江陰興澄特鋼3#高爐長(zhǎng)壽經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)

劉運(yùn)峰，郝亞偉

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司煉鐵廠，江蘇 江陰 214429 )

江陰興澄特鋼煉鐵分廠3#高爐(530 m3)于2005年1月開爐投產(chǎn)，至2016年6月停爐，期間無(wú)中修，一代爐役壽命達(dá)到11年5個(gè)月。一代爐役共生產(chǎn)鐵水732.95萬(wàn)噸，單位爐容出鐵量已經(jīng)達(dá)到13829 t/m3。小高爐壽命一般8～10年，興澄3#高爐壽命在500m3高爐中算得上長(zhǎng)壽高爐。下面對(duì)3#高爐的長(zhǎng)壽經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié):

高爐長(zhǎng)壽是一項(xiàng)系統(tǒng)工程技術(shù)，它涉及到設(shè)計(jì)、選材、建造、生產(chǎn)、維護(hù)等諸多方面。國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)壽高爐的生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)：科學(xué)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)良的施工建造是實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽的基礎(chǔ)條件，而生產(chǎn)實(shí)踐中科學(xué)合理的高爐生產(chǎn)操作與日常維護(hù)對(duì)實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽具有積極的作用，同時(shí)也是彌補(bǔ)設(shè)計(jì)和建造不足而達(dá)到高爐長(zhǎng)壽目標(biāo)的關(guān)鍵。[1]

1 優(yōu)化爐型設(shè)計(jì)，為高爐長(zhǎng)壽打下基礎(chǔ)。

高爐壽命與爐型設(shè)計(jì)密切相關(guān)，合理的爐型是高爐長(zhǎng)壽的先天因素，國(guó)內(nèi)外很多高爐投產(chǎn)后3～5年發(fā)生燒穿與高爐設(shè)計(jì)有很大關(guān)系。

爐缸是高爐冶煉的起點(diǎn)和終點(diǎn)。爐缸內(nèi)型參數(shù)設(shè)計(jì)是高爐內(nèi)型參數(shù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是高爐能否強(qiáng)化冶煉和高爐長(zhǎng)壽的先決條件。合理的死鐵層深度是抑制鐵水環(huán)流和減輕象腳狀異常侵蝕的有效措施。死鐵層深度一般為高爐爐缸直徑的20%～23%，3#高爐設(shè)計(jì)的死鐵層深度為1.121 m，爐缸直徑為5.65 m，為爐缸直徑的19.84%。隨著入爐原料含鐵品位的提高和高爐的強(qiáng)化冶煉，爐缸容積也不斷增大。適當(dāng)增大爐缸容積，能緩和渣鐵對(duì)爐缸側(cè)壁的沖刷力，減少高爐在高冶強(qiáng)下出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象。另外適當(dāng)增大爐缸容積，能提高爐缸的蓄熱能力，有利于冶煉低硫鐵水。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，爐缸容積一般占爐容的16%～18%為宜，[2]興澄3#高爐的爐缸容積占爐容的15.48%，目前看來(lái)相對(duì)小些。

高爐爐腹處于風(fēng)口回旋區(qū)之上，軟熔帶的根部，是高爐爐襯侵蝕最快的區(qū)域，也是高爐長(zhǎng)壽的關(guān)鍵。爐腹部位砌筑優(yōu)質(zhì)耐材，如氮化硅結(jié)合碳化硅磚也只能維持3年左右的時(shí)間。爐腹部位的壽命主要靠強(qiáng)制冷卻，在內(nèi)襯表面形成渣皮對(duì)冷卻壁進(jìn)行保護(hù)。爐腹角過(guò)大，可能造成邊緣煤氣流過(guò)分發(fā)展，不利于在爐墻形成穩(wěn)定的渣皮保護(hù)層。爐腹角過(guò)小，爐腹收縮大，可能造成中心氣流過(guò)分發(fā)展，同時(shí)也不利于爐料的順利下降，影響高爐順行。因此，合理的爐腹角對(duì)形成穩(wěn)定渣皮、保護(hù)冷卻壁免受損壞起著至關(guān)重要的作用。3#高爐設(shè)計(jì)的爐腹角為81.119°。

興澄3#高爐有效容積為530 m3， 設(shè)計(jì)14個(gè)風(fēng)口，2個(gè)鐵口。采用矮胖爐型，高徑比3.12，具體尺寸如表1所示：

表1 530 m3高爐參數(shù)

為實(shí)現(xiàn)高爐長(zhǎng)壽，3#高爐選用當(dāng)時(shí)成熟、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)優(yōu)的耐材。爐底爐缸材質(zhì)和砌體結(jié)構(gòu)配置如下：爐底第1～4層采用國(guó)產(chǎn)半石墨小塊炭磚，爐缸部位采用微孔模壓小塊炭磚。爐缸內(nèi)壁及爐底炭磚上部采用復(fù)合棕剛玉質(zhì)陶瓷杯結(jié)構(gòu)。鐵口區(qū)、風(fēng)口區(qū)砌磚為復(fù)合棕剛玉磚。爐腹、爐腰和爐身下部砌磚為高鋁磚，爐身上部砌磚為致密粘土磚。

