高向洲¹，張志斌¹，張 利²，馬 祥¹，于恒亮¹，郭卓團¹

（1．內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司煉鐵廠，內(nèi)蒙古 包頭 014010；

2．內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司制造部，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

摘 要：高爐爐缸是制約高爐壽命達到15年以上的關(guān)鍵部位，也是決定高爐壽命的關(guān)鍵因素。針對5＃ 高爐爐缸側(cè)壁溫度升高，通過對爐缸侵蝕機理的研究，判定鐵水環(huán)流加劇、炭磚侵蝕嚴(yán)重是爐缸側(cè)壁溫度升高的直接原因。5＃ 高爐通過采取制定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)、強化日常管理、優(yōu)化鐵口深度標(biāo)準(zhǔn)與加強維護、根據(jù)三級預(yù)警調(diào)整生產(chǎn)操作參數(shù)等防治措施，爐缸側(cè)壁標(biāo)高 8.663ｍ 處鐵口區(qū)溫度均下行，停爐前基本穩(wěn)定在350 ～450 ℃ ，處于可控范圍。

關(guān)鍵詞：高爐長壽；爐缸；側(cè)壁溫度；預(yù)警管控；鐵口深度

包鋼5＃ 高爐于2019 年 4月大修開爐，有效容積為1500 ｍ³ ，設(shè)置24個風(fēng)口，東西兩個出鐵場，配備有渣鐵擺嘴。本體采用開路循環(huán)水冷卻，共有17段冷卻壁。爐頂采用并罐裝料工藝。期間受市場影響2022年8月停爐，鋼鐵市場回暖后，5＃ 高爐于2023 年2月重新開爐，期間高爐總體安全運行3年零4個月。

1   現(xiàn)狀

5＃ 高爐爐缸侵蝕主要集中在兩鐵口下方，炭磚殘存厚度東鐵口下方為816 ｍｍ，西鐵口下方為875 ｍｍ，其他方向為1000～ 1300 ｍｍ，爐底厚度較均勻，在 2078～ 2211ｍｍ 之間。東鐵口下方標(biāo)高 8.663ｍ 側(cè)壁溫度7 月11 日11：53 東場堵口后溫度 陡升，15 ｍｉｎ 內(nèi)溫度從 586 ℃ 上升至597 ℃ ，后采取 西場連續(xù)出鐵一次，溫度逐步下降至 576 ℃ ，恢復(fù)雙 場正常出鐵后該溫度又繼續(xù)上升至611 ℃ 。

2 爐缸結(jié)構(gòu)

爐缸是決定高爐壽命的關(guān)鍵部位^［1］ 。5＃ 高爐爐 缸采用國產(chǎn)超微孔炭磚，爐底采用陶瓷墊搭配超微孔＋半石墨磚的復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計。爐缸爐底區(qū)域埋設(shè)了163 支柔性電偶，后又增設(shè)16 支電偶（每支兩個 測溫點），共計195個測溫點，這些電偶在高度上分11層，其中爐底設(shè)計5層，爐缸側(cè)壁設(shè)計6層，縱向 高度從4.50 ｍ 至9.081 ｍ，爐缸側(cè)壁重點侵蝕區(qū)域插深分別為0.30 ｍ 和0.15ｍ，配備爐缸爐底溫 度場在線監(jiān)測預(yù)警模型。

3 側(cè)壁溫度升高原因分析

3.1 原燃料質(zhì)量波動大

5＃ 高爐原燃料質(zhì)量整體較差，鼓風(fēng)動能基本維持在 80 ｋＪ／ ｓ，低于行業(yè)平均 125ｋＪ／ ｓ 的鼓風(fēng)動能， 中心氣流長期偏弱，導(dǎo)致爐缸死焦堆肥大且透液性 不好，鐵水環(huán)流加劇，爐缸側(cè)壁侵蝕速度加劇。表1為焦炭質(zhì)量指標(biāo)，表2為有害元素入爐負荷。

由表1可知，5＃ 高爐所使用的西區(qū)濕焦灰分偏 高，反應(yīng)后強度波動較大，焦粉率高，且為搗固焦，氣 孔率小，對爐缸透液性影響較大。由表2可知，隨著 護爐措施使用，入爐鈦負荷呈上升趨勢，堿負荷、鋅 負荷較高，其危害主要有：

（1）提前并加劇 CO₂ 對焦炭的氣化反應(yīng)，縮小 間接還原區(qū)，擴大直接還原區(qū)，進而引起焦比升高， 降低料柱特別是軟熔帶氣窗的透氣性，引起風(fēng)口大 量破損。

