秦憲亮  蘇  波  吳年海

（湖南華菱集團(tuán)湘潭鋼鐵公司）

摘  要  湘鋼4號(hào)1800m3高爐第二代爐齡投產(chǎn)2年多，爐缸側(cè)壁溫度開始不斷爬升，2015年8月份南、北鐵場(chǎng)側(cè)壁電偶內(nèi)層（插入深度460mm）溫度最高分別達(dá)到822℃和896℃，高爐生產(chǎn)存在著重大的安全隱患。對(duì)爐缸側(cè)壁溫度升高原因進(jìn)行了總結(jié)。通過建立高爐長(zhǎng)壽管理的長(zhǎng)效機(jī)制，優(yōu)化高爐操作，強(qiáng)化冷卻制度，穩(wěn)定高爐順行等，2017年開始實(shí)現(xiàn)了在高冶煉強(qiáng)度下，取消釩鈦礦護(hù)爐，爐缸側(cè)壁溫度受控的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞  高爐  長(zhǎng)壽  技術(shù) 

現(xiàn)代高爐的高效和長(zhǎng)壽是相互支撐、協(xié)同作用的兩個(gè)要素。大型化的現(xiàn)代高爐生產(chǎn)要求穩(wěn)定順行。延長(zhǎng)高爐壽命就是延長(zhǎng)高爐穩(wěn)定順運(yùn)行的生命周期，其實(shí)質(zhì)則是提高高爐生產(chǎn)效率。高爐一代爐役期間，其長(zhǎng)壽延長(zhǎng)一年就可以顯著增加產(chǎn)量，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。高爐一代爐齡期間的鐵產(chǎn)量是衡量高爐生產(chǎn)效率的重要指標(biāo)，單位容積產(chǎn)鐵量則是衡量高爐壽命的綜合指標(biāo)。隨著高爐利用系數(shù)的提高，及資源的短缺，近年來，高爐爐身下部、爐腰、爐腹及爐缸側(cè)壁受侵蝕嚴(yán)重，特別是鐵口區(qū) “象腳侵蝕”，嚴(yán)重制約高爐長(zhǎng)壽。經(jīng)過對(duì)高爐護(hù)爐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，通過精料、煤氣分布的調(diào)節(jié)、加強(qiáng)爐體冷卻、選擇合理的操作制度及日常維護(hù)等，能夠在降低經(jīng)濟(jì)成本前提下，起到很好的護(hù)爐效果。

1  湘鋼4號(hào)高爐基本情況

湘鋼4號(hào)高爐有效容積1800m3，采用皮帶上料、無料鐘爐頂布料系統(tǒng)、上置式軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，設(shè)26個(gè)風(fēng)口，2個(gè)鐵口；高爐爐體采用全冷卻壁冷卻，共分15段，1-4段為爐底爐缸光面冷卻壁，5段風(fēng)口區(qū)為光面冷卻壁，6-8段為銅冷卻壁，9-14段為鑲磚冷卻壁，15段為倒扣鑲磚冷卻壁。爐缸爐底使用國(guó)產(chǎn)大塊碳磚。一代爐齡于2004年2月開爐，2012年11月停爐大修，主要對(duì)爐缸炭磚及風(fēng)口組合磚重新砌筑，更換了部分冷卻壁；第二代齡于2013年2月1日送風(fēng)點(diǎn)火。

2  高爐長(zhǎng)壽管理

4號(hào)高爐投產(chǎn)不久，爐身和爐缸發(fā)生不同程度的侵蝕，2013年6月爐身9段冷卻支管開始損壞，截止2020年8月共計(jì)損壞冷卻支管65根，損壞趨勢(shì)見圖1。

經(jīng)分析主要原因：一是邊緣氣流發(fā)展；二是在原燃料質(zhì)量變差的情況下，采取高煤比操作；三是高爐設(shè)計(jì)的缺陷，爐腹角偏大。

2015年2月爐缸鐵口區(qū)表標(biāo)高7.895m側(cè)壁溫度開始不斷上升，超過警戒值，接近事故值，碳磚侵蝕最嚴(yán)重地方殘余厚度僅剩643mm，爐缸側(cè)壁溫度高點(diǎn)見表1。湘鋼#高爐爐缸預(yù)警溫度控制見表2。經(jīng)過提高爐溫、提高堿度、釩鈦礦護(hù)爐、加強(qiáng)冷卻、堵風(fēng)口、休風(fēng)涼爐等措施，取得了一定效果。但護(hù)爐的治理周期長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)代價(jià)太大，高爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)大幅度下滑。

