趙新

石橫特鋼集團(tuán)有限公司煉鐵廠，中國(guó)·山東 泰安 271612

高爐；爐底爐缸溫度；爐況順行；高爐長(zhǎng)壽

1 引言

爐缸是爐內(nèi)反應(yīng)開(kāi)始和結(jié)束的部位，是高爐爐況順行的基礎(chǔ)和保證。爐缸上部的風(fēng)口區(qū)是燃料燃燒的地方，是煤氣的發(fā)源地和冶煉過(guò)程所需熱量的源泉；爐缸下部是渣鐵儲(chǔ)存區(qū)，進(jìn)行著渣鐵反應(yīng)，是保證生鐵質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。爐缸對(duì)高爐生產(chǎn)有著決定性的作用，同時(shí)也是影響高爐一代爐役壽命的關(guān)鍵。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)爐缸、爐底溫度判斷高爐爐缸整體工作狀態(tài)，保證高爐長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要意義。

2 爐底爐缸溫度對(duì)高爐的影響

2.1 計(jì)算活性指數(shù)，判斷爐缸工作狀態(tài)

根據(jù)爐缸側(cè)壁溫度和爐底溫度的變化規(guī)律來(lái)判定爐缸狀態(tài)，一般情況下兩者之間具有此消彼長(zhǎng)的特點(diǎn)。爐缸活性指數(shù)的計(jì)算方法：K=爐底中心溫度/爐缸側(cè)壁溫度的平均值。1080m3高爐的爐底溫度可取TE604 點(diǎn)的溫度，爐缸側(cè)壁溫度可取鐵口兩側(cè)溫度的平均值。

缸側(cè)壁溫度與爐底溫度的變化具有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，兩座大高爐每一次側(cè)壁溫度的上升基本都發(fā)生在爐底溫度下降之時(shí)，而爐底溫度較高的時(shí)候，側(cè)壁溫度較低也穩(wěn)定[1]。二者關(guān)系的實(shí)質(zhì)是鐵水環(huán)流加劇、鐵口區(qū)域炭磚熱面溫度升高與爐底凝鐵層增厚的關(guān)系。因此當(dāng)爐缸活性指數(shù)下降時(shí)，要分析爐缸狀態(tài)是否正在變差，需不需要采取措施處理。

2.2 建立高爐侵蝕模型，判斷高爐使用壽命

通過(guò)研究高爐侵蝕規(guī)律及熱傳輸原理，綜合運(yùn)用傅立葉定律第一定律來(lái)簡(jiǎn)化爐缸侵蝕計(jì)算模型，并能用在線數(shù)據(jù)及時(shí)計(jì)算出爐缸侵蝕狀態(tài)，為護(hù)爐工作提供依據(jù)。

根據(jù)傅立葉定律第一定律，q=-λdt/dn，把復(fù)雜的傳熱計(jì)算簡(jiǎn)化為穩(wěn)態(tài)傳導(dǎo)傳熱問(wèn)題。已知爐底、爐缸材料的導(dǎo)熱系數(shù)（λ）與溫度點(diǎn)的距離n，利用溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以計(jì)算出熱流強(qiáng)度值（q），進(jìn)而計(jì)算出鐵水凝固點(diǎn)（1150℃）與溫度測(cè)定點(diǎn)檢的距離，推測(cè)爐底，爐缸的殘余厚度。目前爐缸侵蝕計(jì)算模型，已能計(jì)算出所有爐缸側(cè)壁及爐底侵蝕量，繪制出爐缸侵蝕斷面圖，對(duì)爐缸的侵蝕狀態(tài)有直觀了解，倒推出爐缸侵蝕節(jié)奏控制節(jié)點(diǎn)，為不同階段的護(hù)爐措施，提供依據(jù)。

2.3 定性判斷高爐運(yùn)行狀態(tài)

通過(guò)多點(diǎn)位埋設(shè)熱電偶實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化趨勢(shì)，為判斷爐缸狀態(tài)提供有力支持。爐缸圓周均勻活躍有利于高爐穩(wěn)定順行，而局部過(guò)活導(dǎo)致?tīng)t缸耐材異常侵蝕，甚至影響高爐壽命，大體分為兩方面。

