高爐設計

　　1 前言

　　漢鋼2280m?高爐2012年8月投產，設計年均利用系數2.4t/（m?.d），設計高爐壽命15年。高爐采用適當矮胖、適宜強化冶煉的操作爐型，磚壁合一薄內襯全冷卻壁結構，在高熱負荷區域等關鍵部位采用銅冷卻壁；高爐冷卻系統采用聯合全軟水密閉循環系統。

　　1.1 高爐底缸結構

　　內襯設計時充分考慮高爐各部位不同的工作條件和侵蝕機理，有針對性的選用耐火材料，并在結構上加強耐火磚襯的穩定性。如圖1所示，爐底第1層滿鋪國產超高導石墨磚，高度400mm； 第2、3層滿鋪國產微孔碳磚，總高度800mm；第4、5層中心砌筑國產微孔碳磚（直徑φ9400mm）、外側砌國產超微孔碳磚，高度800mm；第6、7層立砌楔形剛玉莫來石磚，總高度800mm；整個爐底砌體高度2800mm。爐缸側壁外側第6～10層采用國產超微孔碳磚，總高度2000mm，爐缸側壁外側第11～18層采用國產微孔碳磚（其中：第11～14層每個鐵口通道區域采用超微孔碳磚，范圍2000x1600mm），總高度3300mm，爐缸側壁內側陶瓷杯采用小塊塑性相剛玉磚，總高度4500mm。

　　1.2 高爐冷卻系統設計

　　高爐采用聯合軟水密閉循環系統，將冷卻壁、爐底、風口小套、中套、直吹管、熱風閥、倒流休風閥通過串聯和并聯的方式組合在一個系統中。具體方案是：從軟水泵站出來的軟水在爐前一分為二，其中冷卻爐底550m3/h，冷卻壁直冷管3200m3/h，兩者回水進入冷卻壁回水總管，從冷卻壁回水總管出來的軟水一分為三，一部分經高壓增壓泵增壓，供風口小套使用；另一部分經中壓增壓泵增壓，供風口二套、直吹管、熱風閥使用；兩者回水與多余部分一起回到總回水管，經過脫氣罐脫氣和膨脹罐穩壓，最后回到軟水泵房，經過二次冷卻，再循環使用。

　　1.3 爐缸側壁溫度升高情況

　　2018年2月爐缸標高9.394m 07B點溫度650-720℃，10.196m 07B點溫度520-570℃，07B點在18#、19#風口下方；9.394m05B點溫度670-700℃，05B點在12#、13#風口下方，關鍵點爐體溫度變化趨勢見圖2。從標高9.394m、10.196m處反映出來的問題，說明爐缸區域碳磚環狀侵蝕已形成。根據B點熱電偶插入深度890mm進行測算，標高9.394m處陶瓷杯已完全侵蝕，碳磚剩余厚度740mm，已嚴重威脅到高爐的安全生產，按照2#高爐的全壽命管理應以該區域的侵蝕管理為重點。

　　2 爐缸側壁溫度升高原因

　　2.1 焦炭質量差

　　焦炭質量好壞直接決定爐缸透氣性和透液性，尤其在死鐵層氣流影響弱，鐵水流動對爐缸側壁溫度影響有巨大作用。主要表現在焦炭灰分高，反應后強度低，使高爐下部死焦堆焦炭粒度變小，焦柱氣孔度變差，影響高爐鼓風的穿透。并導致死焦柱透液性差，死焦柱沉坐在爐底，鐵水環流對爐缸側壁和爐缸爐底交界部位的沖刷作用加劇，在鐵口中心線以下，導致爐缸側壁和爐缸爐底交界處產生嚴重的象腳侵蝕。漢鋼2號高爐全部使用外購搗固水熄焦，質量較差，焦炭質量變化趨勢見圖3，如圖所示M40在2018年1-3月呈下降趨勢，含沫在2018年1-3月顯著增加。

　　2.2 爐缸冷卻壁與碳磚間存在氣隙

　　爐缸傳熱過程簡單來講熱量通過陶瓷杯、炭磚、搗打料傳給冷卻壁，由冷卻水帶走熱量，部分熱量再由冷卻壁傳給爐殼由大氣帶走，因此爐缸由內到外導熱系數越來越高。當爐襯與冷卻壁之間存在氣隙，兩者失去關聯性，傳熱受到阻礙，局部炭磚熱量無法及時導出，致使炭磚熱面溫度升高，炭磚無法給對應部位的陶瓷杯提供保護，局部陶瓷杯被侵蝕掉，鐵水直接接觸炭磚。冷卻壁水溫差監控系統便顯示鐵口區域水溫差偏高，經排查發現存在嚴重串煤氣現象，歷次檢修期間均采取灌漿處理，但效果不佳。爐缸冷卻壁與碳磚間大量氣隙的存在，導致導熱性嚴重不足，碳磚熱面熱量不能及時通過冷卻水帶走，難以形成正常厚度的凝鐵層，陶瓷杯破壞后鐵水很容易接觸到碳磚，鐵水溶蝕及滲透加速了碳磚侵蝕。

　　2.3 鐵口維護不到位

　　從2017年開始因鐵口區域串煤氣，使得鐵口難以維護，加之炮泥質量影響，導致鐵口工作狀況變差，經常出現滲漏和泥包斷裂現象，深度長期在2.6m運行，鐵口深度偏淺和工作不穩定，加劇了爐缸鐵口區域碳磚的侵蝕。

