高炉炉役末期维护实践

任毅刚

重庆钢铁股份有限公司 重庆市 400000

摘要

重钢股份1#2500m³高炉，进入炉役生产末期出现炉缸局部冷却壁水温差偏高，对安全生产造成非常大的影响。为了延长高炉寿命，降低炉缸水温差，安全生产，采取一系列维护措施。

关键词： 高炉 水温差 炉缸 特别维护

1. 概况

高炉一代寿命的长短很大程度上取决于炉缸、炉底的侵蚀程度。高炉长寿是个庞大的系统工程，内容包括：炉型设计、冷却设备和耐火材料选择、安装和砌筑质量、操作制度的制定、高炉操作水平、生产过程的检测和维护、安全危机的处理等，必须从每个环节开始重视。重钢1#高炉从2010年11月26日投产，2018年3月份开始炉缸部分区域出现冷却壁水温差持续偏高，严重影响高炉的安全生产。

二、1#高炉炉缸冷却壁水温差偏高的主要区域

重钢1#2500m3高炉铁口中心线标高为12.2米，死铁层高度为2.2米。从检测点温度看，炉缸侵蚀主要在9.595米、10.458米两个标高,即铁口下方大致1.5~2.5米的位置。与国内侧壁温度高的高炉位置基本相似，铁口下方区域也是炉缸渣铁最活跃的区域，是制约重钢1#2500m3高炉炉缸长寿的薄弱区域。

1#高炉炉缸侧壁监测点温度情况

标高	日期	编号	对应位置	靠近的铁口	最高温度	治理后的温度
10.458米（铁口下方1.742米）	2018.3.6	TE05094	14-15#风口下方	3#铁口	649	152
	2018.9.4	XTE04815	30-1#风口下方	1#铁口	555	坏
	2019.3.30	XTE13218	7-8#风口下方	2#铁口	558	330
	2019.8.25				667.8
	2019.4.27	TE05089	5-6#风口下方	2#铁口	608	194
9.595米（铁口下方2.605米)	2018.3.12	TE05080	19-20#风口下方	3#铁口	546	181
	2019.4.28	TE05078	14-15#风口下方	3#铁口	605	182
	2019.5.23				621

三、1#高炉炉缸侧壁温度升高的原因

1、炉缸工作状态的均匀性对侧壁温度的影响

高炉炉缸圆周工作状态不仅是高炉稳定顺行的基础，更是高炉长寿的基础。重钢1#高炉生产实际情况看，以及国内高炉生产和破损调查过程中，发现以下的现象：

（1）堵住的风口下方碳砖温度可以迅速降低，但对面的碳砖温度会升高；

（2）炉缸侵蚀最严重的区域在围管三岔口下方与对面，铁口下方约1.5~2.5m的三角区等。

2、高炉炉缸圆周区域煤气窜漏对炉缸传热体系的影响

从重钢1#、2#、3#高炉的情形看， 漏煤气大小和部位略有不同，但本质是相同的。炉缸的煤气应从风口组合砖或者铁口组合砖窜漏过来，碳砖与冷却壁热面、炉壳与冷却壁冷面是存在着气隙的，也影响炉缸侧壁温度的升高。

3. 有害碱金属元素对碳砖侵蚀的影响

碱金属的主要危害：1）它能降低矿石的软化温度，使矿石尚未充分还原就已经融化滴落，增加了高炉下部的直接还原热量消耗。2）它还能引起球团矿的异常膨胀而严重粉化。3）它能强化焦炭的气化反应能力，使反应后强度而粉化，严重恶化料柱的透气性。4)液态或固态碱金属粘附于炉衬上，既能使炉墙严重结瘤，还能直接破坏砖衬。

对松散物料取样分析

成分	TFe	FeO	SiO2	Al2O3	K2O	Na2O	ZnO	Pb	灰分	C
1					0.924	0	23.42	0.868	72.45	20.84
2	1.16	2.26	3.47	2.22	0.138		36.2

从上表可以看出：从3#铁口松散物料检测的数据可以看出含碳量只有20.84%，ZnO含量高达23---36%，同时还含有少量的K2O。

由原料带入炉内的碱、锌等气态物质大部分会在高炉内反复循环富集，它们会通过炭砖的开口气孔流入炭砖。金属Zn及K2蒸汽在800℃等温线附近通过反应(1)和(2)被重新氧化为ZnO和K2O 。而生成的ZnO和K2O 会与炭砖中的Al2O3和SiO2通过反应(3)、（4）、(5)、（6）分别生成铝酸锌(ZnAl2O4 )、硅酸锌(ZnSiO3 )和白榴石(K2O ● Al2O3 ● 4SiO2 )。

Zn+CO2→ ZnO+CO （1）

K2 +CO2→ K2O+CO （2）

ZnO+ Al2O3 →ZnAl2O4 （3）

ZnO+ SiO2 →ZnSiO3 （4）

K2O + Al2O3 +2SiO2 → K2O ● Al2O3 ● 2SiO2 （5）

K2O ● Al2O3 ● 2SiO2 → K2O ● Al2O3 ● 2SiO2 （6）

碱金属侵蚀会使炭砖的强度变差，产生体积膨胀和塑性膨胀，并促进炭砖的“低温石墨化”，导致炭砖产生“脆化层”，从而影响炉缸有效的传导传热，侵蚀炭砖，导致炉缸局部区域温度升高。

