鞍鋼朝陽鋼鐵高爐使用修復風口實踐

呂寶棟，李澤安，王振東，鄭強，李男，胡德順，劉喜亮

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

風口是高爐系統的重要設備，需要進行定期更換。風口使用壽命是衡量高爐生產技術水平的重要指標之一。由于更換風口需要高爐休風，影響高爐作業時間，因此其使用壽命長短直接影響高爐能否長期穩定、順行、高產。而到期的和損壞的風口在更換后會被廉價處理，造成企業生產成本的極大浪費。

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司（以下簡稱“朝陽鋼鐵”）高爐有效容積為2600 m，有風口30個，于2010年10月13日正式送風點火投產。開爐之初，正值鋼鐵寒冬，企業在生產成本方面壓力非常大，降低生鐵成本成為了企業目標。因此，各生產工序均在可以降成本的環節挖掘潛力，其中對高爐風口設備使用方面做了研究，發現購買新風口和修復舊風口之間差價巨大，新風口單價約為21 000元，而修復風口單價約為5 400元，近乎是新風口價格的四分之一。由此，朝陽鋼鐵高爐從2013年開始嘗試使用修復風口，并不斷積累經驗，制定了相應的使用條件和計劃，此后修復風口在高爐上的使用數量逐年增加，取得了良好的效果。

1 風口損壞原因分析

從外表特征分析，風口損壞可分為熔損、破損和磨損三大類。

（1）風口熔損是由于受熱增加，散熱惡化，風口壁熱量積累，溫度升高造成的。當溫度高于銅開始強烈氧化的溫度900℃，甚至達到銅的熔點1 083℃時，風口便被燒壞。生產實際中，造成風口熔損的主要原因有：

① 爐缸堆積。當高爐爐缸堆積后，風口前端死焦柱透液性變差，造成風口前端的渣鐵滲透困難，渣鐵在風口前積聚，風口前端直接與渣鐵接觸，導致風口下部被燒壞。

②渣皮脫落。由于邊緣氣流不穩，造成冷卻壁渣皮脫落，下到爐缸，導致爐缸局部不活，燒壞風口下部。

③操作制度不合理。當爐內邊緣氣流過盛時，會有少量渣鐵沿爐墻下滴，滴落到風口上部，造成風口損壞。

其中第三種情況在朝陽鋼鐵高爐基本不存在，因為朝陽鋼鐵高爐煤氣流分布以中心為主，邊緣為輔，發展兩股氣流，充分保證了高爐的順行條件，較為旺盛的中心氣流減少了邊緣渣鐵沿爐墻的下滴。

（2）風口破損是由風口本身結構與材質引起的。風口前的高溫氣體、高溫熔體、爐墻溫度、冷卻水溫度溫差懸殊是造成風口熱應力的外因，而風口材質不純、表面粗糙、晶粒粗大、組織疏松、存在氣孔夾雜等鑄造缺陷是造成熱應力的內因。破損的外表特征通常為焊口開裂、龜裂、砂眼等。在朝陽鋼鐵高爐生產實際中，有少量風口出現了砂眼或者焊縫開裂現象。

（3）風口磨損是由于焦塊和熔融物料在下降時從風口周圍劃過所致。銅質風口壁表面的氧化皮極易在渣鐵流沖擊下和巨大熱負荷作用下剝落，而風口內部冷卻水的不均勻分布，局部汽膜層的作用，是決定磨損部位的重要因素。此外，生產中不及時調整噴槍位置，也會造成噴槍壓縮風和煤粉磨壞風口。生產過程中發現，部分風口由于煤槍角度不合理，使煤粉直接沖刷風口內壁，刷壞風口。還有高爐風口區鼓風動能過大，回旋區過大，旋轉的焦炭磨壞風口，此種原因造成的風口損壞部位主要在風口上部。

對2011～2012年朝陽鋼鐵高爐風口損壞原因進行分析，情況見表1。從表1可以看出，高爐風口損壞主要是熔損造成的，大部分是由于計劃休風、非計劃休風以及焦炭質量不好，造成爐缸不活，導致風口下部被渣鐵燒漏，這也就排除了其他兩種原因造成風口破損，為試用修復風口找到了依據，于是從2013年開始少量使用修復風口。

表1 2011～2012年朝陽鋼鐵高爐風口損壞情況Table 1 Condition of Damaged Tuyeres to BF in Chaoyang Steel from 2011 to 2012

2 修復風口使用情況

2.1 確定使用周期

2013年朝陽鋼鐵高爐共計使用修復風口9個，利用休風機會更換風口，對修復風口進行試驗，以確定修復風口使用的可行性，通過生產實踐，確定了修復風口的使用周期，詳細風口使用情況見表2。

