鞍鋼4038 m3高爐長期低冶煉強(qiáng)度實(shí)踐

張延輝，趙立軍，龔繼兵

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司 遼寧 營口115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司擁有2座有效容積為4038 m3的高爐，2008年9月6日1號(hào)高爐開爐，實(shí)現(xiàn)一次投產(chǎn)成功、快速達(dá)產(chǎn)。2008年12月份后，高爐冶煉強(qiáng)度不斷提高，單座高爐日產(chǎn)量最高達(dá)到1.07萬t，利用系數(shù)達(dá)到2.5 t/（m3.d），但在 2011年 7月份，即 1號(hào)高爐投產(chǎn)不到3年，鐵口以下爐缸局部環(huán)炭溫度快速升高到512℃，嚴(yán)重影響爐缸安全。近年來我國高爐燒穿事故頻發(fā)，據(jù)2010年不完全統(tǒng)計(jì)，1年內(nèi)就有8座高爐發(fā)生燒穿事故，其中包括一些大型高爐，造成了重大損失。有些事故高爐開爐只有2～4個(gè)月就發(fā)生燒穿事故，大多數(shù)燒穿時(shí)間為開爐后的1～4年內(nèi)，此外還有20余座2000 m3以上級(jí)別高爐雖然沒有發(fā)生燒穿事故，但爐缸存在安全隱患［1］，說明這些高爐設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、日常管理和生產(chǎn)操作等方面可能存在一定缺陷。在投入生產(chǎn)以后，高爐日常管理和操作制度對(duì)維護(hù)安全長壽尤為重要，鑒于鞍鋼鲅魚圈1號(hào)高爐爐缸已經(jīng)存在安全隱患，不得不采取各種措施來保護(hù)爐缸安全，新建1套軟水站增加冷卻水流量、單獨(dú)為爐缸供水，日常操作制度上堅(jiān)持長期低冶煉強(qiáng)度，利用系數(shù)維持在1.9 t/（m3.d）以下。在此期間，嚴(yán)格堅(jiān)持“精料”方針，保持燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定，嚴(yán)格控制含鋅高雜料入爐，在干熄焦用量不足時(shí)，及時(shí)調(diào)整操作制度，活躍爐缸、減輕鐵水對(duì)爐缸炭磚環(huán)流侵蝕。通過采取一系列措施，鞍鋼鲅魚圈1號(hào)高爐爐缸狀態(tài)安全受控。

1 鞍鋼鲅魚圈1號(hào)高爐存在問題

鞍鋼鲅魚圈高爐爐缸內(nèi)襯引進(jìn)美國UCAR小塊炭磚，鐵口區(qū)域及容易產(chǎn)生象腳侵蝕區(qū)域外環(huán)使用NMD小塊超炭磚，其余部位使用NMA小塊炭磚、無陶瓷杯，爐底炭磚上部采用莫來石磚形成陶瓷墊保護(hù)層。

高爐爐底冷卻采用在爐底板下埋設(shè)水冷管的形式。爐缸、風(fēng)口帶采用冷卻壁冷卻方式，其中風(fēng)口帶以下設(shè)5段冷卻壁，H-1、H-3～H-5段為光面冷卻壁，材質(zhì)為耐熱低鉻鑄鐵，水管規(guī)格Φ60 mm×6 mm；H-2段位于象腳侵蝕區(qū)，采用冷卻強(qiáng)度大的銅冷卻壁來加強(qiáng)該部位的冷卻，每個(gè)鐵口區(qū)域采用6塊異型銅冷卻壁，風(fēng)口區(qū)為1段異形光面冷卻壁，材質(zhì)為耐熱低鉻鑄鐵。

爐體軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)分為1系統(tǒng)和2系統(tǒng)。1系統(tǒng)冷卻范圍包括爐底水冷管、風(fēng)口中套和倒流休風(fēng)閥，水量為1 000 m3/h；2系統(tǒng)分為2個(gè)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，2系統(tǒng)設(shè)計(jì)水量為5 704 m3/h，其中爐缸設(shè)計(jì)冷卻水量為2 400 m3/h。

