劉澤陽(yáng)

1 風(fēng)口小套破損情況極其影響

河北燕山鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“燕鋼”）2560m3高爐共有3 個(gè)鐵口，30 個(gè)風(fēng)口，其風(fēng)口長(zhǎng)度均為670mm，風(fēng)口直徑φ120mm 為14 個(gè)，風(fēng)口直徑φ110mm 為16 個(gè)，風(fēng)口頂端全部下斜5°。2018 年全年高爐基本處于良好穩(wěn)定順行狀態(tài)，自2019 年1月份開始出現(xiàn)風(fēng)口小套頻繁破損現(xiàn)象，在2019 年1 月份～3 月份期間共破損小套24 個(gè)，因更壞破損小套而導(dǎo)致高爐休風(fēng)8 次。破損小套平均使用壽命134 天，最低使用壽命僅3 天，整體使用壽命偏短，且破損小套基本為非正常性損壞。風(fēng)口小套直接插入高爐內(nèi)部，承受爐內(nèi)的高溫高壓，靠密閉循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻，一旦風(fēng)口小套破損冷卻水直接進(jìn)入爐缸，不但破壞高爐熱制度，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致高爐爐涼及爐缸凍結(jié)，甚至存有風(fēng)口燒穿的安全風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)口小套一旦破損漏水需及時(shí)組織高爐休風(fēng)換套，嚴(yán)重影響高爐連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，高爐生產(chǎn)組織十分被動(dòng)，導(dǎo)致人力物力消耗，生產(chǎn)成本大幅增加，給公司帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。為有效解決這一嚴(yán)重問題，煉鐵廠內(nèi)部成立攻關(guān)小組，職能部室及燒結(jié)、轉(zhuǎn)底爐等原料廠全力協(xié)助配合，通過詳細(xì)記錄破損小套位置分布、小套自身破損部位及形態(tài)，檢測(cè)各類入爐原燃物料質(zhì)量，查找相關(guān)文獻(xiàn)并同周邊鋼鐵廠專家交流探討，研究分析影響風(fēng)口小套頻繁破損原因，制定有效應(yīng)對(duì)措施并最終形成制度固化，堅(jiān)決減少直至避免后續(xù)風(fēng)口小套繼續(xù)破損。

2 原因分析

風(fēng)口小套約有30%～40%長(zhǎng)度直接伸入到高爐內(nèi)部，不但要承受風(fēng)口回旋區(qū)2000℃以上高溫?zé)彷椛洌€要承受400kpa 以上高壓，以及高溫?zé)犸L(fēng)及煤粉高速?zèng)_刷，高溫焦炭的磨損撞擊，甚至是液態(tài)渣鐵沖蝕，工作環(huán)境極其惡劣。惡劣的工作環(huán)境致使導(dǎo)致風(fēng)口小套破損原因眾多。造成鐵水熔損主要因素有邊緣過度發(fā)展、高爐爐缸堆積不活、鼓風(fēng)動(dòng)能不足、堿金屬富集等；造成磨損主要因素有噴吹煤粉射流磨壞、爐況不順懸坐料以及熱風(fēng)純凈度差沖刷導(dǎo)致，主要磨損部位基本為小套內(nèi)壁；而開裂主要指小套自身質(zhì)量問題，包括材質(zhì)、結(jié)構(gòu)與制造工藝不合理，無法滿足小套惡劣的使用環(huán)境要求。

根據(jù)2019 年1 月份～3 月份對(duì)漏水小套的詳細(xì)跟蹤檢查，破損24 個(gè)小套當(dāng)中，120mm 直徑小套破損率為16.33%，110mm直徑小套破損率為12.5%。前端上沿破損13 個(gè)，前端下沿破損4個(gè)，前端一圈整體燒損2 個(gè)，內(nèi)壁焊口開裂4 個(gè)，內(nèi)壁中部漏眼1個(gè)。整體鐵水熔損占比75%，內(nèi)部焊口開裂、漏眼占比25%。根據(jù)破損小套分布、破損位置和形態(tài)，分析破損具體原因如下。

