趙立軍，王寶海，唐繼忠，姜彥兵，蔣益，董建興
（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口 115007）
摘要：針對鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鐵部 1 號 4038 m3 高爐爐缸環(huán)炭溫度 升高，爐缸存在安全隱患的情況，采取了改造爐缸冷卻系統(tǒng)、增加在線監(jiān)測設(shè)備、長期堅持精料方針和優(yōu)化高爐操作制度等措施，有效控制了爐缸環(huán)炭溫度，護爐效果良好，實現(xiàn)了長達 6 年的護爐期內(nèi)，高爐安全穩(wěn)定運行。
關(guān)鍵詞： 高爐；爐缸；護爐；操作
近年來，國內(nèi)外多次發(fā)生高爐燒穿事故。 據(jù)不完全統(tǒng)計，2010 年至 2018 年 3 月約有 15 座高爐發(fā)生燒穿事故，給冶金企業(yè)造成重大損失。 其中有些事故發(fā)生在高爐開爐 2～4 個月內(nèi)，多數(shù)燒穿事故發(fā)生在高爐開爐后的 4～7 年里。此外，還有 20 余座2000 m3以上級別高爐雖沒有發(fā)生燒穿事故， 但仍存在爐缸安全隱患［1-2］，說明這些高爐在設(shè)計、施工質(zhì)量、日常管理和生產(chǎn)操作等方面存在一定缺陷。
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鐵部（以下簡稱鲅魚圈煉鐵部） 有 4038 m3高爐 2 座，其中 1 號高爐采用了多項先進冶煉技術(shù)， 如小塊焦回收利用技術(shù)， 板壁結(jié)合的軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，英巴法水渣處理技術(shù)，地德式外燃熱風爐技術(shù)，雙預熱余熱回收燃燒爐技術(shù)，噴吹系統(tǒng)采用濃相噴吹技術(shù)等。1 號高爐于 2008 年 9 月 6 日開爐，實現(xiàn)一次投產(chǎn)成功。 投產(chǎn)后，順行狀態(tài)良好，冶煉強度逐步提高，日產(chǎn)最高達到 10 100 t，利用系數(shù)達 2.5 t/（m3 ·d）。 但 2011 年 6 月以后，高爐出現(xiàn)鐵口以下爐缸局部環(huán)炭溫度升高的情況， 爐缸出現(xiàn)安全隱患。 為保證爐缸安全，延長高爐一代爐役，鲅魚圈煉鐵部采取了一系列護爐措施，效果良好。
1 爐缸存在問題分析
鲅 魚 圈 煉 鐵 部 1 號高爐爐缸內(nèi)襯采用美國UCAR 小塊炭磚， 全部鐵口區(qū)域以及容易產(chǎn)生象腳侵蝕的區(qū)域外環(huán)均使用 NMD 小塊炭磚，其余部位使用 NMA 小塊炭磚，爐底采用四層大塊 UCAR炭磚；無陶瓷杯、爐底炭磚上部采用莫來石磚形成800 mm 陶瓷墊保護層；風口采用大塊組合灰剛玉磚；爐腹采用了氮化硅結(jié)合碳化硅磚；爐腰、爐身下部區(qū)域熱面噴涂不定形耐火材料， 整個爐體為薄壁爐襯結(jié)構(gòu)。 爐體軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)分為兩個區(qū)域：Ⅰ系列和Ⅱ系列。 Ⅰ系列主要為爐缸冷卻壁供水, Ⅱ系列冷卻范圍包括鑄鐵冷卻壁、銅冷卻壁和銅冷卻板，總設(shè)計水量為 5 704 m3 /h,其中爐缸設(shè)計冷卻水量為 2 400 m3/h，水量偏小。
1 號高爐于 2008 年 9 月 6 日開爐， 投產(chǎn)初期爐缸環(huán)炭溫度一直處于平穩(wěn)狀態(tài)。 進入 2011 年 6月后，1#鐵口右下部第 19 層環(huán)炭（第三段冷卻壁下部）溫度明顯上升，最高達到 523 ℃（見圖 1），爐皮溫度達到 55 ℃。 2012 年開始 1#鐵口右下部第 10層環(huán)炭 （第二段冷卻壁中部） 溫度開始上升，2016年最高達到 513 ℃。 一段時間后 4#鐵口左側(cè)（靠近1#鐵口一側(cè)）第 10 層環(huán)炭溫度也開始上升，最高達到 501 ℃（見圖 2）， 單塊冷卻壁水溫差最高超過1.0 ℃， 熱流強度最高達到 52 kW/m2。 由于爐皮溫度、熱流強度、環(huán)炭溫度彼此相關(guān)，均有所升高，認為爐缸異常區(qū)域集中在 1#、4#鐵口之間， 理論計算殘余炭磚厚度不足 400 mm，爐缸出現(xiàn)安全隱患。
