劉文明

（首鋼通鋼公司煉鐵事業(yè)部  ）

摘要：2025年3月份以來(lái)，3#高爐針對(duì)爐缸側(cè)壁溫度異常升高問(wèn)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(guò)采取一系列技術(shù)措施：①常態(tài)化局部堵風(fēng)口1-2個(gè)，鼓風(fēng)動(dòng)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(qiáng)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?fàn)t缸側(cè)壁溫度得到有效控制，還取得良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了綠色高效低成本煉鐵。

關(guān)鍵詞：高爐；護(hù)爐；指標(biāo)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(gè)風(fēng)口，3個(gè)出鐵口兩工一備。2016年4-5月份3#鐵口下方壁體溫度開(kāi)始上升，最高點(diǎn)上升至604℃，當(dāng)時(shí)測(cè)算碳磚殘厚最薄地方700mm，后期鈦礦護(hù)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(diǎn)位T1107-9,10,11,12（10-13#風(fēng)口下方，標(biāo)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(dá)到329℃，爐皮溫度最高點(diǎn)78℃（與電偶不在同一位置），該點(diǎn)殘存碳磚厚度583mm，經(jīng)測(cè)算澆筑料厚度256mm。引起了公司、鐵部高度重視。通過(guò)采取一系列防護(hù)措施后，不僅所有高溫點(diǎn)得到有效控制，高爐順行狀態(tài)和各項(xiàng)指標(biāo)也不斷改善，高爐利用系數(shù)達(dá)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(qiáng)度、炭磚剩余厚度

2.1  爐體溫度升高情況

2月末對(duì)爐皮溫度例行檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)10#風(fēng)口下方標(biāo)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(shì)異常，檢測(cè)該位置爐皮溫度達(dá)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(cè)溫點(diǎn)較少，且部分出現(xiàn)損壞，決定利用3月3日臨修機(jī)會(huì)改管、堵風(fēng)口操作，恢復(fù)所有損壞流量計(jì)和差壓表，并且對(duì)爐皮溫度高的區(qū)域安裝爐皮監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。

圖1 新增監(jiān)護(hù)爐殼溫度（熱成像）變化情況

2.2熱流強(qiáng)度

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量2段冷卻壁東南方向58-65#冷卻壁水溫差按0.2℃計(jì)算。二段冷卻壁面積為2.45m²，四進(jìn)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(chǎng)測(cè)量單根水管流量為48-51 m³/h。根據(jù)熱流強(qiáng)度計(jì)算公式：

q＝4.1868×Q×△t÷（3.6×S）

式中q：熱流強(qiáng)度，千瓦/每平方米，KW/m2

△t：進(jìn)出冷卻壁水溫差，℃

Q：冷卻壁進(jìn)出水流量，噸/每小時(shí)，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(jì)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(jì)算

3#高爐標(biāo)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(qiáng)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(biāo)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(jì)算x=0.256米，即13#風(fēng)口下方標(biāo)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(diǎn)（跟電偶不是同一個(gè)點(diǎn)）計(jì)算總計(jì)約839mm。

3護(hù)爐控制措施

3.1 提高冷卻強(qiáng)度，加強(qiáng)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(qiáng)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(jìn)水溫度，同時(shí)全開(kāi)冷卻風(fēng)扇，軟水進(jìn)水溫度由39℃降至36℃。

3月3日、5月7日利用休風(fēng)檢修機(jī)會(huì)，將第二段14塊、15塊冷卻壁由軟水冷卻改為開(kāi)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(guò)加大高溫區(qū)冷卻強(qiáng)度，容易使該處形成穩(wěn)定的凝鐵層，減少炭磚侵蝕。

3.2 長(zhǎng)期堵11、12#風(fēng)口

3月3日、5月7日定休堵11#、12#風(fēng)口，通過(guò)堵風(fēng)口可減少該區(qū)域風(fēng)量，降低爐缸邊緣活度，降低熱輻射，從而減少環(huán)流，達(dá)到良好的護(hù)爐效果。另一方面因縮小進(jìn)風(fēng)面積，在入爐風(fēng)量不變化的情況下，可提高鼓風(fēng)動(dòng)能，活躍爐缸中心。堵風(fēng)口后，風(fēng)口面積由0.3362m²縮至0.3249m²，在全風(fēng)狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速由原來(lái)的250m/s提高至270m/s左右，鼓風(fēng)動(dòng)能由原來(lái)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(shì)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(wèn)題，充分利用鐵前一體化周例會(huì)，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(duì)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(zhǎng)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(guò)調(diào)整裝料制度得到合理分布的煤氣流，有效減少爐料對(duì)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(biāo)創(chuàng)造有利條件。因此，裝料制度對(duì)高爐穩(wěn)定順行及指標(biāo)提升至關(guān)重要。通鋼3#高爐在調(diào)整煤氣的過(guò)程中，根據(jù)高爐的主要操作參數(shù)、爐體熱負(fù)荷、十字測(cè)溫等綜合判斷煤氣流分布狀況，通過(guò)布料檔位、批重等制定布料制度對(duì)煤氣流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)劑，學(xué)會(huì)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(gè)度，中心和邊緣過(guò)強(qiáng)或過(guò)弱都會(huì)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(fù)荷相匹配的壓量關(guān)系，再在加負(fù)荷的過(guò)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(shí)，焦平臺(tái)不變，縮小內(nèi)檔礦角0.5-1°，外檔礦角增加0.5°，礦平臺(tái)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(shí)，焦平臺(tái)不變，礦平臺(tái)跨度縮小至7.5°，加強(qiáng)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?tīng)t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(fēng)制度

