宣鋼4號高爐長壽技術實踐

張洪海 王聰淵 褚潤林 張利波 劉寶洋

(河北鋼鐵集團宣鋼公司)

宣鋼4號高爐長壽技術實踐

張洪海 王聰淵 褚潤林 張利波 劉寶洋

(河北鋼鐵集團宣鋼公司)

闡述了宣鋼4號高爐長壽設計與生產實踐工作。高爐從整體設計與耐材選擇，長期穩定控制，爐缸維護三方面入手，從設計施工到操作管理，建立完善的高爐長壽管理機制，實現了高爐長壽高效生產。

高爐 長壽 穩定控制

0 前言

宣鋼4號高爐(1 800 m3)于2005年10月24日建成并投產，它是宣鋼第一座真正意義上具有現代化高爐特征的大型高爐，至今已經實現爐齡10年，單位爐容產量8 723.85 t/m3的業績。因此，從爐體結構、材料、設備、操作等方面對4號高爐進行綜合研究，進一步延長高爐壽命，對指導大型高爐生產具有極其重要意義。

1 長壽技術措施

1.1 高爐本體長壽設計與耐材選擇

宣鋼4號高爐以“先進、實用、可靠、經濟、環?！睘樵O計原則，主要特點表現在大爐缸、加深死鐵層、適當矮胖、減小爐身及爐腹角等方面。加大爐缸高度到4.3 m，保證風口前有足夠的風口回旋區，有利于煤粉的充分燃燒及改善高爐下部中心焦的透氣(液)性，有利于改善氣體動力學條件；死鐵層深度加深到2 143 mm，減少鐵水環流侵蝕爐襯，提高爐缸、爐底壽命；適應宣鋼原燃料條件，爐型適當矮胖，高徑比Hu/D=2.41；適當減小爐腹角，有利于爐內煤氣流均勻分配，減少對爐腹渣皮的沖刷，使爐腹冷卻壁更好地結成渣皮，延長爐腹壽命。

高爐爐底、爐缸內襯中，爐底最下層為國產石墨磚，爐底最上層為微孔炭磚，它們之間為三層國產半石墨質炭磚；爐缸側壁共設置10層BC-7S微孔炭磚，鐵口局部為BC-8SR超微孔炭磚；爐底為具有雙向錯臺形狀的莫來石質大塊制品RL70MLC構成的“整體”陶瓷墊，采用同心圓互鎖方式砌筑的單層結構、高度為800 mm；陶瓷杯壁采用RL89MNC大塊灰剛玉磚、各杯壁磚帶有凹凸鑲嵌匹配的密封帶，爐缸中上部的陶瓷杯壁厚度為340 mm，鐵口區域和鐵口以下的杯壁厚度逐漸增厚并與陶瓷墊形成平滑過渡的“鍋底”型熱面,風口區域采用與陶瓷杯壁相同材質的單元式大塊風口組合磚。同時，在陶瓷杯、風口組合磚內襯結構中采用了諸如膨脹墊、緩沖密閉層、隔水板等應力釋放、結構密閉等細部結構元素技術[1]。高爐的爐底、爐缸內襯結構示意如圖1所示。

1-RL70MLC雙向錯臺陶瓷墊，2-RL89MNC鑲嵌式陶瓷杯壁，3-RL89MNC風口組合磚 ,4-BC-7S微孔炭磚，5-BC8SR超微孔炭磚，6-石墨磚，7-半石墨質炭磚

圖1 宣鋼4號高爐爐底、爐缸結構

1.2 高爐生產長期穩定控制技術

2006年11月，大焦比為342 kg/t，煤比為163 kg/t，創造出歷史最好水平，之后隨著原燃料條件劣化，指標出現下滑，但通過采取一系列穩定控制技術措施，高爐一直保持著穩定順行，成為4號高爐長壽高效生產的必要條件。

1.2.1 提高原燃料篩分效果

燒結礦篩是雙層兩面篩分形式，篩分效果較好，但下層篩棒條間距為3 mm～4 mm，容易發生堵塞。焦炭篩棒條間距為20 mm，使得入爐焦炭粒度小于25 mm的小塊焦偏多，也不利于料柱透氣性的提高。通過將燒結礦篩下層棒條篩間距擴大至4 mm～5 mm，焦炭篩棒條間距擴大至25 mm，回收返焦中的小塊焦，與燒結礦混裝入爐，既提高散料層透氣性，又能降低焦比。改造后，入爐風量水平明顯提高，風量提高會增加高爐內煤氣煤氣量及流速，有利于爐內堿鋅鉛從爐頂排出，從而減少有害元素循環富集對高爐長壽的不利影響。