（2）加劇球團礦災(zāi)難性膨脹和多數(shù)燒結(jié)礦中溫 還原粉化。

（3）由于上述兩種原因，引起高爐料柱透氣性 惡化，壓差梯度升高，如不適當(dāng)控制冶煉強度，會頻 繁地引起高爐崩料、懸料乃至結(jié)瘤。

（4）對于堿金屬積累嚴(yán)重的高爐，礦石（包括人 造礦）的軟熔溫度降低，焦炭破損嚴(yán)重，在氣流分布 失?；蚶鋮s強度過大時，也會引起高爐上部結(jié)瘤。

（5）堿金屬、鋅等有害元素會引起硅鋁質(zhì)耐火 材料異常膨脹、熱面剝落和嚴(yán)重侵蝕，從而大大縮短 了高爐內(nèi)襯的壽命，嚴(yán)重時還會脹裂爐缸、爐底鋼 殼。

3.2 鐵口深度不夠

試驗分析在鐵口附近，隨鐵口深度的增加，爐缸 內(nèi)壁上部和下部剪切應(yīng)力值顯著減??；而在遠離鐵 口的位置剪切應(yīng)力值變化很小。說明鐵口深度的變 化對鐵口附近周圍的應(yīng)力分布影響較大，而對離鐵 口較遠的區(qū)域影響較小。造成這種情況的原因是， 隨著鐵口深度的增加，鐵水向鐵口中心流動，使得爐 缸邊緣的鐵水環(huán)流減小，從而減輕了對爐缸內(nèi)壁的 沖刷及熔蝕。隨著鐵口深度的增加，爐缸內(nèi)壁剪切 應(yīng)力值的減小幅度有所變化^［2－4］ ，見圖1。

5＃ 高爐日常生產(chǎn)中，鐵口深度長期保持在2.5 ～ 2.8 ｍ，對標(biāo)行業(yè)同級別高爐鐵口平均深度為2.8 ｍ，由于鐵口深度偏小，沒有很好地形成有效泥 包對炭磚進行保護，加劇了鐵口區(qū)域鐵水流動沖刷 頻率，從而增加了對鐵口區(qū)域內(nèi)襯的侵蝕速度。

3.3 鐵口區(qū)炭磚侵蝕嚴(yán)重

5＃ 高爐爐缸標(biāo)高 8.633 ｍ 處炭磚出廠型號為1198 ｍｍ ×500 ｍｍ，停爐后通過對爐缸炭磚侵蝕情況調(diào)查，炭磚殘留厚度見表3。

由表3可知，東西鐵口下方標(biāo)高8.663 ｍ 處炭 磚殘留厚度最薄為138 ｍｍ，最厚處也僅有468 ｍｍ， 是側(cè)壁溫度升高的直接原因。

4 防治措施

為了有效控制爐缸側(cè)壁溫度上升且處于可控范 圍內(nèi)，確保高爐安全停爐，特制定如下預(yù)防和治理措 施。

4.1 制定爐缸預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)及操作標(biāo)準(zhǔn)

針對 5＃ 高爐爐缸側(cè)壁溫度異常升高，為保證安 全生產(chǎn)，制定以下特護標(biāo)準(zhǔn)。具體預(yù)警值和對應(yīng)措 施見表4、表 5。

依據(jù)預(yù)警級別采取如下相應(yīng)措施：

（1）爐內(nèi)操作。鐵水物理溫度大于1500 ℃ ，鐵水 Si 含量在0.50％ ～ 0.65％ 之間，鐵水 S含量小于0.030％ ，在縮小風(fēng)口或加長風(fēng)口的基礎(chǔ)上酌情堵風(fēng) 口。長期使用釩鈦礦護爐，鐵水Ti含量控制在0.18％ ～0.25％ ，減產(chǎn) 5％ 以上直至穩(wěn)定。

（2）爐前操作。鐵口深度大于 3.0ｍ；鐵口區(qū)域 側(cè)壁溫度高時，使用特護炮泥；連續(xù)兩爐低于鐵口深 度下限，應(yīng)分析原因，采取有效措施，避免半截漏和 滲鐵現(xiàn)象；側(cè)壁溫度高的鐵口控制出鐵時間，原則上 出鐵時間應(yīng)小于90 ｍｉｎ，鐵口見噴后方可堵口；出鐵 量減少，采取兩個鐵口輪流出鐵，以確保兩個鐵口泥 包完整。

（3）冷卻制度。檢查冷卻設(shè)備漏水情況，及時 更換漏水冷卻設(shè)備；爐缸冷卻強度用至最大能力，降 低進水溫度至最低，同時溫度高的冷卻壁單獨改高 壓水冷卻；嚴(yán)格執(zhí)行水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)。

（4）增加人工檢測次數(shù)。增加鐵口區(qū)域溫度高 對應(yīng)一側(cè)爐殼溫度自動檢測設(shè)備；爐基水溫差及爐 殼溫度檢測，每班一次，并按此頻次發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)至 “煉鐵廠高爐長壽”群。

