高向洲1，張志斌1，張 利2，馬 祥1，于恒亮1，郭卓團(tuán)1
（1．內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司煉鐵廠，內(nèi)蒙古 包頭 014010；
2．內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司制造部，內(nèi)蒙古 包頭 014010）
摘 要：高爐爐缸是制約高爐壽命達(dá)到15年以上的關(guān)鍵部位，也是決定高爐壽命的關(guān)鍵因素。針對(duì)5＃ 高爐爐缸側(cè)壁溫度升高，通過對(duì)爐缸侵蝕機(jī)理的研究，判定鐵水環(huán)流加劇、炭磚侵蝕嚴(yán)重是爐缸側(cè)壁溫度升高的直接原因。5＃ 高爐通過采取制定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)、強(qiáng)化日常管理、優(yōu)化鐵口深度標(biāo)準(zhǔn)與加強(qiáng)維護(hù)、根據(jù)三級(jí)預(yù)警調(diào)整生產(chǎn)操作參數(shù)等防治措施，爐缸側(cè)壁標(biāo)高 8.663ｍ 處鐵口區(qū)溫度均下行，停爐前基本穩(wěn)定在350 ～450 ℃ ，處于可控范圍。
關(guān)鍵詞：高爐長壽；爐缸；側(cè)壁溫度；預(yù)警管控；鐵口深度
包鋼5＃ 高爐于2019 年 4月大修開爐，有效容積為1500 ｍ3 ，設(shè)置24個(gè)風(fēng)口，東西兩個(gè)出鐵場(chǎng)，配備有渣鐵擺嘴。本體采用開路循環(huán)水冷卻，共有17段冷卻壁。爐頂采用并罐裝料工藝。期間受市場(chǎng)影響2022年8月停爐，鋼鐵市場(chǎng)回暖后，5＃ 高爐于2023 年2月重新開爐，期間高爐總體安全運(yùn)行3年零4個(gè)月。
1 現(xiàn)狀
5＃ 高爐爐缸侵蝕主要集中在兩鐵口下方，炭磚殘存厚度東鐵口下方為816 ｍｍ，西鐵口下方為875 ｍｍ，其他方向?yàn)?000～ 1300 ｍｍ，爐底厚度較均勻，在 2078～ 2211ｍｍ 之間。東鐵口下方標(biāo)高 8.663ｍ 側(cè)壁溫度7 月11 日11：53 東場(chǎng)堵口后溫度 陡升，15 ｍｉｎ 內(nèi)溫度從 586 ℃ 上升至597 ℃ ，后采取 西場(chǎng)連續(xù)出鐵一次，溫度逐步下降至 576 ℃ ，恢復(fù)雙 場(chǎng)正常出鐵后該溫度又繼續(xù)上升至611 ℃ 。
2 爐缸結(jié)構(gòu)
爐缸是決定高爐壽命的關(guān)鍵部位［1］ 。5＃ 高爐爐 缸采用國產(chǎn)超微孔炭磚，爐底采用陶瓷墊搭配超微孔＋半石墨磚的復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。爐缸爐底區(qū)域埋設(shè)了163 支柔性電偶，后又增設(shè)16 支電偶（每支兩個(gè) 測(cè)溫點(diǎn)），共計(jì)195個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，這些電偶在高度上分11層，其中爐底設(shè)計(jì)5層，爐缸側(cè)壁設(shè)計(jì)6層，縱向 高度從4.50 ｍ 至9.081 ｍ，爐缸側(cè)壁重點(diǎn)侵蝕區(qū)域插深分別為0.30 ｍ 和0.15ｍ，配備爐缸爐底溫 度場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)預(yù)警模型。