2 采取的措施
鑒于鲅魚圈煉鐵部 1 號高爐爐缸已存在安全隱患，為保護爐缸安全，確保高爐穩(wěn)定順行，制定高爐長壽運行預案，見表 1，并采取如下應對措施。
2.1 改造爐缸冷卻系統(tǒng)
1 號高爐爐體原來的冷卻系統(tǒng)為單系統(tǒng)雙系列供水冷卻，爐缸設(shè)計冷卻水流量僅為 2 400 m3 /h，水量小，不能夠滿足高爐長壽要求。2013 年新建了一座軟水站， 爐體冷卻系統(tǒng)為爐缸和爐身各設(shè)單獨系統(tǒng)供水；使原來的閉路水站為爐身供水冷卻，新建的水站單獨向爐缸供水冷卻。 爐 缸 冷 卻 水流 量 提 高 至 4 800 m3/h， 冷卻壁水管流速達 到3.0 m/s 以上。
2.2 增加在線監(jiān)測設(shè)備
爐缸原設(shè)計測溫電偶 236 點， 其中每層環(huán)碳圓周設(shè)測溫電偶 16 點，分布在 8 個方向上，檢測點少，不能全方位涵蓋。 為加強鐵口下方重點防范區(qū)域，利用休風機會，增加環(huán)炭測溫電偶 178 點，使鐵口下方二段每塊冷卻壁均有測溫點； 增加有線和無線爐皮測溫點 200 點； 增加關(guān)鍵區(qū)域分段式水溫差測量點 142 點；增加高清攝像監(jiān)控 8 處，基本實現(xiàn)了全方位、全手段、全時段的實時監(jiān)控。
2.3 長期堅持精料方針
（1） 充分發(fā)揮大型綜合原料場優(yōu)勢，提高混勻造堆質(zhì)量。 進入原料場的鐵料，首先按產(chǎn)地、批號采用鱗狀堆積方式封堆，封堆后堅持多點取樣，取化學成分加權(quán)平均值作為該品種參與混勻造堆的化學成分。 混勻礦堆積計劃要符合 22～24 萬 t大料堆、大于 3 500 層多料層的基本要求，采取大人字形、變起點、延時定終點、連續(xù)往返分層、全自動 的 堆 積 方 式， 要 求 混 勻 礦 中 σTFe≤0.4、σSiO2 ≤0.2［3］。
（2） 合理配礦，強化燒結(jié)，保證燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定。 建立多資源、定硅、控鋁的優(yōu)化配礦模型，實現(xiàn)3 種主礦不變的“3+2”固定配礦模式，確保全年配礦穩(wěn)定，達到燒結(jié)礦品位最優(yōu)化。其中 SiO2 含量在（5.0±0.10）%范圍，Al2O3 含量低于 2.0％，保證良好的燒結(jié)礦質(zhì)量。
（3） 嚴格控制 K2O、Na2O、Zn 等雜質(zhì)入爐。 堿金屬及鋅在爐內(nèi)循環(huán)富集，既影響高爐長壽，又劣化焦炭質(zhì)量，破壞高爐順行。 因此，高爐分別以 Zn負荷 0.15 kg/t、 K2O 和 Na2O 綜合負荷 2.2 kg/t 為標準，隔離燒結(jié)電場灰，盡量外賣高爐重力除塵灰和干法灰，不能外賣的運到二期料場圍場存放，作為生產(chǎn)含碳素鐵碳球團的原料， 嚴格控制堿金屬及鋅的入爐量。
2.4 優(yōu)化高爐操作制度
2.4.1 采取“雙高”操作法護爐措施
根據(jù)高爐破損調(diào)查的結(jié)果， 從爐頂加入焙燒含鈦球團，始終維持鐵水［Ti］含量在 0.10%～0.20%之間，同時，減少富氧量，降低冶煉強度，可以降低鐵水環(huán)流速度，提高含鈦凝結(jié)物與內(nèi)襯黏附性，具有較好的護爐效果。 于是，當環(huán)炭溫度或冷卻壁水溫差持續(xù)上升時，減少富氧量，定期使用鈦球；當溫度降下來后，停止使用鈦球；且為了增加鐵水含鈦量，每次加入含鈦球團后，需保證鐵水［Si］含量在 0.6％～0.8%之間。 但此方法實行后，出現(xiàn)了渣鐵粘稠，透氣性迅速降低，壓量關(guān)系緊張，送風風量銳減的狀況，破壞了高爐穩(wěn)定順行的狀態(tài)，使產(chǎn)量大幅減低。 可以看出，此法雖然護爐效果良好，但是存在產(chǎn)量降低、消耗增加的副作用。 因此，必須停止鈦球入爐，逐步恢復高爐順行。
