劉文明

（首鋼通鋼公司煉鐵事業(yè)部  ）

摘要：2025年3月份以來，3#高爐針對爐缸側(cè)壁溫度異常升高問題，以主打?qū)嵨锂a(chǎn)能為前提，眼睛向內(nèi)、科學(xué)煉鐵為原則，通過采取一系列技術(shù)措施：①常態(tài)化局部堵風口1-2個，鼓風動能從115m/s提高到130m/s。②該部位冷卻壁軟水冷卻改成工業(yè)水冷卻，單管冷卻水流量從30m³/h提高到48m³/h，提高冷卻強度。③改善爐料結(jié)構(gòu)，提高入爐焦炭質(zhì)量。采取一系列措施后，不僅使爐缸側(cè)壁溫度得到有效控制，還取得良好的經(jīng)濟技術(shù)指標，實現(xiàn)了綠色高效低成本煉鐵。

關(guān)鍵詞：高爐；護爐；指標優(yōu)化         

1  概況 

通鋼3＃高爐爐容2680m³，2014年7月12日建成投產(chǎn)，設(shè)有30個風口，3個出鐵口兩工一備。2016年4-5月份3#鐵口下方壁體溫度開始上升，最高點上升至604℃，當時測算碳磚殘厚最薄地方700mm，后期鈦礦護爐。直至2019年5月份由美固美特重新澆筑爐缸，至今生產(chǎn)6年。2025年2月27日，爐缸一層點位T1107-9,10,11,12（10-13#風口下方，標高7.795m）處內(nèi)環(huán)電偶溫度T1107-9已上升至475℃，外環(huán)電偶T1107-10已達到329℃，爐皮溫度最高點78℃（與電偶不在同一位置），該點殘存碳磚厚度583mm，經(jīng)測算澆筑料厚度256mm。引起了公司、鐵部高度重視。通過采取一系列防護措施后，不僅所有高溫點得到有效控制，高爐順行狀態(tài)和各項指標也不斷改善，高爐利用系數(shù)達2.35 t/m³.d左右，燃料比降低至530kg/t水平。

2  爐體溫度升高情況及熱流強度、炭磚剩余厚度

2.1  爐體溫度升高情況

2月末對爐皮溫度例行檢測時，發(fā)現(xiàn)10#風口下方標高7795mm位置（爐缸第二段13-15塊冷卻壁區(qū)域）爐皮溫度升高趨勢異常，檢測該位置爐皮溫度達到78℃，較此前升高近20 ℃，其它區(qū)域爐皮溫度40～50℃。1～5段冷卻壁總體水溫差為0.12℃。由于3#高爐爐體測溫點較少，且部分出現(xiàn)損壞，決定利用3月3日臨修機會改管、堵風口操作，恢復(fù)所有損壞流量計和差壓表，并且對爐皮溫度高的區(qū)域安裝爐皮監(jiān)控，實現(xiàn)在線監(jiān)測。

圖1 新增監(jiān)護爐殼溫度（熱成像）變化情況

2.2熱流強度

現(xiàn)場測量2段冷卻壁東南方向58-65#冷卻壁水溫差按0.2℃計算。二段冷卻壁面積為2.45m²，四進四出，單根水管冷卻面積占1/4。改用工業(yè)水冷卻后，現(xiàn)場測量單根水管流量為48-51 m³/h。根據(jù)熱流強度計算公式：

q＝4.1868×Q×△t÷（3.6×S）

式中q：熱流強度，千瓦/每平方米，KW/m2

△t：進出冷卻壁水溫差，℃

Q：冷卻壁進出水流量，噸/每小時，t/h

4.1868：水的質(zhì)量熱容，千焦/千克.度，KJ/Kg.℃

S：冷卻壁受熱面積，平方米，m²

計算得：q＝4.1868×48（或51）×0.20÷（3.6×0.6125）＝18.228 （或19.368） kw/m².h

2.3爐缸側(cè)壁殘余澆注料厚度計算

3#高爐標高7.795米外環(huán)熱電偶溫度329℃，插入炭磚深度約150mm，內(nèi)環(huán)熱電偶溫度475℃，插入炭磚深度約300mm，澆注料導(dǎo)熱系數(shù)為9.00w/m.k。根據(jù)傅里葉第一定律公式：

