鞍鋼4號高爐爐墻結厚原因及解決措施

趙東明，李建軍，曾宇，佟敏英，劉德輝

（鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠 ，遼寧 鞍山114021）

鞍鋼股份有限公司煉鐵總廠4號高爐（2580 m3）設有4個鐵口、30個風口，采用新型PW串罐式無料鐘爐頂布料設備，爐底爐缸采用碳磚與陶瓷杯相結合的復合結構，冷卻系統采用除鹽水密閉循環系統、全冷卻壁結構 （爐腹、爐腰、爐身下部區域6～9段采用銅冷卻壁），沖渣工藝為冷茵芭工藝，除塵采用干法煤氣除塵系統。4號高爐于2015年6月15日停爐大修更換爐缸耐材，2015年8月22日點火送風，開爐后順利達產，燃料消耗水平較低。但由于原燃料條件變化和操作等原因，2016年10月爐身下部出現爐墻結厚現象。通過對爐墻結厚原因進行分析，并采取相應措施，爐墻結厚得到有效處理，高爐爐況明顯好轉。

1 爐墻結厚的現象

爐墻結厚主要表現是爐身熱負荷明顯下降。表1為2016年4號高爐爐墻結厚前后的技術指標。從表1中可以看出，2016年9月至10月，爐身熱負荷由58 497 MJ/h下降為40 529 MJ/h，7～9段銅冷卻壁體溫度平均下降7℃，6段銅冷卻壁體溫度下降4℃。隨著生產進行，高爐爐況順行變差，風壓穩定性變差，崩滑料時有發生，高爐燃料消耗上升，結合爐身熱負荷和銅冷卻壁溫度的變化趨勢，可以看出2016年10月高爐發生爐墻結厚。

2 爐墻結厚原因分析

2.1 入爐原料質量

鞍鋼4號高爐入爐燒結礦以鞍鋼礦山集團東燒廠所產燒結礦為主，由火車運輸至礦槽；有時輔以廠內落地燒結礦，由汽車運輸至礦槽。由于燒結礦露天運輸和儲存，下雨會淋濕燒結礦，導致燒結礦受潮，粉末會粘附在大粒燒結礦表面入爐，使高爐入爐粉末增多。2016年4號高爐所用燒結礦＜5 mm粒級含量和返礦率見圖1。由圖1可以看出，2016年4號高爐所用燒結礦＜5 mm粒級含量呈上升趨勢，高爐返礦率呈下降趨勢。由于高爐采取發展中心、抑制邊緣的裝料制度，邊緣氣流受到抑制，造成入爐粉末在邊緣富集，邊緣自動加重，爐墻結厚。

表1 2016年4號高爐爐墻結厚前后的技術指標

圖1 2016年4號高爐燒結礦＜5 mm粒級含量和返礦率

2.2 冷卻強度

近些年高爐生產普遍通過加大冷卻水量以增強冷卻強度，但這種方式在邊緣氣流受到抑制的情況下會加劇爐墻結厚。2016年4號高爐爐身冷卻系統參數見表2。由表2可以看出，1～10月冷卻水量保持在4 800 m3/h水平，冷卻強度偏大，由于出現爐墻結厚，11月開始減少爐身冷卻水量，降低冷卻強度；冷卻水進水溫度平均33.5℃，比較穩定；1～9月冷卻水溫差總體穩定，平均2.80℃，9月末冷卻水溫差開始持續下降，10月平均冷卻水溫差2.00℃，10月中旬水溫差最低降至1.20℃，說明爐墻結厚已經形成。

表2 2016年4號高爐爐身冷卻系統參數

2.3 裝料制度

鞍鋼4號高爐裝料制度的操作理念為發展中心、抑制邊緣，但過分抑制邊緣容易發生爐墻結厚甚至結瘤現象。2016年4號高爐中心焦炭比例和邊緣礦焦比（邊緣礦與焦炭份額比）見圖2。

由圖2可以看出，中心焦炭比例在1～8月低于30%、9月開始逐漸增加超過30%，邊緣礦焦比8月開始逐漸增大。2016年9月中旬裝料制度，中心焦炭比例30%，邊緣礦焦比2.96；10月上旬裝料制度，中心焦炭比例33%，邊緣礦焦比3.09；10月中旬裝料制度， 中心焦炭比例35%，邊緣礦焦比3.15。中心焦炭比例和邊緣礦焦比例逐漸增大，中心氣流過分發展、邊緣氣流不足，邊緣較重，煤氣供給爐墻的熱量不足，使軟熔帶附近的半熔爐料黏到爐墻上，形成爐墻結厚。

