于海新  張勁松

(首鋼通鋼煉鐵事業(yè)部)

摘  要  首鋼通鋼3號(hào)高爐從開爐至今爐缸側(cè)壁溫度已經(jīng)發(fā)生三次突變，本文分析爐缸侵蝕的原因，分析認(rèn)為第一次突變的原因主要有兩方影響：一是焦炭質(zhì)量下降，導(dǎo)致高爐順行一般，造成爐缸工作不均，二是高爐投產(chǎn)前曾擱置了兩個(gè)冬天，碳磚質(zhì)量受損。第二和第三次突變的主要原因是碳磚進(jìn)一步受到侵蝕。為了高爐能夠安全生產(chǎn)，避免發(fā)生爐缸燒穿事故，高爐采取了一系列的爐缸維護(hù)措施：鈦礦護(hù)爐，增強(qiáng)爐缸冷卻強(qiáng)度以及堵風(fēng)口降低冶煉強(qiáng)度等，確保高爐安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞  高爐  爐缸側(cè)壁  侵蝕  鈦礦護(hù)爐  

1  概述

通鋼3號(hào)高爐于2014年7月12日開爐投產(chǎn)，高爐有效容積2680m3,投產(chǎn)5天就快速達(dá)產(chǎn)。3號(hào)高爐爐底、爐缸結(jié)構(gòu)：采用石墨炭塊-陶瓷砌體復(fù)合爐襯結(jié)合水冷薄爐底、爐缸。爐底耐材全高2800mm，爐底下部采用四層臥砌，從下至上依次為石墨炭磚（400mm） 、高導(dǎo)熱石墨磚（400mm） 、微孔炭磚（600mm） 、超微孔炭磚（600mm），炭磚之上臥砌兩層陶瓷杯墊（材質(zhì)為剛玉莫來石，每層高400mm）。爐缸內(nèi)側(cè)及剛玉莫來石磚之上砌高鋁保護(hù)磚；爐缸鐵口以下外側(cè)環(huán)砌超微孔炭磚，鐵口以上外側(cè)環(huán)砌微孔炭磚；在鐵口區(qū)采用加長(zhǎng)的炭磚，加長(zhǎng)炭磚旋長(zhǎng)達(dá)2500-4000mm，鐵口通道采用大塊超微孔炭磚立砌；鐵口框內(nèi)部及風(fēng)口區(qū)采用塑性相復(fù)合剛玉組合磚砌筑，詳見下圖1。

3號(hào)高爐2014年7月12日投產(chǎn)，至今已有3年多的時(shí)間，在此期間3號(hào)高爐爐缸先后出現(xiàn)了三次的突變，爐缸側(cè)壁溫度三次升高，高爐經(jīng)過采取一系列的護(hù)爐措施，使得爐缸側(cè)壁溫度得到了有效的控制，確保了高爐的安全、順行與穩(wěn)定。

2  爐缸侵蝕的原因分析

2.1  第一次爐缸突變的原因分析

2.1.1  焦炭質(zhì)量下降

爐缸死焦柱具有良好的透液性和透氣性，側(cè)壁溫度保持足夠低的水平，爐缸工作表面能夠形成穩(wěn)定的渣鐵凝結(jié)層[1]，能夠有效的保護(hù)爐缸耐沖刷侵蝕。為保證大型高爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，對(duì)焦炭質(zhì)量有嚴(yán)格的要求。尤其是焦炭的熱態(tài)性能CRI和CSR。伴隨著高爐冶煉強(qiáng)度的逐步提高，焦炭作為料柱骨架所承受的煤氣和渣鐵量逐步增加，為了讓焦炭能夠更好的起到料柱骨架的作用，需要提高焦炭的反應(yīng)后強(qiáng)度，延長(zhǎng)焦炭在爐內(nèi)的停留時(shí)間。同時(shí)焦炭作為發(fā)熱劑，焦炭在風(fēng)口前被鼓風(fēng)中的氧燃燒，放出熱量，這是高爐冶煉所需要熱量的主要來源（高爐冶煉所消耗熱量的70%-80%來自燃料燃燒）。[2]所以焦炭質(zhì)量的好壞是爐缸良好狀態(tài)的基礎(chǔ)。2015年是通鋼最困難的時(shí)期面，由于鋼鐵市場(chǎng)的不景氣，導(dǎo)致通鋼的資金匱乏，為了生存，通鋼采購的燃料不足，導(dǎo)致煉焦的主焦煤一降再降，進(jìn)而導(dǎo)致焦炭強(qiáng)度等得不到保證，致使在冶煉過程中，焦炭粉化嚴(yán)重，爐缸中心死料柱的透液性和透氣性逐漸變差，導(dǎo)致爐缸工作不均，進(jìn)而加劇了爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流對(duì)爐缸碳磚的沖刷侵蝕。