2.1 中心氣流弱，邊緣氣流過分發(fā)展

前端上沿破損占比達(dá)75%，且呈現(xiàn)外眼大而內(nèi)眼小，判斷基本為鐵水熔損導(dǎo)致。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析，2019 年1 月上旬開始，2560m3高爐中心焦質(zhì)量明顯下降，從指標(biāo)上看最主要為熱反應(yīng)性能降低，反應(yīng)性21.44%→28.6%，反應(yīng)后強(qiáng)度68%→61%。為了進(jìn)一步驗(yàn)證焦炭質(zhì)量下降，借鑒馬鋼風(fēng)口取焦經(jīng)驗(yàn)，在2019年2 月中旬及3 月上旬利用休風(fēng)換套機(jī)會(huì)分別從東、南、西、北四個(gè)方向取風(fēng)口焦，對(duì)應(yīng)5#、12#、20#、28#四個(gè)風(fēng)口，取樣深度2m ～3m，經(jīng)過檢測(cè)風(fēng)口焦平均粒徑在12.3mm，較2018 年4 月檢測(cè)時(shí)16.7mm 下降較明顯。另外自2018 年12 月中旬開始2560m3高爐利用休風(fēng)檢修機(jī)會(huì)逐步擴(kuò)大風(fēng)口，由7 個(gè)φ120mm 直徑小套逐步增加至14 個(gè)φ120mm 直徑小套，送風(fēng)面積由0.318 ㎡擴(kuò)至0.324m2，初始?xì)饬靼l(fā)生變化與現(xiàn)役爐型匹配度降低，鼓風(fēng)動(dòng)能由9512 降至9150，實(shí)際風(fēng)速由244m/s 降低至235m/s，理論風(fēng)口回旋區(qū)減小。

焦炭質(zhì)量與送風(fēng)制度這2 種原因共同導(dǎo)致高爐中心氣流減弱，高爐2018 年12 月份～2019 年2 月份具體體現(xiàn)為透氣性指數(shù)平均由22.4%降低至21.6%，下降0.8%；風(fēng)壓由421kpa 升高至427kpa；風(fēng)量由4338m3/min 降低至4275m3/min，下降63m3/min；煤氣利用率由40.8%降低至39.3%。高爐內(nèi)部料慢產(chǎn)量下滑，燃耗增加，操作上被迫控風(fēng)，縮礦批，調(diào)料制適當(dāng)發(fā)展邊緣氣流。而高爐中心氣流弱，邊緣氣流的過分發(fā)展，就會(huì)導(dǎo)致邊緣生成渣鐵量的增加，沿風(fēng)口回旋區(qū)表面進(jìn)入爐缸，少量渣鐵沿爐墻滾落，當(dāng)出現(xiàn)少量渣鐵飄落到風(fēng)口小套上部，造成小套上端前沿熔損。尤其高爐被迫多次換套休風(fēng)后由于邊緣氣流發(fā)展生成的渣鐵冷凝到小套上，待高爐送風(fēng)后隨著溫度逐步升高渣鐵開始熔化滴落，導(dǎo)致送風(fēng)前期小套前端極易熔損，形成惡性循環(huán)。

2.2 爐缸中心焦質(zhì)量下降和邊緣氣流發(fā)展共同作用

2019 年1 月份～2 月份因3#鐵口修補(bǔ)大溝，使用1#、2#鐵口輪換出鐵，3#鐵口于3 月10 日晚八點(diǎn)半出鐵大溝修補(bǔ)完成開始投用，而經(jīng)統(tǒng)計(jì)觀察3#鐵口附近燒損風(fēng)口小套相對(duì)偏多，且風(fēng)口小套基本呈現(xiàn)為下沿熔損。

