興澄3200m3高爐爐役中后期存在的問題及對策

郭 超

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 214400）

0 引言

興澄3200m3高爐于2009年9月25日投產(chǎn)后,整體運(yùn)行狀況良好，一直保持較高的冶煉強(qiáng)度，各項技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)處于較好水平，曾創(chuàng)下利用系數(shù)2.56t/（m3·d）、焦比330kg/t、煤比180kg/t的先進(jìn)水平。但由于焦炭、礦石等原燃料條件不斷變化，外加現(xiàn)有人員對大型高爐操作經(jīng)驗欠缺，使得3200m3高爐爐腹、爐腰和爐身中下部冷卻壁的溫度時常波動，爐型穩(wěn)定性較差，一直未有較好的解決效果。2015年下半年以來，隨著爐身噴涂料和冷卻壁鑲磚的侵蝕，爐身冷卻壁溫度劇烈波動、水管漏水嚴(yán)重，爐缸鐵口區(qū)的側(cè)壁溫度出現(xiàn)異常升高，一度超過警戒溫度。

為控制內(nèi)襯耐材侵蝕造成的爐壁溫度的升高，需要采取有針對性的改進(jìn)措施，同時要不斷優(yōu)化高爐操作，控制爐內(nèi)氣流相對穩(wěn)定。本文介紹了興澄3200m3高爐投產(chǎn)以來的生產(chǎn)情況，對高爐中后期操作和維護(hù)中存在的問題進(jìn)行了簡要總結(jié)，討論了問題產(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)的對策，并對改進(jìn)措施實施后的成效進(jìn)行了評價。

1 興澄3200m3高爐生產(chǎn)概況

興澄3200m3高爐于2009年9月25日開爐投產(chǎn)。高爐本體采用鑄鐵和銅冷卻壁，共設(shè)有16段冷卻壁，爐體冷卻采用軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)，冷卻壁單路水管自下而上“一貫到頂”。爐缸為傾斜式，采用國產(chǎn)“大塊炭磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)。興澄3200m3高爐爐體冷卻壁主要參數(shù)如表1所示，2015年～2020年主要生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)完成情況如表2所示。由表2可以看出，至2020年5月初停爐大修前，3200m3高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一直保持較好水平。

表1 興澄3200m3高爐爐體冷卻壁主要參數(shù)

表2 興澄3200m3高爐2015年～2020年主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況

2 興澄3200m3高爐存在的問題

2.1 爐身耐材侵蝕

興澄3200m3高爐開爐后的五年里，一直保持較高的冶煉強(qiáng)度。但焦炭、礦石等原燃料條件不斷變化，人員對大型高爐操作經(jīng)驗也有欠缺，爐腹、爐腰和爐身中下部的冷卻壁溫度時常波動，操作爐型的穩(wěn)定性相對較差，一直未有較好的解決效果。自2015年下半年開始，爐身中下部冷卻壁的溫度波動加劇，電偶檢測峰值極高，其中銅段、鑄鐵段冷卻壁頻繁超過120℃和600℃（見圖1），冷卻壁背面頻繁竄煤氣，甚至出現(xiàn)爐殼局部發(fā)紅的狀況。預(yù)測該區(qū)段的內(nèi)襯耐材沖刷侵蝕殆盡,爐腰和爐身下部磚襯出現(xiàn)嚴(yán)重侵蝕甚至脫落，高爐內(nèi)型出現(xiàn)明顯變化[1]。這給高爐操作的穩(wěn)定性和可控性都增加了較大的難度。

圖1 興澄3200m3高爐爐身下部冷卻壁溫度監(jiān)測圖示

2.2 爐體冷卻壁破損

爐腹、爐腰、爐身中下部冷卻壁的損壞，主要是受高溫的煤氣和渣鐵沖刷，高熱流強(qiáng)度及熱沖擊以及堿金屬和鋅的破壞作用[2]。隨著爐身中下部鑲磚和填縫料的深度侵蝕與沖刷，冷卻壁破損在所難免。2015年至2019年間，興澄3200m3高爐的冷卻壁水管漏水?dāng)?shù)量不斷增加（見圖2），主要集中在爐身中下部（第10～13段）的4段鑄鐵冷卻壁上，其次是爐身下部（第9段）銅冷卻壁的部分水管也出現(xiàn)漏水，多在與鑄鐵段的連接部位。

圖2 興澄3200m3高爐冷卻壁水管漏水統(tǒng)計圖示

冷卻壁漏水尤其在漏水量增多后，高爐爐內(nèi)氣流和爐熱的控制難度加大。另外，長時間休風(fēng)時，會出現(xiàn)爐頂點火爆震、復(fù)風(fēng)困難甚至爐涼等生產(chǎn)與安全問題。

