宣鋼3#高爐爐型管理研究與生產(chǎn)實踐

李云福

（河鋼樂亭鋼鐵有限公司，河北 唐山 066300）

1 概況

宣鋼3#高爐于2011 年6 月10 日大修擴容改造建成投產(chǎn)，爐底采用國產(chǎn)大塊炭磚+陶瓷杯結(jié)合水冷爐底的復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)。爐底第一層滿鋪石墨炭塊；第二層滿鋪半石墨炭塊；第三、四層滿鋪二層微孔炭磚；第五層滿鋪超微孔炭磚；爐底最上部砌筑兩層剛玉莫來石磚。爐缸外側(cè)即象腳狀異常侵蝕區(qū)采用8 層超微孔炭磚，其上環(huán)砌5 層國產(chǎn)微孔炭磚。鐵口采用國產(chǎn)剛玉質(zhì)鐵口組合磚。爐體采用全冷卻壁形式，共安裝15 段冷卻壁。爐腹以上部位采用磚壁合一的薄爐襯結(jié)構(gòu)形式，爐腹、爐腰及爐身下部采用三段銅冷卻壁，爐身中上部采用鑲磚冷卻壁。2013 年南鐵口區(qū)域20 號冷板第一根水管燒壞，造成無計劃休風(fēng)。2015 年10月3#高爐進入中修，主要進行九、十段、五段風(fēng)口帶冷卻壁更換，風(fēng)口組合磚更換，鐵口區(qū)域澆注，九段燒損爐皮更換補焊。尤其鐵口區(qū)域徹底清理后美固美特公司整體澆注，鐵口較中修前有明顯改觀[1]。

2 影響高爐爐型的因素分析

2.1 宣鋼3#高爐與同級別高爐爐型比較

表2 3#高爐爐型與“爐型參數(shù)計算公式結(jié)果”對比

通過與同級別高爐對比可以看出，3#高爐比同類型高爐更“矮胖”，其主要原因是，幾次大修過程中，上料系統(tǒng)大部分使用舊有高爐整體框架，爐身高爐遠遠短于同類型高爐[2]。

2.2 爐缸砌筑結(jié)構(gòu)及材料

根據(jù)國內(nèi)外高爐設(shè)計和生產(chǎn)實踐，宣鋼3#高爐爐缸采用“碳磚+陶瓷杯”結(jié)構(gòu)，陶瓷杯是砌筑在碳磚內(nèi)側(cè)陶瓷質(zhì)內(nèi)襯。采用具有低導(dǎo)熱性能的陶瓷杯，目的在于降低碳磚熱面溫度，將800℃～1000℃等溫線應(yīng)力區(qū)盡可能長時間地控制在陶瓷杯內(nèi)，減少碳磚內(nèi)外溫差和應(yīng)力變化，緩解碳磚環(huán)裂變化。同時，陶瓷杯與鐵水化學(xué)反應(yīng)微弱、耐沖刷，并且可以阻止堿金屬對碳磚的侵入，所以對碳磚起到很好的保護作用。

2.3 高爐本體冷卻壁結(jié)構(gòu)及鑲磚材質(zhì)分析

宣鋼3#高爐本體采用全冷卻壁結(jié)構(gòu)，冷卻壁由爐底延伸至爐喉鋼磚下沿；并且在不同的部位采用不同材質(zhì)和不同結(jié)構(gòu)形式的冷卻壁。冷卻壁的固定方式采用固定點、滑動點和浮動點相結(jié)合的方式，并在爐殼與進出水冷管間采用波紋補償器和保護套管進行密封，適應(yīng)冷卻壁及爐殼的膨脹，避免了水冷管剪斷現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

（1）爐身上部采用了一層倒扣式冷卻壁，使操作爐型與設(shè)計爐型始終保持一致，冷卻壁經(jīng)噴涂后直接與爐料接觸，減少其對上部布料的影響。

（2）爐腹、爐腰、爐身下部是軟熔帶區(qū)，該區(qū)是初渣形成區(qū)域，爐溫變化劇烈、熱負荷大、是爐內(nèi)環(huán)境最惡劣的區(qū)域，本次大修在該區(qū)域爐腹、爐腰、爐身下部的5 段、6 段、7 段采用了銅質(zhì)帶肋冷卻壁及內(nèi)壁噴涂技術(shù)。

表3 爐體溫度控制標(biāo)準

銅冷卻壁因其卓越的導(dǎo)熱能力，在其熱面不僅能夠形成穩(wěn)定的渣皮，而且在渣皮脫落時，也能迅速重新生成渣皮，在渣皮損壞、再形成的過程中，冷卻設(shè)備的溫度越低，形成渣皮的速度越快，冷卻設(shè)備要承受的熱疲勞周期越短，這使得銅冷卻壁的熱疲勞得到抑制。

銅冷卻壁的高導(dǎo)熱性能，使得壁體實際最高溫度與最低溫度之比不到0.65，而鑄鐵冷卻壁此值卻高達0.8 ～0.9，銅冷卻壁能夠承受很高熱沖擊的能力，最高可達350KW/m2。

銅冷卻壁的高導(dǎo)熱性能使壁體熱面與爐內(nèi)形成很大的溫差梯度，促使高爐軟溶帶液態(tài)渣牢牢地粘在冷卻壁的熱面，形成穩(wěn)定渣皮，起到保護自己作用。渣皮的導(dǎo)熱系數(shù)很低，僅有2.0W/（m·k），穩(wěn)定的渣皮具有很高的熱阻，降低了傳到銅冷卻壁的熱流強度，大大減少了熱量損失。