正常情況，爐缸死料柱焦炭是依靠爐缸渣鐵浮力而上下浮動(dòng)完成更替的，上浮時(shí)回旋區(qū)下部焦炭被重新推入風(fēng)口回旋區(qū)燒掉；由于爐料重量而影響死料柱中心焦炭下沉補(bǔ)充被燃燒焦炭，從而使得死料柱焦炭不斷的更新。死料柱焦炭更新循環(huán)路徑是由中心死料柱焦炭下沉至爐缸下部至回旋區(qū)下部上浮至回旋區(qū)燃燒，而渣鐵循環(huán)路徑由回旋區(qū)下部向下至死料柱中心，兩者正好相反，尤其邊緣氣流發(fā)展后，邊緣生成的渣鐵量增加并沿風(fēng)口回旋區(qū)表面進(jìn)入爐缸內(nèi)部。相互相反的兩個(gè)循環(huán)路徑勢(shì)必影響死料柱焦炭更新速度減慢，而焦炭質(zhì)量下降，共同影響焦炭粉化現(xiàn)象加重，影響透氣透液性變差，再加3#鐵口一段時(shí)間未投用，很有可能導(dǎo)致局部液泛發(fā)生或局部堆積，從而燒損風(fēng)口小套下沿甚至整個(gè)前端。

2.3 熱制度與造渣制度波動(dòng)

由于焦炭質(zhì)量降低及爐內(nèi)氣流變化，造成煤氣利用率變化降低，給生產(chǎn)調(diào)劑帶來較大困難，操作上把握不準(zhǔn)，影響高爐整體熱制度穩(wěn)定性與造渣制度穩(wěn)定性下降，整體表現(xiàn)為硅素和渣堿度升高，物理熱下降。尤其2019 年1 月下旬至2 月上旬高爐硅素在0.15%～1.20%呈較大幅度波動(dòng)，平均硅素0.54%，硅素穩(wěn)定率大幅下降至59.5%；物理熱最低到1467℃，平均僅為1482℃，較2018 年11 月份物理熱均值1498℃下降16℃；爐渣堿度升高由1.19 升高至1.26；爐渣鎂鋁比在0.63%～0.66%之間變化不大。中心氣流的減弱和邊緣氣流的不穩(wěn)定發(fā)展，爐襯稍波動(dòng)，再加小套漏水等因素，導(dǎo)致渣鐵流動(dòng)性整體變差，影響爐內(nèi)透氣性及壓量關(guān)系進(jìn)一步惡化，給爐外出鐵組織帶來困難，出鐵量差偏差加大，導(dǎo)致渣鐵在爐缸內(nèi)部積存，渣鐵液面上漲，接觸到風(fēng)口小套后極易燒損小套下沿。

2.4 堿金屬富集因素

自2018 年底到2019 年3 月份高爐入爐鋅負(fù)荷整體升高趨勢(shì)，由最初2018 年11 月份0.31kg/t.Fe 逐步升高2019 年2 月份的0.63kg/t.Fe。實(shí)際入爐鋅負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)標(biāo)所要求的指數(shù)，分析高爐入爐鋅負(fù)荷升高有以下幾點(diǎn)原因：

自2018 年12 月～2019 年2 月份2560m3高爐直接配吃廢鋼一段，配吃量由初期25kg/t.Fe 逐步增加至75kg/t.Fe，且連續(xù)性配吃近3 個(gè)月時(shí)間，配吃入高爐廢鋼不乏含有一定鍍鋅廢鋼，導(dǎo)致高爐入爐鋅負(fù)荷略升高。2560m3高爐自2 月14 日開始配吃金屬化球團(tuán)，配吃比例為30kg/t.Fe，同酸性球團(tuán)搭配配吃，2 月26日增加配吃比例至50kg/t.Fe。而轉(zhuǎn)底爐由于2 月初壓球機(jī)故障，熱返粉改由燒結(jié)配吃，金屬化球團(tuán)和熱返含鋅量均在0.2%左右，全部直接或間接進(jìn)入高爐，導(dǎo)致高爐入爐鋅負(fù)荷進(jìn)一步升高。另外我公司煉鋼長(zhǎng)時(shí)間配吃矽鋼片和廢鋼破碎料，煉鋼污泥鋅含量大幅升高，由0.5%升高至1.6%，經(jīng)過燒結(jié)回配進(jìn)入高爐，導(dǎo)致高爐入爐鋅負(fù)荷升高0.1kg。以上三點(diǎn)原因測(cè)算理論入高爐鋅負(fù)荷升高0.32kg/t.Fe。理論上鋅元素會(huì)在高爐內(nèi)循環(huán)富集，易黏附在爐墻上和爐料空隙中，導(dǎo)致爐墻結(jié)瘤，同時(shí)惡化高爐透氣性，使?fàn)t料下降不暢甚至懸料。鋅蒸氣進(jìn)入爐料內(nèi)部會(huì)對(duì)高爐穩(wěn)順生產(chǎn)非常不利。同時(shí)，液態(tài)鋅也是導(dǎo)致風(fēng)口小套厚度增加、風(fēng)口套破損以及發(fā)生上翹變形等危害的直接原因。

