梁紅星， 李會(huì)波， 遲鵬邐， 李 銘
（邯鋼集團(tuán)邯寶鋼鐵有限公司煉鐵廠， 河北 邯鄲 056015）
摘 要：總結(jié)了邯寶 1 號(hào) 3 200 m3 高爐在長(zhǎng)壽方面的一些經(jīng)驗(yàn)，分析了高爐設(shè)計(jì)建造及烘開爐的前期工作對(duì)高爐壽命的影響，同時(shí)也從高爐投產(chǎn)后保持長(zhǎng)期穩(wěn)定順行，優(yōu)化渣鐵排放制度、冷卻制度、精料制度等，保持爐缸活躍，避免冷卻壁及風(fēng)口漏水，優(yōu)化爐缸的在線維護(hù)等方面分析對(duì)高爐爐缸壽命的影響。
關(guān)鍵詞：高爐；爐缸；長(zhǎng)壽；維護(hù)
0 引言
一代高爐壽命的結(jié)束以高爐放殘鐵大休為標(biāo)志，可見高爐爐缸的壽命決定了高爐的整體壽命。要實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽，最關(guān)鍵的是要保證爐缸的長(zhǎng)壽。本文通過對(duì)邯鋼邯寶 1 號(hào) 3 200 m3 高爐長(zhǎng)壽情況的分析研究得出高爐爐缸長(zhǎng)壽的主要影響因素。邯鋼邯寶 1 號(hào) 3200 m3 高爐于 2008 年 4 月 18 日投產(chǎn)，2021 年 6 月17 日停爐大修，中間沒有中休，連續(xù)生產(chǎn) 13 年，累計(jì)產(chǎn)鐵 34 623 008 t，單位有效容積產(chǎn)量 10 820 t/m3 ，實(shí)踐生產(chǎn)中高爐在長(zhǎng)壽方面取得不少成功經(jīng)驗(yàn)。
1 影響高爐爐缸長(zhǎng)壽的因素
1.1 長(zhǎng)壽設(shè)計(jì)及施工
長(zhǎng)壽設(shè)計(jì)及施工是保證爐缸長(zhǎng)壽最主要的先天因素。合理的長(zhǎng)壽設(shè)計(jì)是影響爐缸長(zhǎng)壽與否的先天因素，所謂合理，即根據(jù)爐缸的侵蝕因素（鐵水滲透和侵蝕、鐵水流動(dòng)沖刷、熱應(yīng)力、有害元素等）進(jìn)行設(shè)計(jì)，能有效防止目前已發(fā)現(xiàn)的爐缸損壞形式（如碳磚環(huán)列、象腳侵蝕等）出現(xiàn)，且能取得較好的其他指標(biāo)的設(shè)計(jì)。
1 號(hào)高爐爐缸直徑 12.6 m，爐缸深度 5 m，加大了死鐵層，可有效緩解渣鐵對(duì)爐缸的環(huán)流沖涮，此外擴(kuò)大了爐腰直徑，減小了爐腹角，可改善煤氣流分布，利于穩(wěn)定爐腹渣皮、延長(zhǎng)爐腹壽命；擴(kuò)大爐腰直徑，減小爐身角能夠改善料柱透氣性，降低煤氣流速，減小爐料膨脹對(duì)內(nèi)襯和渣皮的摩擦力，以上設(shè)計(jì)都能使高爐冷卻壁在生產(chǎn)中損壞的概率降低，有效避免冷卻壁漏水進(jìn)入爐缸引起的爐缸碳磚氧化。1 號(hào)高爐爐底直冷管水冷，1 層為國(guó)產(chǎn)石墨磚，2、3 層為國(guó)產(chǎn)微孔碳磚，4、5 層為德國(guó) SGL 大塊超微孔碳磚，最上兩層為楔形陶瓷杯，爐底總厚度為 2 800 m。