合適的鼓風(fēng)參數(shù)和風(fēng)口進(jìn)風(fēng)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(fēng)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(fēng)量由4650m³/min提高至4750m³/min,鼓風(fēng)動(dòng)能保持13500kg.m/s左右。同時(shí)熱風(fēng)溫度穩(wěn)定在1240℃，熱風(fēng)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(fēng)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(fēng)速和鼓風(fēng)動(dòng)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(hào)高爐煤氣流穩(wěn)定性改善、操作爐型穩(wěn)定，壁體溫度波動(dòng)減少，鐵水物理熱及化學(xué)熱穩(wěn)定，爐缸蓄熱能力增強(qiáng)，在同等鐵水[Si]含量條件下，鐵水溫度顯著提高。為進(jìn)一步改善鐵水流動(dòng)性，促進(jìn)渣鐵及時(shí)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(dòng)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(dòng)性。

3.6爐體冷卻制度

合理穩(wěn)定的爐體冷卻制度對(duì)穩(wěn)定渣皮，保持合理的操作爐型至關(guān)重要,因3號(hào)高爐壁體熱負(fù)荷長(zhǎng)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(jìn)水溫度調(diào)整為36±0.5℃。在日常生產(chǎn)中，當(dāng)軟水進(jìn)水溫度有超出管理范圍的趨勢(shì)時(shí)，由高爐工長(zhǎng)及時(shí)提醒綜合泵站調(diào)整，提高軟水進(jìn)水溫度的穩(wěn)定性，對(duì)穩(wěn)定渣皮、防止渣皮大面積脫落、提高爐缸冷卻強(qiáng)度，維持合理的操作爐型起到了很好的促進(jìn)作用。

3.7強(qiáng)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(duì)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(hù)困難往往是爐缸不活、鐵水環(huán)流增強(qiáng)對(duì)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(qiáng)鐵口維護(hù)，通過(guò)對(duì)開(kāi)鐵口過(guò)程、鐵口深度、出鐵時(shí)間、打泥量等實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)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(fù)間隔出鐵模式轉(zhuǎn)變，單場(chǎng)出鐵時(shí)間保持在90-100分鐘左右，確保高爐不憋風(fēng)、鐵口不跑泥、鐵口深度夠，保障了渣鐵及時(shí)排放，提高爐前作業(yè)穩(wěn)定性。

3.8嚴(yán)格控制有害元素入爐含量

爐料中的堿金屬和鋅不僅會(huì)影響高爐順行，還會(huì)對(duì)高爐爐缸、爐底磚襯造成破壞。通過(guò)取樣化驗(yàn)分析，鋅的來(lái)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(gòu)球團(tuán)堿金屬和鋅含量較高。經(jīng)過(guò)入爐有害元素平衡計(jì)算分析，規(guī)定鋅負(fù)荷≤0.30Kg/t，堿負(fù)荷≦3.60Kg/t。同時(shí)，日常高爐操作上密切關(guān)注每日排堿率情況，必要時(shí)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(qiáng)監(jiān)測(cè)、護(hù)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(jī)會(huì)改高壓水，安裝爐皮熱成像在線監(jiān)測(cè)，安排看水工加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)水溫差、爐皮溫度的監(jiān)測(cè)次數(shù)，并認(rèn)真做好記錄。另一方面，加強(qiáng)崗位員工對(duì)護(hù)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(dòng)時(shí)，得到及時(shí)有效處理。再一方面，制定護(hù)爐措施，使生產(chǎn)過(guò)程做到進(jìn)可攻退可守。護(hù)爐要求如下：

4護(hù)爐效果

4.1爐缸側(cè)壁溫度、爐皮溫度變化趨勢(shì)

3^#高爐經(jīng)過(guò)一系列護(hù)爐措施，護(hù)爐效果卓見(jiàn)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(biāo)高7795mm東南方向熱電偶溫度，由開(kāi)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(diǎn)下降到安全可控范圍內(nèi)。

 圖3 爐皮溫度變化趨勢(shì)圖

圖4 爐缸側(cè)壁溫度變化趨勢(shì)圖

4.2高爐經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)情況

3^#高爐堅(jiān)持科學(xué)煉鐵的原則，追求綠色高效低成本煉鐵。護(hù)爐期間不僅各高溫點(diǎn)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(biāo)得到不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、高效護(hù)爐。護(hù)爐以來(lái)，3、4月份平均日產(chǎn)量及部分技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。.

表2 護(hù)爐期間各月份平均日產(chǎn)量及部分技術(shù)指標(biāo)

5  結(jié)語(yǔ)

（1）當(dāng)爐缸側(cè)壁溫度出現(xiàn)異常升高時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)冷卻、堵風(fēng)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(hù)爐成功的關(guān)鍵所在。

（2）護(hù)爐期間爐況保持長(zhǎng)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(fēng)速、高動(dòng)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(hù)爐效果的重要方面。

（3）控制適當(dāng)?shù)囊睙拸?qiáng)度和產(chǎn)能，爐缸側(cè)壁溫度保持可逆性，既可達(dá)到護(hù)爐的目的，又不影響爐況順行，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化經(jīng)濟(jì)護(hù)爐。

（4）當(dāng)高爐生產(chǎn)進(jìn)入一定時(shí)期，高爐側(cè)壁溫度升高是正?，F(xiàn)象，堅(jiān)持精益、科學(xué)煉鐵原則，采取合理的護(hù)爐措施，既可保證高爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，又可實(shí)現(xiàn)高效綠色低碳煉鐵。

參考文獻(xiàn)

[1]  高海潮,黃發(fā)元等.馬鋼煉鐵技術(shù)與管理.北京，冶金工業(yè)出版社 2019.

[2]  杜鶴桂,等.高爐冶煉釩鈦磁鐵礦原理.北京：科學(xué)出版社，1996，63.