鞍鋼鲅魚圈1號高爐長期護爐操作實踐

趙立軍，王寶海，唐繼忠，姜彥兵，蔣益，董建興

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

近年來，國內(nèi)外多次發(fā)生高爐燒穿事故。據(jù)不完全統(tǒng)計，2010年至2018年3月約有15座高爐發(fā)生燒穿事故，給冶金企業(yè)造成重大損失。其中有些事故發(fā)生在高爐開爐2～4個月內(nèi)，多數(shù)燒穿事故發(fā)生在高爐開爐后的4～7年里。此外，還有20余座2000 m3以上級別高爐雖沒有發(fā)生燒穿事故，但仍存在爐缸安全隱患［1-2］，說明這些高爐在設計、施工質(zhì)量、日常管理和生產(chǎn)操作等方面存在一定缺陷。

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鐵部（以下簡稱鲅魚圈煉鐵部）有4038 m3高爐2座，其中1號高爐采用了多項先進冶煉技術，如小塊焦回收利用技術，板壁結合的軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，英巴法水渣處理技術，地德式外燃熱風爐技術，雙預熱余熱回收燃燒爐技術，噴吹系統(tǒng)采用濃相噴吹技術等。1號高爐于2008年9月6日開爐，實現(xiàn)一次投產(chǎn)成功。投產(chǎn)后，順行狀態(tài)良好，冶煉強度逐步提高，日產(chǎn)最高達到10 100 t，利用系數(shù)達 2.5 t/（m3·d）。 但2011年6月以后，高爐出現(xiàn)鐵口以下爐缸局部環(huán)炭溫度升高的情況，爐缸出現(xiàn)安全隱患。為保證爐缸安全，延長高爐一代爐役，鲅魚圈煉鐵部采取了一系列護爐措施，效果良好。

1 爐缸存在問題分析

鲅魚圈煉鐵部1號高爐爐缸內(nèi)襯采用美國UCAR小塊炭磚，全部鐵口區(qū)域以及容易產(chǎn)生象腳侵蝕的區(qū)域外環(huán)均使用NMD小塊炭磚，其余部位使用NMA小塊炭磚，爐底采用四層大塊UCAR炭磚；無陶瓷杯、爐底炭磚上部采用莫來石磚形成800 mm陶瓷墊保護層；風口采用大塊組合灰剛玉磚；爐腹采用了氮化硅結合碳化硅磚；爐腰、爐身下部區(qū)域熱面噴涂不定形耐火材料，整個爐體為薄壁爐襯結構。爐體軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)分為兩個區(qū)域：Ⅰ系列和Ⅱ系列。Ⅰ系列主要為爐缸冷卻壁供水,Ⅱ系列冷卻范圍包括鑄鐵冷卻壁、銅冷卻壁和銅冷卻板，總設計水量為5 704 m3/h,其中爐缸設計冷卻水量為2 400 m3/h，水量偏小。

1號高爐于2008年9月6日開爐，投產(chǎn)初期爐缸環(huán)炭溫度一直處于平穩(wěn)狀態(tài)。進入2011年6月后，1#鐵口右下部第19層環(huán)炭（第三段冷卻壁下部）溫度明顯上升，最高達到523℃（見圖1），爐皮溫度達到55℃。2012年開始1#鐵口右下部第10層環(huán)炭 （第二段冷卻壁中部）溫度開始上升，2016年最高達到513℃。一段時間后4#鐵口左側（靠近1#鐵口一側）第10層環(huán)炭溫度也開始上升，最高達到501℃（見圖2），單塊冷卻壁水溫差最高超過1.0℃，熱流強度最高達到52 kW/m2。由于爐皮溫度、熱流強度、環(huán)炭溫度彼此相關，均有所升高，認為爐缸異常區(qū)域集中在1#、4#鐵口之間，理論計算殘余炭磚厚度不足400 mm，爐缸出現(xiàn)安全隱患。

圖1 1#鐵口第19層環(huán)炭溫度變化趨勢

圖2 4#鐵口第10層環(huán)炭溫度變化趨勢

2 采取的措施

鑒于鲅魚圈煉鐵部1號高爐爐缸已存在安全隱患，為保護爐缸安全，確保高爐穩(wěn)定順行，制定高爐長壽運行預案，見表1，并采取如下應對措施。

表1 高爐長壽運行預案

2.1 改造爐缸冷卻系統(tǒng)