爐缸側(cè)壁外環(huán)采用UCAR 熱壓小碳磚 NMA，鐵口區(qū)采用 NMD，內(nèi)壁采用國(guó)產(chǎn)陶瓷杯，風(fēng)口區(qū)用大型異型組合磚。美國(guó) UCAR熱壓碳磚尺寸小，單塊碳磚的溫差小，有良好的抗堿侵蝕能力。美國(guó) UCAR 熱壓碳磚的典型性能指標(biāo)如表1 所示。從表 1 可見，美國(guó) UCAR 熱壓碳磚特點(diǎn)還包括：低滲透性，氣孔度小，氣孔封閉，吸水性能極弱；抗熱震性、熱沖擊性好；熱導(dǎo)率高；導(dǎo)電性好。
由此可見，1 號(hào)高爐在先天設(shè)計(jì)上就為高爐長(zhǎng)壽奠定了夯實(shí)的基礎(chǔ)。
1.2 烘爐及開爐質(zhì)量
烘爐及開爐質(zhì)量是保證爐缸長(zhǎng)壽的另一個(gè)先天因素。高爐在開爐之前要先進(jìn)行烘爐，使高爐耐火材料砌體內(nèi)水分緩慢蒸發(fā)，提高砌體整體強(qiáng)度；使整個(gè)爐體設(shè)備逐漸加熱至生產(chǎn)狀態(tài)，避免生產(chǎn)后因劇烈膨脹而損壞設(shè)備，同時(shí)部分耐材會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，伴隨體積膨脹，所以要根據(jù)高爐使用建設(shè)材料精心設(shè)計(jì)烘爐形式，否則會(huì)造成耐材損壞，甚至造成開爐后風(fēng)口和冷卻設(shè)備損壞漏水，進(jìn)而造成不能正常出第一爐鐵或者爐缸凍結(jié)，嚴(yán)重影響爐缸壽命。
圖 1 是 1 號(hào)高爐的烘爐本體烘爐曲線。烘爐前，爐前提前制作好四個(gè)鐵口泥包并安裝煤氣導(dǎo)出管，烘爐導(dǎo)管用 Ф127 mm 無縫鋼管制作，在爐內(nèi)焊接完成，共安裝 28 個(gè)，烘爐導(dǎo)管從風(fēng)口小套插入，長(zhǎng)度為爐缸半徑的 1/3 或 1/2，底部用支架固定，距地面 50 mm 或80 mm，烘爐導(dǎo)管上部用鋼板覆蓋，以確保烘爐氣流向下，烘好爐缸和爐底。根據(jù)高爐各部位耐材的特點(diǎn)，車間制定了詳細(xì)的烘爐方案，并對(duì)升（降）溫速度嚴(yán)格控制，小時(shí)偏差≤10 ℃，300 ℃和 500 ℃恒溫時(shí)溫度波動(dòng)≤5 ℃，實(shí)際烘爐 230 h。
1 號(hào)高爐的開爐因?yàn)榍捌跍?zhǔn)備充分，于 2008年4 月 18 日 10：46 送風(fēng)點(diǎn)火，4 月 19 日 16：28 順利出第一爐鐵，渣鐵流動(dòng)性良好，標(biāo)志著 1 號(hào)高爐順利投產(chǎn)。
5 月 15 日產(chǎn)量達(dá)到 6 457.3 t，利用系數(shù) 2.018 t（/ m3 ·d），焦比 422 kg/t，煤比 56.9 kg/t，綜合燃料比為 491 kg/t，并連續(xù) 3 d 日產(chǎn)量保持在 6 000 t 以上，標(biāo)志著 1 號(hào)3 200 m3 高爐順利達(dá)產(chǎn)。
1.3 高爐長(zhǎng)期的穩(wěn)定順行
