邯鋼8號高爐爐役末期護(hù)爐操作實(shí)踐

王孟輝，程子波

（河鋼集團(tuán)邯鄲鋼鐵有限責(zé)任公司，河北 邯鄲 056015）

1 前言

河鋼集團(tuán)邯鄲鋼鐵有限責(zé)任公司（簡稱邯鋼）8號高爐（3 200 m3）于2009 年7 月6 日建成投產(chǎn)，3 d快速達(dá)產(chǎn)，冶煉強(qiáng)度一直處于較高水平，最高月平均產(chǎn)量9 000 t/d。高爐采用矩形平坦化出鐵場，共4個鐵口，32個風(fēng)口，爐底使用炭磚+陶瓷杯綜合結(jié)構(gòu)，軟水冷卻；薄壁爐襯，共17段冷卻壁，采用軟水密閉循環(huán)冷卻，6～9 段為銅冷卻壁；嘉恒水沖渣處理技術(shù)；3座卡魯金頂燃式熱風(fēng)爐；皮帶上料并罐爐頂；配套TRT余壓發(fā)電裝置。

2 爐缸末期狀態(tài)

邯鋼8號高爐爐底、爐缸采用陶瓷杯+炭磚綜合結(jié)構(gòu)（見圖1中設(shè)計爐型）。爐缸中下部環(huán)砌UCAR熱壓小塊炭磚，內(nèi)側(cè)砌有小塊陶瓷杯，鐵口組合磚以上環(huán)砌國產(chǎn)大塊微孔炭磚。爐底從上到下分別砌有兩層陶瓷杯、一層超微孔炭磚、兩層微孔炭磚、一層石墨炭塊與一層半石墨炭塊，除了超微孔炭磚厚度為500 mm，其他6層磚的厚度均是400 mm。

圖1 1#鐵口下方爐缸侵蝕示意圖

截至2021 年8 月，高爐已生產(chǎn)12 a 以上，單位爐容通鐵量達(dá)10 173 t/m3，爐底、爐缸均出現(xiàn)了較嚴(yán)重的侵蝕。如圖1中侵蝕爐型所示，爐底中心與爐缸側(cè)壁死鐵層中下部侵蝕嚴(yán)重，呈“鍋底+象腳”狀。其中爐底的陶瓷杯已脫落，最耐渣鐵侵蝕的第一層超微孔炭磚與第二層中心區(qū)域微孔炭磚已經(jīng)侵蝕脫落，第三層中心區(qū)微孔炭磚也已侵蝕一半，剩半層。現(xiàn)爐底中心區(qū)僅剩2.5 層磚，包括半層可做工作層的微孔炭磚與兩層不耐侵蝕的石墨、半石墨炭塊組成的導(dǎo)熱層。爐缸（死鐵層）側(cè)壁鐵口標(biāo)高以下1～3 m 側(cè)壁整環(huán)炭磚均被侵蝕，其中侵蝕最嚴(yán)重位置：（1）1#、2#鐵口之間（34#～41#冷卻壁間），下方2.3～3.1 m 處，有一塊高0.8 m、寬6 m 的薄弱區(qū)，區(qū)域內(nèi)5個點(diǎn)的殘厚只有123～198 mm。（2）其他鐵口下方（標(biāo)高7.45～9.24 m）位置侵蝕也較嚴(yán)重，推算厚度在400～550 mm。

3 爐缸侵蝕原因

（1）高爐運(yùn)行時間較長，長期渣鐵的沖刷、侵蝕。開爐已12 a之久，產(chǎn)量長期保持在8 300 t/d的水平，2018年全年產(chǎn)鐵295.6萬t，在同類型高爐中居首位；2019年產(chǎn)鐵286萬t，2020年9月后產(chǎn)量8 560 t/d，12月8 751 t/d；2021年最高產(chǎn)量達(dá)到9 000 t/d水平。

（2）爐底設(shè)計存在不足，爐底封板開裂漏煤氣嚴(yán)重。爐底快速侵蝕，經(jīng)分析，除產(chǎn)量提高之外，爐底封板開裂也是主要原因之一。爐底采用爐底水冷管在爐底封板之下的結(jié)構(gòu)，爐底封板開裂后，煤氣竄入封板和水冷管之間，造成較大間隙，形成絕熱層，嚴(yán)重惡化高爐爐底的傳熱體系的平衡，導(dǎo)致爐底炭磚快速地非正常侵蝕［1］。