2.3 爐缸側(cè)壁溫度升高

2018年8月下旬開始，高爐的爐缸炭磚溫度出現(xiàn)明顯升高現(xiàn)象。其中，偏高的部位在第四層炭磚位于西北方位的1#鐵口和西南方向的3#鐵口下方2000mm的區(qū)域，炭磚測溫點第1352b點（1#鐵口下方，插入深度260mm）和第1345b點（3#鐵口下方，插入深度260mm）的監(jiān)測值持續(xù)升高，最高到510℃以上（見圖3），超過500℃的警戒下限溫度。盡管根據(jù)爐缸監(jiān)測系統(tǒng)推算，溫度最高點的炭磚殘厚還有750mm以上，但該區(qū)域已經(jīng)出現(xiàn)冷卻壁水管封罩“竄火”和爐殼溫度高于其他部位的問題，給爐缸安全及正常生產(chǎn)帶來不可預(yù)測的風(fēng)險。

圖3 爐缸第四層炭磚2點連續(xù)測溫趨勢（升高）

3 采取的對策及效果簡況

3.1 爐身噴涂造襯

鑒于爐身中下部磚襯侵蝕日益嚴(yán)重的情況，于2018年內(nèi)，3200m3高爐先后兩次降料面到爐身下部，對爐身段進(jìn)行噴涂造襯，爐身造襯采用“濕法”噴涂方式，噴涂厚度約150mm。首先使用高壓水清洗爐身殘余內(nèi)襯及附著物，然后放入機(jī)械手按設(shè)計爐型噴涂，總施工時間約36小時（見表3）。噴涂后爐身內(nèi)襯相對規(guī)整平滑，恢復(fù)生產(chǎn)后冷卻壁溫度波動區(qū)間收窄，在一段時期內(nèi)氣流穩(wěn)定性得到改善。至于噴涂有效作用的時長，根據(jù)爐身溫度趨勢推測，大致在5～8個月之間，此間對合理操作爐型的形成有一定促進(jìn)。另外，定期監(jiān)測爐殼溫度，及時對爐身冷卻壁之間和層間進(jìn)行壓漿填縫，這對冷卻壁和爐殼可以起到一定的保護(hù)作用。

表3 興澄3200m3高爐爐身噴涂施工節(jié)點概況

3.2 冷卻壁漏水治理

高爐爐體采用軟水密閉循環(huán)，對查出漏水點和確認(rèn)漏水的準(zhǔn)確位置帶來了一定的困難。興澄3200m3高爐通過跟蹤軟水補(bǔ)水趨勢，運(yùn)用排除法判斷是否為冷卻壁漏水，再使用透明膠管“U型法”查找和確定漏水的具體位置。治理漏水方面，安排休風(fēng)機(jī)會，對確定漏水的冷卻壁水管進(jìn)行跳接來隔離水系統(tǒng)，打壓確認(rèn)后使用不銹鋼波紋管穿管，改為開路水單獨(dú)冷卻（見圖4）；并且，在波紋管與原漏水水管之間灌入高導(dǎo)熱性泥漿，能有效的將冷卻壁工作熱面的熱量傳導(dǎo)給波紋管里的冷卻水將熱量帶走，從而起到保護(hù)冷卻壁體的作用，延長冷卻壁的使用壽命[3]。再次漏水穿管困難時，不得已再對該段水管進(jìn)行灌漿密封，然后采取外部打水方式冷卻爐殼。

圖4 高爐冷卻壁水管穿管示意圖

以興澄3200m3高爐的經(jīng)驗，嚴(yán)密監(jiān)測和查出漏水點是治理冷卻壁漏水的基礎(chǔ)，早發(fā)現(xiàn)、早治理。查漏及時和治理得當(dāng)，對控制漏水量、延緩冷卻壁壽命和維系安全生產(chǎn)都十分有利。

