李建偉1，路連軍1，趙建宇1，孫賽陽2
( 1． 河北津西鋼鐵集團股份有限公司，河北 遷西 064001; 2． 北京聯合榮大工程材料股份有限公司，北京 101400)
摘要: 針對1 280 m3 高爐爐缸側壁局部溫度異常升高問題，通過對冷卻壁熱流強度測量及炭磚厚度模擬計算，推斷出高爐爐缸侵蝕部位及狀況，并在護爐期間采用均勻堵風口、配加高鈦塊礦、降低冶煉強度、控制鐵水成分( 鐵水含鈦、硅、硫) 等措施，使高爐爐缸溫度逐步得到控制，直至安全停爐。
關鍵詞: 高爐; 爐缸; 溫度; 侵蝕; 護爐; 鈦; 均勻堵風口
0 引言
高爐長壽一直是煉鐵系統重要的研究課題，在高爐爐役后期，隨著高爐長時間生產，內部爐襯部分已經有了不同程度的侵蝕，尤其是爐缸部分對高爐壽命起著決定性的作用。通過對高爐冷卻壁水溫差、冷卻壁熱流強度、爐缸熱電偶溫度、爐皮溫度等指標的檢測，及時準確地對高爐爐缸侵蝕狀況進行判斷，并采取合理的護爐措施，保證高爐爐役后期的安全生產，直到停爐大修。
目前，利用含鈦物質進行高爐護爐已經成為了煉鐵行業的共識，其原理是鈦礦中的含鈦物質在進入高爐后被還原，隨著鐵水的流動到達爐缸各個部位，與高爐中的碳氮元素反應形成高熔點的碳氮化合物及復合體。在高爐侵蝕嚴重的部分，爐襯的溫度較低，促進這些化合物沉積，形成難以融化的保護層，阻止鐵水的進一步侵蝕?，F階段的護爐方式一般分為 2 種; 一種是開爐不久就開始加入 TiO2，如陽春新鋼鐵有限公司［1］; 另一種是通過檢測高爐的運行情況，當高爐爐缸的溫度發生異常變化時，開始大量加入鈦礦，如首鋼、柳鋼、漢鋼等［2 － 8］。同時在選用鈦礦上也有著相應的要求，選擇合理的操作方式［9，10］，保證護爐的同時也要減少對高爐軟融帶的影響。
1 高爐概況
津西鋼鐵 8#高爐于 2007 年 12 月投產，有效容 積12 80 m3，設計2 個鐵口、20 個風口。爐底炭磚原設計采用 4 層炭磚臥砌，從下至上依次為半石墨炭磚 2 層( 600 mm × 2) 、微孔炭磚 2 層( 600 mm + 750 mm) ，總高度 2 550 mm。截止 2020 年 10 月停爐， 共計生產 5 年 4 個月，( 2015 年 5 月份大修) 累計產鐵 549 萬 t，平均單位爐容產鐵 4 300 t /m3。2020 年 下半年，對高爐采取有效護爐方案，高爐正常運行， 直至 10 月初停爐大修。
2 高爐冷卻系統及爐缸工作狀況
2． 1 冷卻系統、爐底和爐缸狀況
高爐爐體采用 100% 工業水冷卻，通過在爐底 板下埋設水冷管的形式冷卻。爐底、爐缸采用灰鑄 鐵冷卻壁( 1 ～ 5 層) ，爐腹采用球墨鑄鐵冷卻壁( 6 ～ 7 層) ，爐腰采用冷卻板和冷卻壁( 第 8 層) ，爐身采 用板壁結合形式冷卻( 9 ～ 23 層冷卻壁、1 ～ 12 層冷 卻板) ，爐喉部位采用水冷式鋼磚( 上下 2 層) 。
爐底分為 2 層，每層分 7 個方向共插入 14 個測 溫點，7 個方向電偶深度分布情況: 4 800 mm 1 個 點、2 280 mm 3 個點、900 mm 3 個點。 爐缸側壁分為 5 層，每層分 4 個方向共插入 40 個測溫點。其中 1 層電偶插入深度為 200 mm 和 320 mm、2 ～ 5 層 電 偶 插 入 深 度 為 100 mm 和 220 mm。
2． 2 爐缸側壁溫度變化情況
2020 年 6 月初，高爐 2#、7#、16#風口下方爐缸 二層冷卻壁水溫差突然上升了 0． 2 ℃，通過對爐缸各部位溫差變化實時監測并計算，發現冷卻熱流強 度最高已達 11 500 kCal /m2·h，爐皮溫度 80 ℃，如 表 1 所示。
電偶插入爐缸 220 mm 和 100 mm 處最高溫度分別達到 655 ℃ 和 318 ℃。利用傅立葉導熱公式(一維) 計算，依據公式 q = λ × △t /d 和 ( 655 －318) /0． 12 = ( 1 150 － 655) /d，計算出 d = 176 mm， 求得碳磚殘余厚度 = 176 + 220 = 396( mm) 。8 #高爐9#風口下層電偶周圍碳磚剩余厚度 396 mm。此時高爐爐缸電偶溫度、熱流強度均處于危險值范圍內，可以準確判定爐缸區域碳磚環狀侵蝕已形成并嚴重威脅著高爐的安全生產，必須采取有效護爐措施，對這 3 個點實施重點監護。