隨著側(cè)壁穩(wěn)定的升高，給高爐生產(chǎn)帶來重大的安全隱患。雖然采取了加提高爐溫、提高堿度、釩鈦礦護(hù)爐、加強(qiáng)冷卻、堵風(fēng)口、休風(fēng)涼爐等措施，取得一定的效果。但從一個(gè)鋼鐵行業(yè)的經(jīng)營(yíng)角度來看，經(jīng)濟(jì)效益大幅度下滑，在目前外部競(jìng)爭(zhēng)激烈的體制下，嚴(yán)重影響鋼鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。面對(duì)這種局面，湘鋼煉鐵廠對(duì)爐缸側(cè)壁溫度上升的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，高爐煤氣分布不合理，邊緣氣流發(fā)展，冷卻壁破損，風(fēng)口頻繁損壞，原燃料質(zhì)量波動(dòng)，爐前作業(yè)惡化，爐況的波動(dòng)等，對(duì)高爐爐缸側(cè)壁溫度的波動(dòng)，起到很大的影響作用?？刂茽t缸側(cè)壁溫度上升要從對(duì)其造成影響的因素逐個(gè)改善，做到主動(dòng)控制。目前4號(hào)高爐在精料管理、氣流分布調(diào)節(jié)、爐前管理方面還有很大的改善空間。通過對(duì)總結(jié)以往護(hù)爐經(jīng)驗(yàn)，2017年開始，4號(hào)高爐在不加釩鈦礦，不控制冶煉強(qiáng)度的前提下，有效的控制了爐缸側(cè)壁溫度的上升。

3  建立高爐長(zhǎng)壽管理的長(zhǎng)效機(jī)制

4號(hào)高爐重點(diǎn)抓好高爐體維護(hù)，精料、爐前作業(yè)、高爐操作制度等的日常管理，計(jì)算好碳磚殘余厚度，并采取相應(yīng)的控制措施。

3.1  加強(qiáng)水質(zhì)管理

軟水在冷卻水管內(nèi)結(jié)垢將會(huì)導(dǎo)致冷卻壁冷卻效果變差，容易燒壞冷卻壁。4號(hào)高爐通過安裝軟水加藥裝置，定期給軟水加藥，改善水質(zhì)，冷卻水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)如表3。

軟水經(jīng)過加藥，水質(zhì)能夠在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，配合加大進(jìn)水流量，降低進(jìn)水溫度，能夠有效的提高爐冷卻效果。

3.2  爐前作業(yè)

爐缸側(cè)壁鐵口區(qū)作業(yè)環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期經(jīng)受高溫渣鐵沖刷，在高冶煉強(qiáng)度下，鐵口周圍碳磚容易受到侵蝕。日常鐵口泥包的維護(hù)對(duì)控制鐵口區(qū)的側(cè)壁溫度至關(guān)重要。

（1）維護(hù)好鐵口泥套，杜絕冒泥。開口前鐵口對(duì)中，防止鐵口鉆偏；出鐵期間做好過程監(jiān)，發(fā)現(xiàn)渣鐵流洗泥套，及時(shí)處理，防止泥套損壞；泥套深度超過80mm需從新制作泥套。

（2）提高鐵口深度。2015年7月開始鐵口從2.4m逐漸上漲至2.6~2.8m，之后鐵口狀況逐步好轉(zhuǎn)，16~20年鐵口深度基本穩(wěn)定在2.8~3.2m。鐵口深度標(biāo)準(zhǔn)提高后，爐缸鐵口區(qū)溫度明顯下降。

（3）改善炮泥質(zhì)量。炮泥質(zhì)量的好壞不僅影響爐前渣鐵排放，而且影響鐵口泥包抗沖刷能力，不易保護(hù)爐缸碳磚。

3.3  精料管理

精料是高爐順行的基礎(chǔ)，也是高爐長(zhǎng)壽的基本條件。嚴(yán)格把控槽位管理，杜絕低槽位。督促槽下嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)清理篩片，減少原燃料入爐粉末。堿金屬和Zn在爐缸上部和風(fēng)口區(qū)富集，侵蝕爐缸鐵口上部區(qū)域，控制其入爐量能夠降低對(duì)碳磚的破壞，4號(hào)高爐堿金屬和Zn含量如圖3。從圖3可以看出2014年Zn含量最高達(dá)到0.512kg/t，嚴(yán)重超過湘鋼對(duì)Zn控制≤0.35 kg/t的標(biāo)準(zhǔn)，從碳磚高溫點(diǎn)趨勢(shì)圖可以看出，堿金屬和Zn含量高的時(shí)間段，屬于爐缸側(cè)壁溫度上升期。