1.2.2 大礦批

開爐后高爐礦批長期維持在48 t～49 t，焦比維持在400 kg/t以上，且煤氣流分布不穩定，爐況頻繁波動，2013年10月開始，大膽嘗試大礦批，逐步擴至52 t，擴大礦石批重能促進礦石的均勻分布，合理布料，優化煤氣流分布，穩定上部煤氣流， 提高煤氣利用率，使熱風所帶有的熱量能夠充分傳遞給爐料，增加高爐內鐵礦石的間接還原度，當原燃料條件惡化時，主動采取退礦批、焦批保持不變，保證了高爐順行。

1.2.3 優化上部裝料制度，穩定煤氣流

合理適宜的上部布料制度是高爐穩定順行的重要保障。多環布料形成的平臺要求有適宜的寬度,平臺過窄,氣流不穩定, 煤氣利用差, 平臺過寬, 較難生成混合層，中心容易堵塞。4號高爐2012年4月去除中心焦，使用平臺加漏斗的布料模式后，隨原燃料劣化，中心氣流逐步受到抑制，邊緣氣流相對發展，于是上部調節的主要方向是適當的發展中心氣流，穩定邊緣氣流。在保證爐況順行的前提下，逐步形成了“礦包焦”的料制，即最外環角度只有礦沒有焦，同時疏松中心，縮小中心焦角度且增加中心焦圈數。裝法由最初的α K40.5°(3)39.0°(3)37.5°(3)35.5°(1.5)J40.5°(2)39.0°(3)37.0°(3)34.0(2.0)28°(3.5)逐步調整為αK41.5°(4)39.5°(3)37.5°(3)35.5°(1.5)J39.5°(2)37.5°(3)35.5°(3)33.5(2.0)26°(4.5)。

通過不斷優化上部裝料制度, 使其和送風制度匹配, 形成穩定的爐喉料面結構，不斷摸索出適宜的平臺寬度和適宜深度的中心漏斗。高爐煤氣分布合理穩定,爐體熱負荷穩定在4 500×10 MJ/h～7 500×10 MJ/h，爐身下部、爐腰和爐腹冷卻壁燒壞頻率大大減少，其2008年至2015年爐體熱負荷變化趨勢如圖2所示。

圖2 4號高熱負荷變化趨勢

1.2.4 保證適宜的回旋區深度和理論燃燒溫度，實現初始煤氣流和溫度場合理分布

爐缸風口回旋區為高爐氣流的第一次分布，即初始氣流分布，通過軟熔帶和焦窗為高爐氣流的第二次分布，在塊狀帶再進行第三次分布。風口回旋區是氣流分布的起點，對其后的第二、三次分布起主導作用?；匦齾^的形狀和大小，反映了風口的進風狀態，影響氣流和溫度的分布，以及爐缸活躍程度[2]?；匦齾^的形狀和范圍大小適宜，則爐缸縱向和徑向的氣流和溫度分布也就均勻合理，過大或過小將造成中心或邊緣氣流發展[3]。到目前為止，回旋區深度還沒有很好的準確測量方法, 但由于回旋區的形狀與鼓風動能有關，所以在實際應用中, 通常用鼓風動能作為定量控制參數, 替代回旋區深度。

通過大量理論研究及實踐，4號高爐保持風量 3 800 m3/min～3 850 m3/min以上，風速保持230 m/s～250 m/s，動能保持110 kJ/s～120 kJ/s能保證高爐適宜的回旋區深度，維持爐缸活躍。

適宜的理論燃燒溫度應能滿足高爐正常冶煉所需的爐缸溫度和熱量，即保證液態渣鐵充分加熱，爐缸熱交換和還原反應正常進行，噴吹燃料在回旋區迅速燃燒。適宜的理論燃燒溫度隨高爐冶煉條件不同而有一定范圍，針對4號高爐原燃料條件差及爐役后期的特點，4號高爐理論燃燒溫度控制范圍由過去的2 100 ℃～2 200 ℃逐步提高至目前的2 200 ℃～2 300 ℃，保證了回旋區熱狀態的合理。

1. 3 爐缸維護技術

2013年1月16日開始，4號高爐位于西鐵口下方爐缸碳磚溫度大幅度升高，尤其是T1493和T1593兩個電偶點于1月23日升高至700 ℃以上，最高達到748 ℃，且沿T1493和T1593兩個電偶點順時針方向八、九層碳磚溫度都逐步上升過程，此處正處于象腳區，該區域水溫差0.3 ℃，熱流強度直逼事故值水平。如果不盡快采取措施，爐缸局部溫度進一步升高，極可能發生燒穿事故，高爐一代爐齡壽命受到嚴重威脅。T1493和T1593在2013年1月10日至1月28日溫度變化趨如圖3所示。