高爐長(zhǎng)期的穩(wěn)定順行是保障爐缸長(zhǎng)壽的基礎(chǔ)因素。高爐的所有攻關(guān)都要在其穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)上進(jìn)行，長(zhǎng)壽亦不例外。爐況失常伴隨各種情況，總體分為兩種，即氣流分布失常和爐缸工作失常。爐缸工作異常，邊緣堆積容易損壞風(fēng)口，風(fēng)口漏水進(jìn)入爐缸，同時(shí) 引起休風(fēng)頻繁，爐缸熱量波動(dòng)導(dǎo)致熱震；中心堆積，鐵水環(huán)流增加，勢(shì)必影響爐缸長(zhǎng)壽；氣流失常，邊緣氣流不穩(wěn)，氣流容易導(dǎo)致冷卻壁破損，向爐缸漏水引起碳磚氧化破損，同時(shí)氣流紊亂、慢風(fēng)容易引起爐缸工作失常。日常操作中始終將 1 號(hào)高爐長(zhǎng)期的穩(wěn)定順行放在首位，根據(jù)原燃料條件，適時(shí)調(diào)整上下部制度，優(yōu)先保障強(qiáng)有力的中心氣流，適度發(fā)展邊緣氣流。將 1 號(hào)高爐的水溫差控制在 2.5~3.5 ℃的區(qū)間內(nèi)。正常情況下，邊緣氣流穩(wěn)定，爐墻溫度呈小鋸齒狀波動(dòng)，如出現(xiàn)掉渣皮，溫度大幅波動(dòng)，則要及時(shí)調(diào)整氣流及負(fù)荷，疏導(dǎo)氣流，穩(wěn)定邊緣。
1.4 渣鐵排放制度
渣鐵排放制度不合理是影響爐缸長(zhǎng)壽的主要因素。渣鐵的機(jī)械沖刷和化學(xué)侵蝕是造成爐缸侵蝕的重要因素之一。在高爐的一代爐齡生產(chǎn)中，要合理組織渣鐵的排放順序，避免爐缸局部出現(xiàn)過分的侵蝕，造成高爐爐役的提前結(jié)束。一方面要確定合理的鐵口深度。爐缸侵蝕最快的部位當(dāng)屬鐵口區(qū)域，出鐵過程中，渣鐵通過此區(qū)域的速度最快，故而對(duì)此區(qū)域的機(jī)械沖刷也是最嚴(yán)重的。炮泥在鐵口附近形成的泥包可以減輕甚至避免鐵口區(qū)域碳磚直接被渣鐵沖刷。鐵口深度過淺形不成足夠的泥包保護(hù)鐵口區(qū)域碳磚，鐵口區(qū)域碳磚侵蝕速度增快，就很容易成為爐缸長(zhǎng)壽的短板。將 1 號(hào)高爐的鐵口深度控制在 3 300~3 600 mm。
另一方面要合理控制出鐵時(shí)間。出鐵時(shí)間過長(zhǎng)，渣鐵對(duì)鐵口區(qū)域的沖刷量就隨之增加，且相同方向的環(huán)流量增加，容易促進(jìn)象腳侵蝕的形成。出鐵時(shí)間過短，一般是由于鐵口過淺或者鉆頭使用過大，渣鐵排放速度過快引起的，渣鐵排放速度快，機(jī)械沖刷的強(qiáng)度就高，且由于此鐵口渣鐵排放時(shí)間過短，另一鐵口的泥包結(jié)焦時(shí)間不足，泥包強(qiáng)度不夠，在其出鐵過程中泥包侵蝕快甚至?xí)嗔眩鸩坏阶銐虻谋Ｗo(hù)鐵口區(qū)域碳磚的作用。生產(chǎn)實(shí)際中，根據(jù) 1 號(hào)高爐的產(chǎn)量控制水平，將出鐵時(shí)間控制在 110~150 min 的區(qū)間，平均日出鐵 次數(shù) 11~13 次，平均鐵水流速≥5.5 t/min。
1.5 風(fēng)口或冷卻壁長(zhǎng)期向爐內(nèi)漏水