（3）原燃料質(zhì)量與大型高爐強(qiáng)化程度長期不匹配。8號高爐屬于老區(qū)改造項目，2009年投產(chǎn)后沒有配套的大型干熄焦，只能用2 000 級高爐的水熄焦。2013年焦化改造升級逐步實(shí)現(xiàn)干熄及2018年后隨著環(huán)保形勢嚴(yán)峻，干焦比例無法保證，只能大量采購?fù)饨梗饨官|(zhì)量參差不齊，粒度碎，產(chǎn)生焦丁多，焦丁配比持續(xù)在50 kg/t 左右。為了降低成本，長期配加生礦20%左右，因京津冀環(huán)保形勢嚴(yán)峻，從料場一直到入倉，經(jīng)過多流程的打水，生礦黏濕無法篩分，入爐粉末較大。較差的原燃料和高爐的持續(xù)強(qiáng)化，導(dǎo)致高爐透氣性差，壓差水平高，爐缸側(cè)壁環(huán)流侵蝕嚴(yán)重［2］。

（4）長期中心加焦比例大，造成爐缸死焦堆肥大，爐缸環(huán)流侵蝕。爐缸設(shè)計直徑12.690 m，為了保證中心的順暢，在焦炭質(zhì)量無法滿足大型高爐需求的情況下，一直采用中心加焦的裝料制度。雖然中心加焦料制度抗干擾能力強(qiáng)，尤其在原燃料質(zhì)量波動、偏差的情況保證中心氣流的穩(wěn)定，但長期采取這種措施，在掌握不好中心加焦比例的情況下，往往造成爐缸中心死焦堆體積增大、堆積，影響爐缸中心區(qū)域的透氣、透液性，造成爐缸渣鐵環(huán)流侵蝕加劇。

4 爐役末期操作及護(hù)爐措施

保持爐況順行，氣流穩(wěn)定合理，就是最好的護(hù)爐。因此，在爐役末期的生產(chǎn)操作中，加強(qiáng)改進(jìn)原燃料質(zhì)量，力保料柱透氣性，減輕爐缸環(huán)流是關(guān)鍵。同時由于爐缸炭磚侵蝕的不可逆，必須采取多種維護(hù)措施和操作手段來減緩繼續(xù)侵蝕，重點(diǎn)是科學(xué)研判，張弛有度，通過加Ti，局部強(qiáng)化冷卻，灌漿治理，熱制度和上下部制度的優(yōu)化，提高爐前作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等多種措施，使炭磚內(nèi)表面能夠形成渣鐵凝滯層保護(hù)殼，減緩炭磚受渣鐵環(huán)流的直接沖刷，在一定程度上減緩爐缸側(cè)壁炭磚的侵蝕。

4.1 改善原燃料質(zhì)量

焦炭的冷熱強(qiáng)度是高爐上部塊狀帶和下部軟熔帶透氣的關(guān)鍵，爐底死焦堆透氣、透液性的好壞決定了爐缸鐵水環(huán)流的強(qiáng)弱，所以焦炭質(zhì)量對護(hù)爐具有重要作用。從前期側(cè)壁侵蝕實(shí)踐中觀察到，高爐外購濕焦比例大時侵蝕最快，外購干焦其次，全部自產(chǎn)干焦侵蝕基本停止，即焦炭質(zhì)量好時侵蝕會有所減輕，甚至停止。因環(huán)保原因，無法滿足全部使用自產(chǎn)干焦，綜合以往8號爐幾種焦炭結(jié)構(gòu)對爐況影響情況對比，最后選擇了可以穩(wěn)定保持的50%自產(chǎn)干焦+25%外購干焦+25%沁園濕焦的焦炭結(jié)構(gòu)。針對生礦黏濕篩分不好情況，一方面降低生礦配比到15%左右，另一方面對生礦篩底進(jìn)行改造，把原來金屬篩底更換為尼龍合成材質(zhì)，篩分效果明顯提高。

4.2 提高冷卻強(qiáng)度

一方面采取爐基加巨扇強(qiáng)制通風(fēng)降溫，將軟水冷卻水水量由5 400 m3/h增加至6 000 m3/h，并對爐缸冷卻水管進(jìn)行酸洗，確保冷卻效果。另一方面將爐缸2-3段冷卻壁的冷卻方式進(jìn)行改造，由軟水改為高壓水強(qiáng)制冷卻等措施，提高冷卻前強(qiáng)度。

