客海濱 董國強 尹海斌 尤新東 袁雪濤
(唐山鋼鐵集團煉鐵廠)
摘 要: 分析風口小套燒損的類型及損壞機理，總結(jié)出唐鋼煉鐵廠北區(qū) 3號高爐小套破損頻繁的原因，采取加強原燃料的篩分、 適當提高爐溫、 發(fā)展中心氣流與控制邊緣氣流等措施后，風口小套燒損數(shù)量明顯減少。
關(guān)鍵詞： 高爐風口小套；破損；活躍爐缸；穩(wěn)定渣皮
唐鋼 3 號高爐是原2560m3 高爐擴容改造為3200m3 ， 設(shè)計采用碳磚－陶瓷杯復合爐缸爐底結(jié)構(gòu)，爐頂為并罐無鐘爐頂， 渣處理為輪法水沖渣，熱風爐為四座內(nèi)燃式霍戈文熱風爐，采用交叉并聯(lián)送風制度，爐缸直徑 12設(shè)有四個鐵口，32個風口。爐腹、 爐腰和爐身下部6 ~ 9段采用鑲磚銅冷卻壁，爐腹以上爐襯采用薄襯結(jié)構(gòu)和軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)，爐身角82爐腹角 78.37°。
1 破損機理研究
1.1 燒損分類
風口小套是保證高爐生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備之一，由于它處于高溫工作區(qū)，鐵侵蝕，從而導致風口小套破損。風口套燒損機理可分為熔損、 破損、 磨損和曲損四種。從現(xiàn)場漏套情況看，唐鋼 3 號高爐破損風口小套大部分為下部燒損， 主要是渣鐵熔損，少部分為邊緣氣流不穩(wěn)、 渣皮脫落較多造成的曲損。
1.2 燒損機理
風口受熱超負荷，冷卻介質(zhì)難以及時傳導散熱，風口套溫度高于銅質(zhì)固液相反應(yīng)界限溫度700℃。 當達到銅劇烈氧化界限溫度 900℃ 時，風口很快燒壞漏水。
1.3 風口燒損的原因
高爐破損風口小套大部分為下部燒損，主要是渣鐵熔損。爐缸局部區(qū)域不活躍，渣鐵液聚集對風口造成熔蝕損壞。 所以爐缸活躍程度下降是風口小套破損的主要原因。
(1) 低爐溫高堿度操作
在爐缸任何位置產(chǎn)生堆積，套燒損，低爐溫堆積、 高堿度堆積、 石墨炭堆積均是高爐爐缸堆積的主要原因。 為保證鐵水質(zhì)量，長期采取低爐溫高堿度操作，使中心料柱更容易堆積，造成料柱透氣透液性變差。
(2) 焦炭質(zhì)量下降
影響高爐生產(chǎn)的主要原因就是焦炭質(zhì)量， 入爐焦炭質(zhì)量尤其是熱強度變差后， 高爐下部焦炭的粒度會變小， 焦柱氣孔度降低，會影響鼓風的穿透能力。 風口回旋區(qū)也隨之變短變窄，爐內(nèi)的死焦區(qū)域擴大，透氣性和滲液性惡化， 焦柱會越來越死。同時風量萎縮，壓損增加，鼓風動能不足，出現(xiàn)爐缸不活、 堆積，高爐風口大量燒壞，形成了惡性循環(huán)。
唐鋼 3 號高爐燃料主要以自產(chǎn)干焦 (唐美干) 和外購焦 (美錦) 為主，其中唐美干灰分逐步升高， 熱強度逐步降低， 外購美錦的灰分也逐步升高? 焦炭質(zhì)量明顯下滑。 自產(chǎn)干熄焦A、 S 上升也明顯變差，影響爐缸的透氣性和透液性，從而導致爐缸的工作狀態(tài)變差。
(3) 堿金屬富集
