邯鋼8號高爐爐役末期護爐操作實踐

王孟輝，程子波

（河鋼集團邯鄲鋼鐵有限責任公司，河北 邯鄲 056015）

1 前言

河鋼集團邯鄲鋼鐵有限責任公司（簡稱邯鋼）8號高爐（3 200 m3）于2009 年7 月6 日建成投產，3 d快速達產，冶煉強度一直處于較高水平，最高月平均產量9 000 t/d。高爐采用矩形平坦化出鐵場，共4個鐵口，32個風口，爐底使用炭磚+陶瓷杯綜合結構，軟水冷卻；薄壁爐襯，共17段冷卻壁，采用軟水密閉循環冷卻，6～9 段為銅冷卻壁；嘉恒水沖渣處理技術；3座卡魯金頂燃式熱風爐；皮帶上料并罐爐頂；配套TRT余壓發電裝置。

2 爐缸末期狀態

邯鋼8號高爐爐底、爐缸采用陶瓷杯+炭磚綜合結構（見圖1中設計爐型）。爐缸中下部環砌UCAR熱壓小塊炭磚，內側砌有小塊陶瓷杯，鐵口組合磚以上環砌國產大塊微孔炭磚。爐底從上到下分別砌有兩層陶瓷杯、一層超微孔炭磚、兩層微孔炭磚、一層石墨炭塊與一層半石墨炭塊，除了超微孔炭磚厚度為500 mm，其他6層磚的厚度均是400 mm。

圖1 1#鐵口下方爐缸侵蝕示意圖

截至2021 年8 月，高爐已生產12 a 以上，單位爐容通鐵量達10 173 t/m3，爐底、爐缸均出現了較嚴重的侵蝕。如圖1中侵蝕爐型所示，爐底中心與爐缸側壁死鐵層中下部侵蝕嚴重，呈“鍋底+象腳”狀。其中爐底的陶瓷杯已脫落，最耐渣鐵侵蝕的第一層超微孔炭磚與第二層中心區域微孔炭磚已經侵蝕脫落，第三層中心區微孔炭磚也已侵蝕一半，剩半層?，F爐底中心區僅剩2.5 層磚，包括半層可做工作層的微孔炭磚與兩層不耐侵蝕的石墨、半石墨炭塊組成的導熱層。爐缸（死鐵層）側壁鐵口標高以下1～3 m 側壁整環炭磚均被侵蝕，其中侵蝕最嚴重位置：（1）1#、2#鐵口之間（34#～41#冷卻壁間），下方2.3～3.1 m 處，有一塊高0.8 m、寬6 m 的薄弱區，區域內5個點的殘厚只有123～198 mm。（2）其他鐵口下方（標高7.45～9.24 m）位置侵蝕也較嚴重，推算厚度在400～550 mm。

3 爐缸侵蝕原因

（1）高爐運行時間較長，長期渣鐵的沖刷、侵蝕。開爐已12 a之久，產量長期保持在8 300 t/d的水平，2018年全年產鐵295.6萬t，在同類型高爐中居首位；2019年產鐵286萬t，2020年9月后產量8 560 t/d，12月8 751 t/d；2021年最高產量達到9 000 t/d水平。

（2）爐底設計存在不足，爐底封板開裂漏煤氣嚴重。爐底快速侵蝕，經分析，除產量提高之外，爐底封板開裂也是主要原因之一。爐底采用爐底水冷管在爐底封板之下的結構，爐底封板開裂后，煤氣竄入封板和水冷管之間，造成較大間隙，形成絕熱層，嚴重惡化高爐爐底的傳熱體系的平衡，導致爐底炭磚快速地非正常侵蝕［1］。

（3）原燃料質量與大型高爐強化程度長期不匹配。8號高爐屬于老區改造項目，2009年投產后沒有配套的大型干熄焦，只能用2 000 級高爐的水熄焦。2013年焦化改造升級逐步實現干熄及2018年后隨著環保形勢嚴峻，干焦比例無法保證，只能大量采購外焦，外焦質量參差不齊，粒度碎，產生焦丁多，焦丁配比持續在50 kg/t 左右。為了降低成本，長期配加生礦20%左右，因京津冀環保形勢嚴峻，從料場一直到入倉，經過多流程的打水，生礦黏濕無法篩分，入爐粉末較大。較差的原燃料和高爐的持續強化，導致高爐透氣性差，壓差水平高，爐缸側壁環流侵蝕嚴重［2］。