3.4  高爐操作制度

（1）穩(wěn)定熱制度和造渣制度，確保爐缸熱量充沛。爐缸工作活躍，渣鐵參透性好，鐵水對(duì)爐缸側(cè)壁的作用力減小，爐缸碳磚壽命可以延長(zhǎng)。

（2）確保足夠的風(fēng)速動(dòng)能，使中心能夠被吹透，減小鐵水環(huán)流。4號(hào)高爐風(fēng)速控制在270-275m/s，動(dòng)能在130kJ/s左右時(shí)，高爐運(yùn)行狀況良好。

（3）強(qiáng)化冷卻制度。軟水進(jìn)水流量由4050m3/h增加至4700m3/h，冷卻壁內(nèi)水速由原來1.8m/s到2.5m/s，軟水進(jìn)水溫度由41℃降至37℃，以提高爐缸冷卻能力，在炭磚熱面形成凝鐵層保護(hù)陶瓷襯脫落后的炭磚。4號(hào)高爐在局部溫度高的區(qū)域安裝增壓泵提高局部冷卻強(qiáng)度，溫度上升初期能夠有效的控制側(cè)壁溫度。

（4）上部裝料制度穩(wěn)定邊緣打開中心為主。4號(hào)高爐處于爐役后期，爐身9段冷卻壁損壞嚴(yán)重，截止目前已損壞21塊冷卻壁，爐型不規(guī)則，邊緣氣流不均勻，爐況穩(wěn)定性差；爐況的波動(dòng)進(jìn)一步加劇了爐缸碳磚的侵蝕，4號(hào)高爐日常調(diào)整以穩(wěn)定邊緣，做強(qiáng)中心為，維持高爐的長(zhǎng)周期穩(wěn)定，能夠在高富氧大噴吹的前提下，有效的降低碳磚被侵蝕的風(fēng)險(xiǎn)。 

3.5  爐體灌漿

高爐爐體灌漿是一種爐體維護(hù)技術(shù)，灌漿能填充冷卻壁與磚襯之間的縫隙，能夠有效的解決煤氣泄漏，爐皮開裂等問題。4號(hào)高爐利用計(jì)劃休風(fēng)經(jīng)歷9次造襯，制定了詳細(xì)的灌漿標(biāo)準(zhǔn)見表4。

3.6  完善爐缸監(jiān)測(cè)機(jī)制

目前4號(hào)高爐整個(gè)爐缸的熱電偶無法恢復(fù)的有71個(gè)點(diǎn)（共192個(gè)點(diǎn)），其中內(nèi)外都?jí)牡挠?3根電偶，特別是8.798m的5根電偶是內(nèi)外都無法恢復(fù)監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)安裝貼片監(jiān)測(cè)爐皮溫度，接入電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，爐缸監(jiān)測(cè)機(jī)制見表5。

4  結(jié)語

（1）高爐爐缸部位，特別是鐵口區(qū)，一直是影響高爐長(zhǎng)壽的重要環(huán)節(jié)，因而對(duì)鐵口區(qū)爐缸維護(hù)尤為重要。

（2）穩(wěn)定邊緣，做強(qiáng)中心，能夠改善爐缸焦柱的透氣透液性，從而減小鐵水環(huán)流對(duì)爐缸碳磚的侵蝕。

（3）冷卻壁漏水和頻繁的風(fēng)口破損對(duì)爐缸碳磚破壞很大。

（4）強(qiáng)化爐體冷卻，能夠使?fàn)t缸碳磚遠(yuǎn)離1150℃等溫線，碳磚周圍形成凝鐵層。

（5）堿金屬和Zn在爐缸上部和風(fēng)口區(qū)富集，使風(fēng)口二套上翹，嚴(yán)重影響煤氣流分布，同時(shí)侵蝕爐缸鐵口上部區(qū)域，控制其入爐量能夠降低對(duì)碳磚的破壞。

5  參考文獻(xiàn)  

[1] 張福明，程樹森.現(xiàn)代高了長(zhǎng)壽技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012:31-71.

[2] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊(cè)[M].北京.冶金工業(yè)出版社，2008.