4.3 治理爐底封板煤氣外漏

采取措施對爐底封板處的開裂縫隙進(jìn)行焊接、密封，同時利用檢修休風(fēng)機(jī)會，在爐缸新增若干灌漿孔，并加大爐缸鐵口重點(diǎn)區(qū)域的碳漿壓入力度，以確保炭磚與爐殼及冷卻壁之間的良好接觸，消除不同耐材在熱脹冷縮作用下產(chǎn)生的間歇，提高導(dǎo)熱效率，減低側(cè)壁熱負(fù)荷，對形成穩(wěn)定的炭磚前凝滯層起到有利作用［3］。

4.4 提高爐溫

鐵水［Si］由0.3%～0.4%提升到0.4%～0.6%。爐溫水平控制低，容易出現(xiàn)過低爐溫，爐溫過低，爐缸及料柱熱量不足，不僅會造成氣流紊亂，破壞爐況順行，還會因涼渣鐵流動性差，影響爐缸焦柱的透液性，造成爐缸邊緣的渣鐵環(huán)流增加，加劇爐缸側(cè)壁侵蝕進(jìn)度。

4.5 加Ti護(hù)爐

由于爐缸炭磚侵蝕后的不可逆性，必須采取有效措施在侵蝕區(qū)域形成穩(wěn)定的保護(hù)殼。含鈦料進(jìn)入爐缸后，TiO2通過直接還原成為元素鈦，然后再生成TiC（熔化溫度3 150 ℃）和TiN（熔化溫度2 950 ℃）及固溶體Ti（C，N），它們再與鐵水和從鐵水中析出的石墨結(jié)合在一起，進(jìn)入被侵蝕的磚縫，或在冷卻的爐缸、爐底炭磚表面凝結(jié)成保護(hù)層，對爐缸、爐底起到保護(hù)作用。鈦入爐量過大時，會嚴(yán)重影響渣鐵流動性，惡化料柱透氣性，影響爐況穩(wěn)定順行，因此選擇合適的鈦負(fù)荷，合理控制鐵水中Ti 含量是關(guān)鍵。①8 號高爐采用在燒結(jié)料中配加含鈦礦粉，不足部分高爐配加鈦礦來實(shí)現(xiàn)加Ti，實(shí)踐中，當(dāng)爐缸溫度上行時保證鐵水［Ti］≥0.1%～0.150 0%，爐缸溫度下行較快或在合理區(qū)間后，逐步降低Ti 負(fù)荷到0.05%～0.08%，減少鈦礦不利影響。②由于侵蝕嚴(yán)重區(qū)域位于1#和2#鐵口兩側(cè)區(qū)域，實(shí)踐中在這兩個鐵口區(qū)域長期使用含Ti 炮泥，進(jìn)行精準(zhǔn)加Ti護(hù)爐。高爐出鐵口在冶煉生產(chǎn)中，由于長期承受沖刷和侵蝕，出鐵口側(cè)壁變薄，形成局部異常侵蝕，這是絕大多數(shù)高爐爐缸側(cè)壁侵蝕的重點(diǎn)，采用含Ti炮泥，使用時將含Ti炮泥壓入爐內(nèi)，形成泥包，泥包炮泥中的TiO2進(jìn)入爐缸鐵口區(qū)域，逐漸熔到出鐵口兩側(cè)周圍形成高黏度渣，該渣和出鐵口周圍的炭磚潤濕較好，粘于側(cè)壁，逐漸形成渣膜來保護(hù)爐壁，并可使?fàn)t缸側(cè)壁逐漸增厚，達(dá)到護(hù)爐效果。

4.6 做好上下部調(diào)劑

針對爐缸中心死焦堆肥大引起爐缸鐵水環(huán)流加劇，在保證爐況順行的基礎(chǔ)上，逐步減少中心焦量來減小爐缸中心死焦堆的體積。實(shí)踐中，把布料溜槽焦炭11.8°中心檔位5 圈逐步減少到2 圈，同時為了防止減少中心焦引起爐況波動，可以增加10～15 kg/t焦比或者退2～3 t礦批。利用休風(fēng)機(jī)會堵死1#、2#鐵口之間的24#、25#風(fēng)口，減少該區(qū)域進(jìn)風(fēng)量和渣鐵生成量，減輕該區(qū)域鐵水環(huán)流速度和沖刷強(qiáng)度，其他區(qū)域風(fēng)口也由643 mm 增加到663 mm，保證相同風(fēng)量情況下氣流更容易吹透中心和削減中心死焦堆體積。