（4）長期中心加焦比例大，造成爐缸死焦堆肥大，爐缸環流侵蝕。爐缸設計直徑12.690 m，為了保證中心的順暢，在焦炭質量無法滿足大型高爐需求的情況下，一直采用中心加焦的裝料制度。雖然中心加焦料制度抗干擾能力強，尤其在原燃料質量波動、偏差的情況保證中心氣流的穩定，但長期采取這種措施，在掌握不好中心加焦比例的情況下，往往造成爐缸中心死焦堆體積增大、堆積，影響爐缸中心區域的透氣、透液性，造成爐缸渣鐵環流侵蝕加劇。

4 爐役末期操作及護爐措施

保持爐況順行，氣流穩定合理，就是最好的護爐。因此，在爐役末期的生產操作中，加強改進原燃料質量，力保料柱透氣性，減輕爐缸環流是關鍵。同時由于爐缸炭磚侵蝕的不可逆，必須采取多種維護措施和操作手段來減緩繼續侵蝕，重點是科學研判，張弛有度，通過加Ti，局部強化冷卻，灌漿治理，熱制度和上下部制度的優化，提高爐前作業標準等多種措施，使炭磚內表面能夠形成渣鐵凝滯層保護殼，減緩炭磚受渣鐵環流的直接沖刷，在一定程度上減緩爐缸側壁炭磚的侵蝕。

4.1 改善原燃料質量

焦炭的冷熱強度是高爐上部塊狀帶和下部軟熔帶透氣的關鍵，爐底死焦堆透氣、透液性的好壞決定了爐缸鐵水環流的強弱，所以焦炭質量對護爐具有重要作用。從前期側壁侵蝕實踐中觀察到，高爐外購濕焦比例大時侵蝕最快，外購干焦其次，全部自產干焦侵蝕基本停止，即焦炭質量好時侵蝕會有所減輕，甚至停止。因環保原因，無法滿足全部使用自產干焦，綜合以往8號爐幾種焦炭結構對爐況影響情況對比，最后選擇了可以穩定保持的50%自產干焦+25%外購干焦+25%沁園濕焦的焦炭結構。針對生礦黏濕篩分不好情況，一方面降低生礦配比到15%左右，另一方面對生礦篩底進行改造，把原來金屬篩底更換為尼龍合成材質，篩分效果明顯提高。

4.2 提高冷卻強度

一方面采取爐基加巨扇強制通風降溫，將軟水冷卻水水量由5 400 m3/h增加至6 000 m3/h，并對爐缸冷卻水管進行酸洗，確保冷卻效果。另一方面將爐缸2-3段冷卻壁的冷卻方式進行改造，由軟水改為高壓水強制冷卻等措施，提高冷卻前強度。

4.3 治理爐底封板煤氣外漏

采取措施對爐底封板處的開裂縫隙進行焊接、密封，同時利用檢修休風機會，在爐缸新增若干灌漿孔，并加大爐缸鐵口重點區域的碳漿壓入力度，以確保炭磚與爐殼及冷卻壁之間的良好接觸，消除不同耐材在熱脹冷縮作用下產生的間歇，提高導熱效率，減低側壁熱負荷，對形成穩定的炭磚前凝滯層起到有利作用［3］。

4.4 提高爐溫

鐵水［Si］由0.3%～0.4%提升到0.4%～0.6%。爐溫水平控制低，容易出現過低爐溫，爐溫過低，爐缸及料柱熱量不足，不僅會造成氣流紊亂，破壞爐況順行，還會因涼渣鐵流動性差，影響爐缸焦柱的透液性，造成爐缸邊緣的渣鐵環流增加，加劇爐缸側壁侵蝕進度。