1號高爐爐體原來的冷卻系統(tǒng)為單系統(tǒng)雙系列供水冷卻，爐缸設計冷卻水流量僅為2 400 m3/h，水量小，不能夠滿足高爐長壽要求。2013年新建了一座軟水站，爐體冷卻系統(tǒng)為爐缸和爐身各設單獨系統(tǒng)供水；使原來的閉路水站為爐身供水冷卻，新建的水站單獨向爐缸供水冷卻。爐缸冷卻水流量提高至4 800 m3/h，冷卻壁水管流速達到3.0 m/s以上。

2.2 增加在線監(jiān)測設備

爐缸原設計測溫電偶236點，其中每層環(huán)碳圓周設測溫電偶16點，分布在8個方向上，檢測點少，不能全方位涵蓋。為加強鐵口下方重點防范區(qū)域，利用休風機會，增加環(huán)炭測溫電偶178點，使鐵口下方二段每塊冷卻壁均有測溫點；增加有線和無線爐皮測溫點200點；增加關鍵區(qū)域分段式水溫差測量點142點；增加高清攝像監(jiān)控8處，基本實現(xiàn)了全方位、全手段、全時段的實時監(jiān)控。

2.3 長期堅持精料方針

（1）充分發(fā)揮大型綜合原料場優(yōu)勢，提高混勻造堆質(zhì)量。進入原料場的鐵料，首先按產(chǎn)地、批號采用鱗狀堆積方式封堆，封堆后堅持多點取樣，取化學成分加權平均值作為該品種參與混勻造堆的化學成分。混勻礦堆積計劃要符合22～24萬 t大料堆、大于3 500層多料層的基本要求，采取大人字形、變起點、延時定終點、連續(xù)往返分層、全自動的堆積方式，要求混勻礦中 σTFe≤0.4、σSiO2≤0.2［3］。

（2）合理配礦，強化燒結，保證燒結礦質(zhì)量穩(wěn)定。建立多資源、定硅、控鋁的優(yōu)化配礦模型，實現(xiàn)3種主礦不變的“3+2”固定配礦模式，確保全年配礦穩(wěn)定，達到燒結礦品位最優(yōu)化。其中SiO2含量在（5.0±0.10）%范圍，Al2O3含量低于 2.0%，保證良好的燒結礦質(zhì)量。

（3）嚴格控制K2O、Na2O、Zn等雜質(zhì)入爐。堿金屬及鋅在爐內(nèi)循環(huán)富集，既影響高爐長壽，又劣化焦炭質(zhì)量，破壞高爐順行。因此，高爐分別以Zn負荷0.15 kg/t、K2O和 Na2O綜合負荷2.2 kg/t為標準，隔離燒結電場灰，盡量外賣高爐重力除塵灰和干法灰，不能外賣的運到二期料場圍場存放，作為生產(chǎn)含碳素鐵碳球團的原料，嚴格控制堿金屬及鋅的入爐量。

2.4 優(yōu)化高爐操作制度

2.4.1 采取“雙高”操作法護爐措施

根據(jù)高爐破損調(diào)查的結果，從爐頂加入焙燒含鈦球團，始終維持鐵水［Ti］含量在0.10%～0.20%之間，同時，減少富氧量，降低冶煉強度，可以降低鐵水環(huán)流速度，提高含鈦凝結物與內(nèi)襯黏附性，具有較好的護爐效果。于是，當環(huán)炭溫度或冷卻壁水溫差持續(xù)上升時，減少富氧量，定期使用鈦球；當溫度降下來后，停止使用鈦球；且為了增加鐵水含鈦量，每次加入含鈦球團后，需保證鐵水［Si］含量在0.6%～0.8%之間。但此方法實行后，出現(xiàn)了渣鐵粘稠，透氣性迅速降低，壓量關系緊張，送風風量銳減的狀況，破壞了高爐穩(wěn)定順行的狀態(tài)，使產(chǎn)量大幅減低。可以看出，此法雖然護爐效果良好，但是存在產(chǎn)量降低、消耗增加的副作用。因此，必須停止鈦球入爐，逐步恢復高爐順行。