2560m3高爐以往操作始終以發(fā)展中心氣流為主，更加有利于排堿，跟蹤統(tǒng)計(jì)布袋灰、重力灰Zn 含量明顯提升，大部分堿金屬可隨著布袋灰排出，而隨著各類原因?qū)е轮行臍饬鳒p弱后不利于高爐排堿。經(jīng)過在高爐換套休風(fēng)期間詳細(xì)觀察，風(fēng)口處暫未發(fā)現(xiàn)明顯鋅富集等表觀現(xiàn)象。在同等礦批條件下配吃廢鋼雖然產(chǎn)生的鐵液過多，但廢鋼放在布料環(huán)帶中間位置，理論不會(huì)導(dǎo)致過多鐵液直接低落到風(fēng)口前沿，根據(jù)實(shí)際情況判斷燒風(fēng)口小套前端同高爐配吃廢鋼等無直接關(guān)系。

2.5 風(fēng)口小套自身結(jié)構(gòu)問題

經(jīng)過調(diào)查，2560m3高爐風(fēng)口小套供貨廠家共有3 個(gè)，其中有2家小套水工技師評(píng)價(jià)使用較好，有1個(gè)廠家小套評(píng)價(jià)使用較差，主要體現(xiàn)易燒損，且燒損后可控性差，長(zhǎng)期使用一段時(shí)間后水流量會(huì)越來越少，冷卻強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致小套使用壽命降低。為了進(jìn)一步研究小套內(nèi)部結(jié)構(gòu)，追其根本，隨即通過對(duì)評(píng)價(jià)褒貶不一的小套進(jìn)行切割解剖對(duì)比，發(fā)現(xiàn)3 個(gè)廠家小套內(nèi)部結(jié)構(gòu)雖均為貫流式風(fēng)口，但評(píng)價(jià)較差的廠家小套內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，小套最前端無隔板，未形成單獨(dú)的冷卻腔體，小套前端一旦燒損漏水，水流經(jīng)入口通道可直接到達(dá)漏點(diǎn)處，導(dǎo)致漏水量大且可控性極差，一旦漏水高爐就需被迫休風(fēng)換套。同時(shí)觀察評(píng)價(jià)較差小套內(nèi)部冷卻水通道及腔體空間相對(duì)較大，且內(nèi)部存有大量結(jié)垢，判斷為冷卻水流速偏低導(dǎo)致易結(jié)垢，結(jié)垢后又導(dǎo)致冷卻強(qiáng)度進(jìn)一步下降，最終體現(xiàn)為易燒損。經(jīng)過解剖分析最終判斷評(píng)價(jià)較差的風(fēng)口小套材質(zhì)并無問題，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致實(shí)際使用效果較差，且在破損小套中占比較高。此外，小套內(nèi)壁焊口接近風(fēng)口前端，焊接質(zhì)量稍有缺陷勢(shì)必成為薄弱點(diǎn)。

