本鋼5號高爐出鐵口問題分析與改進

閻福安

對高爐而言，尤其是現代化大型高爐，爐前出鐵水平的高低對高爐正常生產具有重要影響。在高爐爐役后期，出鐵的好壞不僅影響高爐穩定順行，而且對高爐爐缸安全、長壽都有很大的影響。本鋼5號高爐（2600m3）2001年10月進行了擴大性中修，目前已經超期服役16年，面臨超期服役、原燃料質量惡化、爐前設備老化等條件，也對爐前出鐵提出了更高的要求。五號高爐設有3個鐵口，均布置在高爐一側，爐前配備一套環保IBNA水渣處理系統，主鐵溝為儲鐵式主溝，爐前配備大功率TMT液壓開口機和泥炮等裝備。本文從本鋼五號高爐近年的爐前出鐵情況，分析和總結了爐前出鐵存在的一些問題及改進方法。

1.鐵口維護中的問題分析

1.1 鐵口深度管理

高爐鐵口由鐵口框架、爐墻、爐缸內鐵口附近泥包組成，鐵口深度是鐵口組合磚耐材厚度與爐缸內鐵口附近泥包的厚度之和。對于高爐而言，容積越大或爐缸死鐵層越深，則高爐的鐵口越深。鐵口長期處在高溫渣、鐵水的溶蝕和流動沖刷環境中，還受到堿金屬的侵蝕和熱應力的破壞。正常高爐投產后，鐵口前端的磚襯即被侵蝕掉一大部分，在整個爐役生產期間，鐵口區域始終靠泥包保護。伴隨高爐服役時間不斷增加，尤其在高爐進入爐役后期，爐底侵蝕深度加劇，實際死鐵層不斷加深，鐵口區域爐缸側壁會遭受嚴重侵蝕。為了實現高爐安全生產，要求鐵口深度要隨著高爐爐役時間增加而不斷提高。五號高爐爐役后期，爐缸側壁溫度、冷卻壁水管水溫差及熱流強度普遍升高，因此對鐵口深度提出了更高的要求。

五號高爐作業區制定爐前考核標準有：（1）鐵口深度；（2）鐵口正點率；（3）鐵流時間；（4）鐵口堵泥情況。將鐵口深度作為日常爐前操作的重點，有爐前操作技師分管，把鐵口深度作為爐前考核的首要指標（見圖1）。合格鐵口深度為≥3.0m，對鐵口深度達不到標準的要分析不合格的原因，并適當減少當次鐵口出鐵時間，以降低鐵水環流對該鐵口區域的沖刷。統一三個鐵口堵泥量，根據每個鐵口近5天工作狀態，對每個鐵口制定不同的堵泥標準，要求每次堵泥量≥220L，杜絕私自減泥，杜絕鐵口長期過淺作業，并對此進行嚴格考核；班組要實行現場交接，規范交接班制度。

圖1 2010-2016年本鋼五號高爐鐵口深度變化示意圖

1.2 泥套管理

鐵口泥套在鐵口框架表面，泥套是鐵口與泥炮的直接接觸面。五號高爐泥套框架和鐵口通道由耐火料澆筑而成，外部由免烘烤快速搗打料經過壓膜成型。

泥套的作用：（1）保持炮頭與泥套嚴密接觸，在堵口過程中起到密封作用，防止在堵泥過程中產生過大縫隙，造成堵泥冒泥和堵口不嚴的現象；（2）鐵口泥套必須有一定厚度，其一防止堵鐵口時炮頭直接撞擊鐵口耐材，其二防止泥套經過多次使用加劇深度，造成堵口不嚴；（3）泥套能夠防止鐵口耐材長期暴露在高溫氧化氣氛中，受急冷急熱、氧化發生物理化學變化，進而影響鐵口整體結構強度，同時更可以在鐵口區域出現漏水現象時，防止鐵口耐材直接與水蒸氣接觸，造成耐材極速氧化，質量下降。

針對五號高爐在爐役后期爐底侵蝕加劇、死鐵層深度增加的情況，對泥套的質量提出了更高要求，在實際生產中因泥套質量不合格，經常發生堵口冒泥現象，既影響鐵口深度，輕者造成渣鐵排放不順暢而使高爐加減風頻繁，重者增加出鐵次數，加劇爐缸侵蝕，影響高爐安全長壽。

五號高爐日常泥套采用搗打料，搗打料使用方便，操作便捷，從舊泥套拆除到新泥套烘烤投入使用一般30分鐘-40分鐘。這樣可以在泥套出現破損或深度過深時，能直接進行現場制作。同時為了方便制作泥套，根據泥套框架深度和大小制作泥套快速成型圓盤，圓盤由3-5個小鉆頭和圓形鋼板合成，在制作過程中能達到泥套框架快速成型，為摳除舊泥套節省了時間。泥套作業過長會影響泥套質量，要求鐵口泥套2-3天重新做一次。當鐵口出現連續冒泥和鐵口過淺時，必須重新制作泥套，發現問題要按經濟責任進行考核。