2.4 冷卻水管布置情況

3#高爐共有十五段冷卻壁，1 ～4（2 段14#冷卻壁為殘鐵口，3 段18#與20#，42#與44#為鐵口大冷卻壁）、6 ～12 各有44 塊冷卻壁，每塊冷卻壁4 根水管；5 段有27 塊冷卻壁，十三、四段有40 塊冷卻壁，十五冷卻壁比十三、四段每塊冷卻壁少1 根水管，因此必然出現(xiàn)跳管。定義第3 段北鐵口大冷卻壁右側(cè)第一塊冷卻壁為1#冷卻壁，該冷卻壁第1 根水管為1#水管，其他各段冷卻壁號根據(jù)與此段冷卻壁水管連接關(guān)系定義；北鐵口右側(cè)風(fēng)口為1#風(fēng)口，1#風(fēng)口右側(cè)冷卻壁為五段1#冷卻壁。

3 宣鋼3#高爐日常爐型管理監(jiān)測分析及操作實踐

正常的操作爐型應(yīng)該是既能夠維持生產(chǎn)高效、穩(wěn)定、低耗、優(yōu)質(zhì)，又能夠保證長壽的爐型，爐內(nèi)壁面光潔，下料順暢，渣皮穩(wěn)定。所以，建立和完善宣鋼3#高爐的在線爐型管理制度是十分必要的，并通過對影響操作爐型的相關(guān)數(shù)據(jù)進行跟蹤分析，對高爐總體工作狀況進行評價，并提出指導(dǎo)高爐的操作意見，以保證和維持爐況穩(wěn)定順行。

3.1 合理確定日常爐型監(jiān)控的相關(guān)參數(shù)，對高爐運行狀況進行分析評價

根據(jù)國內(nèi)外爐型管理經(jīng)驗和宣鋼高爐煉鐵生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，確定以下相關(guān)爐型監(jiān)控參數(shù)。

（1）對爐體熱負荷跟蹤分析。

（2）L4 和T8 的確定。為判斷爐體上部煤氣流分布狀況和掌控爐內(nèi)軟容帶的大體形狀及其根部的位置，選取各段溫度平均值定義為T8 值，選取6 段～10 段冷卻壁測溫電偶溫度中最低的4 個溫度平均值定義為TL4 值。

（3）爐底和爐缸溫度呈多環(huán)布置，選取各層點偶的最內(nèi)環(huán)的平均值作為標(biāo)準來判斷爐底爐缸整體工作狀況和侵蝕程度，外面幾環(huán)作為參考，具體數(shù)據(jù)見。

（4）生產(chǎn)中水系統(tǒng)控制標(biāo)準。

高壓工業(yè)水壓力：1.6mpa；

低壓工業(yè)水壓力：0.65mpa；

軟水系統(tǒng)壓力：0.8mpa；

軟水流量：3700±200m3/h；

膨脹罐壓力：20kpa ～35kpa；

軟水進水溫度：≤45℃；

系統(tǒng)水溫差：≤10℃；

爐底水溫差:＜0.5℃；

爐體熱負荷控制標(biāo)準：8000kcal/h ～10000kcal/h。

表4 爐底和爐缸溫度具體數(shù)據(jù)

3.2 日常爐型管理工作標(biāo)準

（1）不斷摸索，合理確定日常爐型監(jiān)控的相關(guān)參數(shù)。

（2）加強對爐體熱負荷監(jiān)控：冷卻壁熱負荷及爐墻熱損失，爐墻襯及冷卻壁體溫度縱向分布等。

（3）對渣皮形成及脫落情況監(jiān)控。

（4）對氣流分布監(jiān)控：通過爐頂攝像監(jiān)控中心和邊緣氣流分布情況。

（5）特殊爐況：發(fā)生管道、崩懸料情況等。

（6）爐缸工作狀況監(jiān)控等。

（7）對局部溫度偏高的位置進行現(xiàn)場水溫差監(jiān)測，重點區(qū)域安裝水溫差在線監(jiān)測和貼片監(jiān)測爐皮溫度。

（8）對于局部溫度長期偏高的位置利用休風(fēng)機會進行灌漿。

3.3 爐型參數(shù)偏離正常時工作標(biāo)準

爐型參數(shù)出現(xiàn)偏離控制標(biāo)準應(yīng)當(dāng)及時調(diào)整制度，調(diào)整煤氣流分布，以規(guī)范操作爐型。L4 在3 個冶煉周期內(nèi)調(diào)整到位；爐體熱負荷在3 個～5 個冶煉周期內(nèi)調(diào)整到位；爐體溫度在5 個～10個冶煉周期內(nèi)調(diào)整到位。

4 結(jié)語

通過對宣鋼3#高爐爐型管理研究及生產(chǎn)實踐，優(yōu)化了3#高爐生產(chǎn)技術(shù)的方案，提升了高爐的綜合冶煉效能，極大地推進了宣鋼3#高爐整體技術(shù)進步。宣鋼3#高爐第4 代爐齡開爐達產(chǎn)之后，通過強化生產(chǎn)實踐和不斷的優(yōu)化分析取得了較好的冶煉效果。并且對河鋼集團新建河鋼樂亭項目高爐開爐生產(chǎn)及高爐穩(wěn)定順行均有實踐指導(dǎo)意義，特別是為企業(yè)優(yōu)化、總結(jié)爐型管理和日常維護及爐況穩(wěn)定順行提供有力保障。