　　3 護爐措施

　　為樹立大工藝統領思想，完善監管機制，確保高爐穩定、順行、長壽，陜鋼集團漢鋼公司及煉鐵事業部高度重視爐缸工作狀況，多次召開了“高爐穩定、順行、長壽”專題研討會及護爐工作會議，會議形成了指導生產組織、爐料采購、工藝控制等環節的備忘錄和預案。其中包括《高爐穩定順行長壽備忘錄》、《漢鋼高爐全壽命生產運行管理辦法》、《漢鋼2#爐護爐現狀與方案》和《漢鋼公司2#高爐爐缸預案(執行）》等。

　　3.1 完善監控體系

　　為了加強監控，對爐缸有故障的4根熱電偶進行了修復（目前還有2根因燒壞無法修復），爐缸標高9.394m～13.499m，共5層，每層8方向16個點，共80個熱電偶測溫點；加裝爐殼測溫裝置200個點；完善在線水溫差熱流強度監測點共計280個（1至3段冷卻壁每段84個，每塊冷卻壁2個；4段冷卻壁28個，每塊冷卻壁1個）；同時完善爐缸侵蝕模型；實現爐缸區域全覆蓋監控體系。并要求每班對爐缸區域的爐殼溫度和水溫差進行手動監測，確保爐殼溫度、水溫差、熱流強度在線檢測系統運行正常，對數據、趨勢圖變化提供實時分析和判斷依據。

　　3.2 優化工藝操作

　　3.2.1 提高焦炭質量改善料柱透氣性

　　爐缸側壁溫度升高，一方面是由于爐內死料柱的透氣性、透液性變差，致使爐內渣鐵只能從死料柱與爐缸側壁之間流出，最終導致爐體耐火磚的侵蝕，通過提高焦炭的冷熱態強度、提高M40，減少焦炭粉末入爐來增加料柱透氣性、透液性，降低死料柱周邊鐵水密度，減少鐵水環流。

　　3.2.2 加入含鈦爐

　　料護生產實踐證明在爐缸受到侵蝕時，采用含鈦爐料護爐是有效的，可以延長高爐壽命，隨著侵蝕加深應增加其加入量，應根據各爐具體情況探求合適的[Ti]含量，控制好鐵水成分及鐵水溫度。在爐缸侵蝕到按控制標準需要護爐時，最好采取長期加鈦護爐做法。但隨著含鈦爐料加入量的增加，會影響爐缸的活躍性，嚴重時會出現爐缸堆積。因此在采取加入含鈦爐料護爐時要取得護好爐，同時又要保持爐況順行、穩定。漢鋼2號高爐配加含鈦球團礦進行護爐，將球團礦中含鈦量由0.5%逐步增加到3.5%，生鐵中[Ti]含量由原來的0.05%提高到0.12%以上，取得了良好的效果。

　　3.2.3 調整風口進狀態

　　縮小爐缸側壁溫度偏高區域風口面積，并對高爐進行堵風口作業，其中3月15日至4月25日堵18#風口，4月26日利用檢修機會對12#、13#、18#、19#風口由φ115mm縮小到φ110mm；4月27日至5月5日堵13#風口。后續將利用檢修機會逐步換成加長風口，風口長度由583mm加長至620mm，使回旋區向爐缸徑向推進。

　　3.2.4 爐體灌漿

　　在爐體有氣隙的地方進行灌漿，堵塞氣隙，能改善傳熱條件，對保護爐襯、降低溫度，均有突出作用。先對爐底西南、東南、西北、東北、南邊、北邊分別進行灌漿，然后再對爐缸進行灌漿，有效的堵塞了氣隙。

　　3.2.5 強化冷卻

　　針對2280m3高爐已到中后期，軟水系統能力不夠，一是將冷卻水流量開到最大，軟水總流量由4250m?/h增加到4400m?/h；二是增加2臺新空冷器，空冷器由原來的12臺增加到14臺，軟水進水溫度由43℃降低到40℃；三是對高溫部位進行外噴水冷卻。

　　3.2.6 加強爐前鐵口維護

　　爐前鐵口操作推行標準化作業，不斷改善炮泥質量，提高鐵口合格率，確保及時出凈渣鐵。目前鐵口深度控制在2900-3100mm，出鐵間隔時間控制在15min以內，東、西場出鐵基本均勻。兩鐵口出鐵均勻后可減少鐵水環流對爐缸耐材的侵蝕。

　　3.2.7 減少爐內漏水

　　發現風口小套漏水，要及時組織進行更換，對漏水的冷卻壁水管進行穿管處理，減少爐內漏水對爐缸炭磚的侵蝕。

　　4 結語

　　（1）爐缸燒穿是煉鐵生產中最嚴重的安全事故之一，針對同樣的爐缸側壁溫度高要分析出主要原因，對癥下藥采取有效措施，以達到延長高爐壽命的目的 。

　　（2）在爐缸受到侵蝕時，采用含鈦爐料護爐是一種重要的措施。

　　（3）在爐缸側壁受到侵蝕時，要果斷堵風口，并配合縮小風口直徑提高鼓風動能，發展中心氣流，對于控制爐缸側壁溫度升高有較好的效果。

　　（4）高爐中后期必須想辦法提高其冷卻強度。