興澄3200m3高爐爐役中后期存在的問題及對策

郭 超

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 214400）

0 引言

興澄3200m3高爐于2009年9月25日投產后,整體運行狀況良好，一直保持較高的冶煉強度，各項技術經濟指標處于較好水平，曾創下利用系數2.56t/（m3·d）、焦比330kg/t、煤比180kg/t的先進水平。但由于焦炭、礦石等原燃料條件不斷變化，外加現有人員對大型高爐操作經驗欠缺，使得3200m3高爐爐腹、爐腰和爐身中下部冷卻壁的溫度時常波動，爐型穩定性較差，一直未有較好的解決效果。2015年下半年以來，隨著爐身噴涂料和冷卻壁鑲磚的侵蝕，爐身冷卻壁溫度劇烈波動、水管漏水嚴重，爐缸鐵口區的側壁溫度出現異常升高，一度超過警戒溫度。

為控制內襯耐材侵蝕造成的爐壁溫度的升高，需要采取有針對性的改進措施，同時要不斷優化高爐操作，控制爐內氣流相對穩定。本文介紹了興澄3200m3高爐投產以來的生產情況，對高爐中后期操作和維護中存在的問題進行了簡要總結，討論了問題產生的原因，提出了相應的對策，并對改進措施實施后的成效進行了評價。

1 興澄3200m3高爐生產概況

興澄3200m3高爐于2009年9月25日開爐投產。高爐本體采用鑄鐵和銅冷卻壁，共設有16段冷卻壁，爐體冷卻采用軟水密閉循環系統，冷卻壁單路水管自下而上“一貫到頂”。爐缸為傾斜式，采用國產“大塊炭磚+陶瓷杯”結構。興澄3200m3高爐爐體冷卻壁主要參數如表1所示，2015年～2020年主要生產技術經濟指標完成情況如表2所示。由表2可以看出，至2020年5月初停爐大修前，3200m3高爐主要技術經濟指標一直保持較好水平。

表1 興澄3200m3高爐爐體冷卻壁主要參數

表2 興澄3200m3高爐2015年～2020年主要技術經濟指標情況

2 興澄3200m3高爐存在的問題

2.1 爐身耐材侵蝕

興澄3200m3高爐開爐后的五年里，一直保持較高的冶煉強度。但焦炭、礦石等原燃料條件不斷變化，人員對大型高爐操作經驗也有欠缺，爐腹、爐腰和爐身中下部的冷卻壁溫度時常波動，操作爐型的穩定性相對較差，一直未有較好的解決效果。自2015年下半年開始，爐身中下部冷卻壁的溫度波動加劇，電偶檢測峰值極高，其中銅段、鑄鐵段冷卻壁頻繁超過120℃和600℃（見圖1），冷卻壁背面頻繁竄煤氣，甚至出現爐殼局部發紅的狀況。預測該區段的內襯耐材沖刷侵蝕殆盡,爐腰和爐身下部磚襯出現嚴重侵蝕甚至脫落，高爐內型出現明顯變化[1]。這給高爐操作的穩定性和可控性都增加了較大的難度。

圖1 興澄3200m3高爐爐身下部冷卻壁溫度監測圖示

2.2 爐體冷卻壁破損

爐腹、爐腰、爐身中下部冷卻壁的損壞，主要是受高溫的煤氣和渣鐵沖刷，高熱流強度及熱沖擊以及堿金屬和鋅的破壞作用[2]。隨著爐身中下部鑲磚和填縫料的深度侵蝕與沖刷，冷卻壁破損在所難免。2015年至2019年間，興澄3200m3高爐的冷卻壁水管漏水數量不斷增加（見圖2），主要集中在爐身中下部（第10～13段）的4段鑄鐵冷卻壁上，其次是爐身下部（第9段）銅冷卻壁的部分水管也出現漏水，多在與鑄鐵段的連接部位。

圖2 興澄3200m3高爐冷卻壁水管漏水統計圖示

冷卻壁漏水尤其在漏水量增多后，高爐爐內氣流和爐熱的控制難度加大。另外，長時間休風時，會出現爐頂點火爆震、復風困難甚至爐涼等生產與安全問題。

2.3 爐缸側壁溫度升高

2018年8月下旬開始，高爐的爐缸炭磚溫度出現明顯升高現象。其中，偏高的部位在第四層炭磚位于西北方位的1#鐵口和西南方向的3#鐵口下方2000mm的區域，炭磚測溫點第1352b點（1#鐵口下方，插入深度260mm）和第1345b點（3#鐵口下方，插入深度260mm）的監測值持續升高，最高到510℃以上（見圖3），超過500℃的警戒下限溫度。盡管根據爐缸監測系統推算，溫度最高點的炭磚殘厚還有750mm以上，但該區域已經出現冷卻壁水管封罩“竄火”和爐殼溫度高于其他部位的問題，給爐缸安全及正常生產帶來不可預測的風險。

圖3 爐缸第四層炭磚2點連續測溫趨勢（升高）

3 采取的對策及效果簡況

3.1 爐身噴涂造襯

鑒于爐身中下部磚襯侵蝕日益嚴重的情況，于2018年內，3200m3高爐先后兩次降料面到爐身下部，對爐身段進行噴涂造襯，爐身造襯采用“濕法”噴涂方式，噴涂厚度約150mm。首先使用高壓水清洗爐身殘余內襯及附著物，然后放入機械手按設計爐型噴涂，總施工時間約36小時（見表3）。噴涂后爐身內襯相對規整平滑，恢復生產后冷卻壁溫度波動區間收窄，在一段時期內氣流穩定性得到改善。至于噴涂有效作用的時長，根據爐身溫度趨勢推測，大致在5～8個月之間，此間對合理操作爐型的形成有一定促進。另外，定期監測爐殼溫度，及時對爐身冷卻壁之間和層間進行壓漿填縫，這對冷卻壁和爐殼可以起到一定的保護作用。