風(fēng)口或冷卻壁長(zhǎng)期向爐內(nèi)漏水是影響爐缸長(zhǎng)壽的直接因素。由于環(huán)境、設(shè)計(jì)、選材、建設(shè)以及后期操作的影響，冷卻壁和風(fēng)口在所難免的出現(xiàn)破損，這時(shí)會(huì)有冷卻水進(jìn)入爐缸，對(duì)碳磚造成氧化，導(dǎo)致爐缸的異常侵蝕；同時(shí)冷卻水進(jìn)入爐缸，也會(huì)造成爐溫下降甚至爐涼，爐缸工作異常，也會(huì)引起爐缸在特定位置的快速侵蝕。所以要避免損壞的冷卻壁或者風(fēng)口向爐內(nèi)漏水。1 號(hào)高爐在爐役的前中期風(fēng)口損壞極少，后期由于原燃料質(zhì)量影響，爐缸工作變差，風(fēng)口損壞變得頻繁，但也需及時(shí)更換，或者改成壓力較低的工業(yè)水進(jìn)行冷卻，避免向爐缸大量漏水。在冷卻壁養(yǎng)護(hù)上，1 號(hào)高爐成績(jī)也是顯著，到大休前，只有 4 根冷卻壁管根破損，而且也及時(shí)掐掉了漏水冷卻壁的供水，安裝炮彈進(jìn)行冷卻。
1.6 爐缸工作不活躍
爐缸工作不活躍是造成爐缸異常侵蝕的另一直接因素。爐缸內(nèi)死焦堆的透氣透液性直接影響了爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流的強(qiáng)度，爐缸內(nèi)死焦堆透氣透液性差，造成爐缸中心堆積，鐵水在爐缸邊緣集聚，環(huán)流增加，造成爐缸的象腳型侵蝕。同時(shí)爐缸不活躍，容易造成氣流紊亂、出鐵秩序紊亂、風(fēng)口損壞等情況，都是不利于爐缸長(zhǎng)壽的。需高度重視 1 號(hào)高爐爐缸的活躍情況，主要是通過控制焦炭質(zhì)量，將入爐粒度控制在 50 mm以上，要求 CSR≥65%，CRI≤25%。同時(shí)通過上下部調(diào)劑、熱制度調(diào)整等積極調(diào)整爐缸狀態(tài)，偶爾也采取錳礦、螢石等對(duì)爐缸堆積進(jìn)行處理。
1.7 冷卻制度
合理的冷卻制度是保障爐缸長(zhǎng)壽的關(guān)鍵因素。邯寶 1 號(hào)高爐采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。此系統(tǒng)除了水量消耗少、動(dòng)力消耗低的優(yōu)點(diǎn)外，還具有對(duì)冷卻原料無腐蝕、結(jié)垢、氧化等，冷卻可靠性高，冷卻效率高；方便進(jìn)行泄漏檢測(cè)等，這都是有利于高爐（包括爐缸）長(zhǎng)壽的。在水溫控制上，正常使用水溫 36~38 ℃，特殊情況也不超過 40 ℃。
1.8 精料制度
精料制度也是影響高爐長(zhǎng)壽的關(guān)鍵因素。精料制度對(duì)高爐的各個(gè)方面的影響都很大，甚至可以說是絕對(duì)性的，高爐操作有“七分原料，三分操作”的說法。原燃料質(zhì)量跟不上，就貫徹不了“高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、長(zhǎng)壽、環(huán)保”的十字方針。在對(duì)精料的把握上，除了要滿足保持高爐穩(wěn)定順行的基本要求外，在保障爐缸長(zhǎng)壽上，要注意兩個(gè)方面，一是要確保焦炭的高質(zhì)量，另一個(gè)是要控制好有害元素的負(fù)荷及排放。
