周文波
（福建省三鋼（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，福建 三明 365000 ）
摘 要：針對(duì)三鋼 4 號(hào)高爐爐缸區(qū)域冷卻壁熱流強(qiáng)度超標(biāo)，爐殼溫度大幅度上升等問(wèn)題，通過(guò)采取降低冶煉強(qiáng)度，提高生鐵中的硅含量，提高鐵水物理熱，鈦礦、鈦球護(hù)爐及加強(qiáng)爐內(nèi)操作及出鐵管理等措施。 有效控制了爐缸溫度升高的問(wèn)題，達(dá)到了安全生產(chǎn)的目的。
關(guān)鍵詞：爐殼溫度 鈦礦 鈦球護(hù)爐 爐缸溫度升高
1 前言
三鋼4號(hào)高爐（1050m 3）于2012年1月建成投產(chǎn)，到2017年11月停爐中修已經(jīng)安全生產(chǎn)了近6年，設(shè)計(jì)利用系數(shù)2.5，采用無(wú)料鐘上料，工業(yè)水開(kāi)路循環(huán)冷卻系統(tǒng)，薄壁爐襯及銅冷卻結(jié)構(gòu)。其中爐缸采用三層復(fù)合陶瓷杯及碳磚材料，爐缸每層設(shè)8個(gè)熱電偶測(cè)溫區(qū)，每個(gè)區(qū)分外中內(nèi)三個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。
2017年3月開(kāi)始爐身標(biāo)高6.5M的爐缸東側(cè)外殼溫度由45℃逐漸上升到80℃（見(jiàn)圖1），熱電偶溫度也大幅度上升，同時(shí)該處的冷卻水溫度差達(dá)2℃，熱流強(qiáng)度最高達(dá)17.55kw/m2 ，大大超出正常要求范圍。通過(guò)爐殼溫度上升、爐缸冷卻水溫度差及熱流強(qiáng)度明確表明了爐缸該處侵蝕嚴(yán)重，爐缸溫度異常升高。
2 爐缸溫度異常升高的原因
2.1 利用系數(shù)高
三鋼4#高爐設(shè)計(jì)利用系數(shù)為2.5，實(shí)際生產(chǎn)利用系數(shù)長(zhǎng)期在2.8~3.0之間。長(zhǎng)期超出設(shè)計(jì)高產(chǎn)量生產(chǎn)對(duì)爐襯耐火材料造成了巨大影響，強(qiáng)環(huán)流鐵水在爐缸及鐵口處對(duì)周圍的耐火材料沖刷嚴(yán)重。
2.2 入爐燃料質(zhì)量變差
2016年因焦炭緊張，三鋼4號(hào)高爐有使用一些質(zhì)量較差的宏宇焦炭，反應(yīng)后強(qiáng)度經(jīng)常在60%以下，反應(yīng)性在30%以上，焦炭質(zhì)量直接決定爐缸的透氣性、透液性，尤其在死鐵層氣流影響弱時(shí)，鐵水的流動(dòng)對(duì)爐缸側(cè)壁溫度影響有巨大的作用。爐缸透液性差，爐缸渣鐵從中心向鐵口區(qū)域流動(dòng)能力大幅度降低，在冶煉強(qiáng)度較高時(shí)，必然導(dǎo)致大量的鐵水通過(guò)爐缸圓周流向鐵口，形成象腳侵蝕。加上為了降低燃料成本，4號(hào)高爐取消了中心加焦，同時(shí)提高了煤比。爐缸中心吹不透，死焦堆內(nèi)焦炭更新更慢，焦炭粒度下降，導(dǎo)致死焦堆清潔度降低、透氣性變差，爐缸環(huán)流上升，象腳侵蝕加重[1]。
2.3 入爐Pb、Zn、K、Na負(fù)荷超標(biāo)
