本鋼6號高爐爐缸維護實踐

劉廷友

1.概述

煉鐵是鋼鐵企業的核心環節，高爐生產要求穩定順行、高效低耗、安全長壽。近年來，我國高爐生產技術取得了明顯的進步，同時隨著高爐冶煉的強化，維護爐缸的重要性和迫切性日益突出，高爐爐缸狀態已經成為高爐一代壽命的關鍵。

本鋼煉鐵廠6號高爐2850m3由重慶鋼鐵設計院設計，于2004年9月15日開爐點火，至今進行了三次控料線，2008年4月、2008年10月和2014年5月。目前6號高爐已連續工作13年零6個月，在爐役后期，6號高爐的爐缸安全以及維護工作成為高爐生產的重中之重。根據6號高爐淺表電偶、側壁電偶、熱流強度等數據變化趨勢及特點制定相應的控制標準并制定合理的護爐方法和措施，從而實現維護爐缸延長高爐壽命的目標。

2.爐缸概況

2.1 爐缸耐材內襯結構

本鋼6號高爐爐缸采用“國產陶瓷杯+UCAR小塊炭磚水冷爐底”復合結構。其具體結構是：在爐底封板上澆搗高導熱系數的炭素搗料后找平，其上滿鋪2層為國產石墨炭磚及2層為國產半石墨炭磚；爐底采用強制水冷；爐缸下部環砌43層美國UCAR熱壓小塊炭磚，上部采用17層國產SiN4-SiC磚和2層剛玉磚；陶瓷杯杯底采用2層剛玉莫來石磚，杯壁由l層剛玉組合磚構成，在杯底炭磚與剛玉莫來石磚間填充RP-4搗打料，環砌炭磚和陶瓷杯上表面采用大塊蓋面磚。

2.2 爐缸軟水密閉循環冷卻系統

高爐本體采用全軟水聯合閉路循環系統。全系統總循環水量Q=7000m3/h，壓力為0.7Mpa。整個系統分高爐本體系統和熱風爐系統兩大部分。在高爐本體區域采取分段冷卻：第一段為爐底水冷，由44根無逢鋼管組成，冷卻水流量為240m3/min，水溫差為0.5℃-1.0℃；第二段1-6段冷卻壁冷卻，冷卻水流量為1700m3/min，水溫差為1.0℃-2.0℃；其中1-4段為光面冷卻壁，壁厚160mm，材質為灰鑄鐵；第三段7-16段冷卻壁冷卻，冷卻水流量為3900m3/min，水溫差為5.0℃-6.0℃；第四段為風口二套冷卻，冷卻水流量為700m3／min，水溫差為1.0℃-1.5℃。整個爐體水溫差為3.0℃-3.5℃。

2.3 爐缸電偶安裝情況

爐缸側壁熱電偶：側壁熱電偶布置從下到上一共布置了8層熱電偶，每層布置兩圈熱電偶。2014年5月空料線期間進行修復，至今只剩26支電偶可用。重點2段、3段區域電偶損壞嚴重，且數據準確性不高，現只作為溫度變化趨勢參考。

淺表電偶：為了更好監控爐缸狀態，2017年2月28日爐缸二段安裝淺表電偶7個；2017年5月5日爐缸二段安裝淺表電偶9個；2017年9月29日爐缸二段安裝淺表電偶11個；2017年10月19日爐缸二段安裝淺表電偶6個；爐缸三段安裝淺表電偶22個。到目前為止，爐缸安裝淺表電偶共計55個，其中爐缸二段安裝33個，爐缸三段安裝22個。

爐缸貼皮電偶：6號爐爐缸現共安裝56支貼皮電偶，貼皮電偶合點為54個。主要分布為:鐵口區域安裝20支，2017年12月1日在爐缸二段安裝36支，其中爐缸二段（標高7650mm）安裝26支，23號、24號風口下方爐缸二段各安裝5支電偶。

爐缸冷卻水微小水溫差：爐缸二段49塊冷卻壁，安裝49個冷卻壁水管水溫差，損壞7個；三段46塊冷卻壁，安裝46個冷卻壁水管水溫差。

3.爐缸各溫度點變化情況及采取措施

3.1 爐缸各溫度點變化情況

2018年1月，6號高爐爐況穩定順行，爐缸二段淺表電偶TE4048（1號、2號場4號風口下方）溫度點1月1日—14日由89℃上升到97℃左右；1月15日—30日由97℃最高上升到144℃；爐缸二段淺表電偶TE4204（1號、2號場3號風口下方）溫度點1月1日—25日由81℃上升到96℃左右；1月26日—31日由97℃最高上升到105℃；爐缸二段淺表電偶TE4202（1號、3號場26號風口下方）溫度點1月1日—31日由71℃上升到102℃。其他溫度點在正常范圍內波動（見圖1、圖2）。

