劉廷友

1.概述

煉鐵是鋼鐵企業(yè)的核心環(huán)節(jié)，高爐生產(chǎn)要求穩(wěn)定順行、高效低耗、安全長壽。近年來，我國高爐生產(chǎn)技術(shù)取得了明顯的進(jìn)步，同時(shí)隨著高爐冶煉的強(qiáng)化，維護(hù)爐缸的重要性和迫切性日益突出，高爐爐缸狀態(tài)已經(jīng)成為高爐一代壽命的關(guān)鍵。

本鋼煉鐵廠6號高爐2850m3由重慶鋼鐵設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，于2004年9月15日開爐點(diǎn)火，至今進(jìn)行了三次控料線，2008年4月、2008年10月和2014年5月。目前6號高爐已連續(xù)工作13年零6個(gè)月，在爐役后期，6號高爐的爐缸安全以及維護(hù)工作成為高爐生產(chǎn)的重中之重。根據(jù)6號高爐淺表電偶、側(cè)壁電偶、熱流強(qiáng)度等數(shù)據(jù)變化趨勢及特點(diǎn)制定相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)并制定合理的護(hù)爐方法和措施，從而實(shí)現(xiàn)維護(hù)爐缸延長高爐壽命的目標(biāo)。

2.爐缸概況

2.1 爐缸耐材內(nèi)襯結(jié)構(gòu)

本鋼6號高爐爐缸采用“國產(chǎn)陶瓷杯+UCAR小塊炭磚水冷爐底”復(fù)合結(jié)構(gòu)。其具體結(jié)構(gòu)是：在爐底封板上澆搗高導(dǎo)熱系數(shù)的炭素?fù)v料后找平，其上滿鋪2層為國產(chǎn)石墨炭磚及2層為國產(chǎn)半石墨炭磚；爐底采用強(qiáng)制水冷；爐缸下部環(huán)砌43層美國UCAR熱壓小塊炭磚，上部采用17層國產(chǎn)SiN4-SiC磚和2層剛玉磚；陶瓷杯杯底采用2層剛玉莫來石磚，杯壁由l層剛玉組合磚構(gòu)成，在杯底炭磚與剛玉莫來石磚間填充RP-4搗打料，環(huán)砌炭磚和陶瓷杯上表面采用大塊蓋面磚。

2.2 爐缸軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)

高爐本體采用全軟水聯(lián)合閉路循環(huán)系統(tǒng)。全系統(tǒng)總循環(huán)水量Q=7000m3/h，壓力為0.7Mpa。整個(gè)系統(tǒng)分高爐本體系統(tǒng)和熱風(fēng)爐系統(tǒng)兩大部分。在高爐本體區(qū)域采取分段冷卻：第一段為爐底水冷，由44根無逢鋼管組成，冷卻水流量為240m3/min，水溫差為0.5℃-1.0℃；第二段1-6段冷卻壁冷卻，冷卻水流量為1700m3/min，水溫差為1.0℃-2.0℃；其中1-4段為光面冷卻壁，壁厚160mm，材質(zhì)為灰鑄鐵；第三段7-16段冷卻壁冷卻，冷卻水流量為3900m3/min，水溫差為5.0℃-6.0℃；第四段為風(fēng)口二套冷卻，冷卻水流量為700m3／min，水溫差為1.0℃-1.5℃。整個(gè)爐體水溫差為3.0℃-3.5℃。

2.3 爐缸電偶安裝情況

爐缸側(cè)壁熱電偶：側(cè)壁熱電偶布置從下到上一共布置了8層熱電偶，每層布置兩圈熱電偶。2014年5月空料線期間進(jìn)行修復(fù)，至今只剩26支電偶可用。重點(diǎn)2段、3段區(qū)域電偶損壞嚴(yán)重，且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高，現(xiàn)只作為溫度變化趨勢參考。

淺表電偶：為了更好監(jiān)控爐缸狀態(tài)，2017年2月28日爐缸二段安裝淺表電偶7個(gè)；2017年5月5日爐缸二段安裝淺表電偶9個(gè)；2017年9月29日爐缸二段安裝淺表電偶11個(gè)；2017年10月19日爐缸二段安裝淺表電偶6個(gè)；爐缸三段安裝淺表電偶22個(gè)。到目前為止，爐缸安裝淺表電偶共計(jì)55個(gè)，其中爐缸二段安裝33個(gè)，爐缸三段安裝22個(gè)。