鞍鋼鲅魚圈1號(hào)高爐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)，逐步實(shí)現(xiàn)達(dá)產(chǎn)、達(dá)效，高爐利用系數(shù)達(dá)到2.1 t/（m3.d），開爐以來經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表1。

表1 1號(hào)高爐各年度技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2011年6月份后，鞍鋼鲅魚圈高爐1號(hào)鐵口下部第19層環(huán)炭（第三段冷卻壁下部）溫度明顯上升，最高達(dá)到512℃，此后高爐1號(hào)鐵口下部第10層炭磚（第二段冷卻壁中部）溫度也開始上升，一段時(shí)間后高爐4號(hào)鐵口（與1號(hào)鐵口同側(cè)）第10層炭磚溫度也開始上升（見圖1），單塊冷卻壁水溫差最高接近1.0℃，熱流強(qiáng)度最高達(dá)到52 kW/m2，已經(jīng)接近高爐同類型結(jié)構(gòu)發(fā)生事故溫度值，因此，鞍鋼鲅魚圈高爐不得不降低冶煉強(qiáng)度，利用系數(shù)控制在 1.9 t/（m3.d）以下（見表 1），并采取各種措施來保護(hù)爐缸安全。

2 采取措施及效果

2.1 提高冷卻強(qiáng)度

由于設(shè)計(jì)冷卻水流量已經(jīng)不能滿足高爐長壽要求。因此，新建了一座軟水站，單獨(dú)向爐缸供水，流量為4 600 m3/h，冷卻壁水管流速在3.0 m/s以上。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每到冬季生產(chǎn)，高爐爐缸側(cè)壁溫度都明顯下降，說明氣溫對(duì)高爐爐缸長壽有影響。為了確保冬季過后高爐爐缸長時(shí)間保持較好狀態(tài)，在每年冬季實(shí)施冬季護(hù)爐方案。此護(hù)爐方案的核心是在爐缸耐材熱面形成保護(hù)層，減輕爐缸耐材侵蝕。利用環(huán)境溫度低優(yōu)勢，配合提高換熱器能力，降低冷卻水入口溫度在16℃以下，比焓下降明顯，比熱容增大，改善冷卻水帶走熱量能力。因此，冬季要求在保證爐身冷卻強(qiáng)度不過剩的前提下，全開噴淋空冷系統(tǒng)降低水溫，冷卻水進(jìn)水溫度小于20℃，力爭達(dá)到16℃。

2.2 定期采取含鈦球團(tuán)護(hù)爐措施

當(dāng)環(huán)炭溫度或冷卻壁水溫差持續(xù)上升時(shí)，定期使用從爐頂加入焙燒含鈦球團(tuán)護(hù)爐措施，始終維持鐵水中［Ti］含量在0.10%～0.15%之間，同時(shí)采用降低冶煉強(qiáng)度、減少富氧量、提高爐缸冷卻水流量加強(qiáng)冷卻等措施。根據(jù)一些高爐破損調(diào)查結(jié)論，高爐采用釩鈦礦護(hù)爐效果存在較大差異，如果高爐內(nèi)襯潤濕性好、鐵水環(huán)流速度慢，含鈦凝結(jié)物TiC 、TiN 和 Ti(C，N)與內(nèi)襯黏附性強(qiáng)［2］，則護(hù)爐效果好，反之護(hù)爐效果差。因此，采用含鈦爐料護(hù)爐時(shí)，降低冶煉強(qiáng)度、減慢鐵水環(huán)流速度，可防止含鈦凝結(jié)物被鐵水環(huán)流帶走。