4.5 加Ti護爐

由于爐缸炭磚侵蝕后的不可逆性，必須采取有效措施在侵蝕區域形成穩定的保護殼。含鈦料進入爐缸后，TiO2通過直接還原成為元素鈦，然后再生成TiC（熔化溫度3 150 ℃）和TiN（熔化溫度2 950 ℃）及固溶體Ti（C，N），它們再與鐵水和從鐵水中析出的石墨結合在一起，進入被侵蝕的磚縫，或在冷卻的爐缸、爐底炭磚表面凝結成保護層，對爐缸、爐底起到保護作用。鈦入爐量過大時，會嚴重影響渣鐵流動性，惡化料柱透氣性，影響爐況穩定順行，因此選擇合適的鈦負荷，合理控制鐵水中Ti 含量是關鍵。①8 號高爐采用在燒結料中配加含鈦礦粉，不足部分高爐配加鈦礦來實現加Ti，實踐中，當爐缸溫度上行時保證鐵水［Ti］≥0.1%～0.150 0%，爐缸溫度下行較快或在合理區間后，逐步降低Ti 負荷到0.05%～0.08%，減少鈦礦不利影響。②由于侵蝕嚴重區域位于1#和2#鐵口兩側區域，實踐中在這兩個鐵口區域長期使用含Ti 炮泥，進行精準加Ti護爐。高爐出鐵口在冶煉生產中，由于長期承受沖刷和侵蝕，出鐵口側壁變薄，形成局部異常侵蝕，這是絕大多數高爐爐缸側壁侵蝕的重點，采用含Ti炮泥，使用時將含Ti炮泥壓入爐內，形成泥包，泥包炮泥中的TiO2進入爐缸鐵口區域，逐漸熔到出鐵口兩側周圍形成高黏度渣，該渣和出鐵口周圍的炭磚潤濕較好，粘于側壁，逐漸形成渣膜來保護爐壁，并可使爐缸側壁逐漸增厚，達到護爐效果。

4.6 做好上下部調劑

針對爐缸中心死焦堆肥大引起爐缸鐵水環流加劇，在保證爐況順行的基礎上，逐步減少中心焦量來減小爐缸中心死焦堆的體積。實踐中，把布料溜槽焦炭11.8°中心檔位5 圈逐步減少到2 圈，同時為了防止減少中心焦引起爐況波動，可以增加10～15 kg/t焦比或者退2～3 t礦批。利用休風機會堵死1#、2#鐵口之間的24#、25#風口，減少該區域進風量和渣鐵生成量，減輕該區域鐵水環流速度和沖刷強度，其他區域風口也由643 mm 增加到663 mm，保證相同風量情況下氣流更容易吹透中心和削減中心死焦堆體積。

4.7 提高爐前作業標準

加強爐前鐵口維護，穩定打泥控制量，把原來打泥模糊的格數精確為打泥塊數，并把爐前打泥壓力等關鍵參數引導至主控電腦監控。鐵口深度由3 500 mm提到3 700 mm，并嚴抓交接班質量。同時為了杜絕倒場淺鐵口對爐缸側壁溫度的侵蝕加劇，改進倒場方式，由原來進2退2改變為3+1，即：倒場每次投入1個新鐵口，兩個老鐵口帶1個新鐵口的3鐵口倒場。

4.8 加強爐缸溫度監測

爐缸每一層冷卻壁圓周方向有12 對電偶，自東側開始逆時針排列分別為A～L 點，每對電偶有一深一淺兩個檢測點，深度分別為淺點120 mm、深點220 mm，并對重點區域新增熱電偶，密度達到0.5根/m2，同時保證原裝測溫熱電偶的準確度，對顯示異常的熱電偶及時進行校核，對破損的熱電偶進行更換和恢復，并在關鍵區域增加視頻監控。經過科學研討分析，并制定爐缸溫度控制預案：①當爐缸溫度緩慢升高，觸及溫度點的控制溫度時（見表1），采取停氧措施抑制溫度上升。②當爐缸升溫進入基準溫度100 ℃區間，且溫升較快，8 h 升溫超過20 ℃時，減氧操作；連續溫升超過16 h，或者8 h 溫升超過40 ℃時，必須采取停氧、退負荷措施阻止其上升趨勢，后續視情況酌情控風。③當采取控風措施24 h后，爐缸炭磚熱電偶溫度依然上升且溫升速率不降低，達到前期高點時，準備休風涼爐。

表1 重點部位爐缸溫度控制標準

4.9 改進應用效果

（1）通過采取上述措施，在一定程度上減緩了爐缸環流強度，在爐缸1#、2#鐵口之間下部的高溫區側壁形成了一定厚度的凝滯層，使爐缸侵蝕明顯減緩，保證了爐役末期的安全生產。

（2）在高爐利用系數2.0 t/（m3·d）左右的冶強下，達到了冶強與爐缸侵蝕的基本平衡，避免了爐役末期的大幅減產和涼爐事故，保證了正常生產運營。

5 結語

（1）爐況穩定、順行，氣流分布合理是最好的護爐，對于一定容積的高爐，強化程度要與焦炭質量相匹配，否則會加劇爐缸侵蝕。

（2）在爐缸耐材表面形成一定厚度的凝滯層，可以有效減緩爐缸環流對耐材的侵蝕，加［Ti］必須結合較高的冷卻強度才能形成。

（3）爐缸鐵口下部的兩側區域是薄弱區，最容易形成“象腳狀”，生產中要重點關注。另外，此區域的耐材在設計時要重點改進和加強。