3 側(cè)壁溫度升高原因分析
3.1 原燃料質(zhì)量波動(dòng)大
5＃ 高爐原燃料質(zhì)量整體較差，鼓風(fēng)動(dòng)能基本維持在 80 ｋＪ／ ｓ，低于行業(yè)平均 125ｋＪ／ ｓ 的鼓風(fēng)動(dòng)能， 中心氣流長期偏弱，導(dǎo)致爐缸死焦堆肥大且透液性 不好，鐵水環(huán)流加劇，爐缸側(cè)壁侵蝕速度加劇。表1為焦炭質(zhì)量指標(biāo)，表2為有害元素入爐負(fù)荷。
由表1可知，5＃ 高爐所使用的西區(qū)濕焦灰分偏 高，反應(yīng)后強(qiáng)度波動(dòng)較大，焦粉率高，且為搗固焦，氣 孔率小，對(duì)爐缸透液性影響較大。由表2可知，隨著 護(hù)爐措施使用，入爐鈦負(fù)荷呈上升趨勢(shì)，堿負(fù)荷、鋅 負(fù)荷較高，其危害主要有：
（1）提前并加劇 CO2 對(duì)焦炭的氣化反應(yīng)，縮小 間接還原區(qū)，擴(kuò)大直接還原區(qū)，進(jìn)而引起焦比升高， 降低料柱特別是軟熔帶氣窗的透氣性，引起風(fēng)口大 量破損。
（2）加劇球團(tuán)礦災(zāi)難性膨脹和多數(shù)燒結(jié)礦中溫 還原粉化。
（3）由于上述兩種原因，引起高爐料柱透氣性 惡化，壓差梯度升高，如不適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度，會(huì)頻 繁地引起高爐崩料、懸料乃至結(jié)瘤。
（4）對(duì)于堿金屬積累嚴(yán)重的高爐，礦石（包括人 造礦）的軟熔溫度降低，焦炭破損嚴(yán)重，在氣流分布 失常或冷卻強(qiáng)度過大時(shí)，也會(huì)引起高爐上部結(jié)瘤。
（5）堿金屬、鋅等有害元素會(huì)引起硅鋁質(zhì)耐火 材料異常膨脹、熱面剝落和嚴(yán)重侵蝕，從而大大縮短 了高爐內(nèi)襯的壽命，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)脹裂爐缸、爐底鋼 殼。
3.2 鐵口深度不夠
試驗(yàn)分析在鐵口附近，隨鐵口深度的增加，爐缸 內(nèi)壁上部和下部剪切應(yīng)力值顯著減小；而在遠(yuǎn)離鐵 口的位置剪切應(yīng)力值變化很小。說明鐵口深度的變 化對(duì)鐵口附近周圍的應(yīng)力分布影響較大，而對(duì)離鐵 口較遠(yuǎn)的區(qū)域影響較小。造成這種情況的原因是， 隨著鐵口深度的增加，鐵水向鐵口中心流動(dòng)，使得爐 缸邊緣的鐵水環(huán)流減小，從而減輕了對(duì)爐缸內(nèi)壁的 沖刷及熔蝕。隨著鐵口深度的增加，爐缸內(nèi)壁剪切 應(yīng)力值的減小幅度有所變化［2－4］ ，見圖1。
5＃ 高爐日常生產(chǎn)中，鐵口深度長期保持在2.5 ～ 2.8 ｍ，對(duì)標(biāo)行業(yè)同級(jí)別高爐鐵口平均深度為2.8 ｍ，由于鐵口深度偏小，沒有很好地形成有效泥 包對(duì)炭磚進(jìn)行保護(hù)，加劇了鐵口區(qū)域鐵水流動(dòng)沖刷 頻率，從而增加了對(duì)鐵口區(qū)域內(nèi)襯的侵蝕速度。
3.3 鐵口區(qū)炭磚侵蝕嚴(yán)重
5＃ 高爐爐缸標(biāo)高 8.633 ｍ 處炭磚出廠型號(hào)為1198 ｍｍ ×500 ｍｍ，停爐后通過對(duì)爐缸炭磚侵蝕情況調(diào)查，炭磚殘留厚度見表3。