2.3 長期堅(jiān)持精料方針

（1）提高混勻造堆質(zhì)量

鞍鋼鲅魚圈鋼鐵分公司大型綜合料場年產(chǎn)混勻礦865萬t，有能力為燒結(jié)生產(chǎn)提供高質(zhì)量混勻礦。首先根據(jù)造堆鐵料成分進(jìn)行簡單混勻，然后按產(chǎn)地、批號(hào)采用鱗狀堆積方式封堆，封堆后堅(jiān)持多點(diǎn)取樣，取化學(xué)成分加權(quán)平均值作為該品種參與混勻造堆的化學(xué)成分［3-4］。制定混勻礦堆積計(jì)劃，一堆原料等分成4個(gè)BLOCK （組），每個(gè)BLOCK堆積層數(shù)不少于3 000層，采取大人字形變起點(diǎn)延時(shí)定終點(diǎn)連續(xù)往返分層堆積方式，混勻礦的質(zhì)量 σTFe≤0.4、σSiO2≤0.2。

（2）合理配礦和強(qiáng)化燒結(jié)

鞍鋼鲅魚圈鐵料以進(jìn)口礦粉為主，同時(shí)搭配一部分鞍鋼自產(chǎn)和遼寧地區(qū)鐵精礦，在每一種新鐵料使用前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)，根據(jù)鐵料基礎(chǔ)特性、燒結(jié)杯實(shí)驗(yàn)結(jié)論，選擇合理配比使燒結(jié)礦具有穩(wěn)定品位，保證高爐入爐品位不低于57.5%。采用盡可能多的品種配礦，利用各種鐵料礦物基礎(chǔ)特性存在的差異進(jìn)行互補(bǔ)。由于含高結(jié)晶水粉礦在燒結(jié)時(shí)易產(chǎn)生爆裂，影響燒結(jié)礦強(qiáng)度，高結(jié)晶水含量的粉礦配比不大于12%。由于澳大利亞礦、伊朗礦粉和印度礦Al2O3含量基本在2.0%以上，控制好高Al2O3含量進(jìn)口礦比例，確保燒結(jié)礦Al2O3含量低于1.8%，以免高爐渣中Al2O3含量超過15%后造成爐渣熔化性溫度升高、流動(dòng)性變差，影響高爐順行。適當(dāng)配入一定比例高SiO2含量粉礦或地方精礦，保證燒結(jié)礦中SiO2含量在4.7%～5.2%范圍，確保燒結(jié)過程中有一定的液相量，維持良好的冶金性能［3-4］。

鞍鋼鲅魚圈鋼鐵分公司的405 m2燒結(jié)機(jī)經(jīng)過多年生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)，確定“二十八字操作方針”，即“以風(fēng)為綱，精心備料，穩(wěn)定水碳，厚鋪鋪平，嚴(yán)控終點(diǎn)，慢冷篩凈，噴勻降粉”。燒結(jié)機(jī)返礦和高爐返礦提前加入足夠的水進(jìn)行潤濕，料層厚度要保持在750 mm以上，燒結(jié)點(diǎn)火溫度控制在（850±50）℃范圍內(nèi)，預(yù)熱段溫度要求大于250℃，適當(dāng)控制環(huán)冷機(jī)速度，緩慢冷卻成品燒結(jié)礦，避免冷卻速度過快對(duì)燒結(jié)礦產(chǎn)生熱應(yīng)力破壞，使燒結(jié)礦強(qiáng)度變差［4］。

（3）嚴(yán)格控制K2O、Na2O、ZnO等雜質(zhì)入爐

堿金屬及鋅在爐內(nèi)循環(huán)富積是影響高爐長壽因素之一，同時(shí)其中的K、Na等堿金屬在高溫區(qū)域內(nèi)對(duì)焦炭具有明顯劣化作用。堿金屬排除的主要途徑是瓦斯灰和瓦斯泥，如果堿金屬不能得到有效排除，則會(huì)在爐內(nèi)富積。堿金屬主要危害是在爐襯表面吸附焦粉、礦粉，并與SiO2、A12O3反應(yīng)生成難熔物質(zhì)，如果原料條件差，高爐爐溫又頻繁波動(dòng)，則附著層越長越大，最后導(dǎo)致結(jié)瘤。堿金屬進(jìn)入風(fēng)口磚襯后造成風(fēng)口二套上翹，導(dǎo)致爐缸活躍程度下降。 如果Zn、K、Na和 Pb在爐缸內(nèi)襯富集，就會(huì)對(duì)炭質(zhì)耐火材料內(nèi)襯造成巨大侵蝕，甚至造成爐缸燒穿等惡性事故［5］。

