摘  要  馬鋼（A、B）4000m3高爐一代爐齡已近10年，高爐爐缸、爐底及冷卻系統(tǒng)均出現(xiàn)老化現(xiàn)象，對(duì)高爐安全平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生影響。通過(guò)對(duì)爐底區(qū)域安裝加固裝置、冷卻壁查漏和安裝微型冷卻器、建立爐缸侵蝕模型等措施，保證了爐況的穩(wěn)定順行。大型高爐長(zhǎng)壽的根本是爐況的穩(wěn)定。在高爐穩(wěn)定順行的前提下，積極探索上下部氣流調(diào)整，結(jié)合精料管理，高爐穩(wěn)定順行1000天。

關(guān)鍵詞  大型高爐   穩(wěn)定順行   長(zhǎng)壽治理   精料

1  前言

馬鋼（A、B）4000m3高爐于2007年投產(chǎn)，由中冶華天公司設(shè)計(jì)，設(shè)置4個(gè)鐵口，36個(gè)風(fēng)口，采用了銅冷卻壁、薄壁爐襯、炭磚-陶瓷杯復(fù)合爐缸、軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)、PW型串罐無(wú)料鐘爐頂、TRT爐頂余壓回收裝置等成熟工藝。爐缸、爐底采用“陶瓷杯+全炭磚爐底”結(jié)構(gòu)，爐底水冷管設(shè)計(jì)在爐底封板下部，爐底1層為平砌高導(dǎo)熱炭磚，2-4層為平砌半石墨炭磚，5-14層為陶瓷杯本體（微孔炭磚BC-7S），15-19層為半石墨炭磚。2011年初兩座高爐爐底封板出現(xiàn)不同程度的上漲，2015年10月29日和12月7日完成兩座高爐爐底板監(jiān)控系統(tǒng)。同時(shí)，通過(guò)建立爐缸侵蝕模型、高爐冷卻壁漏水治理、爐內(nèi)氣流調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了高爐1000天穩(wěn)定順行。（A、B）4000m3高爐主要特征如表1：

2  爐底板上翹治理技術(shù)特點(diǎn)

2.1  爐底板監(jiān)控設(shè)備投運(yùn)

馬鋼第三煉鐵總廠兩座（A、B）4000m3高爐，2007年投產(chǎn)后三年多發(fā)現(xiàn)爐底板上翹，爐底板四周翹起與基礎(chǔ)之間距離高達(dá)200㎜左右。兩座高爐爐底板上翹，導(dǎo)致整個(gè)爐殼上漲，影響高爐設(shè)備的安全，特別是高爐爐缸的安全。

為恢復(fù)爐底水冷管的冷卻效果，沿爐底封板一周在高爐基礎(chǔ)上采用化學(xué)植筋的方式預(yù)埋M36～M42的錨栓108個(gè)，通過(guò)壓板扣住爐底板并在空隙中填充高導(dǎo)熱灌漿料。

在爐底H梁位置設(shè)置輔助壓緊裝置，從38根爐底H型鋼梁(HM250×170）兩端設(shè)置76件輔助壓緊裝置“小鞋子”(L型裝置), 其底板與爐底H型鋼梁焊接,通過(guò)壓板扣住爐底板。然后利用爐底H型鋼梁的拉力來(lái)平衡爐殼上漲力，從而增加抑制爐底板上翹的力。同時(shí)保證了爐底H型鋼梁與爐底板相對(duì)穩(wěn)定，確保爐底板與爐底H型鋼梁的塞焊連接不被進(jìn)一步拉開(kāi)，防止?fàn)t底板的進(jìn)一步損壞發(fā)生漏煤氣情況。

完成抑制上漲力的措施后，及時(shí)對(duì)爐底板下部澆注填料，實(shí)施防止回落的措施。在澆注填料的實(shí)施前，要同步完成爐底測(cè)溫點(diǎn)，和位移監(jiān)測(cè)裝置的安裝調(diào)試；同步建立在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)。以更加準(zhǔn)確的掌握上翹爐底板的溫度、位移變化趨勢(shì)。

2.2  爐缸模型和水溫差監(jiān)測(cè)