圖3 標高9.547 m T1493和T1593溫度點變化趨勢圖

1.3.1 護爐措施

高爐爐缸溫度異常升高后，經煉鐵工程技術人員研究，立即采取了一系列護爐措施。

1.3.1.1 提高冷卻強度

冷卻強度不適應高爐冶煉強度的要求，是爐缸側壁溫度異常、冷卻壁燒損的重要原因。完善冷卻水壓、流速、流量的檢測標準，提高爐缸溫度升高區域的水壓，提高流速，適當降低進水溫度，使爐墻形成穩定的保護性渣皮，是穩定爐缸側壁溫度重點工作。

高爐將軟水流量由3 500 m3/h提高至3 650 m3/h(冷卻泵最大流量)，進水溫度由44 ℃降低至41 ℃～42 ℃，提高冷卻強度。

1.3.1.2 提高入爐鈦負荷護爐

爐缸溫度異常升高后，逐步提高入爐鈦負荷至最高11 kg/t，后續隨爐缸溫度的下降及穩定，降低入爐鈦負荷，長期穩定在9.5 kg/t水平。

提高入爐鈦負荷后，形成由金屬Fe、FeO、石墨C、SiO2、Al2O3、TiC、TiN、Ti(C，N)的粘滯層減輕了炭磚的侵蝕，同時，通過對高爐操作制度的調整，保持良好的爐芯(爐缸)活躍度，減少鐵水環流的沖刷侵蝕，成為高爐爐缸長壽的關鍵。

1.3.1.3 嚴格控制有害元素含量

生產實踐和研究表明，堿金屬、Zn的侵蝕、滲透會造成高爐磚襯損壞、爐缸堆積、透氣性惡化以及爐況失常，影響高爐順行和長壽，技術中心和煉鐵廠針對高爐原燃料有害元素含量及高爐各種有害元素負荷進行了長期跟蹤，采取了嚴格的控制措施。高爐的有害元素入爐負荷如圖4所示。

圖4 4號高爐2013年有害元素變化趨勢

1.3.2 護爐效果

4號高爐在2013年1月出現爐缸溫度超標，通過采取一系列積極護爐措施，在沒有限制冶強的情況下環碳溫度逐步降低至正常水平，后續爐缸環碳溫度一直處于正常范圍，保證了高爐安全生產，也為高爐強化冶煉和長期穩定順行提供了基礎，其象腳狀侵蝕點溫度T1493和T1593變化趨勢如圖5所示。

圖5 高爐T1493和T1593點溫度變化趨勢

2 效果

4號高爐通過采取一系列設計及操作新技術, 已經實現爐齡10年，單位爐容產量8 723.85 t/m3的業績，并且爐缸及爐底各溫度仍處于正常范圍水平，有望實現15年的一代爐齡。同時，高爐長期保持爐況穩定順行，技術指標不斷優化，2015年1至12月份主要技術經濟指標見表1。

3 結語

(1)高爐設計合理，選材得當，施工管理嚴格，安裝工藝質量得到保證是高爐長壽的基礎；

(2)生產過程中針對不同時期的生產條件，不斷優化下部送風制度和上部裝料制度，實現高爐爐缸工作活躍和合理的煤氣流分布，保證高爐長期穩定順行，減少爐況波動，是實現高爐長壽的關鍵；

(3)爐役末期采取提高爐缸爐底冷卻效果，鈦礦護爐，嚴格控制有害元素含量等有效措施，減緩爐缸侵蝕，防止爐缸側壁溫度超標是實現高爐長壽的重中之重。

表1 宣鋼4號高爐技術經濟指標統計表

[1] 李貴陽，何汝生．宣鋼9#高爐陶瓷杯的結構特性與使用效果[C].2008河北冶金學會煉鐵技術暨學術年會論文集,濟南：河北冶金學會，2008：33-38．

[2] 成蘭伯．高爐煉鐵工藝及計算[M]．北京：冶金出版社，1991：203-217.

[3] 周傳典．高爐煉鐵生產技術手冊[M]．北京：冶金出版社，2002：313-314.

LONG COMPAIGN TECHNOLOGY AND PRACTICE OF XUANHUA STEEL'S NO.4 BF

Zhang Honghai Wang Congyuan Chu Runlin Zhang Libo Liu Baoyang

( Xuansteel Ironworks，Hebei Steel Group)

The long campaign design and productive practice of XuanSteel's No.4 BF are described. From whole design and refractory material selection of BF, long-term stable control and hearth maintenance, the perfect long campaign management of BF was established from design and construction to operation management. It realizes the long campaign and high-efficiency production.

blast furnace long campaign stable control

海，工程師，河北.張家口(075100)，河北鋼鐵集團宣鋼公司煉鐵廠；

2016—6—15