高爐中70%以上堿金屬及鋅來源于燒結(jié)礦，燒結(jié)礦中堿金屬及鋅主要來源于燒結(jié)配入含鐵塵泥。含鐵塵泥主要有燒結(jié)除塵灰、瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐泥和鐵鱗，在所有品種塵泥中堿金屬及鋅含量也存在較大差異，其中燒結(jié)除塵灰中堿金屬及鋅含量非常低，瓦斯灰中堿金屬及鋅含量波動(dòng)最大，以鋅含量為例，瓦斯灰中鋅含量變化幅度可達(dá)到0.2%～7.0%；同樣轉(zhuǎn)爐泥中堿金屬及鋅含量波動(dòng)最大，以鋅含量為例，當(dāng)轉(zhuǎn)爐使用鍍鋅板作為廢鋼時(shí)，鋅含量可達(dá)到5.0%以上。鞍鋼鲅魚圈各種塵泥總量大約為40～50萬t/a，含鐵量基本在40%以上。如果廢棄，不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)造成環(huán)境污染，因此，瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐泥含ZnO、K2O、Na2O含量高低成為再循環(huán)使用量限制環(huán)節(jié)。

高爐分別以 Zn負(fù)荷為 0.15 kg/t、K2O和Na2O綜合負(fù)荷2.2 kg/t為標(biāo)準(zhǔn)。如果堿金屬負(fù)荷和鋅負(fù)荷小于控制標(biāo)準(zhǔn)，所有塵泥都用于燒結(jié)配料。在參與配料之前，根據(jù)各種塵泥化學(xué)成分、粒度、水分、黏度特點(diǎn)，例如轉(zhuǎn)爐泥含水量高、粒度細(xì)，軋鋼鐵鱗黏度大，存在不容易混勻缺點(diǎn)，不能單獨(dú)用于燒結(jié)配料，而瓦斯灰是布袋灰，具有干燥、無黏度等特點(diǎn)。首先向黏度大鐵鱗中配入一定比例瓦斯灰，簡單混勻，然后向水分含量高的轉(zhuǎn)爐泥中配入一定比例瓦斯灰，再簡單混勻，最后把兩種簡單混勻廢料按照一種鐵料對(duì)待，用大型機(jī)械攪拌混勻設(shè)備混合，再采用強(qiáng)力混合機(jī)進(jìn)一步混勻，混料直接參與燒結(jié)配料，最高配比為13%。

如果瓦斯灰、轉(zhuǎn)爐泥中ZnO、K2O、Na2O含量超過控制標(biāo)準(zhǔn)，則上述廢料不參與燒結(jié)配料，而是作為生產(chǎn)含碳素鐵碳球團(tuán)原料，再加入一定比例膨潤土，采用強(qiáng)力混合機(jī)混勻，圓盤造球機(jī)造球，生球經(jīng)過自然干燥后，篩出粉末，在鐵水罐折鐵后，加入紅罐中，利用鐵水罐余熱，達(dá)到鐵碳球團(tuán)中碳素與鐵氧化物發(fā)生還原反應(yīng)熱力學(xué)條件，回收廢料中鐵，同時(shí)有效脫出混料Zn、K、Na有害元素，減輕高爐鋅負(fù)荷和堿金屬負(fù)荷［6］。

3 干熄焦?fàn)t檢修對(duì)高爐的影響及應(yīng)對(duì)措施

3.1 干熄焦?fàn)t檢修對(duì)高爐的影響

鞍鋼鲅魚圈每次干熄焦?fàn)t檢修時(shí)間都很長，在干熄焦?fàn)t檢修期間，高爐濕焦比例達(dá)到50%～70%，有時(shí)因特殊原因?qū)е?座干熄焦?fàn)t同時(shí)檢修，濕焦比例達(dá)到100%。