為了消除鈦球?qū)Ω郀t順行的影響，確保高爐維持在適宜的冶煉強度，鲅魚圈煉鐵部通過對標及實驗研究，建立了“雙高”操作法，即高溫高鈦操作法。此操作法的核心思想是建立鐵水［Si］含量和鐵水鈦負荷的對稱體系，實現(xiàn)最佳護爐效果；建立爐渣渣系二元、三元堿度的平衡體系，達到加鈦但不破壞高爐順行的目的。“雙高”操作法各項指標要求見表2。

表2 “雙高”操作法各項指標要求

2.4.2 采取“雙全”操作法護爐措施

爐缸長壽是一個綜合系統(tǒng)管理問題。實際生產(chǎn)經(jīng)驗表明，爐缸耐材受到侵蝕，除了與耐材質(zhì)量、施工設計有關外，還與高爐實際操作關系密切，主要體現(xiàn)在熱制度、送風制度、造渣制度的選擇方面。在生產(chǎn)實踐中，三大制度除了要分別有益于爐缸長壽外，還必須彼此匹配。當熱制度和造渣制度按照“雙高”操作護爐法選定后，必須匹配適宜的送風制度，即“雙全”操作法。“雙全”操作法即即全風全壓操作，此操作法的核心思想是吹足風壓，吹足風量，以減少富氧量，提高鼓風動能，從而吹透中心，充分活躍爐缸，減少渣鐵環(huán)流沖刷。

“雙全”操作法采取的對應措施是動態(tài)局部堵風口和均勻縮風口，具體參數(shù)見表1。將最高環(huán)炭溫度位置正上方的風口堵死，如果溫度點發(fā)生變化，馬上臨時休風，更改堵風口的位置。另外，根據(jù)設定風口面積，均勻調(diào)整風口尺寸，盡量均勻送風。送風風量和熱風壓力的選擇，不必考慮風口面積縮小因素，按照最大風量、正常風壓的要求，使鼓風動能在160～190 kJ/s范圍。

2.4.3 優(yōu)化爐前出鐵制度

總結爐缸燒穿事故案例，燒穿部位多數(shù)位于鐵口區(qū)域［4］。為了保護鐵口區(qū)域炭磚，制定有效的出鐵制度。固定打泥量，保證鐵口深度3.6～3.8 m；使用優(yōu)質(zhì)無水炮泥；側壁溫度高時，采用3個鐵口輪流出鐵，且實行多鐵次無間隔出鐵，減少單個鐵口出鐵時間，減少鐵口區(qū)域渣鐵環(huán)流沖刷。

3 效果

鲅魚圈煉鐵部1號高爐通過采取一系列護爐措施，特別是“雙高雙全”操作法，效果較好。2017～2018年爐缸環(huán)炭溫度得到了有效控制。2017年10月以后，爐缸環(huán)炭溫度降至200℃以下。截至2018年5月停爐，1號高爐運行9年8個月，護爐操作期長達6年，爐缸狀態(tài)安全可控，高爐穩(wěn)定順行。1號高爐2008～2018年技術經(jīng)濟指標見表3。

表3 1號高爐2008～2018年技術經(jīng)濟指標

由表3可以看出，1號高爐環(huán)碳溫度升高，采取護爐措施后，運行狀態(tài)良好，爐況穩(wěn)定順行，產(chǎn)量逐漸提高，各種消耗指標受控，長期護爐操作實踐效果良好。

4 結語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鐵部1號高爐于2008年9月開爐投產(chǎn)，截至2018年5月停爐，高爐運行9年8個月。前3年屬于高爐正常生產(chǎn)期。2011年開始，1#鐵口以下爐缸局部第19層環(huán)炭溫度快速升高到523℃，2012年1#、4#鐵口以下局部第10層環(huán)炭溫度也開始升高，最高達到513℃和501℃，爐缸安全狀態(tài)受到影響。為保證爐缸安全，提出了“雙高雙全“操作法，采取了改造爐缸冷卻系統(tǒng)、增加在線監(jiān)測設備、長期堅持精料方針和優(yōu)化高爐操作制度等一系列護爐措施，使高爐在之后6年的護爐期內(nèi)穩(wěn)定順行，護爐實踐效果良好。