由表3可知，東西鐵口下方標(biāo)高8.663 ｍ 處炭 磚殘留厚度最薄為138 ｍｍ，最厚處也僅有468 ｍｍ， 是側(cè)壁溫度升高的直接原因。
4 防治措施
為了有效控制爐缸側(cè)壁溫度上升且處于可控范 圍內(nèi)，確保高爐安全停爐，特制定如下預(yù)防和治理措 施。
4.1 制定爐缸預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)及操作標(biāo)準(zhǔn)
針對(duì) 5＃ 高爐爐缸側(cè)壁溫度異常升高，為保證安 全生產(chǎn)，制定以下特護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。具體預(yù)警值和對(duì)應(yīng)措 施見表4、表 5。
依據(jù)預(yù)警級(jí)別采取如下相應(yīng)措施：
（1）爐內(nèi)操作。鐵水物理溫度大于1500 ℃ ，鐵水 Si 含量在0.50％ ～ 0.65％ 之間，鐵水 S含量小于0.030％ ，在縮小風(fēng)口或加長風(fēng)口的基礎(chǔ)上酌情堵風(fēng) 口。長期使用釩鈦礦護(hù)爐，鐵水Ti含量控制在0.18％ ～0.25％ ，減產(chǎn) 5％ 以上直至穩(wěn)定。
（2）爐前操作。鐵口深度大于 3.0ｍ；鐵口區(qū)域 側(cè)壁溫度高時(shí)，使用特護(hù)炮泥；連續(xù)兩爐低于鐵口深 度下限，應(yīng)分析原因，采取有效措施，避免半截漏和 滲鐵現(xiàn)象；側(cè)壁溫度高的鐵口控制出鐵時(shí)間，原則上 出鐵時(shí)間應(yīng)小于90 ｍｉｎ，鐵口見噴后方可堵口；出鐵 量減少，采取兩個(gè)鐵口輪流出鐵，以確保兩個(gè)鐵口泥 包完整。
（3）冷卻制度。檢查冷卻設(shè)備漏水情況，及時(shí) 更換漏水冷卻設(shè)備；爐缸冷卻強(qiáng)度用至最大能力，降 低進(jìn)水溫度至最低，同時(shí)溫度高的冷卻壁單獨(dú)改高 壓水冷卻；嚴(yán)格執(zhí)行水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)。
（4）增加人工檢測(cè)次數(shù)。增加鐵口區(qū)域溫度高 對(duì)應(yīng)一側(cè)爐殼溫度自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備；爐基水溫差及爐 殼溫度檢測(cè)，每班一次，并按此頻次發(fā)相關(guān)數(shù)據(jù)至 “煉鐵廠高爐長壽”群。
（5）其他。如有上述沒有描述到的異常情況出 現(xiàn)時(shí)，按相應(yīng)的應(yīng)急措施進(jìn)行處理；以上動(dòng)作量由每 天碰頭會(huì)決定，側(cè)壁溫度小于500 ℃ 開始逐步返回 調(diào)整量；利用系數(shù)按小于 2.3ｔ ／（ｍ3 ·ｄ）控制。
4.2 強(qiáng)化基礎(chǔ)管理
爐缸側(cè)壁溫度、炭磚殘留厚度任何一項(xiàng)達(dá)到預(yù)警 等級(jí)，應(yīng)匯報(bào)生產(chǎn)技術(shù)部，由生產(chǎn)技術(shù)部進(jìn)行核定。
（1）信息管理。預(yù)警在正常范圍內(nèi)，每天早班匯報(bào) 1次，達(dá)到預(yù)警每班匯報(bào)2次（6 小時(shí)／次）。預(yù) 警信息發(fā)送至高爐長壽微信群。