1.3 鐵次管理

本鋼5高爐設計有3個鐵口，采用2用1備的連續出鐵作業方式,開爐初期日平均出鐵約13-15次。根據實際生產需要和降低生產成本的要求，需減少出鐵次數，同時伴隨爐役時間增加，也要求減少出鐵次數，以降低爐缸侵蝕速度（見圖2）。

圖2 2010-2016年本鋼五號高爐出鐵次數變化示意圖

五號高爐改進的方面有：第一，重視爐前的設備管理。每次開鐵口前提前10-15分鐘對爐前設備主要設備進行檢查確認：（包括開口機、泥炮、擺動流嘴和下渣楞），杜絕因小失誤而增加出鐵次數。第二，對爐前泥炮、開口機進行國產化改造，增大泥炮裝泥量，增大打泥量，使鐵口深度逐漸增加，提高開口機振打壓力和鉆桿旋轉速度，以提高開鐵口效率，達到降低出鐵次數的目的。第三，針對五號高爐設備老化，故障頻率增加這一現象，要求爐前每個班組對鐵口進行預鉆100mm-200mm，一是為了找準鐵口的中心線，減少開鐵口前不必要的工作；二是為了更好地將鐵口孔道內潮泥烘烤干提高炮泥結焦質量。在確保鐵口工作狀態穩定，渣鐵出凈，爐況順行的條件下，減少出鐵次數，同時大幅度降低了爐前勞動強度和開鐵口資材消耗，更有利于鐵口的維護和高爐的長壽。

1.4 炮泥管理

炮泥質量的好壞不僅影響鐵口深度的穩定，同時對爐前勞動強度也有很大影響。五號高爐鐵口炮泥為無水炮泥，有兩家供貨廠家。為有效保證炮泥質量，特制定了炮泥存放和使用規定：日常固定炮泥存放地點，存放點必須干燥，避免存放環境變化影響炮泥使用；每個鐵口固定炮泥廠家，禁止隨便更換炮泥種類，影響鐵口深度變化；炮泥存放周期為20天，避免炮泥長時間存放影響使用。由于炮泥質量存在差異，在生產中容易造成鐵口質量差異，導致鐵口渣鐵量的差異而影響高爐順行。根據爐前作業和鐵口維護的要求，加強與炮泥廠家的聯系，必要時請炮泥廠技術人員到現場指導，以提高炮泥質量和使用性能。

2.改進措施

2.1 穩定提高打泥量

鐵口深度對高爐日常生產和爐缸安全長壽起到很大的作用，鐵口堵泥量對鐵口深度有很大關系，在高爐產量不斷提高、爐役時間增加，都需要不斷提高鐵口深度。尤其在鐵口泥包發生突發脫落，勢必對高爐爐缸造成嚴重影響。因此，保證鐵口足夠的堵泥量，才能保證鐵口泥包快速形成，以保護鐵口耐材不被嚴重侵蝕。五號高爐初期使用的TMT液壓泥炮體積小，隨著產量提高和爐役時間增加，維護很困難。針對這一情況，設備維護人員對泥炮進行改造，使泥炮國產化，增大了泥炮炮泥容量，同時在泥炮背部安裝打泥指針，不僅可以顯示堵泥量的多少，也提高了堵泥的準確度和堵泥的控制水平。經過不斷應用，目前堵泥量由之前的200L提高到220L-230L，堵泥誤差也控制在5L范圍之內。

2.2 提高主溝質量

五號高爐采用貯鐵式可更換的活動主溝，高爐投產初期，因設計缺陷，高爐主溝長度不足且較窄，3個鐵口在投入初期不同程度出現渣鐵排放過程埋鐵口的現象，不僅影響爐前出鐵判斷，而且由于時間過長，容易破壞鐵口泥套，造成堵口困難和燒壞泥炮炮頭，嚴重時導致鐵口眼下部主鐵溝開裂，造成渣鐵脫落，燒壞冷卻水管。為滿足生產要求，提高主溝安全性，對3條鐵口主溝進行了改造。主鐵溝在之前的基礎上增寬200mm，同時降低主鐵溝高度200mm，這樣相當于提高了鐵口高度，同時鐵口眼下部采用一層碳素搗打料搗實，上部采用澆筑料澆筑，即減少鐵口出鐵期間被埋現象，同時又增強了鐵口眼下部耐侵蝕的程度。五號高爐爐前鐵溝采用整體模具澆注工藝施工，有專門爐前操作人員負責。在實際出鐵期間，要求主溝管理人員對每條主溝過鐵量做到精確統計，針對生產過程中主溝出現薄弱位置，采取二次套澆維護，澆注溝體的一次過鐵量達到了10萬噸以上。這樣主鐵溝薄弱位置得到了解決，同時也提高了主鐵溝整體過鐵量，降低了生產成本。