（1）對(duì)高爐的穩(wěn)定順行的影響

爐缸作為煤氣的發(fā)源地，決定了初始煤氣流的分布狀態(tài)，從而影響煤氣在上升過(guò)程中與爐料密切接觸傳熱傳質(zhì)過(guò)程的進(jìn)行及上部煤氣流的走勢(shì)。而無(wú)論爐況順行與否，還原過(guò)程好壞，冶煉效果最終由爐缸工作狀態(tài)反映出來(lái)，所以爐缸是最主要的工作部位。

（2）對(duì)高爐壽命的影響

當(dāng)爐缸及爐底局部溫度出現(xiàn)異常過(guò)高時(shí)，代表該區(qū)域侵蝕異常嚴(yán)重，而爐缸是高爐主要產(chǎn)物爐渣與生鐵儲(chǔ)存區(qū)，當(dāng)耐材侵蝕殆盡后，高溫渣鐵與冷卻壁直接接觸，從而引起爐缸燒穿，爆炸等惡性事故的發(fā)生。

3 爐底爐缸溫度異常的表現(xiàn)與處理

爐底爐缸溫度隨著高爐壽命的增加呈緩慢升高趨勢(shì)，若爐缸爐底溫度短時(shí)間發(fā)生大幅度變化，一般波動(dòng)超過(guò)8℃/天，則可定義為溫度異常。異常分為過(guò)低、過(guò)高兩種，分別對(duì)應(yīng)為爐缸堆積及爐缸異常侵蝕兩種。

3.1 爐底、爐缸溫度下降的判斷與處理

爐缸堆積的特征為爐底溫度不斷下降。如屬爐缸邊緣堆積，除爐底溫度下降外，爐缸邊緣溫度、爐缸冷卻壁水溫差及熱流強(qiáng)度也同時(shí)降低。發(fā)生爐缸堆積初期溫度變化并不明顯，這也是爐缸堆積難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)的原因，應(yīng)當(dāng)結(jié)合其他手段，綜合判斷爐缸堆積程度。

爐缸堆積的處理主要有以下幾方面：①提高焦炭質(zhì)量。焦炭是高爐料柱的“骨架”，實(shí)踐證明很多爐缸堆積，特別是爐缸中心堆積，大部分是由焦炭質(zhì)量惡化引起的。措施主要是盡快改善焦炭質(zhì)量，形成新的爐缸焦炭料柱，逐步提高焦炭層的透氣性和透液性，避免風(fēng)口的頻繁破損，逐步擴(kuò)大送風(fēng)面積。②利用上下部調(diào)劑，處理爐缸堆積。邊緣或中心過(guò)輕（發(fā)展）或過(guò)重（堵塞）等煤氣分布不均造成的堆積，應(yīng)查明原因，用上下部調(diào)劑進(jìn)行處理。③改善渣鐵流動(dòng)性或洗爐。爐缸堆積要嚴(yán)防高硅鐵、高堿度渣操作，避免渣鐵粘稠加重爐缸堆積。

3.2 爐底、爐缸溫度上升的判斷與處理

當(dāng)爐缸及爐底局部溫度出現(xiàn)異常過(guò)高時(shí)，即發(fā)生爐缸異常侵蝕。根據(jù)對(duì)停爐后爐缸爐底內(nèi)襯侵蝕情況的研究發(fā)現(xiàn)，高爐爐缸爐底侵蝕破損的形狀主要有三類：①爐底中心部位侵蝕嚴(yán)重的鍋底狀侵蝕；②爐缸側(cè)壁和爐缸爐底交界處侵蝕嚴(yán)重的象腳狀侵蝕；③爐缸爐底內(nèi)襯均勻侵蝕，爐缸爐底交界處未出現(xiàn)明顯的象腳狀侵蝕，爐底也未出現(xiàn)鍋底狀侵蝕，這類侵蝕屬于正常侵蝕。

（1）鍋底狀侵蝕

形成鍋底狀侵蝕的原因主要是由于爐缸死焦柱下部鐵水較強(qiáng)的流動(dòng)、沖刷所致，用于爐底的耐火材料難以抵抗鐵水的劇烈沖刷，加之爐底冷卻功能不完備，這種異常侵蝕一般會(huì)造成高爐爐底炭磚層減薄。我公司原380m3高爐爐底采取小炭塊結(jié)構(gòu)，風(fēng)冷方式，2009年9月份停爐大修時(shí)，發(fā)現(xiàn)爐底炭磚侵蝕至第三層，形成了類似鍋底狀侵蝕。