4號(hào)高爐用的燒結(jié)礦中有25%為國(guó)內(nèi)精礦、混合精礦，最高配比達(dá)40%以上。國(guó)內(nèi)精礦、混合精礦中含有一定量的 Pb、Zn、K、Na，大配比使用這些礦導(dǎo)致4號(hào)高爐 Pb、Zn、K、Na負(fù)荷超標(biāo)，我國(guó)高爐煉鐵工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求：入爐料中Pb+Zn 負(fù)荷小于0.3kg/tFe，K+Na 負(fù)荷小于 3kg/tFe[2]。這些有害元素在爐內(nèi)循環(huán)富集，不僅破壞高爐的穩(wěn)定順行，降低焦炭強(qiáng)度，而且能與耐火材料形成化合物，使其體積膨脹，有的甚至膨脹能達(dá)到50%，造成爐缸陶瓷杯及碳磚均會(huì)酵素侵蝕[3]。從表1看出三鋼4號(hào)高爐有害元素較高，加劇了對(duì)高爐爐缸的侵蝕。
2.4 爐缸碳磚的侵蝕
三鋼4號(hào)高爐采用日本DNK炭磚加陶瓷杯結(jié)構(gòu)，在高爐爐缸砌鑄的過(guò)程中，部分小塊的炭磚通過(guò)澆筑料拼接使用，炭磚與澆筑料間會(huì)存在一定的間隙，加劇了爐缸炭磚的侵蝕。
綜合以上4號(hào)高爐爐缸、爐殼溫度異常和影響因素分析，可以看出4號(hào)高爐爐體破損情況較為嚴(yán)重，面對(duì)此種狀況，制定并嚴(yán)格執(zhí)行了一系列護(hù)爐措施。通過(guò)內(nèi)養(yǎng)外護(hù)，確保了爐況長(zhǎng)周期穩(wěn)定順行。
3 爐缸溫度異常處理措施
3.1 鈦礦、鈦球護(hù)爐
研究證實(shí)，含鈦物料護(hù)爐的機(jī)理是：還原溶解在鐵液中的TiC、TiN，即將含有TiO2的爐料加入高爐后，在軟熔帶中形成含有TiO2的初渣，并且按照從高價(jià)到低價(jià)的規(guī)律進(jìn)行還原。即TiO2→Ti3O5→Ti2O3→TiO→Ti→TiC（或TiN），根據(jù)熱力學(xué)條件，溫度越高形成的TiC（或TiN）越多，在爐缸侵蝕的嚴(yán)重部位（該處冷卻強(qiáng)度最大而溫度較低）由于溶解度下降而沉析出來(lái)，并由于產(chǎn)生的溶度差，造成了 TiC、TiN 連續(xù)向該處遷移，乃至沉淀結(jié)厚形成了 TiC、TiN 為主的高熔點(diǎn)含 Ti 沉積物，從而保護(hù)爐缸爐底[4] 。4號(hào)高爐爐缸溫度升高后，入爐塊礦中加入一定量的高鈦塊礦（以鐵水中的［Si］含量控制 0.08%~0.10%為準(zhǔn)），考慮4號(hào)高爐塊礦比例高達(dá) 17%，鈦礦雖然鈦含量比高鈦球團(tuán)高，但鈦礦的鐵品位低，硅、鋁含量更高，進(jìn)一步增加含鈦生礦對(duì)高爐爐況帶來(lái)了不利影響。高爐轉(zhuǎn)使用高鈦球團(tuán)，使用鐵品位更高的質(zhì)量更好的球團(tuán)對(duì)爐況的影響更小，有利于爐況的順行。
3.2 適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度
4號(hào)高爐自2017年4月開(kāi)始逐步降低冶煉強(qiáng)度，生鐵產(chǎn)量每天下降200t/天，在爐缸溫度最高的時(shí)間段，堵11號(hào)風(fēng)口。另一方面采取提高生鐵的硅含量，生鐵硅目標(biāo)控制由 0.2%~0.3%提高到 0.5%~0.7%（見(jiàn)圖 2），
爐渣二元堿度維持在1.20左右，適當(dāng)提高爐渣的MgO含量，控制MgO/Al2O3 穩(wěn)定在0.5以上，鐵水溫度要求大于1470℃[5] 。保證鐵水充足的溫度有利于TiC、TiN 的生成，進(jìn)一步保證護(hù)爐效果。
3.3 送風(fēng)、裝料制度的調(diào)整