爐缸貼皮電偶：6號爐爐缸現(xiàn)共安裝56支貼皮電偶，貼皮電偶合點(diǎn)為54個(gè)。主要分布為:鐵口區(qū)域安裝20支，2017年12月1日在爐缸二段安裝36支，其中爐缸二段（標(biāo)高7650mm）安裝26支，23號、24號風(fēng)口下方爐缸二段各安裝5支電偶。

爐缸冷卻水微小水溫差：爐缸二段49塊冷卻壁，安裝49個(gè)冷卻壁水管水溫差，損壞7個(gè)；三段46塊冷卻壁，安裝46個(gè)冷卻壁水管水溫差。

3.爐缸各溫度點(diǎn)變化情況及采取措施

3.1 爐缸各溫度點(diǎn)變化情況

2018年1月，6號高爐爐況穩(wěn)定順行，爐缸二段淺表電偶TE4048（1號、2號場4號風(fēng)口下方）溫度點(diǎn)1月1日—14日由89℃上升到97℃左右；1月15日—30日由97℃最高上升到144℃；爐缸二段淺表電偶TE4204（1號、2號場3號風(fēng)口下方）溫度點(diǎn)1月1日—25日由81℃上升到96℃左右；1月26日—31日由97℃最高上升到105℃；爐缸二段淺表電偶TE4202（1號、3號場26號風(fēng)口下方）溫度點(diǎn)1月1日—31日由71℃上升到102℃。其他溫度點(diǎn)在正常范圍內(nèi)波動(dòng)（見圖1、圖2）。

圖1 爐缸二段淺表電偶溫度變化趨勢圖 ℃

圖2 爐缸二段淺表電偶溫度變化趨勢圖 ℃

圖3 爐缸二段側(cè)壁電偶溫度變化趨勢圖 ℃

圖4 爐缸三段側(cè)壁電偶溫度變化趨勢圖 ℃

爐缸側(cè)壁電偶TE4220（標(biāo)高GL7.905 275°）溫度點(diǎn)1月1日—31日由216℃上升到280℃；其它溫度點(diǎn)溫度在正常范圍內(nèi)波動(dòng)（見圖3）。

爐缸側(cè)壁三段電偶TE4180（GL9.530 90°）溫度點(diǎn)1月1日—31日由115℃上升到141℃；其它溫度點(diǎn)溫度在正常范圍內(nèi)波動(dòng)（見圖4）。

3.2 采取措施

根據(jù)上述各爐缸溫度點(diǎn)的變化情況，可以看出6號高爐爐缸的安全狀態(tài)已經(jīng)受到威脅，爐缸安全工作成為重中之重，此為采取了以下措施維護(hù)爐缸，保證6號高爐安全穩(wěn)定的生產(chǎn)。

3.2.1 加釩鈦礦護(hù)爐

當(dāng)爐缸磚襯出現(xiàn)異常侵蝕或侵蝕較為嚴(yán)重時(shí)，在爐料結(jié)構(gòu)中加鈦（TiO2）護(hù)爐，在爐內(nèi)還原生成高熔點(diǎn)的Ti(C、N)化合物，與鐵水及鐵水中析出的石墨凝結(jié)并黏附在侵蝕后的磚襯上，起到保護(hù)爐缸磚襯的作用。

2018年1月22日每批料所用釩鈦礦由2t/ch增加到3t/ch，鈦負(fù)荷由原來的5.5kg/t增加到9.0kg/t，鐵中鈦含量由原來的0.1%增加到0.15%-0.2%左右（見圖5）。

