馬鋼3號高爐風口小套破損原因分析及處理

高廣靜，胡 杰，陳 軍，尹祖德，侯 軍

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠，安徽 馬鞍山243000）

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（全文簡稱馬鋼）3號高爐有效爐容為978 m3高爐，設有18個風口，2個鐵口。2017年1月大修投產，2018年10月開始，頻繁出現小套破損現象，截至2020年8月累計損壞小套22個，其中2018年5個，2019年10個，2020年7個，高爐多次被迫臨時休風更換，對高爐各項指標造成了較大影響。

1 3號高爐小套破損形式分析

一般而言，小套破損的形式主要分為鐵水熔損、機械損壞以及開裂等形式；其中鐵水熔損是指風口小套直接與高溫渣鐵接觸造成的燒損，爐缸狀態不活躍，爐前渣鐵處理不暢，鼓風動能不合適，或者邊緣氣流過盛等都容易導致小套燒損。機械損壞包括內外磨損，即風口小套內側被噴吹煤粉射流磨壞和外側被爐缸內爐料特別是循環運動的焦炭磨壞以及塌料砸壞。開裂主要是由于風口壁內外側溫度和壓力差大（風壓與冷卻水壓差），造成熱疲勞和機械疲勞，再加上小套材質和制造工藝上的缺陷，如鑄造有氣泡、微孔、焊接不符合要求等，導致小套破損。

通過對3號高爐破損小套實物觀察分析可以得出（如表1所示）：小套上部破損占比63%，下部破損為23%，上下均有破損的為14%。部分破損處能看到明顯渣鐵黏結及成片小孔洞，可以確定小套破損的原因主要是渣鐵直接接觸燒損以及渣鐵熔滴熔損。

2 小套破損原因分析

2.1 焦炭轉換，氣流波動

3號高爐使用的焦炭為外購二類焦，2018年10月9日至開始使用自產濕焦，由于焦炭水分上升較多，粉焦比上升（如下頁圖1所示），入爐焦粉量增加，導致濕焦使用后高爐壓差上升，頻繁出現崩滑料現象，兩道氣流穩定性下降，爐況波動大，產量下降至3 000 t/d以下。同時，由于自產濕焦質量相對較好，冷熱態強度明顯優于外購二類焦，為保證邊緣氣流穩定，避免爐墻黏接，上部制度調整以疏邊為主，礦焦平臺角度逐步內移，角差縮小（如下頁圖2所示）。調整后邊緣流指數整體呈現上升趨勢，邊緣氣流進一步得到了增強（如下頁圖3所示），邊緣區域還原反應增加，易導致高爐塌料，增加了小套熔損及砸壞的風險。2018年10月31日、11月10日、11月11日均出現小套漏水，對應邊緣氣流大幅波動及高爐塌料現象，因此邊緣氣流過分發展是這幾次小套漏水的主要原因。

表1 3號高爐破損小套匯總

圖1 2018年10月粉焦比及焦炭水分變化趨勢

圖2 平臺礦焦角度及角差變化圖

圖3 邊緣流（Z）及中心流（W）指數變化趨勢

2.2 鼓風動能低，中心不活躍

3號爐2017年中修投產后長時間采用的風口面積為0.192 7 m3，2017年年底開始逐步擴大風口，至2018年初風口面積逐步擴大至0.196 3 m3，而風量沒有明顯提升，甚至有所下降，導致鼓風動能下降（如圖4），風口回旋區變小，更有利于邊緣氣流的發展，進一步增加了小套燒損的風險。

2.3 氣流波動大，爐況異常

2019年10月末開始爐況波動大，26日、27日連續兩天出現懸料現象，后頻繁出現管道氣流，高爐爐況接近失常，至2020年2月下旬爐況才逐步恢復。爐況調整期間氣流穩定性差，頻繁出現小套燒損現象，自2019年10月至2020年3月共燒損7個小套。

2.4 冶強降低，爐缸狀態下滑

由于爐況異常，自2019年11月開始，冶強降低，產量長時間維持在較低水平，爐缸狀態勢必會受影響，因此在2020年2月、3月爐況逐步恢復，高爐產量上升的過程中，爐缸狀態短時難以恢復，導致渣鐵處理不穩定，出鐵時間波動，渣鐵處理不及時，導致小套燒損。

圖4 風量及鼓風動能變化趨勢

2.5 風口數量少

3號高爐共設有18個風口，相比其他1 000 m3級高爐風口數量相對較少，造成風口間死區大，特別當風量小、產量低的時候，更容易造成爐缸堆積現象，進而引起風口燒壞。

2.6 漏水冷卻壁影響

由于3號高爐發展邊緣的氣流特點，對高爐冷卻壁維護不利，截至2020年8月3號高爐共有25塊冷卻壁漏水，共植入微冷39個，絕大部分集中在5—8號、15—18號風口上方；因此對應區域受氣流波動影響最大，容易產生局部邊緣氣流，造成該區域物化反應增加，渣鐵沿爐墻下滴，造成風口燒損。從漏水小套分布情況可以看出，破損冷卻壁下方既5—8號風口以及15—18號風口漏水的小套共有14個，占比63%～64%。

2.7 長時間堵風口操作

為保證足夠的鼓風動能，提升中心氣流強度，2020年3月—5月堵16號風口，由于堵風口時間過長，該區域勢必產生堆積結厚，對小套起到一定保護作用，風口全開后粘接物脫落，熱負荷變化大，導致風口捅開后2 h下部漏水。

3 處理措施及效果

針對小套漏水的原因，3號高爐主要采取了以下措施：調整上、下部制度，適當抑制邊緣，開放中心氣流，保證高爐穩定順行；提高冶煉強度，維持相對高的產量，保證爐缸活躍性；強化爐前出鐵，保證渣鐵及時出凈；加強風口小套及墻體水溫差監測；調整槽下焦炭篩齒間距保證入爐焦炭粒度等。