2.6 其它問題

經(jīng)過跟蹤檢查漏水小套破損位置及內(nèi)壁情況，基本排除煤粉射流及以及熱風(fēng)純凈度差而導(dǎo)致的小套內(nèi)部沖刷磨損情況。

3 解決措施

3.1 提高中心焦質(zhì)量，制定配吃標(biāo)準(zhǔn)

高爐的中心氣流減弱，高爐透氣性下降，操作上被迫控風(fēng)，縮礦批，調(diào)料制適當(dāng)發(fā)展邊緣，鼓風(fēng)動(dòng)能和風(fēng)速降低，少量渣鐵落到風(fēng)口小套上部，造成小套上端前沿熔損，此為小套頻繁燒損根本原因。結(jié)合采購(gòu)部制定高爐焦炭采購(gòu)與配吃管理制度，提出2560m3大高爐中心焦質(zhì)量要求，確保反應(yīng)后強(qiáng)度≥68%，反應(yīng)性≤24%，抗磨性≤7%，優(yōu)化焦炭粒度組成，減少鐵口卡焦或涌焦頻率，為爐外及時(shí)出凈渣鐵創(chuàng)造條件。同時(shí)利用檢修休風(fēng)機(jī)會(huì)，加強(qiáng)風(fēng)口焦取樣分析化驗(yàn)，作為內(nèi)部評(píng)判焦炭質(zhì)量有效手段。

3.2 固化送風(fēng)制度，優(yōu)化并穩(wěn)定熱制度與造渣制度

減少φ120mm 直徑小套個(gè)數(shù)，維持送風(fēng)面積到0.32m2左右，保持全風(fēng)操作，旨在吹透中心，穩(wěn)定局部氣流。制定工長(zhǎng)走動(dòng)式管理制度，要求1h 一看渣鐵及風(fēng)口，及時(shí)掌握爐溫趨勢(shì)變化，副工長(zhǎng)4h 一看料，掌握實(shí)際入爐原燃物料質(zhì)量變化情況，配合工長(zhǎng)準(zhǔn)確把握爐況發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)爐溫和燃耗進(jìn)行精確定位，合理正確的利用調(diào)控手段做好計(jì)劃性、預(yù)見性調(diào)劑；同時(shí)強(qiáng)化三班統(tǒng)一操作及交接班制度，確保高爐穩(wěn)順工作條件。要求爐溫控制0.35%～0.5%之間，保持充足物理熱，物理熱要求不小于1495℃，同時(shí)要求保持鎂鋁比在0.60%～0.65%之間，為爐外出凈渣鐵創(chuàng)造條件。

3.3 減少入爐鋅負(fù)荷，加強(qiáng)排堿

根據(jù)統(tǒng)計(jì)2015 年～2019 年高爐鋅負(fù)荷實(shí)際數(shù)據(jù)及結(jié)合兄弟單位經(jīng)驗(yàn)，確定內(nèi)部高爐入爐鋅負(fù)荷控制標(biāo)準(zhǔn)≯0.45kg/t。一是高爐暫停配吃廢鋼；二是結(jié)合公司技術(shù)部及煉鋼廠從源頭控制輕薄鍍鋅料到貨及流向，鍍鋅廢鋼定向供應(yīng)電爐，禁止流向大生產(chǎn)系統(tǒng)；三是結(jié)合質(zhì)檢部及燒結(jié)廠檢測(cè)并控制原料及塵灰配料種類，細(xì)化塵灰配吃，重點(diǎn)是煉鋼二次灰、干法細(xì)灰、污泥、粗顆粒灰以及煉鐵布袋除塵灰、重力除塵灰等含鋅量較高塵灰，避免燒結(jié)直接配吃，而是改由轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行配吃，其余煉鋼三次除塵灰以及脫硫灰等低鋅塵灰繼續(xù)由燒結(jié)配吃。轉(zhuǎn)底爐增加水洗及強(qiáng)力混合工序設(shè)備，對(duì)以上高鋅塵灰進(jìn)行充分消化后配吃，發(fā)揮轉(zhuǎn)底爐脫鋅效率，提高鋅粉產(chǎn)量及含鋅量，為公司創(chuàng)造效益同時(shí)減少鋅元素在燒結(jié)、煉鐵內(nèi)循環(huán)富集。四是針對(duì)現(xiàn)進(jìn)入高爐內(nèi)部循環(huán)富集的鋅，通過階段性下調(diào)爐渣堿度等措施科學(xué)排堿，從而實(shí)現(xiàn)降低堿害的目的。經(jīng)過以上一系列管控措施后，高爐鋅負(fù)荷下降到0.37kg/t 鐵。