圖5 鐵中含鈦量變化趨勢

3.2.2 適當(dāng)提高爐溫，保持爐缸充沛的熱度

高爐配加釩鈦礦護(hù)爐后，為保持合適的爐缸熱度，爐溫和堿度都要做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，爐溫[Si]控制在0.5±0.05%，生鐵中[S]≯0.03%。鐵水中[Si]含量是爐缸熱度的化學(xué)表征，保持充沛的爐缸熱度，有利于爐渣中TiO2還原成[Ti]。研究表明，生鐵中的石墨碳數(shù)量隨[Si]、[Ti]、[C]的增加而逐漸增多。TiO2還原成[Ti]后，在爐內(nèi)與C、N生成高熔點(diǎn)游離的TiC、TiN微粒，可以作為石墨晶核，有利于石墨化和石墨析出，降低了鐵水的流動(dòng)性，減緩爐缸側(cè)壁炭磚的侵蝕。

3.2.3 控制冶煉強(qiáng)度

當(dāng)高爐利用系數(shù)提高后，通過爐缸單位截面積的鐵水增加，鐵水平均流速提高，爐缸環(huán)流加劇，將導(dǎo)致爐缸侵蝕加速。同時(shí)，生鐵產(chǎn)量的增加，也給爐缸帶來了更多的熱量，使?fàn)t缸炭磚磚襯熱面溫度升高，加速爐缸侵蝕。

2018年1月23日將富氧降到80m3/min，值班室在操作上采取穩(wěn)定風(fēng)量、控制上限爐溫等措施，1月27日由于爐缸二段淺表電偶TE4048溫度上升到141.2℃，采取停富氧降強(qiáng)度減產(chǎn)作業(yè)措施。

3.2.4 合理的出鐵制度和鐵口維護(hù)

維護(hù)好鐵口對爐缸的壽命至關(guān)重要，隨著高爐服役時(shí)間的增加，鐵口深度應(yīng)隨之?dāng)U大，這也是保護(hù)爐缸長壽的基本要求。爐缸側(cè)壁環(huán)流加劇，磚襯熱面溫度過高，液態(tài)鐵水和堿金屬滲透侵蝕形成變質(zhì)層，在渣鐵的沖刷下，會(huì)加速侵蝕。因此降低出鐵速度有利于減少環(huán)流。但鐵流時(shí)間超長，加劇鐵口泥包和鐵口孔道的侵蝕，不利于鐵口維護(hù)容易造成生產(chǎn)安全事故。針對這一情況6號高爐制定了相應(yīng)措施，鐵口深度大于3.2m，每次出鐵時(shí)間2h-2.5h，以保持爐缸內(nèi)渣鐵面相對穩(wěn)定，減少鐵水環(huán)流對爐缸磚襯的侵蝕。

3.2.5 爐內(nèi)操作制度管理

爐內(nèi)操作制度至關(guān)重要，沒有好的操作制度爐況順行就難以保證，會(huì)加劇爐缸鐵水環(huán)流對磚襯的損壞。6號高爐采用的主要措施有：

（1）控制生鐵[Si]含量為0.5±0.05%，保證鐵水溫度不低于1490℃，并嚴(yán)格要求各班統(tǒng)一操作，嚴(yán)禁長期低爐溫操作，連續(xù)2次爐溫低于下限時(shí)要采取提高爐溫的操作措施。

（2）控制爐渣二元堿度為1.22±0.02、生鐵[s]含量＜0.030%。偏離此范圍，及時(shí)調(diào)整堿度。

通過采取上述一系列有效措施，本鋼6號高爐于2018年3月初成功的將爐缸各電偶溫度恢復(fù)至正常水平，現(xiàn)階段爐缸處于安全工作狀態(tài)。但高爐爐役后期生產(chǎn)，爐缸侵蝕是不可逆過程，如何把握好高爐產(chǎn)量和指標(biāo)與高爐爐缸安全生產(chǎn)的平衡點(diǎn)還有待于煉鐵工作者進(jìn)一步探索和研究。

4.結(jié)語

爐缸長壽維護(hù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要多項(xiàng)技術(shù)統(tǒng)一、有序進(jìn)行。對爐缸進(jìn)行有效地檢測及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐缸工作異常并采取有效措施是爐缸長壽的保障。本鋼6號高爐以處于爐役后期，在日常生產(chǎn)中加強(qiáng)各方面的管理，重點(diǎn)做好爐缸冷卻制度的管理和各溫度點(diǎn)的檢測工作，并采取加釩鈦礦護(hù)爐和穩(wěn)定的操作制度等措施來減緩爐缸內(nèi)襯的侵蝕速度，以保證爐缸長壽。