K=Q×H/（△t×S）=q×H/△t

式中K：導(dǎo)熱系數(shù)  w/m.k

Q：需傳出的熱量 kJ

q：熱流強度，千焦/每平方米，kJ/m²

H：厚度  m

設(shè)澆注料剩余厚度為x，則標高7.795米距離1150℃等溫線厚度h1=x-0.15

即h1=9.0×（1150-329）/（19.368×3600）=x-0.15

經(jīng)計算x=0.256米，即13#風口下方標高7795mm位置澆注料剩余厚度為256mm,原爐缸一層碳磚殘留583mm,按爐皮最高點（跟電偶不是同一個點）計算總計約839mm。

3護爐控制措施

3.1 提高冷卻強度，加強局部冷卻

2月27日發(fā)現(xiàn)爐皮溫度異常升高后，立即采取提高爐缸冷卻強度措施，一方面加大軟軟水流量，軟水回水總流量由4500m³/h增加至6000m³/h。另一方面降低軟水進水溫度，同時全開冷卻風扇，軟水進水溫度由39℃降至36℃。

3月3日、5月7日利用休風檢修機會，將第二段14塊、15塊冷卻壁由軟水冷卻改為開放高壓水冷卻并單走，冷卻壁單管流量由30m³/h增加至48m3/h。通過加大高溫區(qū)冷卻強度，容易使該處形成穩(wěn)定的凝鐵層，減少炭磚侵蝕。

3.2 長期堵11、12#風口

3月3日、5月7日定休堵11#、12#風口，通過堵風口可減少該區(qū)域風量，降低爐缸邊緣活度，降低熱輻射，從而減少環(huán)流，達到良好的護爐效果。另一方面因縮小進風面積，在入爐風量不變化的情況下，可提高鼓風動能，活躍爐缸中心。堵風口后，風口面積由0.3362m²縮至0.3249m²，在全風狀態(tài)下標準風速由原來的250m/s提高至270m/s左右，鼓風動能由原來的11500～12500kg.m/s提高至13000～13500kg.m/s。

3.3 改善焦炭質(zhì)量

爐缸側(cè)壁溫度升高，一定程度上是由于爐缸死料柱的透氣性和透液性變差，鐵水環(huán)流加劇所致。3#高爐所用焦炭50%部采用配合煤，質(zhì)量參差不齊，爐缸側(cè)壁溫度異常升高前，曾一度面臨焦炭質(zhì)量下滑情況，焦炭M10≧7.0%，爐缸活性明顯變差。爐缸側(cè)壁溫度有升高趨勢后，煉鐵事業(yè)部技術(shù)人員多次向公司反饋解決焦炭質(zhì)量問題，充分利用鐵前一體化周例會，盡可能保證焦炭穩(wěn)定性，以提高料柱透氣性，活躍爐缸，減少爐缸邊緣環(huán)流，降低渣鐵對爐缸側(cè)壁侵蝕。

3.4 優(yōu)化操作制度，保持爐缸活躍

3.4.1優(yōu)化布料矩陣

合理的煤氣流分布是維持合理操作爐型的前提，能有效提高料柱的透氣性、是高爐長期穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。高爐上部煤氣流的調(diào)整，主要通過調(diào)整裝料制度得到合理分布的煤氣流，有效減少爐料對煤氣流的阻力，使高爐冶煉下料順暢，從而保障高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定、順行，為高爐提升指標創(chuàng)造有利條件。因此，裝料制度對高爐穩(wěn)定順行及指標提升至關(guān)重要。通鋼3#高爐在調(diào)整煤氣的過程中，根據(jù)高爐的主要操作參數(shù)、爐體熱負荷、十字測溫等綜合判斷煤氣流分布狀況，通過布料檔位、批重等制定布料制度對煤氣流進行動態(tài)調(diào)劑，學(xué)會兩條腿走路。邊緣和中心兩道煤氣流“壓”和“疏”都要把握好一個度，中心和邊緣過強或過弱都會導(dǎo)致煤氣流分布不合理。我們3爐采用穩(wěn)定中心，在不破壞煤氣分布的情況下逐步疏導(dǎo)邊緣，得到與負荷相匹配的壓量關(guān)系，再在加負荷的過程中相應(yīng)調(diào)整，直至中心和邊緣完全平衡。在保證爐況穩(wěn)定的前提下，中心焦炭的布料環(huán)數(shù)在3圈不變（中心焦角度設(shè)定為10°),中心加焦量20%。原燃料條件好時，焦平臺不變，縮小內(nèi)檔礦角0.5-1°，外檔礦角增加0.5°，礦平臺跨度由7.5°增加至8.5-9°，提高煤氣利用率，降低燃料比；原燃料條件變差時，焦平臺不變，礦平臺跨度縮小至7.5°，加強中心、邊緣兩道氣流通道，保持爐況順行，量壓關(guān)系相適應(yīng)，避免因原燃料條件變差而導(dǎo)致爐況難行，甚至出現(xiàn)崩滑料、懸料等惡性事故。