近幾年每次干濕焦轉(zhuǎn)換對(duì)高爐都產(chǎn)生很大影響，改為全干焦后爐況恢復(fù)期也比較長，干焦轉(zhuǎn)濕焦對(duì)高爐影響有以下幾點(diǎn)：

（1）干焦轉(zhuǎn)濕焦后，燃料比會(huì)大幅度上升，根據(jù)比例不同，影響燃料比為20～40 kg/t。

（2）高爐煤氣流分布不穩(wěn)定，如果氣流調(diào)整不到位，氣流不暢，會(huì)造成加風(fēng)困難。隨著使用濕焦時(shí)間增長，使用量增大，高爐風(fēng)量會(huì)逐漸降低。

（3）高爐鐵水物理熱明顯下降，相同［Si］含量的鐵水物理熱下降30℃以上，渣溫、渣色變差，經(jīng)常出現(xiàn)黑渣。

（4）渣鐵排放變得因難，相對(duì)于全干焦生產(chǎn)時(shí)，渣鐵經(jīng)常出不凈，高爐礦耗升高。

3.2 采取的措施

（1）在干焦轉(zhuǎn)濕焦的同時(shí)，根據(jù)不同干濕比例來提高入爐焦比。提高入爐焦比的幅度以保持煤比不變或保持略低于全干焦時(shí)的煤比。

（2）在操作制度上適當(dāng)放開中心氣流，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)加重邊緣氣流，原則上保持爐頂溫度及爐喉溫度與全干焦時(shí)相同或略高于全干焦時(shí)期。

（3）保持比全干焦時(shí)略高的鐵水［Si］含量，盡量保持較高的鐵水溫度，使其不至于大幅度低于全干焦生產(chǎn)時(shí)期的溫度。

采取措施后，鞍鋼鲅魚圈1號(hào)高爐爐缸炭磚溫度始終低于500℃、單塊冷卻壁水溫差低于0.8℃，高爐爐缸處于安全狀態(tài)。

4 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司1號(hào)高爐投產(chǎn)不到3年時(shí)，1號(hào)鐵口以下爐缸局部炭磚溫度快速升高到512℃，之后4號(hào)鐵口以下局部炭磚溫度也快速升高，爐缸安全狀態(tài)受到影響，為保證爐缸安全，新建一座軟水站，單獨(dú)向爐缸供水，冷卻水流量增加到4 600 m3/h，冬季降低冷卻水入口溫度在16℃以下，定期使用含鈦球團(tuán)護(hù)爐措施，同時(shí)高爐利用系數(shù)長期維持在1.9 t/（m3.d）以下，在此期間，發(fā)揮大型綜合料場優(yōu)勢，提高混勻礦質(zhì)量，保持燒結(jié)礦質(zhì)量穩(wěn)定，嚴(yán)格控制含鋅高雜料入爐，在干熄焦用量不足時(shí)，及時(shí)提高入爐焦比20～40 kg/t，保持較高爐溫。措施實(shí)施后，鞍鋼鲅魚圈1號(hào)高爐爐缸炭磚溫度始終低于500℃、單塊冷卻壁水溫差低于0.8℃，高爐爐缸處于安全狀態(tài)。

［1］湯清華.高爐爐缸爐底燒穿事故分析及解決對(duì)策［J］.鞍鋼技術(shù)，2012(3):1-6.

［2］宋建成.高爐含鈦物料護(hù)爐技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

［3］ 李仲.鞍鋼4038m3高爐精料技術(shù)實(shí)踐 ［J］.鞍鋼技術(shù)，2011（4）：46-50.

［4］ 孫俊波.鞍鋼鲅魚圈大比例粉礦燒結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐 ［J］.鞍鋼技術(shù)，2012（1）：26-29.

［5］項(xiàng)鐘庸，王筱留.高爐設(shè)計(jì)-煉鐵工藝設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

［6］于淑娟，徐永鵬，曲和廷.鞍鋼含鐵塵泥的綜合利用現(xiàn)狀及發(fā)展［J］.煉鐵，2007(3):54-57.