爐缸的侵蝕是不可避免的，國(guó)內(nèi)外典型爐缸結(jié)構(gòu)是冷卻壁-搗打料-炭磚陶瓷杯結(jié)構(gòu)，這種傳熱結(jié)構(gòu)最大的不確定因素在于搗打料層。高爐由休風(fēng)到生產(chǎn)的過(guò)程中，有檢測(cè)數(shù)據(jù)表明爐殼被施加一個(gè)70MPa的環(huán)向應(yīng)力。另外查文獻(xiàn)知[1]，對(duì)搗實(shí)的國(guó)內(nèi)碳素?fù)v打料施加50MPa的作用力，搗打料會(huì)發(fā)生3%-8%的變形量。高爐生產(chǎn)與休風(fēng)的交替和爐缸熱應(yīng)力的變化，會(huì)導(dǎo)致?lián)v打料層發(fā)生變形量，變形的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生氣隙。有文獻(xiàn)顯示[2]，根據(jù)高爐爐缸氣體成分測(cè)算的氣體導(dǎo)熱系數(shù)是0.042W/m.k，相當(dāng)于炭磚導(dǎo)熱系數(shù)的1/300，會(huì)嚴(yán)重影響炭磚的熱量向冷卻壁傳導(dǎo)，這是爐缸炭磚侵蝕的重要原因。

建立爐缸侵蝕檢測(cè)體系的目的是了解和掌握爐缸侵蝕狀況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)侵蝕部位，采取有效措施控制侵蝕的進(jìn)一步發(fā)展。我廠監(jiān)控主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容：

（1）爐缸溫度監(jiān)控和爐缸侵蝕模型

爐缸區(qū)域的炭磚電偶溫度可以直接反映爐缸耐材的溫度，通過(guò)計(jì)算可以得到爐缸內(nèi)的溫度場(chǎng)分布情況，并間接反映侵蝕狀況。由于各高爐的爐缸炭磚材質(zhì)和砌筑技術(shù)有區(qū)別，炭磚電偶溫度的數(shù)值代表的意義也不盡相同，下表為馬鋼高爐爐缸監(jiān)測(cè)的側(cè)壁溫度管理值。

根據(jù)在爐缸設(shè)置的熱電偶所測(cè)量的溫度，利用平板傳熱、有限元等方法建立爐缸侵蝕模型，能夠比較直觀地反映爐缸的侵蝕情況。例如，圖1為馬鋼A高爐1#鐵口方位鐵口中心線(xiàn)上方690mm處復(fù)式電偶通過(guò)模型計(jì)算得出該處磚襯殘厚和凝鐵殼厚度變化趨勢(shì)。（2）爐缸冷卻水水溫差監(jiān)控

爐缸水溫差監(jiān)控可以直接反映冷卻壁承受的熱負(fù)荷水平，并且結(jié)合同區(qū)域的炭磚溫度曲線(xiàn)可以綜合判斷爐缸氣隙的狀況。A、B高爐自動(dòng)投運(yùn)的水溫差監(jiān)控包括爐缸周向所有的冷卻壁水管，測(cè)量值是1層-4層冷卻壁水溫差之和，由于高度方向上包含的冷卻壁有4塊，區(qū)域過(guò)大無(wú)法準(zhǔn)確與炭磚溫度對(duì)應(yīng)。2016年底開(kāi)始對(duì)1-4層鐵口區(qū)域冷卻壁每層出水增加檢測(cè)電偶，因單塊冷卻壁水溫差數(shù)值較小，需要水溫差電偶和電氣系統(tǒng)的精確度都要很高，安裝后監(jiān)測(cè)更加精細(xì)、準(zhǔn)確。

2.3  爐體冷卻壁漏水治理

爐體冷卻壁治理主要是對(duì)爐體冷卻設(shè)備的統(tǒng)計(jì)分析，控制適宜的邊緣氣流，達(dá)到穩(wěn)定爐墻渣皮，減緩爐墻侵蝕，保持穩(wěn)定操作爐型的目的。