爐體冷卻采用開路水冷卻，冷卻器采用板、壁結(jié)合模式。

2 穩(wěn)定氣流分布，維護(hù)好鐵口，提高爐體壽命。

2.1 控制合理的煤氣流分布

煤氣流的合理分布極其重要。煤氣流的分布對(duì)高爐耐材沖刷和冷卻設(shè)備破損、爐缸工作狀態(tài)、軟熔帶的位置和形狀等都起決定作用，它是確保爐況穩(wěn)定和高爐長(zhǎng)壽的核心和關(guān)鍵。

合理的送風(fēng)制度和熱制度是保證高爐爐況穩(wěn)定和順行的前提。在送風(fēng)制度上通過(guò)調(diào)劑風(fēng)速和理論燃燒溫度，保證爐缸均勻活躍，初始煤氣流分布合理。3#高爐使用直徑115 mm、120 mm兩種尺寸的風(fēng)口小套，根據(jù)爐況調(diào)整風(fēng)口面積，促進(jìn)高爐穩(wěn)定、順行。3#高爐風(fēng)口面積為0.152 m2，風(fēng)量基本維持1400～1500 m3/min，實(shí)際風(fēng)速255 m/s，鼓風(fēng)動(dòng)能7600 kg·m/s。理論燃燒溫度控制在2100～2250 ℃。熱制度上控制物理熱1450～1470 ℃，[Si]0.35～0.5。爐況穩(wěn)定順行，下料順暢，爐前渣鐵流動(dòng)性良好。根據(jù)原燃料條件，在裝制上采用適當(dāng)抑制邊緣，開放中心的布料模式，促進(jìn)了爐況長(zhǎng)期穩(wěn)定順行。適當(dāng)抑制邊緣氣流，可以減少煤氣流對(duì)高爐內(nèi)襯的沖刷；開放中心，可以保證強(qiáng)有力的中心氣流，有利于爐況順行，同時(shí)利用中心氣流還可以起到排鋅、排堿的效果。

2.2 針對(duì)溜槽存在的問(wèn)題，合理改造溜槽提高布料的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

原布料溜槽采用“料打料”模式，在實(shí)際生產(chǎn)中易引起溜槽變形、襯板脫落和磨穿漏料等問(wèn)題，對(duì)上部布料影響較大。

2006年度5月份和9月份，3#高爐曾發(fā)生兩次較嚴(yán)重的爐況失常。期間一直采用小角度布料，才能維持高爐的相對(duì)順行。經(jīng)查系溜槽磨損后布料流束不成型，布料過(guò)程料打到溜槽后偏散，無(wú)法找到準(zhǔn)確的角度，只能被動(dòng)退角度維持生產(chǎn)。后續(xù)生產(chǎn)中甚至出現(xiàn)溜槽磨穿，引起爐況失常事故。煉鐵技術(shù)人員經(jīng)過(guò)外出考察交流論證后對(duì)溜槽進(jìn)行改造，取消“料打料”溜槽，改用平板溜槽。改造使用后對(duì)新溜槽進(jìn)行布料測(cè)試，選用最佳布料角度。初期3#高爐使用的角度在26～30°之間，經(jīng)布料測(cè)試后對(duì)溜槽布料角度進(jìn)行實(shí)踐優(yōu)化，最終以34～37°為最佳使用角度。從2008年開始3#高爐爐況開始轉(zhuǎn)順，利用系數(shù)不斷提高，燃料消耗不斷降低。高爐順行、穩(wěn)定后，煤氣流對(duì)爐襯沖刷和侵蝕大幅降低，對(duì)延長(zhǎng)爐體壽命起到良好的作用。

2.3 加強(qiáng)鐵口維護(hù)，排盡渣鐵

爐前渣鐵排放對(duì)高爐長(zhǎng)壽起著至關(guān)重要的作用。鐵口長(zhǎng)期打不進(jìn)泥、堵口跑泥，造成鐵口偏淺。不但渣鐵出不盡，還會(huì)造成鐵水對(duì)爐缸側(cè)壁的侵蝕，引起爐缸側(cè)壁溫度升高，給高爐長(zhǎng)壽帶來(lái)威脅。

圖1 改造前、后溜槽對(duì)照?qǐng)D

圖2 3#爐布料測(cè)試圖

圖3 溜槽改造后高爐燃料比和利用系數(shù)

爐前出渣鐵作業(yè)和爐缸的活躍性密切相關(guān)，爐缸活躍性好，說(shuō)明死料柱透液性好，大部分鐵水通過(guò)死料柱焦炭流到出鐵側(cè)鐵口，鐵水環(huán)流變小，減輕了鐵水對(duì)爐缸側(cè)壁的沖刷，同時(shí)有利于出盡渣鐵。[3]

