摘要 介紹在3號高爐爐役后期實施的加釩鈦礦、優化操作制度、加強爐型監控等護爐措施及其效果。

關鍵詞  高爐  爐役后期  護爐  釩鈦礦  爐型

1  前言

柳鋼3號高爐設計有效容積2000m3，26個風口，2個鐵口，死鐵層高度2.0 m，炭磚+陶瓷杯爐底爐缸結構，厚壁爐襯。于2008-05投產至今生產有9年多之久，爐腹、爐腰部位大量冷卻板、壁漏水，爐體四周多處煤氣泄露。2017-03以來，爐缸側壁溫度逐步上升，已開始威脅到高爐的安全生產。對于像3號高爐這種護爐初期最高溫度點仍然可控的情況下，如何在保證爐缸安全的前提下不斷優化操作，達到各項經濟指標的最優化就顯得至關重要。本文總結護爐措施。

2  調查與分析

2.1 高爐爐體冷卻系統

（1）冷卻結構。3號高爐冷卻結構從爐底到爐身共20段，其中爐底、爐缸為5段光面灰口鑄鐵冷卻壁；爐腹、爐腰6～7段為球墨鑄鐵冷卻壁（背部帶有蛇形水管冷卻）；爐身8～15段為板(銅冷卻板)壁(鋼冷卻壁)結合形式，16～19段（16、18段帶凸臺冷卻）為球墨鑄鐵冷卻壁，20層為倒扣式冷卻壁；爐喉鋼磚分2段，下面1段為水冷形式；風口大套無水冷。

（2）冷卻形式。水系統為高爐爐底和爐缸1～4層冷卻壁采用工業水開路冷卻，5～20層冷卻壁采用軟水閉路循環冷卻，銅冷卻板和爐喉鋼磚采用工業水開路冷卻。工業水水壓0.4～0.5MPa，軟水壓力0.6～0.8MPa。

（3）爐體冷卻現狀。截至2017-12，爐腹以上冷卻壁有15塊燒損，主要以穿管恢復為主，不能穿管的通工業水冷卻維護，有4塊冷卻壁漏水的水管直接灌漿堵死。冷卻銅板有61塊損壞（占全部銅板數量18.8%），改單聯，其中43塊因漏水大直接灌漿堵死，并采取外部打水處理等。鐵口區域及爐腰、爐身下部煤氣泄露點多。

2.2 爐缸侵蝕

根據對高爐爐底、爐缸內襯的侵蝕破損情況研究發現一個共同的現象，即形成“象腳”區域。經過分析，之所以形成這種異常侵蝕，主要有以下幾種原因[1]:（1）化學侵蝕，包括堿金屬侵蝕和鐵水對炭磚的滲透以及炭磚中的碳向鐵水中的溶解所導致的侵蝕；（2）鐵水流動對炭磚的沖刷；（3）炭磚的氧化；（4）熱膨脹和熱應力造成裂紋。

這幾種侵蝕在爐缸區同時發生，特別是爐底、爐缸過渡區域，鐵水對炭磚的侵蝕和沖刷尤為嚴重。因此，很容易被侵蝕而形成所謂的“象腳狀”侵蝕，威脅高爐安全生產。

2.3 高爐操作對爐缸側壁溫度升高的影響

3號高爐爐缸側壁溫度最高點區域主要在鐵口下方，2017年下半年以來，東、西面鐵口下方2 m處（爐缸“象腳區”）側壁溫度在一定范圍內波動，但總體趨勢仍緩慢上升，到2017-12，最高分別到387 ℃、402 ℃（熱電偶插入深度450 mm）。3號高爐近期爐缸側壁（西面）溫度發展趨勢情況見圖1。

2.3.1 高爐操作條件變化

根據生產實際操作情況，在對影響因素分析時，將其分為3個階段來進行研究探討。

（1）第一階段：邊緣氣流發展期。2017-10，由于3-1熱風爐拱頂塌磚，需停爐進行恢復性能改造。在停爐換耐火球期間，高爐不得不維持長達1個多月的低風溫條件下冶煉。風溫由1 200 ℃降到平均1 000 ℃～1 030 ℃，操作上主要是保證風量和富氧，來提高鼓風動能以及彌補理論燃燒溫度的不足。然鼓風動能較正常條件下（130～140 kJ/s），仍然不足（見圖1）。邊緣氣流發展明顯，頂溫300 ℃～400 ℃且四點偏差大?？梢园l現，此時側壁溫度在340 ℃～360 ℃區間內劇烈波動后，逐步上升，直至最高點。