4.7 提高爐前作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

加強(qiáng)爐前鐵口維護(hù)，穩(wěn)定打泥控制量，把原來打泥模糊的格數(shù)精確為打泥塊數(shù)，并把爐前打泥壓力等關(guān)鍵參數(shù)引導(dǎo)至主控電腦監(jiān)控。鐵口深度由3 500 mm提到3 700 mm，并嚴(yán)抓交接班質(zhì)量。同時為了杜絕倒場淺鐵口對爐缸側(cè)壁溫度的侵蝕加劇，改進(jìn)倒場方式，由原來進(jìn)2退2改變?yōu)?+1，即：倒場每次投入1個新鐵口，兩個老鐵口帶1個新鐵口的3鐵口倒場。

4.8 加強(qiáng)爐缸溫度監(jiān)測

爐缸每一層冷卻壁圓周方向有12 對電偶，自東側(cè)開始逆時針排列分別為A～L 點(diǎn)，每對電偶有一深一淺兩個檢測點(diǎn)，深度分別為淺點(diǎn)120 mm、深點(diǎn)220 mm，并對重點(diǎn)區(qū)域新增熱電偶，密度達(dá)到0.5根/m2，同時保證原裝測溫?zé)犭娕嫉臏?zhǔn)確度，對顯示異常的熱電偶及時進(jìn)行校核，對破損的熱電偶進(jìn)行更換和恢復(fù)，并在關(guān)鍵區(qū)域增加視頻監(jiān)控。經(jīng)過科學(xué)研討分析，并制定爐缸溫度控制預(yù)案：①當(dāng)爐缸溫度緩慢升高，觸及溫度點(diǎn)的控制溫度時（見表1），采取停氧措施抑制溫度上升。②當(dāng)爐缸升溫進(jìn)入基準(zhǔn)溫度100 ℃區(qū)間，且溫升較快，8 h 升溫超過20 ℃時，減氧操作；連續(xù)溫升超過16 h，或者8 h 溫升超過40 ℃時，必須采取停氧、退負(fù)荷措施阻止其上升趨勢，后續(xù)視情況酌情控風(fēng)。③當(dāng)采取控風(fēng)措施24 h后，爐缸炭磚熱電偶溫度依然上升且溫升速率不降低，達(dá)到前期高點(diǎn)時，準(zhǔn)備休風(fēng)涼爐。

表1 重點(diǎn)部位爐缸溫度控制標(biāo)準(zhǔn)

4.9 改進(jìn)應(yīng)用效果

（1）通過采取上述措施，在一定程度上減緩了爐缸環(huán)流強(qiáng)度，在爐缸1#、2#鐵口之間下部的高溫區(qū)側(cè)壁形成了一定厚度的凝滯層，使?fàn)t缸侵蝕明顯減緩，保證了爐役末期的安全生產(chǎn)。

（2）在高爐利用系數(shù)2.0 t/（m3·d）左右的冶強(qiáng)下，達(dá)到了冶強(qiáng)與爐缸侵蝕的基本平衡，避免了爐役末期的大幅減產(chǎn)和涼爐事故，保證了正常生產(chǎn)運(yùn)營。

5 結(jié)語

（1）爐況穩(wěn)定、順行，氣流分布合理是最好的護(hù)爐，對于一定容積的高爐，強(qiáng)化程度要與焦炭質(zhì)量相匹配，否則會加劇爐缸侵蝕。

（2）在爐缸耐材表面形成一定厚度的凝滯層，可以有效減緩爐缸環(huán)流對耐材的侵蝕，加［Ti］必須結(jié)合較高的冷卻強(qiáng)度才能形成。

（3）爐缸鐵口下部的兩側(cè)區(qū)域是薄弱區(qū)，最容易形成“象腳狀”，生產(chǎn)中要重點(diǎn)關(guān)注。另外，此區(qū)域的耐材在設(shè)計時要重點(diǎn)改進(jìn)和加強(qiáng)。