浅析汉钢 2280m³高炉缸侧壁护炉实践

　　1 前言

　　汉钢2280m3高炉2012年8月投产，设计年均利用系数2.4t/（m?.d），设计高炉寿命15年。高炉采用适当矮胖、适宜强化冶炼的操作炉型，砖壁合一薄内衬全冷却壁结构，在高热负荷区域等关键部位采用铜冷却壁；高炉冷却系统采用联合全软水密闭循环系统。

　　1.1 高炉底缸结构

　　内衬设计时充分考虑高炉各部位不同的工作条件和侵蚀机理，有针对性的选用耐火材料，并在结构上加强耐火砖衬的稳定性。如图1所示，炉底第1层满铺国产超高导石墨砖，高度400mm； 第2、3层满铺国产微孔碳砖，总高度800mm；第4、5层中心砌筑国产微孔碳砖（直径φ9400mm）、外侧砌国产超微孔碳砖，高度800mm；第6、7层立砌楔形刚玉莫来石砖，总高度800mm；整个炉底砌体高度2800mm。炉缸侧壁外侧第6～10层采用国产超微孔碳砖，总高度2000mm，炉缸侧壁外侧第11～18层采用国产微孔碳砖（其中：第11～14层每个铁口通道区域采用超微孔碳砖，范围2000x1600mm），总高度3300mm，炉缸侧壁内侧陶瓷杯采用小块塑性相刚玉砖，总高度4500mm。

　　1.2 高炉冷却系统设计

　　高炉采用联合软水密闭循环系统，将冷却壁、炉底、风口小套、中套、直吹管、热风阀、倒流休风阀通过串联和并联的方式组合在一个系统中。具体方案是：从软水泵站出来的软水在炉前一分为二，其中冷却炉底550m3/h，冷却壁直冷管3200m3/h，两者回水进入冷却壁回水总管，从冷却壁回水总管出来的软水一分为三，一部分经高压增压泵增压，供风口小套使用；另一部分经中压增压泵增压，供风口二套、直吹管、热风阀使用；两者回水与多余部分一起回到总回水管，经过脱气罐脱气和膨胀罐稳压，最后回到软水泵房，经过二次冷却，再循环使用。

　　图1 2280m3高炉炉缸内衬结构

　　1.3 炉缸侧壁温度升高情况

　　2018年2月炉缸标高9.394m 07B点温度650-720℃，10.196m 07B点温度520-570℃，07B点在18#、19#风口下方；9.394m05B点温度670-700℃，05B点在12#、13#风口下方，关键点炉体温度变化趋势见图2。从标高9.394m、10.196m处反映出来的问题，说明炉缸区域碳砖环状侵蚀已形成。根据B点热电偶插入深度890mm进行测算，标高9.394m处陶瓷杯已完全侵蚀，碳砖剩余厚度740mm，已严重威胁到高炉的安全生产，按照2#高炉的全寿命管理应以该区域的侵蚀管理为重点。

　　2 炉缸侧壁温度升高原因

　　2.1 焦炭质量差

　　焦炭质量好坏直接决定炉缸透气性和透液性，尤其在死铁层气流影响弱，铁水流动对炉缸侧壁温度影响有巨大作用。主要表现在焦炭灰分高，反应后强度低，使高炉下部死焦堆焦炭粒度变小，焦柱气孔度变差，影响高炉鼓风的穿透。并导致死焦柱透液性差，死焦柱沉坐在炉底，铁水环流对炉缸侧壁和炉缸炉底交界部位的冲刷作用加剧，在铁口中心线以下，导致炉缸侧壁和炉缸炉底交界处产生严重的象脚侵蚀。汉钢2号高炉全部使用外购捣固水熄焦，质量较差，焦炭质量变化趋势见图3，如图所示M40在2018年1-3月呈下降趋势，含沫在2018年1-3月显著增加。

　　2.2 炉缸冷却壁与碳砖间存在气隙

　　炉缸传热过程简单来讲热量通过陶瓷杯、炭砖、捣打料传给冷却壁，由冷却水带走热量，部分热量再由冷却壁传给炉壳由大气带走，因此炉缸由内到外导热系数越来越高。当炉衬与冷却壁之间存在气隙，两者失去关联性，传热受到阻碍，局部炭砖热量无法及时导出，致使炭砖热面温度升高，炭砖无法给对应部位的陶瓷杯提供保护，局部陶瓷杯被侵蚀掉，铁水直接接触炭砖。冷却壁水温差监控系统便显示铁口区域水温差偏高，经排查发现存在严重串煤气现象，历次检修期间均采取灌浆处理，但效果不佳。炉缸冷却壁与碳砖间大量气隙的存在，导致导热性严重不足，碳砖热面热量不能及时通过冷却水带走，难以形成正常厚度的凝铁层，陶瓷杯破坏后铁水很容易接触到碳砖，铁水溶蚀及渗透加速了碳砖侵蚀。

　　2.3 铁口维护不到位

　　从2017年开始因铁口区域串煤气，使得铁口难以维护，加之炮泥质量影响，导致铁口工作状况变差，经常出现渗漏和泥包断裂现象，深度长期在2.6m运行，铁口深度偏浅和工作不稳定，加剧了炉缸铁口区域碳砖的侵蚀。