2.3.1  冷卻壁本體管破損分析

開(kāi)爐后，由于高爐原燃料保供經(jīng)驗(yàn)不足，導(dǎo)致?tīng)t況冬季周期性波動(dòng)，爐體磚襯侵蝕嚴(yán)重。從2012年開(kāi)始，A、B高爐冷卻壁水管破損數(shù)量呈明顯上升趨勢(shì)，對(duì)高爐操作造成很大影響。

看出，A高爐冷卻壁破損較多，主要集中在2014年底至2015年5月之間，同期高爐爐況穩(wěn)定性不好，邊緣氣流不受控，造成冷卻壁磚襯的大量損壞。2015年6月以后，高爐重點(diǎn)優(yōu)化煤氣流的調(diào)整，保證中心氣流的前提下控制適當(dāng)?shù)倪吘墯饬鳎u襯渣皮穩(wěn)定性改善。另一方面，通過(guò)對(duì)破損冷卻壁的水量精確監(jiān)控和控制，對(duì)破損通道大于2根的冷卻壁實(shí)施灌漿盲死并安裝微型冷卻器，減少漏入爐內(nèi)的水量同時(shí)增加了冷卻強(qiáng)度，促進(jìn)渣皮的穩(wěn)定。

2.3.2  微冷安裝及破損分析

面對(duì)冷卻壁本體管破損嚴(yán)重的問(wèn)題，A高爐采用在冷卻壁上鉆孔安裝微型冷卻器的技術(shù)。安裝的微型冷卻器作為破損凸臺(tái)和冷卻水管的補(bǔ)充，增大冷卻強(qiáng)度，同時(shí)微型冷卻器相當(dāng)于冷卻壁上的錨固件，作為渣皮生成的根基，可在爐墻上穩(wěn)定形成一層厚度適當(dāng)?shù)脑ぃ鳛闋t墻的保護(hù)襯。既有利于高爐長(zhǎng)壽，又有利于爐況的穩(wěn)定順行。

A高爐2016年以來(lái)共安裝炮彈頭 12個(gè)，均處于爐身中下部鑄鐵和銅冷卻壁交界處的鑄鐵冷卻壁部位。首批安裝的炮彈頭4個(gè)月發(fā)生漏水情況，后期通過(guò)對(duì)炮彈頭的優(yōu)化改進(jìn)，炮彈頭壽命有所提高。

3  爐內(nèi)操作優(yōu)化

高爐長(zhǎng)期保持穩(wěn)定是高爐長(zhǎng)壽的根本，馬鋼高爐操作者通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的努力，做到了在現(xiàn)有原燃料條件下穩(wěn)定順行1000天的階段性目標(biāo)，也為高爐長(zhǎng)壽打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.1  保供精料

馬鋼目前高爐原燃料保供仍處于保障數(shù)量的較低水平，而大型高爐對(duì)于原燃料質(zhì)量的要求相對(duì)較高。因此，在目前保供的大環(huán)境下需要積極主動(dòng)的做好內(nèi)部管理，從而保障高爐的穩(wěn)定順行。

（1）燒結(jié)礦質(zhì)量和性能的穩(wěn)定，對(duì)高爐影響很大，往往在混勻礦料條轉(zhuǎn)換期間高爐出現(xiàn)大幅波動(dòng)。因此，2015年初開(kāi)始采用混勻礦料條轉(zhuǎn)換期間兩老帶一新的模式，優(yōu)化后燒結(jié)礦換堆過(guò)程對(duì)高爐爐況的影響逐步減小，促進(jìn)高爐的穩(wěn)定順行。

（2）焦炭的質(zhì)量對(duì)于大型高爐來(lái)說(shuō)意義重大。我廠積極跟蹤高爐焦丁和返焦粉的數(shù)量及焦炭冷、熱態(tài)性能，發(fā)生異常情況及時(shí)向公司預(yù)警，焦化廠積極協(xié)調(diào)調(diào)整配煤比和生產(chǎn)，從而相對(duì)及時(shí)的糾正焦炭質(zhì)量劣化趨勢(shì)。同時(shí)，在現(xiàn)有焦炭粒度下，擴(kuò)大部分焦炭倉(cāng)篩齒間距（25mm→28mm），增大高爐中心焦炭粒度同時(shí)提高焦丁比用量，為高爐穩(wěn)定順行打下基礎(chǔ)。