（2）電偶維護(hù)。加強(qiáng)爐缸區(qū)域電偶維護(hù)，出現(xiàn) 異常及時(shí)檢查更換，同時(shí)增設(shè)爐缸冷卻壁水溫差升 高部位的電偶，以監(jiān)測(cè)此部位爐墻的溫度變化情況。
（3）爐殼測(cè)溫。在爐缸冷卻壁水溫差較高爐殼 處，按要求用紅外測(cè)溫檢測(cè)爐皮溫度，并作好記錄。 同時(shí)定期用紅外成像儀拍攝爐皮熱成像圖，必要處 安裝爐皮溫度檢測(cè)裝置，連續(xù)監(jiān)測(cè)爐皮溫度。
4.3 鐵口深度標(biāo)準(zhǔn)的制定與維護(hù)
4.3.1 優(yōu)化鐵口深度標(biāo)準(zhǔn)
鐵口深度即出鐵時(shí)鐵口區(qū)域爐墻和爐內(nèi)泥包渣 鐵通道的總長度。圖2為國內(nèi)部分高爐鐵口深度和爐容的關(guān)系，由圖2可以看出，隨爐容的增大，鐵口 深度相應(yīng)增加。對(duì)于3000ｍ3以下級(jí)別高爐，鐵口深度隨爐容增加趨勢(shì)明顯，3000ｍ３以上級(jí)別高爐， 鐵口深度增加趨勢(shì)變緩。鐵口深度與鐵口區(qū)域爐墻 厚度有關(guān)，一般要求在爐墻厚度的 1.2 ～1.5 倍之 間［5］ 。
結(jié)合包鋼高爐設(shè)計(jì)資料及行業(yè)同級(jí)別高爐合理 鐵口深度計(jì)算得出 ５＃ 高爐鐵口深度在 2.8 ～3.0 ｍ 較為合理。
4.3.2 加強(qiáng)鐵口的維護(hù)
（1）保持正常的鐵口深度。根據(jù)鐵口的構(gòu)造， 正常的鐵口深度應(yīng)稍大于鐵口區(qū)爐襯的厚度。保持 正常的鐵口深度，在操作上應(yīng)每次渣鐵出凈后，全風(fēng) 堵鐵口；保持適宜的堵泥量；炮泥質(zhì)量應(yīng)滿足生產(chǎn)要 求，要有良好的塑性及耐高溫渣鐵磨蝕和熔蝕的能 力；加強(qiáng)鐵口泥套的維護(hù)。
（2）保持正常的鐵口角度。固定鐵口角度操作 十分必要，出鐵口由一套組合磚砌筑，如鐵口角度改 變，必然破壞組合磚，同時(shí)爐缸鐵水環(huán)流會(huì)加重對(duì)爐 缸磚襯的侵蝕。
（3）保持正常的鐵口直徑。鐵口孔道直徑變化 直接影響到渣鐵流速，孔徑過大易造成流量過大，引 起渣鐵溢出主溝或下渣過鐵等事故。另外，還會(huì)引 起出鐵間隔時(shí)間不均勻，影響爐況順行。
（4）保持鐵口泥套完好。保持鐵口泥套完好可防 止鐵口冒泥和鐵口堵不上，減少事故，保證鐵口深度。
5 治理效果
通過采取以上防治措施，5＃ 高爐爐缸側(cè)壁標(biāo)高8.663 ｍ 處鐵口區(qū)溫度上升得到了有效的遏制，基本穩(wěn)定在 350 ～450 ℃ 之間，無明顯變差的趨勢(shì)，處 于可控范圍內(nèi)，消除了爐缸安全的重大隱患，為高爐 安全高效運(yùn)行創(chuàng)造了良好條件。
6 結(jié)論
（1）通過對(duì)爐缸炭磚侵蝕調(diào)查，東西鐵口下方 標(biāo)高8.663 ｍ 處炭磚殘留厚度最薄處為138 ｍｍ，位 于東鐵口下方，最厚處也僅有468ｍｍ，炭磚侵蝕嚴(yán) 重是側(cè)壁溫度升高的直接原因。
（2）5＃ 高爐通過采取制定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)、完善高爐 管理、優(yōu)化鐵口深度、調(diào)整生產(chǎn)操作參數(shù)等措施，爐缸側(cè)壁溫度得到了有效防治。
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