2.1.2  碳磚質(zhì)量問題

3號(hào)高爐本體砌筑完成以后由于種種特殊原因沒有馬上投產(chǎn)使用，而是擱置了兩個(gè)冬天，由于東北的高寒天氣，高爐越冬是一個(gè)大問題，通過制定合理的越冬方案3號(hào)高爐安全的度過了兩個(gè)冬天。但是由于閑置時(shí)間比較長(zhǎng)，碳磚最怕氧化。3號(hào)高爐擱置了這么長(zhǎng)時(shí)間沒有投產(chǎn)使用，碳磚質(zhì)量必定受到影響，這一點(diǎn)從3號(hào)高爐投產(chǎn)使用不到兩年的時(shí)間（2016年6月中下旬爐缸側(cè)壁溫度升高）就發(fā)生爐缸突變可以證實(shí)。

2.1.3  鋅負(fù)荷升高

鋅的富集對(duì)爐缸的侵蝕是不可忽視的，在高爐進(jìn)行冶煉時(shí)，鋅的硫化物先轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的氧化物，然后在大于1000℃的高溫區(qū)變?yōu)闅鈶B(tài)鋅，并隨煤氣流上升，在低溫區(qū)冷凝為液態(tài)鋅，一部分附著在粉塵上被帶出高爐，而另一部分液態(tài)鋅下降重回高溫區(qū)變成鋅蒸汽則進(jìn)入磚襯的氣孔和磚縫后冷凝并被氧化成氧化鋅，氧化鋅的結(jié)晶和生成使得本身體積增大，進(jìn)而造成爐襯異常膨脹，加快爐襯的侵蝕速度。通鋼在2016年以前所采購的原料中鋅含量很低，2016年以后根據(jù)市場(chǎng)資源與公司計(jì)劃，公司購進(jìn)了一批高鋅原料，高爐入爐這批原料后，由于鋅負(fù)荷的升高，爐況出現(xiàn)了一定的波動(dòng)，同時(shí)爐底中心溫度出現(xiàn)了明顯的下降，死料柱的透氣透液性有時(shí)較差，這樣加劇了鐵水環(huán)流對(duì)爐缸的侵蝕。

2.2  第二、三次爐缸突變的原因分析

第二次和第三次的爐缸側(cè)壁溫度突變的原因基本相同，在第一次爐缸側(cè)壁溫度得到有效的控制以后，為了確保高爐穩(wěn)定順行，同時(shí)提高高爐的經(jīng)濟(jì)效益等，高爐通過強(qiáng)化手段，對(duì)高爐逐步的進(jìn)行強(qiáng)化，高爐的各項(xiàng)參數(shù)逐步恢復(fù)到正常水平以后，高爐在進(jìn)一步的強(qiáng)化的過程中，由于通鋼內(nèi)部等實(shí)際情況導(dǎo)致焦炭的質(zhì)量再次下降，另外高爐在高強(qiáng)度的冶煉狀態(tài)下運(yùn)行，這些都會(huì)導(dǎo)致爐缸碳磚進(jìn)一步受到了侵蝕（我們從爐缸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)-水溫差系統(tǒng)可以看出），進(jìn)而導(dǎo)致爐缸側(cè)壁溫度出現(xiàn)了第二次和第三次的突變。

3  爐缸維護(hù)措施

3.1  第一次爐缸突變的護(hù)爐措施

3.1.1  爐缸壓漿

在第一次爐缸側(cè)壁溫度上升初期，我們針對(duì)開爐時(shí)爐殼帶壓灌漿效果不理想的實(shí)際情況，經(jīng)過討論和分析懷疑鐵口與局部風(fēng)口之間存在有竄氣的現(xiàn)象，因此決定采用爐缸壓漿控制爐缸側(cè)壁溫度的措施。但是利用高爐兩次定修機(jī)會(huì)，爐缸壓漿并沒有起到控制爐缸側(cè)壁溫度的效果，這樣我們排除了鐵口與局部風(fēng)口竄氣的結(jié)論。

3.1.2  增強(qiáng)爐缸冷卻強(qiáng)度

我們高爐的冷卻壁采用的是軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，冷卻強(qiáng)度基本固定，無法提高局部的冷卻強(qiáng)度。經(jīng)過討論和研究決定把爐缸側(cè)壁溫度高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的兩塊冷卻壁改成高壓工業(yè)水強(qiáng)化冷卻，這樣通過提高工業(yè)水的壓力和流量可以對(duì)改裝后的冷卻壁的冷卻強(qiáng)度有一個(gè)很好的控制。通過加大高溫區(qū)的冷卻強(qiáng)度，也使得此處的爐缸內(nèi)部容易形成穩(wěn)定的渣皮，對(duì)碳磚起到一定的保護(hù)作用，防止碳磚的進(jìn)一步侵蝕。