四、1#高炉侧壁温度高采取的治理措施

1. 控制适宜的冶炼强度。从2019年1#高炉冶炼强度趋势看，呈整体降低，尤其是5月、8月采取了大幅度减氧、休风堵风口和休风凉炉等措施，冶炼强度控制较低。2019年3月份、5月、8月1高炉炉缸侧壁温度屡创新高，分别到达649℃、617℃、668℃，给1#高炉生产和安全造成严重冲击，高炉被迫采取减氧、休风凉炉、休风堵风口降低风量等措施控制高炉冶炼强度。

2. 对侧壁温度高的区域，增加监测手段。1）1#高炉2018年在炉缸标高9.595m、10.458m、11.502m三层标高处合计新增了36对热电偶，增加监控该测温处炉缸碳砖残厚。2）在炉缸联络管合计增加了水温差监测装置和贴壁电偶，主要为了跟踪水温差变化以及热负荷、热流强度的变化情况。同时在铁口下方等重点区域炉壳增加贴壁电偶监测。

3. 调整操作制度和加强出铁管理

1） 调整热制度。三级预警：物理热≥1500℃, [S]<0.035%；

二级预警：物理热≥1500℃, [S]<0.035%；缩小风口或加长风口。连续使用钒钛矿护炉，配比以铁中[Ti]＞0.12%控制，直至最高点温度降低至450℃以下且稳定5天后可申请停钒钛矿护炉; 申请减产5%。一级预警：物理热≥1500℃, 0.65%＞[Si]＞0.5% ,[S]<0.030%；在缩小风口或加长风口的基础上酌情堵风口。长期使用钒钛矿护炉，配比以铁中0.25%＞[Ti]＞0.18%控制；减产5%以上直至稳定；若最高点温度＞660℃，且残厚＜350mm，高炉果断加净焦休风凉炉。实践证明，在一定的铁水温度（1450度以上）下，控制铁水中的钛在0.12--0.15%之间，既能有效抑制炉缸、炉底温度的升高，又能确保炉缸钛化物沉结层稳定，又不影响渣铁的流动性，满足护炉的同时，也能保证高炉的正常冶炼。

2. 调整送风制。（1）调整送风面积。4月29日开始采取堵水温高区域上方风口5#、14#风口；5月8日计划检修改堵6#、15#风口。（2）加长风口或使用小角度风口。（3）控制合理的冶炼强度。为了保证炉缸安全，杜绝发生炉缸烧穿事故，根据实际情况阶段性控制冶炼强度生产。具体通过降低入炉风量，控制高炉冶炼强度的办法，降低炉缸整体活跃程度，减弱炉缸渣铁液的环流，从而延缓炉缸砖衬的侵蚀，实现护炉。

3. 加强出铁管理和灵活调整出铁制度。

（1）加强出铁管理

三级预警：铁口深度≥3.0m；铁口部位温度高时，使用特护炮泥；连续两炉低于下限，应分析原因，采取有效措施，避免漏铁,重出现象；侧壁温度高的相应铁口出铁时间减少，出铁量减少。

二级预警：铁口深度≥3.1m；铁口部位温度高时，使用特护炮泥；连续两炉低于下限，应分析原因，采取有效措施，避免漏铁,重出现象；侧壁温度高的相应铁口出铁时间减少，单炉出铁时间不允许超过2小时，出铁量减少。

一级预警：铁口深度≥3.2m；铁口部位温度高时，使用特护炮泥；连续两炉低于下限，应分析原因，采取有效措施，避免漏铁,重出现象；侧壁温度高的相应铁口出铁时间减少(原则上出铁时间应＜90min，50min采取措施，必须放吹后方可堵口)，出铁量减少，采取三个铁口轮流出铁，以确保三个铁口泥包完整。

（2）灵活调整出铁制度

①减少铁口休止时间，由原来的两用一备改成三个铁口轮流出铁；②减少放铁量和出铁时间，如123改成13132等方式，主要根据温度情况灵活调整。

4. 强化整体或局部冷却。 1） 增加炉体软水供水量、降低软水进水温度。软水泵由原来的2用1备改成3台全开，软水供水量由4050m3/h增加至4300m3/h，冷却水压力由0.76MPa增加到0.8MPa，进水温度由42℃左右降低至38℃左右，提升炉体冷却强度。2 ）减少炉底水冷管水量。

5. 结束语：1#高炉侧壁温度偏高治理的效果。1#高炉炉缸侧壁温度通过采取针对性措施以及高炉长寿技术的开发，基本实现了遏制侧壁温度过快创新高的问题，总体处于受控状态。但原燃料的波动、有害元素的影响、风口小套烧损以及炉役时间的继续延长都还会对炉缸侧壁产生侵蚀，仍有继续升高、反反复复的情况会发生。高炉操作者需做好精心操作，用心呵护好高炉，使得侧壁温度在受控范围内，安全生产。积极做好高炉大修停炉的准备工作，确保高炉安全生产。

参考文献：

1）高炉炼铁生产技术手册。（周传典主编）