燒結(jié)配加除塵灰，導致堿金屬富集循環(huán)。 雖然堿金屬對風口套沒有直接影響，但是對焦炭的破損影響較大。 高溫煤氣流富含大量堿金屬蒸汽，在上升過程被焦炭的氣孔吸附， 并且逐步擴散到焦炭內(nèi)部基質(zhì)。 時間越長焦炭吸附堿金屬越多，石墨晶體受到滲透至焦炭基質(zhì)堿金屬的侵蝕，結(jié)構(gòu)被破壞，形成層間化合物，而后焦炭體積大幅度膨脹，最終導致焦炭裂紋的形成，進一步使焦炭破碎。 焦炭的熱性能下降，在冶煉過程中產(chǎn)生大量的焦炭粉末，超出高爐的代謝能力，最終堆積在爐缸，影響高爐的爐缸活躍。 而焦炭的強度降低，減小了爐內(nèi)料柱的透氣性，導致渣鐵難以及時滲透，從而影響風口區(qū)域的傳熱導熱，給風口套燒損提供了條件。 燒結(jié)原料中配加重力灰，未經(jīng)脫鋅處理導致鋅負荷升高，高爐入爐鋅負荷最高達到750g / t左右。鋅在高爐內(nèi)會以氣態(tài)形式進入礦石、 焦炭和輔料的空隙中。 隨著煤氣流的上升和溫度的降低，鋅蒸汽逐漸冷凝沉積，沉積后鋅元素會堵塞原燃料的表面空隙，影響料柱的透氣性。 鋅氧化后分子量增加，體積膨脹，增大了鐵礦石和焦炭的熱應(yīng)力，提高熟料的低溫還原粉化指數(shù)，增強了焦炭的反應(yīng)性，降低了焦炭在高爐內(nèi)部的反應(yīng)后強度。 鋅在爐內(nèi)的循環(huán)積累使高爐內(nèi)的渣皮不穩(wěn)定，極易造成小套熔蝕漏水。
(4) 未及時更換燒壞的風口小套
因產(chǎn)量、 公司鐵水平衡等因素， 風口燒壞未能及時更換，通過減水方式維持生產(chǎn)，降低該區(qū)域爐缸溫度，造成爐缸局部堆積，爐缸活躍性下降，風口小套燒損愈來愈多。
2 采取措施
(1) 改善低爐溫高堿度操作
穩(wěn)定并且提高爐溫，嚴格執(zhí)行下限燃料比操作方針。防止爐溫大幅度波動，并將鐵水物理溫度值適當上調(diào)，由原來的目標值 1490℃ 提高到1500℃ ，保證充足的渣鐵物理熱。 適當提高爐溫硅含量到 0.45％ ~ 0.5％ ； 其次采取降低爐渣堿度，嚴格控制爐渣堿度在15以下，改善渣鐵流動性，有利于爐缸堆積物及時排出爐外。
(2) 提高原料質(zhì)量
公司從配煤開始，優(yōu)化配煤方案，狠抓焦化工序工藝操作，阻止了焦炭質(zhì)量繼續(xù)下滑。 進行燒結(jié)礦工藝參數(shù)的調(diào)整，將燒結(jié)堿度穩(wěn)定在合適的范圍，適當降低 MgO 含量，燒結(jié)礦質(zhì)量逐步改善。 狠抓高爐精料工作，加強高爐槽下篩分工作，槽下每班檢查并清理焦炭篩、 塊礦及球團礦篩，控制篩分速度，保證篩分干凈。關(guān)注燒結(jié)生產(chǎn)、 焦化生產(chǎn)、 原料場進料情況，有針對性地做好槽下篩分工作，合理調(diào)整振篩振幅和篩分時間，各個料倉配吃比例協(xié)調(diào)好，為高爐穩(wěn)定順行創(chuàng)造條件。
(3) 上部調(diào)劑
上部調(diào)劑采用放開中心的裝料制度。適當發(fā)展中心氣流，合理控制邊緣氣流，提高煤氣利用率，使高爐中下部形成穩(wěn)定渣皮，為高爐長期穩(wěn)定順行提供保證。