表2 2013年修復風口試驗情況Table 2 Test Condition of Repaired Tuyeres in 2013

從表2可以看出，只有一個修復風口由于熔損原因導致風口漏水，因此將修復風口使用在高爐上是可行的。其中8和18風口在線204天，出現部分磨損現象，再繼續使用可能造成進一步磨損，最終導致風口漏水。其余修復風口使用時間均不到半年，狀態較好，因此，為保證高爐順行，將修復風口使用周期定為半年。

2.2 使用數量和位置

從2014年開始，朝陽鋼鐵高爐陸續使用修復風口，均取得了較好效果。2011～2018年高爐風口使用情況見表3。

從表3可以看出，2014年以后高爐開始大量使用修復風口，使用個數超過了新風口，且保證了正常生產的運行。但需要說明的是，由于2014年8月煉鋼發生事故，在朝陽鋼鐵單線生產的現實條件下，鐵水無法平衡，高爐只能被迫降強度生產，導致高爐爐況失常，冷卻壁渣皮脫落、中心氣流不活躍等現象頻繁發生，爐缸工作狀態變差，甚至出現爐缸堆積現象，風口大量損毀，被迫休風更換，頻繁休風加劇了爐缸惡化，形成了惡性循環。據數據統計，從2014年8月開始，高爐共計休風12次，累計更換壞風口69個。2011～2018年高爐風口損壞情況見表4。

表3 2011～2018年高爐風口使用情況Table 3 Condition of Tuyeres to BF in Use from 2011 to 2018

表4 2011～2018年高爐風口損壞情況Table 4 Condition of Damaged Tuyeres to BF from 2011 to 2018

從表4可以看出，2014年和2015年修復風口的損壞率明顯高于新風口的損壞率，因此，從2016年開始，逐漸減少在線修復風口的數量，保證在線修復風口不超過1/3，數據顯示，修復風口和新風口的損壞率基本保持一致，保證了高爐生產的正常運行。

通過實踐發現，由于鐵口上方風口較為活躍，受出鐵等因素的影響，容易出現渣皮脫落、下料不均勻等現象，造成鐵口正上方的風口容易損壞，因此，在鐵口正上方不使用修復風口，在保證了高爐整體順行條件的同時，也減少了風口損壞的個數。

3 高爐指標完成情況

由于朝陽鋼鐵實行單線生產，高爐一旦出現爐況波動或者異常休風將直接影響朝陽鋼鐵整條生產線。風口所處的生產環境較為惡劣，容易損壞，高爐被迫休風更換風口，將直接影響高爐各項生產指標。2011～2018年朝陽鋼鐵高爐生產指標見表5。

表5 2011～2018年朝陽鋼鐵高爐生產指標Table 5 Production Indexes for BF in Chaoyang Steel from 2011 to 2018

從表5可以看出，2014年休風次數較多，2015年和2016年休風次數均較少。據統計，2015年和2016年由于風口原因造成的休風次數也較少，兩年時間里共計有3次臨時休風換風口，且均不是由于風口損壞造成的，進一步驗證了使用修復風口的可行性。同時，從生鐵產量完成情況來看，使用修復風口以來，高爐有效容積利用系數均在 2.08 t/（m·d）以上，能夠完成生產計劃；燃料消耗方面，入爐焦比、燃料比均呈下降趨勢，從另一個角度驗證了修復風口對高爐生產沒有影響。

4 修復風口對生鐵成本影響

生產成本是一個企業發展和企業競爭力的重要指標，朝陽鋼鐵目前為單線生產，成本壓力較大，修復風口在高爐生產上的成功應用，為降低生產成本提供了新的方向。2011～2018年朝陽鋼鐵高爐修復風口成本核算見表6。從表6中可以看出，2013～2018年，朝陽鋼鐵高爐使用修復風口累計節約成本322.92萬元，經濟效益顯著，可以為同行業在節約成本方面提供參考和借鑒。

表6 2011～2018年朝陽鋼鐵高爐修復風口成本核算Table 6 Cost Statement for Repaired Tuyeres to BF in Chaoyang Steel from 2011 to 2018

5 結論

鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司為降低生產成本，進行了風口損壞調查，并在此基礎上開展了高爐使用修復風口的生產實踐，效果良好，得出結論如下：

（1）修復風口能夠使用在高爐生產實踐中。

（2）建議修復風口在線使用量不超過1/3，且應避開鐵口正上方風口易損壞的區域。

（3）修復風口使用周期應適當縮短，建議使用周期為半年較為合理。

（4）修復風口的成功應用，為同行業降低生產成本提供了新的方向，同時也有利于資源的回收再利用。