圖2 2016年4號高爐中心焦炭比例和邊緣礦焦比

2016年4號高爐爐喉溫度見圖3，10月爐喉溫度下降，說明邊緣氣流不足，高爐發生爐墻結厚。

圖3 2016年4號高爐爐喉溫度

3 爐墻結厚的處理

3.1 加強原料質量管理

針對高爐入爐粉末增多的情況，嚴格控制燒結礦＜5 mm粒級含量，要求燒結礦＜5 mm粒級含量≤5%，廠內落地燒結礦篩分后才可供給高爐使用；同時加強對高爐槽下燒結礦振動篩的檢查，東燒返礦率控制在11%～12%范圍，返礦率出現異常時，要及時查找原因，保證入爐燒結礦質量。

3.2 降低冷卻強度

2016年11月16日開始降低爐身冷卻水量，由4 800 m3/h降至3 600 m3/h，冷卻強度降低。經過實踐發現，4號高爐爐身冷卻水量為4 000～4 300 m3/h、爐身冷卻水溫差為3～4℃時冷卻強度適宜，爐身熱負荷宜控制在60 000～80 000 MJ/h范圍。熱負荷低于下限時，邊緣氣流弱、有結厚傾向，應疏松邊緣；熱負荷高于上限時，邊緣氣流盛，應抑制邊緣，防止燒壞冷卻設備。

3.3 調整裝料制度

2016年10月，在爐墻結厚初期，高爐出現燃料消耗增加、順行變差的情況，由于對爐墻結厚重視不夠，僅在11月中旬采取發展邊緣、抑制中心的措施，裝料制度，下旬又恢復發展中心、抑制邊緣的操作，中心焦炭比例最高時達到40%，裝料制度。 12月爐況進一步惡化，爐墻結厚嚴重，高爐重新采取疏松邊緣、適當抑制中心的裝料制度，爐況逐漸好轉，至2017年3月爐況基本恢復正常。

2017年6月開始采取逐漸抑制中心、發展邊緣的操作制度，燒結礦由6環位布料改為5環位布料，裝料制度，中心焦炭比例逐漸減少，邊緣礦焦比逐漸降低。對熱負荷與中心焦炭比例、邊緣礦焦比進行線性回歸分析，熱負荷與中心焦炭比例的關系見圖4，熱負荷與邊緣礦焦比的關系見圖5。

由圖4、5可以看出，熱負荷與中心焦炭比例的關系不明顯，而熱負荷與邊緣礦焦比的關系顯著，且邊緣礦焦比低于2.0時，熱負荷不低于60 000 MJ/h，可同時保持熱負荷和銅冷卻壁溫度在適宜范圍內。因此高爐裝料制度調整時，宜控制邊緣礦焦比不超過2.0。

圖4 熱負荷與中心焦炭比例的關系

圖5 熱負荷與邊緣礦焦比的關系

4 處理效果

通過加強原燃料質量管理，減少爐身冷卻水量，降低冷卻強度并調整裝料制度，2017年3月4號高爐爐況恢復正常，高爐順行良好，高爐熱負荷調整到60 000～80 000 MJ/h的適宜范圍，銅冷卻壁溫度在50～60℃的適宜區間。2016年1月至2017年11月4號高爐銅冷卻壁溫度見圖6。

圖6 4號高爐銅冷卻壁溫度

5 結論

（1）原料質量變差、入爐粉末增多是本次4號高爐爐墻結厚的誘因，而冷卻制度和裝料制度不合理、調整不及時是造成4號高爐爐墻結厚的主要原因。

（2）加強燒結礦質量管理，控制燒結礦＜5 mm粒級含量≤5%、東燒返礦率在11%～12%范圍，保證燒結礦質量。

（3）加強操作爐型管控，建立爐身冷卻水溫差和銅冷卻壁溫度的預警機制，按照爐身冷卻水溫差 3～4℃、 爐身熱負荷 60 000～80 000 MJ/h、銅冷卻壁溫度50～60℃的標準進行管理，發現異常及時采取有效措施。

（4）提高對爐墻結厚的認識，當爐墻結厚、爐況順行變差時，及時調整高爐裝料制度，采取抑制中心、疏松邊緣的裝料制度，且裝料制度調整時邊緣礦焦比不宜超過2.0。