鞍鋼朝陽鋼鐵高爐使用修復(fù)風(fēng)口實(shí)踐

呂寶棟，李澤安，王振東，鄭強(qiáng)，李男，胡德順，劉喜亮

（鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

風(fēng)口是高爐系統(tǒng)的重要設(shè)備，需要進(jìn)行定期更換。風(fēng)口使用壽命是衡量高爐生產(chǎn)技術(shù)水平的重要指標(biāo)之一。由于更換風(fēng)口需要高爐休風(fēng)，影響高爐作業(yè)時(shí)間，因此其使用壽命長短直接影響高爐能否長期穩(wěn)定、順行、高產(chǎn)。而到期的和損壞的風(fēng)口在更換后會(huì)被廉價(jià)處理，造成企業(yè)生產(chǎn)成本的極大浪費(fèi)。

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司（以下簡稱“朝陽鋼鐵”）高爐有效容積為2600 m，有風(fēng)口30個(gè)，于2010年10月13日正式送風(fēng)點(diǎn)火投產(chǎn)。開爐之初，正值鋼鐵寒冬，企業(yè)在生產(chǎn)成本方面壓力非常大，降低生鐵成本成為了企業(yè)目標(biāo)。因此，各生產(chǎn)工序均在可以降成本的環(huán)節(jié)挖掘潛力，其中對(duì)高爐風(fēng)口設(shè)備使用方面做了研究，發(fā)現(xiàn)購買新風(fēng)口和修復(fù)舊風(fēng)口之間差價(jià)巨大，新風(fēng)口單價(jià)約為21 000元，而修復(fù)風(fēng)口單價(jià)約為5 400元，近乎是新風(fēng)口價(jià)格的四分之一。由此，朝陽鋼鐵高爐從2013年開始嘗試使用修復(fù)風(fēng)口，并不斷積累經(jīng)驗(yàn)，制定了相應(yīng)的使用條件和計(jì)劃，此后修復(fù)風(fēng)口在高爐上的使用數(shù)量逐年增加，取得了良好的效果。

1 風(fēng)口損壞原因分析

從外表特征分析，風(fēng)口損壞可分為熔損、破損和磨損三大類。

（1）風(fēng)口熔損是由于受熱增加，散熱惡化，風(fēng)口壁熱量積累，溫度升高造成的。當(dāng)溫度高于銅開始強(qiáng)烈氧化的溫度900℃，甚至達(dá)到銅的熔點(diǎn)1 083℃時(shí)，風(fēng)口便被燒壞。生產(chǎn)實(shí)際中，造成風(fēng)口熔損的主要原因有：

① 爐缸堆積。當(dāng)高爐爐缸堆積后，風(fēng)口前端死焦柱透液性變差，造成風(fēng)口前端的渣鐵滲透困難，渣鐵在風(fēng)口前積聚，風(fēng)口前端直接與渣鐵接觸，導(dǎo)致風(fēng)口下部被燒壞。

②渣皮脫落。由于邊緣氣流不穩(wěn)，造成冷卻壁渣皮脫落，下到爐缸，導(dǎo)致爐缸局部不活，燒壞風(fēng)口下部。

③操作制度不合理。當(dāng)爐內(nèi)邊緣氣流過盛時(shí)，會(huì)有少量渣鐵沿爐墻下滴，滴落到風(fēng)口上部，造成風(fēng)口損壞。

其中第三種情況在朝陽鋼鐵高爐基本不存在，因?yàn)槌栦撹F高爐煤氣流分布以中心為主，邊緣為輔，發(fā)展兩股氣流，充分保證了高爐的順行條件，較為旺盛的中心氣流減少了邊緣渣鐵沿爐墻的下滴。

（2）風(fēng)口破損是由風(fēng)口本身結(jié)構(gòu)與材質(zhì)引起的。風(fēng)口前的高溫氣體、高溫熔體、爐墻溫度、冷卻水溫度溫差懸殊是造成風(fēng)口熱應(yīng)力的外因，而風(fēng)口材質(zhì)不純、表面粗糙、晶粒粗大、組織疏松、存在氣孔夾雜等鑄造缺陷是造成熱應(yīng)力的內(nèi)因。破損的外表特征通常為焊口開裂、龜裂、砂眼等。在朝陽鋼鐵高爐生產(chǎn)實(shí)際中，有少量風(fēng)口出現(xiàn)了砂眼或者焊縫開裂現(xiàn)象。