（3）入爐有害元素控制：馬鋼4000m3高爐檢測(cè)的有害元素包括鋅、鉀和鈉。鋅容易氣化，鋅蒸汽進(jìn)入磚縫，氧化成ZnO后膨脹，破壞爐身上部耐火磚襯。堿金屬如果入爐量超過(guò)高爐排堿能力，就會(huì)形成堿金屬富集，球團(tuán)礦堿金屬含量高會(huì)異常膨脹引起嚴(yán)重粉化，惡化料柱透氣性。同樣，堿金屬與焦炭反應(yīng)會(huì)大幅降低高爐下部焦炭的強(qiáng)度，影響高爐穩(wěn)定順行。

馬鋼4000m3高爐入爐鋅負(fù)荷2016年1-3月份連續(xù)偏高，月平均值達(dá)到300g/t，最高達(dá)到367g/t。公司對(duì)高爐入爐原料進(jìn)行全面檢查，燒結(jié)礦鋅含量偏高主要是配用的煉鋼污泥中鋅含量過(guò)高導(dǎo)致。因此，對(duì)燒結(jié)配用煉鋼污泥數(shù)量和有害元素含量進(jìn)行控制，燒結(jié)礦鋅含量逐步正常，2016年5月以后高爐入爐鋅負(fù)荷總體保持220g/t水平，促進(jìn)高爐穩(wěn)定順行。

3.2  爐內(nèi)氣流調(diào)整

鑒于馬鋼大型高爐的原燃料現(xiàn)狀，及開(kāi)爐一直以來(lái)的周期性波動(dòng)，2014年3月兩座高爐逐步從失常中恢復(fù)后，馬鋼高爐操作者逐步去除中心焦，發(fā)展兩道氣流的布料模式。下圖為2014年4月中心加焦的典型模式和目前的兩道氣流模式對(duì)比：

在3年多摸索去中心焦的過(guò)程中，馬鋼（A、B）4000m3高爐基本解決了在現(xiàn)有原燃料條件下高爐的穩(wěn)定順行關(guān)。通過(guò)兩道氣流的模式轉(zhuǎn)換，高爐壓差水平由175kpa下降至165kpa，冷卻壁渣皮穩(wěn)定性改善，高爐操作燃料比下降至500kg/t水平。

4  結(jié)語(yǔ)

（1）馬鋼（A、B）4000m3高爐開(kāi)爐3年多出現(xiàn)爐底板上漲，采用爐基化學(xué)植筋扣緊裝置進(jìn)行處理并灌入導(dǎo)熱澆注料，延緩了爐底板上漲趨勢(shì)，改善了爐底水冷管對(duì)爐底的冷卻效果，為高爐實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定順行打下基礎(chǔ)。

（2）依據(jù)馬鋼現(xiàn)有原燃料條件，逐步過(guò)渡中心焦模式，發(fā)展兩道氣流的操作模式。高爐壓差降低，冷卻壁渣皮穩(wěn)定性改善，為高爐穩(wěn)定、降耗提供保障。

（3）通過(guò)對(duì)燒結(jié)礦和焦炭質(zhì)量性能的優(yōu)化，嚴(yán)格控制入爐有害元素，為高爐提升指標(biāo)提供有力保障。

（4）通過(guò)爐底板和爐缸監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控高爐爐底、爐缸區(qū)域的工作狀況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，不僅促進(jìn)了爐底、爐缸的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)抑制了爐殼的過(guò)快上漲，避免冷卻壁水管擠壓造成的損壞。

（5）對(duì)于漏水通道較多的冷卻壁應(yīng)當(dāng)及早安裝微型冷卻器，可以避免冷卻壁破損的進(jìn)一步擴(kuò)大，減少爐內(nèi)漏水，穩(wěn)定耐材熱面渣皮厚度。

5  參考文獻(xiàn)

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[2]程樹(shù)森，楊天鈞，左海燕，等.高爐爐身下部及爐缸、爐底冷卻系統(tǒng)的傳熱學(xué)計(jì)算[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào),2004,16(5):11.