　　3 护炉措施

　　为树立大工艺统领思想，完善监管机制，确保高炉稳定、顺行、长寿，陕钢集团汉钢公司及炼铁事业部高度重视炉缸工作状况，多次召开了“高炉稳定、顺行、长寿”专题研讨会及护炉工作会议，会议形成了指导生产组织、炉料采购、工艺控制等环节的备忘录和预案。其中包括《高炉稳定顺行长寿备忘录》、《汉钢高炉全寿命生产运行管理办法》、《汉钢2#炉护炉现状与方案》和《汉钢公司2#高炉炉缸预案(执行）》等。

　　3.1 完善监控体系

　　为了加强监控，对炉缸有故障的4根热电偶进行了修复（目前还有2根因烧坏无法修复），炉缸标高9.394m～13.499m，共5层，每层8方向16个点，共80个热电偶测温点；加装炉壳测温装置200个点；完善在线水温差热流强度监测点共计280个（1至3段冷却壁每段84个，每块冷却壁2个；4段冷却壁28个，每块冷却壁1个）；同时完善炉缸侵蚀模型；实现炉缸区域全覆盖监控体系。并要求每班对炉缸区域的炉壳温度和水温差进行手动监测，确保炉壳温度、水温差、热流强度在线检测系统运行正常，对数据、趋势图变化提供实时分析和判断依据。

　　3.2 优化工艺操作

　　3.2.1 提高焦炭质量改善料柱透气性

　　炉缸侧壁温度升高，一方面是由于炉内死料柱的透气性、透液性变差，致使炉内渣铁只能从死料柱与炉缸侧壁之间流出，最终导致炉体耐材的侵蚀，通过提高焦炭的冷热态强度、提高M40，减少焦炭粉末入炉来增加料柱透气性、透液性，降低死料柱周边铁水密度，减少铁水环流。

　　3.2.2 加入含钛炉

　　料护生产实践证明在炉缸受到侵蚀时，采用含钛炉料护炉是有效的，可以延长高炉寿命，随着侵蚀加深应增加其加入量，应根据各炉具体情况探求合适的[Ti]含量，控制好铁水成分及铁水温度。在炉缸侵蚀到按控制标准需要护炉时，最好采取长期加钛护炉做法。但随着含钛炉料加入量的增加，会影响炉缸的活跃性，严重时会出现炉缸堆积。因此在采取加入含钛炉料护炉时要取得护好炉，同时又要保持炉况顺行、稳定。汉钢2号高炉配加含钛球团矿进行护炉，将球团矿中含钛量由0.5%逐步增加到3.5%，生铁中[Ti]含量由原来的0.05%提高到0.12%以上，取得了良好的效果。

　　3.2.3 调整风口进状态

　　缩小炉缸侧壁温度偏高区域风口面积，并对高炉进行堵风口作业，其中3月15日至4月25日堵18#风口，4月26日利用检修机会对12#、13#、18#、19#风口由φ115mm缩小到φ110mm；4月27日至5月5日堵13#风口。后续将利用检修机会逐步换成加长风口，风口长度由583mm加长至620mm，使回旋区向炉缸径向推进。

　　3.2.4 炉体灌浆

　　在炉体有气隙的地方进行灌浆，堵塞气隙，能改善传热条件，对保护炉衬、降低温度，均有突出作用。先对炉底西南、东南、西北、东北、南边、北边分别进行灌浆，然后再对炉缸进行灌浆，有效的堵塞了气隙。

　　3.2.5 强化冷却

　　针对2280m3高炉已到中后期，软水系统能力不够，一是将冷却水流量开到最大，软水总流量由4250m?/h增加到4400m?/h；二是增加2台新空冷器，空冷器由原来的12台增加到14台，软水进水温度由43℃降低到40℃；三是对高温部位进行外喷水冷却。

　　3.2.6 加强炉前铁口维护

　　炉前铁口操作推行标准化作业，不断改善炮泥质量，提高铁口合格率，确保及时出净渣铁。目前铁口深度控制在2900-3100mm，出铁间隔时间控制在15min以内，东、西场出铁基本均匀。两铁口出铁均匀后可减少铁水环流对炉缸耐材的侵蚀。

　　3.2.7 减少炉内漏水

　　发现风口小套漏水，要及时组织进行更换，对漏水的冷却壁水管进行穿管处理，减少炉内漏水对炉缸炭砖的侵蚀。

　　4 结语

　　（1）炉缸烧穿是炼铁生产中最严重的安全事故之一，针对同样的炉缸侧壁温度高要分析出主要原因，对症下药采取有效措施，以达到延长高炉寿命的目的 。

　　（2）在炉缸受到侵蚀时，采用含钛炉料护炉是一种重要的措施。

　　（3）在炉缸侧壁受到侵蚀时，要果断堵风口，并配合缩小风口直径提高鼓风动能，发展中心气流，对于控制炉缸侧壁温度升高有较好的效果。

　　（4）高炉中后期必须想办法提高其冷却强度。

　　文摘来源：炼铁梦想家