3 護爐措施
為了解決高爐爐缸側壁溫度升高問題，將護爐過程分 3 個階段恢復高爐的正常運行。
3． 1 第一階段———控制鐵水成分
科學、合理控制鐵水中硅、硫、鈦含量是搞好護爐的 前 提。2020 年 1 ～ 5 月 8 # 高 爐 鐵 水 含 硅0． 258% 、含硫 0． 026% 、含鈦 0． 08% ，處在較高水平。6 月 8 日組織 8#高爐爐缸側壁溫度升高專題討論會，制定初步護爐方案，嚴格控制爐溫下限和硫上限，增加鐵水含鈦量，減少低溫高硫鐵水對爐缸爐底的沖刷和侵蝕。
3． 2 第二階段———降低冶煉強度
護爐第二階段決定通過大幅降低高爐冶煉強度進行護爐，6 月 30 日計劃休風堵 3#、7#、13#和 17#號風口，富氧逐步控制在 5 000 m3 /h 以下，風壓控制在 325 kPa 以下，并配加釩鈦礦( 鈦含量 11． 55% ) ， 鈦負荷控制在 6．5 左右，如表 2 所示。
3． 3 第三階段———穩定護爐參數和高爐提產
通過均勻堵風口及提高鐵水含硅、鈦成分，高爐爐缸電偶溫度、熱流強度、爐皮溫度得到控制，如圖1 所示。
在保證安全生產前提下，兼顧降低成本和提產，8 月17 日高爐開始取消釩鈦塊，調整鐵水含硅在0． 40% ～ 0． 45% ，含鈦在 0． 15% ～ 0． 20% ，同時風壓提高至 340 kPa，富氧增至 8 000 m3 /h。
4 護爐效果
通過第一階段的護爐操作，使得鐵水含硅0． 40% ～0． 55%、含鈦 0． 15% ～ 0． 20%、含硫 ＜ 0． 02%，如圖2 所示。
提高生鐵含硅，有利于鈦的還原，再被氧化成熔點遠高于高爐冶煉溫度的 TiC、TiN，使鐵水黏度增加，流動性降低; 在爐缸及周邊生成的 TiC 和 TiN 以 固溶體的形式結晶析出，并逐漸沉積于爐缸受侵蝕 部位，保護爐缸不受進一步侵蝕。同時降低硫含量，使渣鐵流動性變差，鐵水環流對爐缸的侵蝕作用變 弱，從而達到保護爐缸的目的。這樣既有利于鈦的 還原，又避免了因硅過高導致渣鐵流動性變差，加大爐前的勞動強度，使爐前出鐵陷入被動，影響高爐順行。
隨著第一階段護爐操作的進行，爐缸熱流強度并沒有出現下行趨勢，如圖 3 所示。
因此進行了第二階段的操作，爐缸電偶溫度得到了下降。隨著溫度下降，逐步捅開 7#、13#和 17#風口( 剩余 3#風口) ，7 月 12 ～ 18 日之間，2#和 7#風口爐缸電偶上升過快，速度達 24 ℃ /天，熱電偶最高溫度達 648 ℃，7 月 18 日立即休風堵 2#、7#、8#風 口，爐缸電偶溫度逐漸下行?？紤]爐缸電偶溫度得到控制，為了避免長時間堵 2#、7#風口造成爐缸環流不均，8 月 4 日利用檢修機會，休風均勻堵 3#、8#、16#風口，如圖 4 所示，爐缸電偶溫度、熱流強度、爐皮溫度進一步得到控住，如圖 4 所示。
通過第三階段的操作，高爐產量也逐步提升， 如圖 5 所示。
在停爐檢修過程中，清理爐缸時發現，7# ～ 9#風口下方，二層冷卻壁侵蝕最薄部位 50 mm，最厚部位 100 ～ 200 mm，三層冷卻壁最薄部位剩余約350 mm。這與前期利用傅立葉導熱公式計算的 9#風口下方爐缸周圍炭磚僅剩 300 ～ 390 mm 一致。
在扒爐過程中，發現“象腳”區侵蝕嚴重部位有大量含鈦結晶物。經化驗得知，含鈦量高達 3． 2% ，鋁含量達 32% ，且鈦與爐磚已在爐缸侵蝕部位形成保護層。因此，護爐期間提高鐵水含硅、含鈦成分是非常有必要的。
5 結論
( 1) 護爐過程要準確找到關鍵性薄弱點，針對薄弱點電偶數值推斷爐缸炭磚侵蝕變化趨勢，彌補水溫差和爐皮測溫受環境影響大的不足。
( 2) 摸索適宜的冶煉強度。高爐護爐期間以安全生產為主，在護爐參數可控時，可分階段調整護爐方案兼顧產量的提升。
( 3) 護爐期間熱流強度、爐皮溫度、熱電偶溫度監測數據相結合，以儀表監測爐缸電偶溫度數據為主，以人工測量數據為輔，同時參考最危險數值，監控高爐爐役后期爐缸狀況。
( 4) 高爐護爐要以穩定順行為前提，布料角度以正角差為基礎，開放中心穩定邊緣。
( 5) 均勻堵風口可以保障高爐風口進風量均勻，有利于渣鐵均勻環流，減緩對炭磚的侵蝕速度。
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