3.1 調整上、下部制度

2019年開始3號高爐工作者開始轉變思路，嘗試打破完全依靠邊緣氣流的操作方法，逐步尋找適當抑制邊緣，開放中心的上下部制度，力求能夠得到穩定合適的兩道氣流分布。上部制度調整大致可分為三個階段，第一階段從2018年底至2019年7月，以平臺加漏斗的布料模式為基礎，調整上部布料制度，逐步開放中心，但方向不堅定，出現調整上的往復。第二階段從2019年8月至2019年10月，嘗試采用中心加焦的布料模式，引導中心氣流，但實施效果較差，10月底出現異常爐況。第三階段從2019年11月至2020年3月，回歸平臺+漏斗的模式，逐步穩定了基礎料制，礦焦角差從2.13°擴大為0.73°（如圖5所示），邊緣流2.0下降至1.5左右，中心流由2.7上升至3.7（如圖6所示）。調整效果明顯，爐況順行得到了保障，高爐各項指標穩步上升，小套漏水現象得到了明顯改善。

圖5 平臺礦焦角度及角差變化圖

圖6 邊緣流及中心流指數推移圖

下部制度的調整思路可以概括為：“長風口、小進風面積”，逐步提高鼓風動能，增加回旋區進入面積，吹透中心。從一次氣流分布上配合上部制度的調整，改善中心氣流。進風面積從2018年的0.196 3m2，逐步縮小至2020年8月的0.181 9 m2，鼓風動能從2018年1月—5月平均110 kJ/s提升至2020年8月的125 kJ/s以上。500 mm風口的數目從2018年的2個增加到了目前的18個。目前風口小套配置為：Φ120 mm×6+Φ110 mm×12，全部為500 mm長。通過這種“上引下吹”上下配合的制度，增強了中心氣流，保證了高爐的順行，減少了小套燒損的發生。

同時，隨著爐內氣流模式的改變，高爐爐型穩定性增加，漏水冷卻壁得到了控制，自2020年2月15日后未出現新增漏水冷卻壁，對穩定爐內氣流有利。

3.2 維持一定的冶煉強度，保證爐缸活躍

2020年3月爐況恢復后，高爐產量逐步上升，至2020年8月日產基本維持在3 100 t/d左右，配合良好的渣鐵處理制度，保證了爐缸的活躍性，減少了小套燒損的風險。

3.3 加強風口小套冷卻制度的管理

馬鋼3號高爐采用外循環水冷卻，小套采用高壓水冷，目前冷卻水量維持在500 m3左右。正常小套水溫差在4.5～6.5℃左右范圍波動。日常操作中，每個班對冷卻水量及進水溫度實時監控，并做好記錄，保證水量及進水溫度在規定的范圍內。其次，加強風口區域巡檢，要求每班巡檢不小于3次，結合中控小套的進出水量及水溫差實時監控系統，保證問題早發現早處理。

3.4 改善焦炭如入粒度，加強槽下原燃料質量監控

鋼3號高爐長期使用外購二類濕焦（搗固焦），與同級別高爐用焦炭相比熱態強度差、灰分高、堆比重大。為保證入爐焦炭粒度，減少粉末入爐量，3號高爐逐步調寬布入中心的焦炭倉篩板齒距，由原來的22 mm調整為25 mm；焦丁倉篩板齒距由11 mm調整為15 mm。其次，加強原燃料情況的監控，每個班工長到槽下看料，觀察篩下物情況，測量焦炭水分，檢查篩網狀況，出現斷齒、篩網粘接及時補焊清理或聯系更換，減少粉末入爐量。

3.5 抓好爐前渣鐵處理

渣鐵不暢也是小套燒損的原因之一。馬鋼3號高爐有兩個鐵口，沒有擺嘴，目前采取的出鐵模式為兩鐵口對倒出鐵，間隔時間一般控制在20～30 min左右，正常情況下能夠滿足渣鐵處理需求。日常操作中主要是抓以下幾點：一是鐵口深度的維護。足夠的鐵口深度是出凈渣鐵的前提，日常操作中通過鐵口深度的變化調節打泥量，保證鐵口深度在2.5～2.7 m水平；同時根據炮泥質量的差異及氣溫的變化控制烤炮時間及打泥壓力，確保孔道密實度。二是做好出鐵前的泥套維護及出鐵過程中的鐵口清理，減少跑泥事故的發生。三是根據爐況及單爐出鐵時間，靈活調整鉆桿直徑，確保出鐵時間穩定。四是控制好開口時間間隔，根據產量水平，爐內情況調整間隔時間。

3.6 處理效果

通過上述措施處理后，高爐順行得到了保障，各項指標均有所提升（見下頁表2），小套漏水現象大幅減少，自2020年5月下旬開始高爐未出現小套漏水現象。

表2 2018年—2020年3號高爐部分指標情況

4 結論

1）馬鋼3號高爐通過轉變操作思路，下部縮短風口面積，使用長風口，上部配合放開中心的料制，氣流模式由強烈依靠邊緣調整為中心、邊緣兩道氣流發展的模式，保證了高爐順行，控制了漏水冷卻壁的產生，減少爐況波動對小套的影響。

2）通過調整焦炭倉篩齒間距，改善了中心焦炭粒度，增強了死料柱的透氣透液性，配合后期相對高的冶強及良好的渣鐵處理，保證了爐缸的活躍性，減少因爐缸堆積而造成小套燒損的危險。

3）通過加強對風口小套冷卻制度的管理，做到有問題早發現早處理，降低漏水小套對高爐的影響。