理

1)  水壓、水量、進(jìn)水溫度、水溫差管理

昆鋼2500m3高爐冷卻軟水量長期控制在4100ｍ３/h，嚴(yán)格控制軟水進(jìn)水溫度39.5℃，波動幅度在0.5℃，冷卻壁進(jìn)出水溫差控制在5.5～６.5℃之間，超出該范圍則在布料制度上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以保持適宜的渣皮厚度。精心維護高爐冷卻器，確保冷卻器有合適、穩(wěn)定的水壓、水量、進(jìn)水溫度，及時、準(zhǔn)確判斷冷卻壁及風(fēng)口漏水，不誤判、不漏判，減水控制合適，必要時將軟水倒為工業(yè)水，避免因爐內(nèi)漏水造成爐墻局部結(jié)厚，破壞高爐爐型。

2)  冷卻壁溫度管理

圖４為昆鋼2500m3高爐開爐至今冷卻壁溫度的變化。結(jié)合生產(chǎn)實踐，由圖４可以看出，昆鋼2500m3高爐生產(chǎn)中爐腹、爐腰、爐身下部（5-8段為銅冷卻壁）冷卻壁溫度一般控制在50～70℃范圍內(nèi)，低于50℃，則表明邊緣氣流變?nèi)趸虼嬖谡辰Y(jié)現(xiàn)象；高于70℃，則表明邊緣氣流過分發(fā)展；如果局部溫度大于80℃，則表明渣皮脫落，銅冷卻壁壁體溫度最大不能超過150℃。爐身中上部（9-14段為鑄鐵冷卻壁）冷卻壁溫度一般控制在80～220℃范圍內(nèi)，低于80℃，則表明邊緣氣流變?nèi)趸虼嬖谡辰Y(jié)現(xiàn)象；高于220℃，則表明邊緣氣流過分發(fā)展；如果局部溫度大于220℃，則表明渣皮脫落，鑄鐵冷卻壁壁體溫度最大不能超過400℃。開爐后，通過不斷地摸索，昆鋼2500m3高爐５～8段銅冷卻壁溫度控制的合理范圍為50～70℃，9～14段鑄鐵冷卻壁溫度控制在80～220℃。從冷卻壁溫度變化特點看，銅冷卻壁溫度變化較為穩(wěn)定，保持在50～70℃之間，而爐身上部冷卻壁9～14段呈激勵波動趨勢，特別是12段冷卻壁溫度處于較低的溫度水平頻次較多，這對于高爐操作爐型的保持是不利的，溫度長期偏低，說明此段發(fā)生爐墻結(jié)厚。因此，保證高爐爐型合理，就要保證所有冷卻壁溫度均衡。

4.4  高爐爐況調(diào)劑

1)  高爐日常操作調(diào)劑

熱制度是保證爐缸工況和維護合理爐型的基礎(chǔ)條件。強化冶煉時，高溫區(qū)下移，軟熔帶位置降低、區(qū)間縮小，一旦面臨原燃料的波動，熱制度調(diào)整尤為關(guān)鍵。昆鋼2500m3高爐以[Si]和物理熱為基礎(chǔ)，固定風(fēng)溫和富氧量操作，確保鐵水中的物理熱Ｔｂ大于1440℃，0.2%<[Si]<0.5%。采取爐溫趨勢管理，提前調(diào)整熱量平衡，保證爐溫充沛、物理熱充足，為渣鐵提供充足的過熱度；根據(jù)實際爐渣堿度變化情況，核算理論爐渣堿度，及時調(diào)整至合適的范圍，保證渣鐵良好的流動性，及時出盡渣鐵，防止上下部調(diào)整時，渣皮脫落，崩滑料和冷卻設(shè)備漏水造成爐缸熱量的劇減。

2)  高爐爐身結(jié)厚處理

高爐爐身結(jié)厚一般遵循“上炸下洗”的原則。昆鋼2500m3高爐爐墻結(jié)厚大部分發(fā)生在爐身上部，磚壁合一、薄壁內(nèi)襯技術(shù)的使用，不允許進(jìn)行炸除。當(dāng)爐身上部發(fā)生粘結(jié)時，高爐根據(jù)生產(chǎn)情況，組織休風(fēng)利用休風(fēng)后爐體冷卻壁壁體溫度變化，熱脹冷縮，使粘結(jié)物產(chǎn)生應(yīng)力，和冷卻壁壁體分離達(dá)到消除粘結(jié)的目的。粘結(jié)嚴(yán)重時，組織高爐降料面，料面降到粘結(jié)物下部，利用粘結(jié)物失去支撐力，依靠自身重力脫落，消除粘結(jié)。也可以在休風(fēng)之前降低料面，休風(fēng)后粘結(jié)物脫落，達(dá)到消除粘結(jié)的目的。昆鋼2500m3高爐開爐至今利用降料面消除粘結(jié)5次，休風(fēng)消除粘結(jié)多次，及時維護操作爐型。

5  效果

昆鋼2500m3高爐通過高爐精料技術(shù)、調(diào)整煤氣流分布、加強冷卻系統(tǒng)的管理、加強高爐爐況調(diào)劑管理等措施，實現(xiàn)爐型的合理控制，2015年各項主要經(jīng)濟指標(biāo)取得明顯改善，高爐燃料比降到525kg/t，表3為昆鋼2500m3高爐2012年、2013年、2014年、2015年、2016年主要生產(chǎn)指標(biāo)對比。

6  存在的問題

昆鋼2500m3高爐由于原燃料條件和設(shè)計要求的原燃料相差甚遠(yuǎn)，在生產(chǎn)實踐中，表現(xiàn)出爐身下部冷卻壁渣皮不穩(wěn)定，經(jīng)常大面積脫落引起氣流波動，同時爐缸熱負(fù)荷徒然上升，引起爐溫、堿度波動，出現(xiàn)集中排堿，造成熱制度失常；爐身中上部由于有害元素負(fù)荷高，有害元素隨煤氣流上升冷凝，影響料柱透氣性，造成爐墻結(jié)厚；冷卻壁水冷通道一通到頂，只能進(jìn)行縱向扇區(qū)水量調(diào)整的方式滿足不了昆鋼原燃料條件下的爐型維護的工藝要求。

7  結(jié)論

1） 穩(wěn)定的原燃料質(zhì)量是高爐維持合理操作爐型的基礎(chǔ)。

2） 通過冷卻制度和裝料制度的調(diào)整，控制冷卻壁壁體溫度在合適范圍，可以實現(xiàn)爐型的優(yōu)化與控制。

3） 合理的操作爐型有利于爐內(nèi)爐料的下降和煤氣流的上升，有利于爐內(nèi)爐料的物理化學(xué)變化過程順利進(jìn)行，提高煤氣利用率，降低燃料消耗。

參考文獻(xiàn):

[1] 張福明,程樹森.現(xiàn)代高爐長壽技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2012:4.

[2] 王筱留修訂.高爐生產(chǎn)知識問答(第二版)[M].北京:冶金出版社,2004:1.