3.4.2優(yōu)化下部送風制度

合適的鼓風參數(shù)和風口進風狀態(tài)，有利于煤氣 流合理分布、爐缸活躍和爐況穩(wěn)定順行。因此，穩(wěn)定的送風制度是煤氣流穩(wěn)定的前提，是爐況穩(wěn)定順行的必要條件。風量由4650m³/min提高至4750m³/min,鼓風動能保持13500kg.m/s左右。同時熱風溫度穩(wěn)定在1240℃，熱風壓力405～410kPa,爐頂壓力236kPa,壓差控制在170-175kPa。維持理論燃燒溫度在2300℃左右。隨著送風參數(shù)的匹配性調(diào)整，氣流的穩(wěn)定性得到改善。以維持足夠的風速和鼓風動能，活躍爐缸。

圖2  3^#高爐氣流狀態(tài)

3.5穩(wěn)定熱制度及造渣制度

合理的熱制度是高爐穩(wěn)定順行的基礎(chǔ)。隨著3號高爐煤氣流穩(wěn)定性改善、操作爐型穩(wěn)定，壁體溫度波動減少，鐵水物理熱及化學(xué)熱穩(wěn)定，爐缸蓄熱能力增強，在同等鐵水[Si]含量條件下，鐵水溫度顯著提高。為進一步改善鐵水流動性，促進渣鐵及時從爐內(nèi)排出，[Si]的控制范圍在0.35%～0.45%，調(diào)整后能夠滿足鐵水溫度1480-1500℃,既保持了爐缸熱量充沛、狀態(tài)活躍，又保證了渣鐵流動性良好。在日常爐渣管理中，控制爐渣(Al?O?)15-17.0% ,鎂鋁比維持0.45-0.55，爐渣二元堿度為1.18～1.22,保證了渣系的穩(wěn)定性和渣鐵的流動性。

3.6爐體冷卻制度

合理穩(wěn)定的爐體冷卻制度對穩(wěn)定渣皮，保持合理的操作爐型至關(guān)重要,因3號高爐壁體熱負荷長期偏高，2025年3月份調(diào)整軟水總量5950m³/h保持不變，將軟水進水溫度調(diào)整為36±0.5℃。在日常生產(chǎn)中，當軟水進水溫度有超出管理范圍的趨勢時，由高爐工長及時提醒綜合泵站調(diào)整，提高軟水進水溫度的穩(wěn)定性，對穩(wěn)定渣皮、防止渣皮大面積脫落、提高爐缸冷卻強度，維持合理的操作爐型起到了很好的促進作用。

3.7強化爐前作業(yè)

爐缸鐵水在磚襯表面環(huán)流所誘導(dǎo)的剪切力是造成爐缸側(cè)壁磚襯沖刷蝕損、磚襯溫度升高重要原因之一，因此保持出鐵速度均衡穩(wěn)定對于減緩側(cè)壁侵蝕，維持凝鐵層穩(wěn)定意義重大。在高爐產(chǎn)量和操作條件基本不變的情況下，爐前作業(yè)和鐵口維護困難往往是爐缸不活、鐵水環(huán)流增強對直接表現(xiàn)。為保持鐵口穩(wěn)定，減少鐵水環(huán)流，3#高爐一方面加強鐵口維護，通過對開鐵口過程、鐵口深度、出鐵時間、打泥量等實行標準化統(tǒng)一操作；另一方面，改善炮泥質(zhì)量，減少斷鐵口、燒鐵口情況，3#高爐零間隔出鐵模式向負間隔出鐵模式轉(zhuǎn)變，單場出鐵時間保持在90-100分鐘左右，確保高爐不憋風、鐵口不跑泥、鐵口深度夠，保障了渣鐵及時排放，提高爐前作業(yè)穩(wěn)定性。