主鐵溝養護與烘烤是澆注料達到使用強度及使用要求的關鍵環節，同時也是提高主溝質量的重要環節。烘烤方式、升溫快慢、保溫時間長短對主溝的使用壽命影響較大。本鋼五號高爐在烘烤主溝和擺動流嘴時使用焦爐煤氣，為更好地達到烘烤效果，特制烘烤器長度根據烘烤部位不同而定，保證整體烘烤均勻，火焰不直接烘烤表面，達到輻射烘烤。保溫時間、升溫速度都進行嚴格控制，初期采用小火烘烤，時間為3-4天。這樣降低烘烤強度，保證內部水分徹底蒸發，防止烘烤過快導致開裂。然后大火烘烤2-3天，以提高澆筑料強度和使用壽命（見圖3）。

2.3 穩定使用開口機角度和開口鉆頭大小

圖3 2010-2016年本鋼五號高爐主溝過鐵量情況 萬噸

固定鐵口角度十分重要，現代高爐死鐵層較深，出鐵口由一套組合磚砌筑，鐵口通道固定不變。如鐵口角度改變，必然破壞組合磚。鐵口角度發生變化，勢必加劇鐵水環流對爐缸的侵蝕。五號高爐鐵口角度為12度，以此來固定開口機角度，同時在爐墻制作開口機頂針，保證每次使用角度的準確性。針對開口鉆頭的大小，結合高爐順行狀態、鐵口深淺以及爐溫變化、渣鐵排放順暢與否等情況，再調整鉆頭。五號高爐使用鉆頭的規格為45mm、50mm、55mm。

2.4 長期休風后復風爐前操作

高爐長期休風后，爐況恢復的快慢取決于爐前能否及時排放爐內的涼渣鐵。為盡快恢復爐況，五號高爐特制定具體措施：

（1）休風前堵鐵口打泥量，休風前因減風出鐵，爐內風壓低，堵口時減泥到正常打量一半為止。

（2）適當降低炮泥強度，確保復風后首次鐵口易開，降低恢復爐況一次開口難度，防止影響恢復爐況。

（3）復風后第一次開鐵口選用55mm鉆頭，使爐內涼渣鐵排放順暢。

（4）復風后，由于爐內渣鐵涼、流動性差，杜絕鐵口大噴，防止堵不上鐵口或堵口冒泥。

（5）隨著爐況恢復，根據風量的恢復進度控制鐵口深度變化，但鐵口不宜過深，以防止泥包脫落、鐵口斷及滲漏鐵的現象。

通過以上操作，加快了爐況恢復進度，一般50小時以內的休風，8小時-10小時即可恢復高爐正常冶煉水平。

2.5 操作人員技術水平提高

爐前作業技術進步從根本上來說離不開操作人員素質的不斷提高。由于高爐爐前出鐵需要24小時不間斷生產，環境較差，勞動強度很大。多年來，通過對爐前工藝流程和設備的技術改進，員工技能技術水平不斷提高，高爐失常爐況逐漸減少，爐前作業也逐步趨向大工種作業，機械化程度不斷提高，人員配置不斷優化。五號爐從開爐初期爐前每班作業人員13人，到目前爐前每班作業人員僅為9人，有效提高了作業效率。

3.結論

（1）爐前鐵口作業好壞，不僅影響高爐冶煉順利進行，更對爐缸安全長壽有著重要作用。爐前鐵口穩定以及均衡的渣鐵排放，是大型高爐穩定生產的重要保證。

（2）提高大型高爐的操作管理水平和爐前出鐵場設備的機械化程度，有利于爐前作業的改善。

（3）優化爐前管理，制定爐前出鐵作業制度，并形成有效可靠的運行模式，是大型高爐實現安全、穩定出鐵的保障。

（4）日常工作中，爐內和爐前要溝通配合好，尤其在休風、送風、設備故障、爐涼或憋風，造成爐內煤氣流或熱制度發生大的波動時，良好的渣鐵排放對恢復爐況非常重要。

（5）員工素質和操作技術水平的不斷提高，優效提高了爐前作業效率。

（6）高爐實現長壽、安全生產，要求不斷改進爐前作業，同時爐前作業的不斷改進，也為高爐安全長壽打下了良好的基礎。