3.1.3  降低冶煉強(qiáng)度

在采取了增強(qiáng)爐缸冷卻強(qiáng)度的同時(shí)，高爐還通過降低冶煉強(qiáng)度，采用定風(fēng)壓操作，并把日產(chǎn)鐵量控制在5000噸以下，運(yùn)行了一段時(shí)間以后爐缸側(cè)壁并沒有得到有效的控制，后來側(cè)壁溫度突破到了600℃以上，高爐被迫臨時(shí)休風(fēng)堵對(duì)應(yīng)此處上方的四個(gè)風(fēng)口，復(fù)風(fēng)后進(jìn)一步降低冶煉強(qiáng)度，日產(chǎn)鐵量控制在4000噸以內(nèi)。隨著高爐冶煉強(qiáng)度的降低，爐缸側(cè)壁溫度逐步降低。通過降低冶煉強(qiáng)度，爐缸內(nèi)的鐵水環(huán)流速度有所減緩，有利于渣鐵凝結(jié)層的緩慢形成，對(duì)爐缸側(cè)壁的碳磚起到保護(hù)作用，進(jìn)而使得爐缸側(cè)壁溫度逐步下降。

3.1.4  鈦礦護(hù)爐

含鈦料護(hù)爐的基本原理是含鈦料進(jìn)入爐缸后，TiO2通過直接還原成為元素鈦，然后再生成TiC（熔化溫度3150℃）和TiN（熔化溫度2950℃）及固溶體Ti（C，N），它們?cè)倥c鐵水和從鐵水中析出的石墨結(jié)合在一起，進(jìn)入被侵蝕的磚縫，或在有冷卻的爐底表面凝結(jié)成保護(hù)層，對(duì)爐缸爐底起到保護(hù)作用。[2]

為了讓爐缸側(cè)壁溫度快速的得到控制，我們?cè)诮档鸵睙拸?qiáng)度的同時(shí)，高爐還增加了鈦礦的入爐，通過增加鈦礦入爐量，進(jìn)而控制鐵水含[Ti]在0.2%以上，同時(shí)使得生鐵含[Si]量在0.5%-0.6%之間。鈦礦護(hù)爐外加堵風(fēng)口作業(yè)，經(jīng)過將近20天的運(yùn)轉(zhuǎn)，爐缸側(cè)壁溫度開始大幅度下降；最終把爐缸側(cè)壁溫度控制在了安全范圍。

3.2  第二次、第三次爐缸突變的護(hù)爐措施

有了第一次的護(hù)爐經(jīng)驗(yàn)后，在爐缸第二次和第三次出現(xiàn)突變以后，我們根據(jù)第一次的護(hù)爐措施，進(jìn)行了沿用，在第一次爐缸側(cè)壁溫度突變以后，高爐停止了一段時(shí)間的鈦礦入爐，后來高爐出現(xiàn)第二次突變以后，高爐就一直保持鈦礦入爐，只是入爐的鈦礦量逐步降低。有了第一次的護(hù)爐經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)诒ＷC鈦礦入爐和增強(qiáng)冷卻壁冷卻強(qiáng)的同時(shí)，降低冶煉強(qiáng)度（堵風(fēng)口作業(yè)），通過堵風(fēng)口作業(yè)最終使得爐缸側(cè)壁溫度得到了有效的控制。

另外在第二次爐缸側(cè)壁溫度突變后，我們利用高爐定修的機(jī)會(huì)對(duì)爐缸側(cè)壁溫度高點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的風(fēng)口區(qū)域的風(fēng)口內(nèi)徑尺寸進(jìn)行了調(diào)整（縮小風(fēng)口直徑），這樣可以降低此處的爐缸的活躍程度，進(jìn)而減弱渣鐵環(huán)流對(duì)爐缸側(cè)壁碳磚的沖刷侵蝕。

4  結(jié)語

（1）在第一次爐缸側(cè)壁溫度突變時(shí)，通過爐缸壓漿，我們排除了鐵口與局部風(fēng)口竄氣的結(jié)論。

（2）通過三次的護(hù)爐經(jīng)驗(yàn)，我們得出結(jié)論降低冶煉強(qiáng)度（堵風(fēng)口作業(yè)）是最行之有效的護(hù)爐措施。

（3）在第二次護(hù)爐措施中，我們縮小了高溫點(diǎn)對(duì)應(yīng)上方的風(fēng)口直徑，這點(diǎn)措施多少起到了一定的護(hù)爐效果，但是對(duì)高爐的實(shí)際操作帶來了不利影響（高爐恢復(fù)過程出現(xiàn)偏料）。

（4）經(jīng)過了三次護(hù)爐的實(shí)踐，現(xiàn)在高爐側(cè)壁溫度得到了有效的控制，實(shí)現(xiàn)了在線的爐缸維護(hù)，避免了爐缸燒穿的風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)在高爐也恢復(fù)了高效運(yùn)行。

（5）通過這三次的護(hù)爐實(shí)踐，我們總結(jié)出了大量的護(hù)爐經(jīng)驗(yàn)，并且寫出了一個(gè)適合本高爐的護(hù)爐作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

5  參考文獻(xiàn)

[1] 王波，華建明，寶鋼1號(hào)高爐爐缸侵蝕分析及對(duì)策[J].煉鐵，2016.6.

[2] 王筱留，高爐生產(chǎn)知識(shí)問答（第2版）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2008.6.