3.8嚴格控制有害元素入爐含量

爐料中的堿金屬和鋅不僅會影響高爐順行，還會對高爐爐缸、爐底磚襯造成破壞。通過取樣化驗分析，鋅的來源主要有兩方面：一是燒結(jié)配料中的高爐布袋灰和煉鋼污泥造成循環(huán)富集；二是高爐使用外購球團堿金屬和鋅含量較高。經(jīng)過入爐有害元素平衡計算分析，規(guī)定鋅負荷≤0.30Kg/t，堿負荷≦3.60Kg/t。同時，日常高爐操作上密切關(guān)注每日排堿率情況，必要時采取排鋅排堿措施，減少堿金屬和鋅的循環(huán)富集量。

3.9加強監(jiān)測、護爐預(yù)案學(xué)習(xí)

為保正安全高效生產(chǎn)，3#高爐一方面利用檢修機會改高壓水，安裝爐皮熱成像在線監(jiān)測，安排看水工加強現(xiàn)場水溫差、爐皮溫度的監(jiān)測次數(shù)，并認真做好記錄。另一方面，加強崗位員工對護爐方案和爐缸燒穿應(yīng)急預(yù)案學(xué)習(xí)，確保爐缸側(cè)壁溫度出現(xiàn)異常波動時，得到及時有效處理。再一方面，制定護爐措施，使生產(chǎn)過程做到進可攻退可守。護爐要求如下：

4護爐效果

4.1爐缸側(cè)壁溫度、爐皮溫度變化趨勢

3^#高爐經(jīng)過一系列護爐措施，護爐效果卓見成效，爐缸側(cè)壁高溫區(qū)和爐皮溫度逐步下降，穩(wěn)定可控。其中爐缸標高7795mm東南方向熱電偶溫度，由開始475℃逐步下降穩(wěn)定至240-340℃，爐皮熱成像溫度由最高78℃逐步下降到43℃，所有高溫點下降到安全可控范圍內(nèi)。

 圖3 爐皮溫度變化趨勢圖

圖4 爐缸側(cè)壁溫度變化趨勢圖

4.2高爐經(jīng)濟技術(shù)指標情況

3^#高爐堅持科學(xué)煉鐵的原則，追求綠色高效低成本煉鐵。護爐期間不僅各高溫點穩(wěn)步下降到安全可控范圍，爐況也保持穩(wěn)定順行，技術(shù)指標得到不斷優(yōu)化，實現(xiàn)了經(jīng)濟、高效護爐。護爐以來，3、4月份平均日產(chǎn)量及部分技術(shù)指標見表2。.

表2 護爐期間各月份平均日產(chǎn)量及部分技術(shù)指標

5  結(jié)語

（1）當爐缸側(cè)壁溫度出現(xiàn)異常升高時，通過加強冷卻、堵風口等措施在炭磚熱面形成凝鐵層，并與滲透到碳磚中的鐵形成整體，是護爐成功的關(guān)鍵所在。

（2）護爐期間爐況保持長期穩(wěn)定順行，維持合理的操作爐型，提高焦炭質(zhì)量，打出高風速、高動能，已發(fā)展中心為主，增加爐缸活性、透液性，減少渣鐵流在爐缸邊緣的環(huán)流是保證護爐效果的重要方面。

（3）控制適當?shù)囊睙拸姸群彤a(chǎn)能，爐缸側(cè)壁溫度保持可逆性，既可達到護爐的目的，又不影響爐況順行，實現(xiàn)常態(tài)化經(jīng)濟護爐。

（4）當高爐生產(chǎn)進入一定時期，高爐側(cè)壁溫度升高是正?，F(xiàn)象，堅持精益、科學(xué)煉鐵原則，采取合理的護爐措施，既可保證高爐安全穩(wěn)定運行，又可實現(xiàn)高效綠色低碳煉鐵。

參考文獻

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