（5）其他。如有上述沒有描述到的異常情況出 現(xiàn)時，按相應(yīng)的應(yīng)急措施進行處理；以上動作量由每 天碰頭會決定，側(cè)壁溫度小于500 ℃ 開始逐步返回 調(diào)整量；利用系數(shù)按小于 2.3ｔ ／（ｍ³ ·ｄ）控制。

4.2 強化基礎(chǔ)管理

爐缸側(cè)壁溫度、炭磚殘留厚度任何一項達到預(yù)警 等級，應(yīng)匯報生產(chǎn)技術(shù)部，由生產(chǎn)技術(shù)部進行核定。

（1）信息管理。預(yù)警在正常范圍內(nèi)，每天早班匯報 1次，達到預(yù)警每班匯報2次（6 小時／次）。預(yù) 警信息發(fā)送至高爐長壽微信群。

（2）電偶維護。加強爐缸區(qū)域電偶維護，出現(xiàn) 異常及時檢查更換，同時增設(shè)爐缸冷卻壁水溫差升 高部位的電偶，以監(jiān)測此部位爐墻的溫度變化情況。

（3）爐殼測溫。在爐缸冷卻壁水溫差較高爐殼 處，按要求用紅外測溫檢測爐皮溫度，并作好記錄。 同時定期用紅外成像儀拍攝爐皮熱成像圖，必要處 安裝爐皮溫度檢測裝置，連續(xù)監(jiān)測爐皮溫度。

4.3 鐵口深度標(biāo)準(zhǔn)的制定與維護

4.3.1 優(yōu)化鐵口深度標(biāo)準(zhǔn)

鐵口深度即出鐵時鐵口區(qū)域爐墻和爐內(nèi)泥包渣 鐵通道的總長度。圖2為國內(nèi)部分高爐鐵口深度和爐容的關(guān)系，由圖2可以看出，隨爐容的增大，鐵口 深度相應(yīng)增加。對于3000ｍ³以下級別高爐，鐵口深度隨爐容增加趨勢明顯，3000ｍ^３以上級別高爐， 鐵口深度增加趨勢變緩。鐵口深度與鐵口區(qū)域爐墻 厚度有關(guān)，一般要求在爐墻厚度的 1.2 ～1.5 倍之 間^［5］ 。

結(jié)合包鋼高爐設(shè)計資料及行業(yè)同級別高爐合理 鐵口深度計算得出 ５＃ 高爐鐵口深度在 2.8 ～3.0 ｍ 較為合理。

4.3.2 加強鐵口的維護

（1）保持正常的鐵口深度。根據(jù)鐵口的構(gòu)造， 正常的鐵口深度應(yīng)稍大于鐵口區(qū)爐襯的厚度。保持 正常的鐵口深度，在操作上應(yīng)每次渣鐵出凈后，全風(fēng) 堵鐵口；保持適宜的堵泥量；炮泥質(zhì)量應(yīng)滿足生產(chǎn)要 求，要有良好的塑性及耐高溫渣鐵磨蝕和熔蝕的能 力；加強鐵口泥套的維護。

（2）保持正常的鐵口角度。固定鐵口角度操作 十分必要，出鐵口由一套組合磚砌筑，如鐵口角度改 變，必然破壞組合磚，同時爐缸鐵水環(huán)流會加重對爐 缸磚襯的侵蝕。

（3）保持正常的鐵口直徑。鐵口孔道直徑變化 直接影響到渣鐵流速，孔徑過大易造成流量過大，引 起渣鐵溢出主溝或下渣過鐵等事故。另外，還會引 起出鐵間隔時間不均勻，影響爐況順行。

（4）保持鐵口泥套完好。保持鐵口泥套完好可防 止鐵口冒泥和鐵口堵不上，減少事故，保證鐵口深度。

5 治理效果

通過采取以上防治措施，5＃ 高爐爐缸側(cè)壁標(biāo)高8.663 ｍ 處鐵口區(qū)溫度上升得到了有效的遏制，基本穩(wěn)定在 350 ～450 ℃ 之間，無明顯變差的趨勢，處 于可控范圍內(nèi)，消除了爐缸安全的重大隱患，為高爐 安全高效運行創(chuàng)造了良好條件。

6 結(jié)論

（1）通過對爐缸炭磚侵蝕調(diào)查，東西鐵口下方 標(biāo)高8.663 ｍ 處炭磚殘留厚度最薄處為138 ｍｍ，位 于東鐵口下方，最厚處也僅有468ｍｍ，炭磚侵蝕嚴(yán) 重是側(cè)壁溫度升高的直接原因。

（2）5＃ 高爐通過采取制定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)、完善高爐 管理、優(yōu)化鐵口深度、調(diào)整生產(chǎn)操作參數(shù)等措施，爐缸側(cè)壁溫度得到了有效防治。

參考文獻

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