（2）第二階段：邊緣氣流發展+釩鈦球期。在高點突破400 ℃后，開始計劃加入釩鈦球進入護爐作業。每批料加入釩鈦球800 kg，入爐TiO2負荷由原來的4.0 kg/t左右提高至5.0～6.0 kg/t，維持生鐵含ω（Si）：0.6%～0.8%，ω（Ti）：0.10%～0.15%。爐缸側壁溫度穩定在一定范圍內波動，但抑制了上升的趨勢。

（3）第三階段：釩鈦球+中心氣流發展期。2017-12-17，3-1熱風爐恢復投用，風溫至1 180 ℃以上，鼓風動能提高至130～140 kJ/s，操作上調整裝料制度與送風制度相匹配，保證中心氣流的穩定，同時適度抑制邊緣。繼續加入釩鈦球每批1 650 kg，提高入爐TiO2負荷至7.0～9.0 kg/t，維持生鐵含ω（Si）：0.5%～0.7%，ω（Ti）：0.15%～0.20%。爐缸側壁溫度逐步下行。

2.3.2操作分析

（1）鼓風動能與爐缸的側壁溫度變化趨勢呈現很明顯的負相關（見圖1）。在整個生產原燃料條件穩定無其它因素影響的情況下，說明提高鼓風動能，保證中心的穩定，可以很明顯的抑制爐缸側壁溫度上升勢頭。事實上，邊緣氣流的發展，很大程度上助推了爐缸渣鐵的環流運動，加劇了死鐵層對爐缸爐底碳磚的沖刷和滲透，“象腳區”也會越來越大。

（2）再看加入釩鈦球護爐情況（第二階段，見圖1），爐缸側壁溫度上升趨勢得到抑制，沒有進一步上行，說明加入釩鈦球護爐是有效果的。筆者統計了2017年11～12月爐料中TiO2的平衡情況（見圖2）。在逐步提高入爐TiO2負荷后，TiO2排出量開始小于入爐量，表明有部分Ti（質量分數約10%～20%）存積在爐缸內，補爐有效。

3   護爐及其效果

3.1 主要措施

綜合上述分析，通過不斷地摸索，結合柳鋼4號、6號爐的護爐實際，護爐作業主要還是圍繞以發展中心氣流以及加入釩鈦礦護爐為主的操作理念來進行，再通過加強爐前以及其它的外部管理，來達到在不控冶強的條件下實現高爐的高產、優質、低耗、安全的運行。具體護爐措施如下：

3.1.1規范出鐵管理

加強炮泥質量攻關，提高鐵口通道及泥包的塑性及強度，保證泥套的完整性。適當提高鐵口深度，穩定各班打泥時間，保持鐵口深度在2.9～3.0 m，規范出鐵間隔10～15 min，穩定每班開鐵口次數在3～4次，做到均衡出鐵。特別是在單邊出鐵情況下，嚴格控制好鐵口深度和開鐵口時間，及時排盡渣鐵，減少渣鐵對鐵口區域的環流沖刷。

3.1.2提高對冷卻系統的維護

（1）增加1臺大功率工業水泵，提高總管壓力，加大水量（流量3 200 m3/h到3 500 m3/h），降低了水溫差0.2 ℃，提高了對內襯的冷卻強度，也有利于鈦化物沉積。

（2）每班做好爐缸側壁溫度和冷卻水溫差的監測，對重點部位爐皮溫度紅外測溫，對侵蝕嚴重部位堅持到現場實測溫差，并如實記錄，建立臺帳。增設爐底實時監控視頻。

（3）穩定軟水進水溫度在46 ℃～47 ℃，軟水流量3 200 m3/t，不輕易做調節，控制軟水溫差在1.5 ℃～2.5 ℃，保持爐型的穩定。

（4）強化爐體的檢漏工作。制定冷卻設備查漏規范，發現風口設備漏水，一經確認，立即組織更換。對損壞的冷卻壁及時實施穿管恢復，不能實施穿管恢復的，改通工業水進行養護，破損嚴重的，采取灌漿堵死、外部打水冷卻處理。堅決杜絕大量冷卻水進入爐內，造成爐涼及損壞磚襯。