3.4 優(yōu)化使用小套結(jié)構(gòu)，逐步替換結(jié)構(gòu)缺陷小套

漏水小套除返修的外，個(gè)別廠家供貨小套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，水流慢，抗實(shí)際工況變化能力較差，易燒損且可控性差，3 月份開始利用休風(fēng)機(jī)會(huì)逐步替換掉此類結(jié)構(gòu)缺陷小套使用。細(xì)化風(fēng)口小套招標(biāo)要求，保證小套自身材質(zhì)條件下，對(duì)冷卻腔體設(shè)計(jì)形式提出明確要求，加入冷卻通道阻力損失檢測(cè)及要求，督促風(fēng)口小套廠家對(duì)風(fēng)口小套進(jìn)行優(yōu)化改造，務(wù)必要求小套前端有單獨(dú)冷卻腔體，最終實(shí)現(xiàn)冷卻水有入口水道直接進(jìn)入小套前端腔體，繞圈一周進(jìn)入外腔體的循環(huán)形式，實(shí)現(xiàn)冷卻水在小套內(nèi)部較快速的流速及較好冷卻效果。明確風(fēng)口小套內(nèi)壁焊接質(zhì)量要求，必須采用氬弧保護(hù)焊接，焊口平滑，焊縫強(qiáng)度不低于母材，并進(jìn)行探傷檢驗(yàn)。繼續(xù)延續(xù)風(fēng)口小套使用評(píng)價(jià)管理機(jī)制并進(jìn)行固化。

3.5 計(jì)劃性休風(fēng)更換到壽命風(fēng)口小套

除了加強(qiáng)對(duì)小套的使用情況及冷卻情況的監(jiān)控同時(shí)，制定風(fēng)口小套壽命跟蹤管理辦法，針對(duì)超300 天使用壽命的小套利用休風(fēng)檢修機(jī)會(huì)進(jìn)行計(jì)劃性更換，避免在使用中出現(xiàn)破損而影響高爐長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.6 優(yōu)化爐前出鐵管理

嚴(yán)格執(zhí)行多鐵口輪換出鐵制度，采用3 個(gè)鐵口循環(huán)出鐵，同時(shí)根據(jù)實(shí)際鐵量及爐況，準(zhǔn)許可在上個(gè)鐵口開始噴鐵口打開下一個(gè)鐵口出鐵，保證連續(xù)性出鐵。爐內(nèi)配合爐外，抓好爐前“四率”管理，強(qiáng)化考核，確保及時(shí)按要求出凈渣鐵，減少對(duì)爐內(nèi)的影響。

3.7 加強(qiáng)水質(zhì)管理

結(jié)合技術(shù)部、質(zhì)檢部加強(qiáng)水質(zhì)化驗(yàn)，提高對(duì)風(fēng)口小套冷卻用水中礦質(zhì)元素種類及PH 值的檢測(cè)度，避免送風(fēng)裝置內(nèi)部結(jié)垢。

4 總結(jié)

爐風(fēng)口小套一旦破損對(duì)高爐安全、穩(wěn)順生產(chǎn)有著巨大影響。導(dǎo)致風(fēng)口破損原因眾多，通過改善高爐原燃料質(zhì)量，摸索優(yōu)化合理操作制度，控制堿金屬富集預(yù)防堿害，優(yōu)化小套結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化使用壽命管理及水質(zhì)管理等手段，全方位多手段杜絕風(fēng)口小套燒損可能性，為高爐連續(xù)穩(wěn)定、安全節(jié)能生產(chǎn)提供條件保障。