（3）風(fēng)口磨損是由于焦塊和熔融物料在下降時(shí)從風(fēng)口周圍劃過所致。銅質(zhì)風(fēng)口壁表面的氧化皮極易在渣鐵流沖擊下和巨大熱負(fù)荷作用下剝落，而風(fēng)口內(nèi)部冷卻水的不均勻分布，局部汽膜層的作用，是決定磨損部位的重要因素。此外，生產(chǎn)中不及時(shí)調(diào)整噴槍位置，也會(huì)造成噴槍壓縮風(fēng)和煤粉磨壞風(fēng)口。生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，部分風(fēng)口由于煤槍角度不合理，使煤粉直接沖刷風(fēng)口內(nèi)壁，刷壞風(fēng)口。還有高爐風(fēng)口區(qū)鼓風(fēng)動(dòng)能過大，回旋區(qū)過大，旋轉(zhuǎn)的焦炭磨壞風(fēng)口，此種原因造成的風(fēng)口損壞部位主要在風(fēng)口上部。

對(duì)2011～2012年朝陽鋼鐵高爐風(fēng)口損壞原因進(jìn)行分析，情況見表1。從表1可以看出，高爐風(fēng)口損壞主要是熔損造成的，大部分是由于計(jì)劃休風(fēng)、非計(jì)劃休風(fēng)以及焦炭質(zhì)量不好，造成爐缸不活，導(dǎo)致風(fēng)口下部被渣鐵燒漏，這也就排除了其他兩種原因造成風(fēng)口破損，為試用修復(fù)風(fēng)口找到了依據(jù)，于是從2013年開始少量使用修復(fù)風(fēng)口。

表1 2011～2012年朝陽鋼鐵高爐風(fēng)口損壞情況Table 1 Condition of Damaged Tuyeres to BF in Chaoyang Steel from 2011 to 2012

2 修復(fù)風(fēng)口使用情況

2.1 確定使用周期

2013年朝陽鋼鐵高爐共計(jì)使用修復(fù)風(fēng)口9個(gè)，利用休風(fēng)機(jī)會(huì)更換風(fēng)口，對(duì)修復(fù)風(fēng)口進(jìn)行試驗(yàn)，以確定修復(fù)風(fēng)口使用的可行性，通過生產(chǎn)實(shí)踐，確定了修復(fù)風(fēng)口的使用周期，詳細(xì)風(fēng)口使用情況見表2。

表2 2013年修復(fù)風(fēng)口試驗(yàn)情況Table 2 Test Condition of Repaired Tuyeres in 2013

從表2可以看出，只有一個(gè)修復(fù)風(fēng)口由于熔損原因?qū)е嘛L(fēng)口漏水，因此將修復(fù)風(fēng)口使用在高爐上是可行的。其中8和18風(fēng)口在線204天，出現(xiàn)部分磨損現(xiàn)象，再繼續(xù)使用可能造成進(jìn)一步磨損，最終導(dǎo)致風(fēng)口漏水。其余修復(fù)風(fēng)口使用時(shí)間均不到半年，狀態(tài)較好，因此，為保證高爐順行，將修復(fù)風(fēng)口使用周期定為半年。

2.2 使用數(shù)量和位置

從2014年開始，朝陽鋼鐵高爐陸續(xù)使用修復(fù)風(fēng)口，均取得了較好效果。2011～2018年高爐風(fēng)口使用情況見表3。

從表3可以看出，2014年以后高爐開始大量使用修復(fù)風(fēng)口，使用個(gè)數(shù)超過了新風(fēng)口，且保證了正常生產(chǎn)的運(yùn)行。但需要說明的是，由于2014年8月煉鋼發(fā)生事故，在朝陽鋼鐵單線生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)條件下，鐵水無法平衡，高爐只能被迫降強(qiáng)度生產(chǎn)，導(dǎo)致高爐爐況失常，冷卻壁渣皮脫落、中心氣流不活躍等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，爐缸工作狀態(tài)變差，甚至出現(xiàn)爐缸堆積現(xiàn)象，風(fēng)口大量損毀，被迫休風(fēng)更換，頻繁休風(fēng)加劇了爐缸惡化，形成了惡性循環(huán)。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2014年8月開始，高爐共計(jì)休風(fēng)12次，累計(jì)更換壞風(fēng)口69個(gè)。2011～2018年高爐風(fēng)口損壞情況見表4。

表3 2011～2018年高爐風(fēng)口使用情況Table 3 Condition of Tuyeres to BF in Use from 2011 to 2018

表4 2011～2018年高爐風(fēng)口損壞情況Table 4 Condition of Damaged Tuyeres to BF from 2011 to 2018