合理的鐵口深度是保證渣鐵出盡的基本條件，日常操作中控制鐵口深度在1800～2000 mm。3#高爐設(shè)置南、北兩個(gè)鐵口，開鐵口間隔時(shí)間控制在25 min內(nèi)，鐵流2～3 t/min，出鐵時(shí)間在60～90 min。由于渣鐵及時(shí)排盡，減少憋壓現(xiàn)象，為爐內(nèi)操作創(chuàng)造了條件，促進(jìn)了初始煤氣流的合理分布。

3 加強(qiáng)爐役后期爐體維護(hù)，延長(zhǎng)高爐壽命

3.1 鑄鐵冷卻壁受到高溫沖擊及物料的機(jī)械沖刷，在渣皮頻繁脫落和黏結(jié)過(guò)程中所遭受的損害尤為嚴(yán)重，極易損壞冷卻壁。因此，預(yù)防爐身黏結(jié)和對(duì)爐身黏結(jié)渣皮的恰當(dāng)處理非常關(guān)鍵。為了保護(hù)冷卻壁不受損壞，高爐需要一定厚度的渣皮來(lái)保護(hù)冷卻壁，渣皮厚度要適當(dāng)，不能太薄，也不能太厚。渣皮厚薄通過(guò)水溫差和各段冷卻壁溫度高低來(lái)判斷，高爐爐型管控的目的就是控制爐型合理。在日常控制中，增加水溫差檢測(cè)頻次和記錄工作當(dāng)做管理水系統(tǒng)工作的重中之重。

3.2 3#高爐進(jìn)入爐役后期，爐缸炭磚部分熱電偶溫度偏高，作業(yè)區(qū)制定了預(yù)警管理和應(yīng)急方案，預(yù)防發(fā)生爐缸燒穿事故。2013年6月份，爐底一層炭磚下方有兩點(diǎn)溫度異常升高且波動(dòng)較大，最高達(dá)到700 ℃以上。3#高爐采用加入釩鈦礦在爐缸中生成高熔點(diǎn)的TiC、TiN及Ti(CN)對(duì)爐缸、爐底起到保護(hù)作用。加入量按TiO2入爐量5～7kg/t，同時(shí)將炭磚溫度高的風(fēng)口直徑由115 mm調(diào)整為110 mm。2013年7月20日3#高爐年修10天，利用年修機(jī)會(huì)對(duì)爐缸炭磚高溫報(bào)警處進(jìn)行鉆孔壓漿，7天后炭磚溫度逐步降低到500 ℃左右。

3.3 做好爐役后期爐體維護(hù)工作。由下表可以看出3#高爐自2014年之后進(jìn)入爐役后期，爐腹至爐身下部冷卻設(shè)備開始大量破損。3#高爐通過(guò)增加點(diǎn)檢頻次由每班4次增至6次、增加爐體查漏頻次、安裝爐殼測(cè)溫?zé)犭娕?、?duì)發(fā)紅爐皮進(jìn)行打水冷卻，利用檢修機(jī)會(huì)對(duì)破損的冷卻壁安裝銅冷卻柱和爐體壓漿等手段加強(qiáng)對(duì)爐體管理，防止?fàn)t殼燒穿。操作上采用抑制邊緣氣流，開放中心氣流，減氧、降頂壓，提高爐溫[Si]按0.4%～0.6%，物理熱提至1480～1500 ℃等手段，提高3#高爐運(yùn)行的安全性。

圖4 2014～2016年3#高爐冷卻壁破損圖

圖5 2014～2016年3#高爐爐體安裝銅冷卻柱統(tǒng)計(jì)圖

通過(guò)采取以上措施，興澄3#高爐實(shí)現(xiàn)一代爐齡長(zhǎng)達(dá)11年5個(gè)月的長(zhǎng)壽生產(chǎn)紀(jì)錄。3#高爐扒爐后并對(duì)爐缸南鐵口部位炭磚進(jìn)行測(cè)量，其數(shù)值如表2所示：

表2 爐缸鐵口部位碳磚測(cè)量結(jié)果

圖6 3#高爐扒爐圖

4 總結(jié)

(1)優(yōu)化爐型設(shè)計(jì)是高爐長(zhǎng)壽的基礎(chǔ)，爐型設(shè)計(jì)時(shí)要認(rèn)真分析長(zhǎng)壽高爐的爐型參數(shù)特點(diǎn)，結(jié)合煉鐵原理及高爐操作實(shí)踐，優(yōu)化設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的爐型。

(2)日常操作中要制定科學(xué)的操作參數(shù)，控制合理的氣流分布，適當(dāng)抑制邊緣、發(fā)展中心氣流，保護(hù)好爐體耐材。

(3)爐前加強(qiáng)出鐵管理，維護(hù)好鐵口，減少環(huán)流對(duì)爐缸的侵蝕。

(4)爐役后期要采用多種護(hù)爐措施如硬力壓漿、噴涂造襯、安裝銅冷卻棒、釩鈦礦護(hù)爐、降低冶強(qiáng)等延長(zhǎng)高爐壽命。