重視焦炭是因?yàn)樵跔t缸內(nèi)存在死焦堆，死焦堆的透氣透液性直接影響渣鐵在爐缸里的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。焦炭的質(zhì)量下降，容易引起爐缸工作失常，風(fēng)口損壞幾率增加，渣鐵環(huán)流強(qiáng)度升高，爐缸碳磚侵蝕加劇。在日常原燃料管理上，要格外重視焦炭的冷熱強(qiáng)度，即熱反應(yīng)性，防止碎焦炭或者焦粉在爐缸的大量堆積。表 2為 1 號(hào)高爐焦炭指標(biāo)的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。
有害元素對(duì)高爐爐缸碳磚的不利影響已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注及研究，尤其是堿金屬及鋅對(duì)爐缸的危害。堿金屬及鋅還原并在高溫區(qū)氣化后能夠滲透進(jìn)爐缸碳磚縫隙，隨后產(chǎn)生體積膨脹引起碳磚破壞，最關(guān)鍵的是堿金屬及鋅在爐內(nèi)爐外存在循環(huán)富集的現(xiàn)象，導(dǎo)致危害不斷加劇。1 號(hào)高爐在第一代爐齡中出現(xiàn)過風(fēng)口二套大量上翹的情況，休風(fēng)時(shí)有銀白色液體（分析主要成分為鋅元素）流出，可見鋅對(duì) 1 號(hào)高爐爐缸長(zhǎng)壽的不利影響比較突出。故而，減少堿金屬及鋅的入爐負(fù)荷，提高高爐的排堿率、排鋅率是提高爐缸壽命的有效手段。降低堿金屬的循環(huán)富集的措施主要是控制爐溫，降低堿度，提高渣中的 MgO 含量，同時(shí)減少燒結(jié)礦混勻料中爐前除塵灰的比例。控制鋅的循環(huán)富集危害的措施是提高料柱透氣性，控制頂溫下限，減少燒結(jié)礦混勻料中瓦斯灰、瓦斯泥的配比。
1.9 維護(hù)操作不及時(shí)
維護(hù)操作不及時(shí)是影響爐缸長(zhǎng)壽另一主要因素。在爐缸的維護(hù)操作上，主要對(duì) 1 號(hào)高爐做了兩個(gè)方面的工作：一是貫穿整個(gè)爐役前中后期的灌漿。及時(shí)封填爐缸耐材與冷卻壁、冷卻壁與爐殼等處出現(xiàn)的間隙，防止高溫氣體在間隙間流動(dòng)，造成爐缸碳磚的破損。二是在爐役后期使用鈦礦護(hù)爐，主要是使用含鈦燒結(jié)礦和含鈦球團(tuán)礦以及使用含鈦炮泥，在爐缸生成高熔點(diǎn)的 TiC、TiN、Ti（CN），與鐵水中析出的石墨碳等形成黏稠物，凝結(jié)在爐缸侵蝕嚴(yán)重的部位，從而阻止這些部位的進(jìn)一步侵蝕。1 號(hào)高爐后期鈦礦護(hù)爐期間，鐵水中 w（Ti）在 0.1%~0.13%。
2 結(jié)論
1）高爐的爐缸長(zhǎng)壽是一個(gè)系統(tǒng)工作，要貫穿高爐從設(shè)計(jì)建造到大休的整個(gè)過程。
2）高爐爐缸的設(shè)計(jì)建設(shè)、烘爐開爐工作對(duì)高爐爐缸長(zhǎng)壽起先天決定性作用。
3）要重視高爐的日常操作，要保持高爐長(zhǎng)期的穩(wěn)定順行，并不斷地優(yōu)化布料制度、熱制度、冷卻制度、送風(fēng)制度，才能保證高爐爐缸長(zhǎng)壽。
4）對(duì)爐缸進(jìn)行在線維護(hù)能夠有效提高高爐爐缸壽命。