（2）象腳狀侵蝕

象腳狀侵蝕是現(xiàn)代高爐爐缸爐底內(nèi)襯最主要的侵蝕類型。其特征是在爐缸爐底交界處內(nèi)襯侵蝕外形呈象腳狀，即在爐缸爐底交界處內(nèi)襯侵蝕嚴(yán)重，侵蝕線向爐缸側(cè)壁和爐底周邊擴(kuò)延，對(duì)應(yīng)爐缸第2 段冷卻壁的位置。這類侵蝕對(duì)高爐爐缸爐底壽命危害巨大，是制約高爐壽命的主要因素。爐缸整體侵蝕形貌示意圖如下：

圖1 爐缸整體侵蝕形貌示意圖

（3）均勻侵蝕

爐缸爐底內(nèi)襯均勻侵蝕表現(xiàn)為爐缸側(cè)壁和爐底侵蝕形狀比較均勻，但侵蝕最嚴(yán)重的部位仍是爐缸側(cè)壁和爐底交界處，只是象腳狀異常侵蝕的特征并不顯著。

（4）爐缸侵蝕異常處理

①減輕布料漏斗中心負(fù)荷和減輕焦炭負(fù)荷的操作，加快爐缸死料柱的更換，活躍爐缸。從近兩年的實(shí)踐結(jié)果看，每當(dāng)風(fēng)量萎縮，爐底溫度下降時(shí)，采用降低焦炭負(fù)荷的措施，均能有效的改善爐缸的工作狀態(tài)。

②保持較強(qiáng)而穩(wěn)定的中心氣流，為吹透中心、適當(dāng)抑制邊緣氣流，同時(shí)要兼顧對(duì)下部爐缸狀態(tài)的影響，為加快爐缸死料柱的更新速度和透液性，要進(jìn)一步減輕漏斗內(nèi)焦炭負(fù)荷，保證中心氣流從下而上暢通、穩(wěn)定。

③加鈦礦護(hù)爐，鐵水中[Ti]低于0.08%，在爐內(nèi)的沉積的數(shù)量極少，大于0.08%，才有可能沉積。眾多經(jīng)驗(yàn)表明，鐵水中[Ti]在0.08-0.12%之間，護(hù)爐作用明顯，[Ti]在0.15-0.25%之間，護(hù)爐更有效，鐵水[Ti]0.25%是護(hù)爐上限。鐵水中[Ti]濃度大于0.25%，雖然護(hù)爐效果更佳，但鐵水粘度明顯變壞，容易形成爐缸堆積，破壞高爐行程。

④改善炮泥質(zhì)量，維護(hù)好鐵口是防止側(cè)壁溫度波動(dòng)和保證爐缸長(zhǎng)壽的最基本要求。減少斷鐵口次數(shù)，切實(shí)改善并穩(wěn)定炮泥質(zhì)量，對(duì)維護(hù)好鐵口、緩解側(cè)壁溫度的升高將起到很大作用。

4 結(jié)語(yǔ)

保證高爐的爐缸活躍性是個(gè)系統(tǒng)工程，需要從多方面入手，通過(guò)各種操作制度配合才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)爐缸活躍性變化要做到預(yù)知預(yù)控，摸索爐缸活躍性評(píng)價(jià)機(jī)制是一種有效方法。物理熱指數(shù)等判斷爐缸活躍都有其局限性，受操作方針變化、產(chǎn)量調(diào)整等影響，實(shí)際生產(chǎn)中還要多進(jìn)行統(tǒng)籌分析，結(jié)合實(shí)際爐況來(lái)摸索本高爐的正常參數(shù)值。當(dāng)爐缸狀態(tài)下降初期，應(yīng)加強(qiáng)日常調(diào)整，高爐在原燃料質(zhì)量下降的情況下，保證鐵水溫度及中心溫度不下降可避免造成爐況更大波動(dòng)。爐缸作為高爐生產(chǎn)的重中之重，不僅僅是對(duì)高爐的穩(wěn)定順行有重要作用，還對(duì)人身、生產(chǎn)安全及高爐長(zhǎng)壽起到主導(dǎo)性。作為高爐生產(chǎn)，無(wú)論在新建高爐還是大修時(shí)，必須做好施工質(zhì)量的把關(guān)，確保生產(chǎn)后溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，根據(jù)數(shù)據(jù)作出果斷有效的反饋，保障高爐長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。