裝料制度采用調(diào)整平臺寬度，將中心漏斗直徑調(diào)整在合適的范圍內(nèi)，采取引導中心煤氣流，兼顧邊緣煤氣流的操作思路，并與送風制度相匹配，初步消除了爐缸中心溫度過低和中心環(huán)帶溫度偏低的現(xiàn)象，高爐接受風量的能力大大增強?同時邊緣氣流以及渣皮的穩(wěn)定性有明顯改善，邊緣溫度過低，邊緣氣流被抑制，對爐況順行不利； 邊緣溫度過高， 造成爐墻渣皮剝落，砸壞下部的小套，因此控制合適的邊緣溫度尤為重要。通過不斷地放邊、 壓邊，控制邊緣、 中心的礦焦比重，銅冷卻壁溫度在 65 ~ 75℃ 之間，渣皮穩(wěn)定、 脫落較少。本著 “ 打開中心、 穩(wěn)定邊緣，形成寬度適宜的礦焦平臺， 深度適宜的中心漏斗，保持合適的礦焦層厚度，穩(wěn)定煤氣流后逐步減少中心焦炭量” 的思路進行調(diào)整，調(diào)整前后料制見表 1 和表 2。上部礦、 焦布料角度外抬平鋪，相應(yīng)擴大礦批， 增加焦窗厚度。減少礦焦界面效應(yīng)，改變了以往沿爐喉徑向布料的不均勻性，既符合爐料下降規(guī)律，又能得到穩(wěn)定邊緣氣流和開放中心氣流。
礦批由 68t 擴大到 84t，入爐焦比由 460kg / t降至 390kg / t。調(diào)整后,爐內(nèi)氣流和溫度場分布更趨合理。從高爐爐頂成像可以看到形成了窄而強的中心氣流， 爐喉形成了平臺加漏斗形式的理想料面。
(4) 下部調(diào)劑
高爐冶煉實踐表明，下部調(diào)劑是根本，從生產(chǎn)實踐來看， 3 號高爐適宜的風速為 250 ~270m / s， 動能為 150 ~ 160kW。 因此，對風口面積進行了調(diào)整，由原來的 0.4169m2 縮 小到0.4051m2 ，從而形成適宜的風口回旋區(qū)，保證了爐缸活躍， 爐況順行。
同一風口區(qū)連續(xù)燒損小套的風口要進行相應(yīng)的堵風口操作, 同時檢查好該方位冷卻壁的工作狀況。 在爐缸熱量及風口周邊渣鐵流動性好的情況下再適時開風口,避免連續(xù)燒損風口與頻繁休風造成惡性循環(huán)。
(5) 改善破損風口管理
及時更換破損風口小套,避免風口小套損壞部位變大,造成局部爐缸不活躍的情況。根據(jù)風口小套漏水大小,謹慎控制水量。 對懷疑漏水的風口小套,控水時間不超過 4ｈ，同時加強高爐作業(yè)區(qū)水工對如何有效判斷風口小套是否漏水的培訓。 針對復風后容易燒小套的情況，更換風口小套時，檢查風口小套前端及側(cè)壁是否有凝結(jié)渣鐵，并清理干凈。 更換漏水大的風口小套，送風穩(wěn)定，確保鐵水出盡后才能捅開。 縮短復風后第一爐的開鐵口時間，送風后100min 打開鐵口。
3 效果檢驗
3.1休風料面
調(diào)整前的料面中心焦堆較大，呈 “ 饅 頭型”， 礦焦平臺不規(guī)整，調(diào)整后的料面中心焦堆較小， 呈 “漏斗狀”，礦焦平臺比較規(guī)整。
3.2處理的效果
通過加強精料的管理，提高爐內(nèi)操作，合理搭配上下部冶煉制度等措施，有效地控制了小套破損，減少了風口小套破損的頻率，更好地實現(xiàn)高爐順行。