從表4可以看出，2014年和2015年修復(fù)風(fēng)口的損壞率明顯高于新風(fēng)口的損壞率，因此，從2016年開始，逐漸減少在線修復(fù)風(fēng)口的數(shù)量，保證在線修復(fù)風(fēng)口不超過1/3，數(shù)據(jù)顯示，修復(fù)風(fēng)口和新風(fēng)口的損壞率基本保持一致，保證了高爐生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，由于鐵口上方風(fēng)口較為活躍，受出鐵等因素的影響，容易出現(xiàn)渣皮脫落、下料不均勻等現(xiàn)象，造成鐵口正上方的風(fēng)口容易損壞，因此，在鐵口正上方不使用修復(fù)風(fēng)口，在保證了高爐整體順行條件的同時(shí)，也減少了風(fēng)口損壞的個(gè)數(shù)。

3 高爐指標(biāo)完成情況

由于朝陽鋼鐵實(shí)行單線生產(chǎn)，高爐一旦出現(xiàn)爐況波動(dòng)或者異常休風(fēng)將直接影響朝陽鋼鐵整條生產(chǎn)線。風(fēng)口所處的生產(chǎn)環(huán)境較為惡劣，容易損壞，高爐被迫休風(fēng)更換風(fēng)口，將直接影響高爐各項(xiàng)生產(chǎn)指標(biāo)。2011～2018年朝陽鋼鐵高爐生產(chǎn)指標(biāo)見表5。

表5 2011～2018年朝陽鋼鐵高爐生產(chǎn)指標(biāo)Table 5 Production Indexes for BF in Chaoyang Steel from 2011 to 2018

從表5可以看出，2014年休風(fēng)次數(shù)較多，2015年和2016年休風(fēng)次數(shù)均較少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年和2016年由于風(fēng)口原因造成的休風(fēng)次數(shù)也較少，兩年時(shí)間里共計(jì)有3次臨時(shí)休風(fēng)換風(fēng)口，且均不是由于風(fēng)口損壞造成的，進(jìn)一步驗(yàn)證了使用修復(fù)風(fēng)口的可行性。同時(shí)，從生鐵產(chǎn)量完成情況來看，使用修復(fù)風(fēng)口以來，高爐有效容積利用系數(shù)均在 2.08 t/（m·d）以上，能夠完成生產(chǎn)計(jì)劃；燃料消耗方面，入爐焦比、燃料比均呈下降趨勢(shì)，從另一個(gè)角度驗(yàn)證了修復(fù)風(fēng)口對(duì)高爐生產(chǎn)沒有影響。

4 修復(fù)風(fēng)口對(duì)生鐵成本影響

生產(chǎn)成本是一個(gè)企業(yè)發(fā)展和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要指標(biāo)，朝陽鋼鐵目前為單線生產(chǎn)，成本壓力較大，修復(fù)風(fēng)口在高爐生產(chǎn)上的成功應(yīng)用，為降低生產(chǎn)成本提供了新的方向。2011～2018年朝陽鋼鐵高爐修復(fù)風(fēng)口成本核算見表6。從表6中可以看出，2013～2018年，朝陽鋼鐵高爐使用修復(fù)風(fēng)口累計(jì)節(jié)約成本322.92萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著，可以為同行業(yè)在節(jié)約成本方面提供參考和借鑒。

表6 2011～2018年朝陽鋼鐵高爐修復(fù)風(fēng)口成本核算Table 6 Cost Statement for Repaired Tuyeres to BF in Chaoyang Steel from 2011 to 2018

5 結(jié)論

鞍鋼集團(tuán)朝陽鋼鐵有限公司為降低生產(chǎn)成本，進(jìn)行了風(fēng)口損壞調(diào)查，并在此基礎(chǔ)上開展了高爐使用修復(fù)風(fēng)口的生產(chǎn)實(shí)踐，效果良好，得出結(jié)論如下：

（1）修復(fù)風(fēng)口能夠使用在高爐生產(chǎn)實(shí)踐中。

（2）建議修復(fù)風(fēng)口在線使用量不超過1/3，且應(yīng)避開鐵口正上方風(fēng)口易損壞的區(qū)域。

（3）修復(fù)風(fēng)口使用周期應(yīng)適當(dāng)縮短，建議使用周期為半年較為合理。

（4）修復(fù)風(fēng)口的成功應(yīng)用，為同行業(yè)降低生產(chǎn)成本提供了新的方向，同時(shí)也有利于資源的回收再利用。