圖1 爐缸二段淺表電偶溫度變化趨勢圖 ℃

圖2 爐缸二段淺表電偶溫度變化趨勢圖 ℃

圖3 爐缸二段側壁電偶溫度變化趨勢圖 ℃

圖4 爐缸三段側壁電偶溫度變化趨勢圖 ℃

爐缸側壁電偶TE4220（標高GL7.905 275°）溫度點1月1日—31日由216℃上升到280℃；其它溫度點溫度在正常范圍內波動（見圖3）。

爐缸側壁三段電偶TE4180（GL9.530 90°）溫度點1月1日—31日由115℃上升到141℃；其它溫度點溫度在正常范圍內波動（見圖4）。

3.2 采取措施

根據上述各爐缸溫度點的變化情況，可以看出6號高爐爐缸的安全狀態已經受到威脅，爐缸安全工作成為重中之重，此為采取了以下措施維護爐缸，保證6號高爐安全穩定的生產。

3.2.1 加釩鈦礦護爐

當爐缸磚襯出現異常侵蝕或侵蝕較為嚴重時，在爐料結構中加鈦（TiO2）護爐，在爐內還原生成高熔點的Ti(C、N)化合物，與鐵水及鐵水中析出的石墨凝結并黏附在侵蝕后的磚襯上，起到保護爐缸磚襯的作用。

2018年1月22日每批料所用釩鈦礦由2t/ch增加到3t/ch，鈦負荷由原來的5.5kg/t增加到9.0kg/t，鐵中鈦含量由原來的0.1%增加到0.15%-0.2%左右（見圖5）。

圖5 鐵中含鈦量變化趨勢

3.2.2 適當提高爐溫，保持爐缸充沛的熱度

高爐配加釩鈦礦護爐后，為保持合適的爐缸熱度，爐溫和堿度都要做適當的調整，爐溫[Si]控制在0.5±0.05%，生鐵中[S]≯0.03%。鐵水中[Si]含量是爐缸熱度的化學表征，保持充沛的爐缸熱度，有利于爐渣中TiO2還原成[Ti]。研究表明，生鐵中的石墨碳數量隨[Si]、[Ti]、[C]的增加而逐漸增多。TiO2還原成[Ti]后，在爐內與C、N生成高熔點游離的TiC、TiN微粒，可以作為石墨晶核，有利于石墨化和石墨析出，降低了鐵水的流動性，減緩爐缸側壁炭磚的侵蝕。

3.2.3 控制冶煉強度

當高爐利用系數提高后，通過爐缸單位截面積的鐵水增加，鐵水平均流速提高，爐缸環流加劇，將導致爐缸侵蝕加速。同時，生鐵產量的增加，也給爐缸帶來了更多的熱量，使爐缸炭磚磚襯熱面溫度升高，加速爐缸侵蝕。

2018年1月23日將富氧降到80m3/min，值班室在操作上采取穩定風量、控制上限爐溫等措施，1月27日由于爐缸二段淺表電偶TE4048溫度上升到141.2℃，采取停富氧降強度減產作業措施。

3.2.4 合理的出鐵制度和鐵口維護

維護好鐵口對爐缸的壽命至關重要，隨著高爐服役時間的增加，鐵口深度應隨之擴大，這也是保護爐缸長壽的基本要求。爐缸側壁環流加劇，磚襯熱面溫度過高，液態鐵水和堿金屬滲透侵蝕形成變質層，在渣鐵的沖刷下，會加速侵蝕。因此降低出鐵速度有利于減少環流。但鐵流時間超長，加劇鐵口泥包和鐵口孔道的侵蝕，不利于鐵口維護容易造成生產安全事故。針對這一情況6號高爐制定了相應措施，鐵口深度大于3.2m，每次出鐵時間2h-2.5h，以保持爐缸內渣鐵面相對穩定，減少鐵水環流對爐缸磚襯的侵蝕。

3.2.5 爐內操作制度管理

爐內操作制度至關重要，沒有好的操作制度爐況順行就難以保證，會加劇爐缸鐵水環流對磚襯的損壞。6號高爐采用的主要措施有：

（1）控制生鐵[Si]含量為0.5±0.05%，保證鐵水溫度不低于1490℃，并嚴格要求各班統一操作，嚴禁長期低爐溫操作，連續2次爐溫低于下限時要采取提高爐溫的操作措施。

（2）控制爐渣二元堿度為1.22±0.02、生鐵[s]含量＜0.030%。偏離此范圍，及時調整堿度。

通過采取上述一系列有效措施，本鋼6號高爐于2018年3月初成功的將爐缸各電偶溫度恢復至正常水平，現階段爐缸處于安全工作狀態。但高爐爐役后期生產，爐缸侵蝕是不可逆過程，如何把握好高爐產量和指標與高爐爐缸安全生產的平衡點還有待于煉鐵工作者進一步探索和研究。

4.結語

爐缸長壽維護是一項系統工程，需要多項技術統一、有序進行。對爐缸進行有效地檢測及時發現爐缸工作異常并采取有效措施是爐缸長壽的保障。本鋼6號高爐以處于爐役后期，在日常生產中加強各方面的管理，重點做好爐缸冷卻制度的管理和各溫度點的檢測工作，并采取加釩鈦礦護爐和穩定的操作制度等措施來減緩爐缸內襯的侵蝕速度，以保證爐缸長壽。