表3 興澄3200m3高爐爐身噴涂施工節點概況

3.2 冷卻壁漏水治理

高爐爐體采用軟水密閉循環，對查出漏水點和確認漏水的準確位置帶來了一定的困難。興澄3200m3高爐通過跟蹤軟水補水趨勢，運用排除法判斷是否為冷卻壁漏水，再使用透明膠管“U型法”查找和確定漏水的具體位置。治理漏水方面，安排休風機會，對確定漏水的冷卻壁水管進行跳接來隔離水系統，打壓確認后使用不銹鋼波紋管穿管，改為開路水單獨冷卻（見圖4）；并且，在波紋管與原漏水水管之間灌入高導熱性泥漿，能有效的將冷卻壁工作熱面的熱量傳導給波紋管里的冷卻水將熱量帶走，從而起到保護冷卻壁體的作用，延長冷卻壁的使用壽命[3]。再次漏水穿管困難時，不得已再對該段水管進行灌漿密封，然后采取外部打水方式冷卻爐殼。

圖4 高爐冷卻壁水管穿管示意圖

以興澄3200m3高爐的經驗，嚴密監測和查出漏水點是治理冷卻壁漏水的基礎，早發現、早治理。查漏及時和治理得當，對控制漏水量、延緩冷卻壁壽命和維系安全生產都十分有利。

3.3 爐缸侵蝕護爐

根據對爐缸炭磚的侵蝕分析與預判，2018年9月～2020年4月興澄3200m3高爐主要采取配加釩鈦礦、提高爐渣二元堿度、縮小高溫區上方進風面積，以及調整合適冶煉強度等綜合護爐措施，取得了預期的效果，爐缸侵蝕嚴重區的炭磚溫度逐步下降（見圖5）。加鈦礦護爐期間,為達到護爐效果，保證有Ti（C，N）生成，鐵水[Ti]最低要達到0.1%以上[4]。受鋼種對鐵水的具體要求限制，并結合高爐炭磚侵蝕預測情況，興澄高爐加鈦護爐實際控制鐵水[Ti]在0.08～0.10%之間為主，制作鈦元素平衡圖作為加鈦參考，保持爐缸有一定的鈦沉積。在一定鈦負荷條件下，操作上適當提高爐渣二元堿度到1.20～1.25，可降低爐渣（TiO2）含量，減少鈦“流失”。縮小高溫區上方的風口面積是常用的手段，在實際生產中找準具體風口、少量縮小乃至封堵風口，對控制爐缸溫度有效，對高爐順行穩定并無較大的影響。在爐缸炭磚溫度持續升高后，控制冶煉強度是必要手段。大型高爐在下調冶煉強度的過程中，容易產生爐況波動的問題，嚴重時會持續一段時間。因此，高爐根據自身的具體情況，調整合適冶煉強度是兼顧爐況穩定和護爐效果的首要選擇。

圖5 爐缸第四層炭磚2點連續測溫趨勢（下降）

3.4 操作調整

（1）適當提高爐溫控制基準和爐渣堿度。爐役進入中后期，適當提高爐溫控制基準，鐵水物理熱下限從之前1460℃提高到1480℃，鐵水[Si]控制中心值由之前0.35%提高到0.40%，來應對因爐襯侵蝕、冷卻壁漏水等帶來的爐熱波動。護爐時期，鐵水[Si]控制中心值調整到0.50%，爐渣二元堿度提高到1.20～1.25，以此增加TiO2的還原和爐缸鈦收入，促進護爐效果。

（2）上下部配合調劑，重點控制邊緣氣流。爐役中后期，隨著爐墻磚襯的侵蝕，邊緣氣流呈現難以“抑制”的狀態。下部送風制度上，在相對穩定的風量和壓力下，逐步縮小風口面積，既對活躍中心有利，也對抑制邊緣有利；按“上下部調劑相適應”原則，上部調劑從傾向于壓制邊緣，逐步調整為疏導和穩定邊緣，2016年～2020年，興澄3200m3高爐的風口送風面積由0.419m2逐漸縮小到0.410m2；對主要布料矩陣形式進行了調整，調整后邊緣氣流的波動幅度范圍收窄，波動頻次明顯減少，氣流穩定性得到較長周期的持續。主要布料矩陣形式調整前后對比如表4所示。

表4 主要布料矩陣形式調整前后對比

4 結語

本文通過對興澄3200m3高爐爐役中后期操作和維護中存在問題的梳理，分析總結了問題產生的原因，通過一系列有針對性的工藝操作制度的調整和優化，緩解了3200m3高爐不利因素的影響，實現了一代爐役無中修和安全生產，且爐役中后期的主要指標仍然得到一定改善，這為今后3200m3高爐運行維護提供了有益的經驗。

（1）興澄3200m3高爐爐役中后期存在爐身耐材侵蝕、冷卻壁漏水以及爐缸局部炭磚溫度升高等突出問題，在“不甚嚴重”的階段，有針對性的采取爐身噴涂造襯、冷卻壁穿管、綜合護爐以及操作調整等應對措施，取得了較好的效果，同時實現了安全生產和指標改善。

（2）以“事后”思維分析，反觀爐役中后期的常見問題，提早采取預防性措施是必要的。例如，高爐開爐后盡快形成合理的操作爐型，控制邊緣氣流不長時間過分發展，對爐腰向上到爐身中部區域的保護，有著極為重要的作用。長期保持合適的冶煉強度，不過分追求利用系數，加上日常鐵口的穩定維護，是延長爐缸壽命、維系爐缸安全的有效預防措施。