3.1.3灌漿造襯

按照灌漿作業標準確定好開孔位置及數量，利用休風檢修機會，對鐵口、爐腹到爐身下部區域壓入灌漿造襯，對損壞部位進行修復，充填了冷卻壁與磚襯、爐皮間的氣隙。從后續檢測來看，效果非常明顯。鐵口噴濺情況大有改善，鐵口維護容易；多處爐皮溫度從200 ℃～250 ℃降到70 ℃～100 ℃，既有效地保護爐皮安全，而且可以使操作爐型變得規則，有利于煤氣流的穩定和爐況順行。

3.1.4優化操作制度

技術部門每周制定生產操作方針，根據護爐情況隨時進行調整，既要控制好爐缸側壁溫度的安全可控，又要兼顧爐況的順行，活躍爐缸，保證各項指標的最優化。

（1）制定原燃料入爐底線標準，控制好原燃料中堿金屬、Pb、Zn等有害元素的入爐量，每周測算堿金屬平衡情況，定期進行排堿作業。加強篩分，保證中心礦石、焦炭的粒度，提高透氣性，減小中心死料柱。有研究表明[2]，當死料柱孔隙度增大時有更多的鐵水通過死料柱流向出鐵口，從而使環流區域的鐵水流量減少，鐵水對爐缸爐底的沖刷程度降低。

（2）爐溫控制上，保證鐵水物理熱1 500 ℃以上，鐵水ω（Si）：0.55%～0.75%，ω（Si+Ti）: 0.7%～0.9%，ω（S）:0.10%～0.25%。同時，爐渣二元堿度控制在1.10～1.15，避免出現高硅、高鈦現象，影響渣鐵流動性。

（3）按照“穩定邊緣，打開中心；穩定中心，照顧邊緣”的方針，結合上下部調劑，優化裝料制度及送風制度。布料矩陣為P44442439.5337134.51321371K444423392362331291182，同時利用大風量、大富氧、全用風溫來活躍爐缸，依靠發展中心煤氣流來降低渣鐵環流對爐缸側壁砌體的侵蝕的同時，也減輕了邊緣氣流對爐墻的沖刷，減輕了冷卻設備的破損。

3.1.5加入釩鈦球

TiO2在爐內高溫還原氣氛下，生成Ti的碳、氮化物，與鐵水及鐵水中的析出的石墨等凝結在離冷卻壁較近的被侵蝕嚴重的爐缸、爐底磚縫和內襯表面。由于Ti的碳、氮化物熔點很高，從而對爐缸、爐底內襯起到保護作用。

在使用釩鈦礦護爐時，應根據高爐侵蝕情況，因地制宜的加入TiO2量，過少起不到護爐的作用，過多爐渣會變稠對操作帶來困難，同時需要注意氣流的變化給爐況順行帶來的影響。根據3號高爐實踐證明，正常TiO2加入量為每噸鐵7～9 kg時（見圖2），保證鐵水ω（Ti）：0.13%～0.18%，護爐有效。

3.2護爐效果

通過采取一系列措施后，爐缸側壁溫度得到了有效可控，一個多月的時間，由最高402 ℃持續下行最低至280 ℃（見圖3），保證了高爐生產的安全可控。與此同時，通過不斷的優化操作，護爐生產條件下，各項技術指標依然完成的很理想（見表1）。

4  結語

（1）在后期爐役的作業中，依靠發展中心和適當抑制邊緣的操作思想是減少鐵水環流，達到不控冶強也能有效降低爐缸側壁溫度的最關鍵一步。 

（2）控制合理的入爐TiO2負荷和一定的鐵水Ti含量，在有效護爐的同時并不影響爐況的順行及指標的優化。

（3）高爐爐體灌漿是一項可以長期維護爐體的手段，可以有效消除內部氣隙，對改善爐體導熱有顯著作用。

5  參考文獻

[1]程坤明，銀漢.現代高爐爐底爐缸結構. 煉鐵，2005， 24（1）：27～31

[2]國宏偉，劉一力，陳偉偉，等. 高爐死料柱孔隙度變化對爐缸爐底流場的影響. 2010年全國煉鐵生產技術會議暨煉鐵學術年會文集. 北京：中國金屬學會，2009