為了消除鈦球?qū)Ω郀t順行的影響， 確保高爐維持在適宜的冶煉強度， 鲅魚圈煉鐵部通過對標及實驗研究，建立了“雙高”操作法，即高溫高鈦操作法。 此操作法的核心思想是建立鐵水［Si］含量和鐵水鈦負荷的對稱體系，實現(xiàn)最佳護爐效果；建立爐渣渣系二元、三元堿度的平衡體系，達到加鈦但不破壞高爐順行的目的。 “雙高”操作法各項指標要求見表 2。
2.4.2 采取“雙全”操作法護爐措施
爐缸長壽是一個綜合系統(tǒng)管理問題。 實際生產(chǎn)經(jīng)驗表明， 爐缸耐材受到侵蝕， 除了與耐材質(zhì)量、 施工設(shè)計有關(guān)外， 還與高爐實際操作關(guān)系密切，主要體現(xiàn)在熱制度、送風制度、造渣制度的選擇方面。 在生產(chǎn)實踐中，三大制度除了要分別有益于爐缸長壽外，還必須彼此匹配。 當熱制度和造渣制度按照“雙高”操作護爐法選定后，必須匹配適宜的送風制度，即“雙全”操作法。 “雙全”操作法即即全風全壓操作， 此操作法的核心思想是吹足風壓，吹足風量，以減少富氧量，提高鼓風動能，從而吹透中心，充分活躍爐缸，減少渣鐵環(huán)流沖刷。
“雙全”操作法采取的對應措施是動態(tài)局部堵風口和均勻縮風口，具體參數(shù)見表 1。 將最高環(huán)炭溫度位置正上方的風口堵死， 如果溫度點發(fā)生變化，馬上臨時休風，更改堵風口的位置。 另外，根據(jù)設(shè)定風口面積， 均勻調(diào)整風口尺寸， 盡量均勻送風。 送風風量和熱風壓力的選擇，不必考慮風口面積縮小因素，按照最大風量、正常風壓的要求，使鼓風動能在 160～190 kJ/s 范圍。
2.4.3 優(yōu)化爐前出鐵制度
總結(jié)爐缸燒穿事故案例， 燒穿部位多數(shù)位于鐵口區(qū)域［4］。 為了保護鐵口區(qū)域炭磚，制定有效的出鐵制度。 固定打泥量，保證鐵口深度 3.6～3.8 m；使用優(yōu)質(zhì)無水炮泥；側(cè)壁溫度高時，采用 3 個鐵口輪流出鐵，且實行多鐵次無間隔出鐵，減少單個鐵口出鐵時間，減少鐵口區(qū)域渣鐵環(huán)流沖刷。
3 效果
鲅魚圈煉鐵部 1 號高爐通過采取一系列護爐措施，特別是“雙高雙全”操作法，效果較好。 2017~2018 年爐缸環(huán)炭溫度得到了有效控制。2017 年 10月以后，爐缸環(huán)炭溫度降至 200 ℃以下。截至 2018年 5 月停爐，1 號高爐運行 9 年 8 個月， 護爐操作期長達 6 年，爐缸狀態(tài)安全可控，高爐穩(wěn)定順行。
1 號高爐 2008~2018 年技術(shù)經(jīng)濟指標見表 3。
由表 3 可以看出，1 號高爐環(huán)碳溫度升高，采取護爐措施后，運行狀態(tài)良好，爐況穩(wěn)定順行，產(chǎn)量逐漸提高，各種消耗指標受控，長期護爐操作實踐效果良好。
4 結(jié)語
鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉鐵部1 號高爐于 2008 年 9 月開爐投產(chǎn)，截至 2018 年 5月停爐，高爐運行 9 年 8 個月。 前 3 年屬于高爐正常生產(chǎn)期。 2011 年開始，1# 鐵口以下爐缸局部第19 層環(huán)炭溫度快速升高到 523 ℃，2012 年 1#、4#鐵口以下局部第 10 層環(huán)炭溫度也開始升高，最高達到 513 ℃和 501 ℃，爐缸安全狀態(tài)受到影響。 為保證爐缸安全，提出了“雙高雙全“操作法，采取了改造爐缸冷卻系統(tǒng)、增加在線監(jiān)測設(shè)備、長期堅持精料方針和優(yōu)化高爐操作制度等一系列護爐措施，使高爐在之后 6 年的護爐期內(nèi)穩(wěn)定順行，護爐實踐效果良好。
參考文獻
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