3.3 爐缸侵蝕護(hù)爐

根據(jù)對爐缸炭磚的侵蝕分析與預(yù)判，2018年9月～2020年4月興澄3200m3高爐主要采取配加釩鈦礦、提高爐渣二元堿度、縮小高溫區(qū)上方進(jìn)風(fēng)面積，以及調(diào)整合適冶煉強(qiáng)度等綜合護(hù)爐措施，取得了預(yù)期的效果，爐缸侵蝕嚴(yán)重區(qū)的炭磚溫度逐步下降（見圖5）。加鈦礦護(hù)爐期間,為達(dá)到護(hù)爐效果，保證有Ti（C，N）生成，鐵水[Ti]最低要達(dá)到0.1%以上[4]。受鋼種對鐵水的具體要求限制，并結(jié)合高爐炭磚侵蝕預(yù)測情況，興澄高爐加鈦護(hù)爐實際控制鐵水[Ti]在0.08～0.10%之間為主，制作鈦元素平衡圖作為加鈦參考，保持爐缸有一定的鈦沉積。在一定鈦負(fù)荷條件下，操作上適當(dāng)提高爐渣二元堿度到1.20～1.25，可降低爐渣（TiO2）含量，減少鈦“流失”。縮小高溫區(qū)上方的風(fēng)口面積是常用的手段，在實際生產(chǎn)中找準(zhǔn)具體風(fēng)口、少量縮小乃至封堵風(fēng)口，對控制爐缸溫度有效，對高爐順行穩(wěn)定并無較大的影響。在爐缸炭磚溫度持續(xù)升高后，控制冶煉強(qiáng)度是必要手段。大型高爐在下調(diào)冶煉強(qiáng)度的過程中，容易產(chǎn)生爐況波動的問題，嚴(yán)重時會持續(xù)一段時間。因此，高爐根據(jù)自身的具體情況，調(diào)整合適冶煉強(qiáng)度是兼顧爐況穩(wěn)定和護(hù)爐效果的首要選擇。

圖5 爐缸第四層炭磚2點連續(xù)測溫趨勢（下降）

3.4 操作調(diào)整

（1）適當(dāng)提高爐溫控制基準(zhǔn)和爐渣堿度。爐役進(jìn)入中后期，適當(dāng)提高爐溫控制基準(zhǔn)，鐵水物理熱下限從之前1460℃提高到1480℃，鐵水[Si]控制中心值由之前0.35%提高到0.40%，來應(yīng)對因爐襯侵蝕、冷卻壁漏水等帶來的爐熱波動。護(hù)爐時期，鐵水[Si]控制中心值調(diào)整到0.50%，爐渣二元堿度提高到1.20～1.25，以此增加TiO2的還原和爐缸鈦收入，促進(jìn)護(hù)爐效果。

（2）上下部配合調(diào)劑，重點控制邊緣氣流。爐役中后期，隨著爐墻磚襯的侵蝕，邊緣氣流呈現(xiàn)難以“抑制”的狀態(tài)。下部送風(fēng)制度上，在相對穩(wěn)定的風(fēng)量和壓力下，逐步縮小風(fēng)口面積，既對活躍中心有利，也對抑制邊緣有利；按“上下部調(diào)劑相適應(yīng)”原則，上部調(diào)劑從傾向于壓制邊緣，逐步調(diào)整為疏導(dǎo)和穩(wěn)定邊緣，2016年～2020年，興澄3200m3高爐的風(fēng)口送風(fēng)面積由0.419m2逐漸縮小到0.410m2；對主要布料矩陣形式進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后邊緣氣流的波動幅度范圍收窄，波動頻次明顯減少，氣流穩(wěn)定性得到較長周期的持續(xù)。主要布料矩陣形式調(diào)整前后對比如表4所示。

表4 主要布料矩陣形式調(diào)整前后對比

4 結(jié)語

本文通過對興澄3200m3高爐爐役中后期操作和維護(hù)中存在問題的梳理，分析總結(jié)了問題產(chǎn)生的原因，通過一系列有針對性的工藝操作制度的調(diào)整和優(yōu)化，緩解了3200m3高爐不利因素的影響，實現(xiàn)了一代爐役無中修和安全生產(chǎn)，且爐役中后期的主要指標(biāo)仍然得到一定改善，這為今后3200m3高爐運(yùn)行維護(hù)提供了有益的經(jīng)驗。

（1）興澄3200m3高爐爐役中后期存在爐身耐材侵蝕、冷卻壁漏水以及爐缸局部炭磚溫度升高等突出問題，在“不甚嚴(yán)重”的階段，有針對性的采取爐身噴涂造襯、冷卻壁穿管、綜合護(hù)爐以及操作調(diào)整等應(yīng)對措施，取得了較好的效果，同時實現(xiàn)了安全生產(chǎn)和指標(biāo)改善。

（2）以“事后”思維分析，反觀爐役中后期的常見問題，提早采取預(yù)防性措施是必要的。例如，高爐開爐后盡快形成合理的操作爐型，控制邊緣氣流不長時間過分發(fā)展，對爐腰向上到爐身中部區(qū)域的保護(hù)，有著極為重要的作用。長期保持合適的冶煉強(qiáng)度，不過分追求利用系數(shù)，加上日常鐵口的穩(wěn)定維護(hù)，是延長爐缸壽命、維系爐缸安全的有效預(yù)防措施。