當(dāng)4號(hào)高爐爐缸溫度上升，裝料適當(dāng)抑制邊緣氣流，增強(qiáng)中心氣流。平臺(tái)適當(dāng)向外移動(dòng)，并且增加邊沿焦炭負(fù)荷，做深漏斗，控制相對(duì)較集中且強(qiáng)的中心氣流。送風(fēng)制度方面增加風(fēng)口長(zhǎng)度，特別將爐缸溫度高的區(qū)域風(fēng)口加長(zhǎng)，并且縮小風(fēng)口直徑，風(fēng)口面積由0.21m2縮小為0.205m2，以達(dá)到將爐缸溫度高的部位風(fēng)口回旋區(qū)向爐缸中心推進(jìn)、遠(yuǎn)離爐缸側(cè)壁的目的，做到發(fā)展中心氣流，適當(dāng)抑制邊緣氣流。達(dá)到保護(hù)爐缸不受到氣流的進(jìn)一步?jīng)_刷[6]。
3.4 冷卻制度的調(diào)整
在 4 號(hào)高爐爐缸溫度高的東側(cè)，冷卻水壓由中壓水（壓力 0.5MPa）調(diào)整為高壓水（壓力 1.2MPa），冷卻水壓力的提高有利于提高冷卻強(qiáng)度，進(jìn)一步促進(jìn)高熔點(diǎn)含 Ti 化合物的沉積，強(qiáng)化鈦礦護(hù)爐的效果。
3.5 加強(qiáng)原燃料的控制
嚴(yán)格制定焦篩、礦篩的管理制度，確保篩分質(zhì)量，控制焦炭反應(yīng)后強(qiáng)度 60%以上、反應(yīng)性30%以下。另一方面，減少國(guó)內(nèi)礦的配入量（國(guó)內(nèi)礦配比由最高 45%下降到 25%），停止配入混合精礦等低品質(zhì)礦種，以達(dá)到降低入爐的 Pb、Zn、K、Na 負(fù)荷，維護(hù)高爐合理的操作爐型的目的。
3.6 加強(qiáng)安全管理措施
針對(duì)爐缸溫度異常上升的現(xiàn)狀，①制定爐缸燒穿的應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)急演練。②對(duì)爐缸外殼的溫度進(jìn)行監(jiān)控，定期測(cè)量熱流變化，并做好數(shù)據(jù)分析。③爐前出鐵盡可能做到每次開(kāi)鐵口渣鐵排放干凈。
4 爐缸溫度異常處理效果
持續(xù)采取科學(xué)的應(yīng)對(duì)措施，從2017年4月份開(kāi)始，4號(hào)高爐爐缸東側(cè)位置的爐殼溫度得到有效控制，爐缸熱負(fù)荷符合要求，爐缸東側(cè)溫度有效控制在500℃左右、爐殼溫度控制不超過(guò)65℃。保證三鋼4號(hào)高爐從發(fā)現(xiàn)爐缸溫度偏高到停爐中修7個(gè)月高爐爐缸安全，實(shí)現(xiàn)了爐況穩(wěn)定順行，高爐主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)沒(méi)有受到大的影響。
5 結(jié)語(yǔ)
（1）對(duì)于爐缸嚴(yán)重侵蝕，通過(guò)鈦礦、鈦球護(hù)爐，可以有效、系統(tǒng)地對(duì)爐缸、爐底進(jìn)行維護(hù)。
（2） 適當(dāng)控制冶煉強(qiáng)度、控制合理的鐵水［Si］含量及爐渣堿度有利于保證護(hù)爐效果。
（3）通過(guò)送風(fēng)、裝料、冷卻制度的調(diào)整，開(kāi)放中心、適當(dāng)抑制邊緣氣流，活躍爐缸中心，減輕渣鐵環(huán)流對(duì)爐缸側(cè)壁的侵蝕，強(qiáng)化鈦礦護(hù)爐效果，對(duì)控制爐缸溫度上升有一定的作用。
（4）加強(qiáng)原燃料管理，降低高爐入爐 b、Zn、K、Na 負(fù)荷，可以減輕有害元素對(duì)爐缸的破壞。
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