鞍鋼朝陽鋼鐵高爐爐缸管理實踐

張洪宇，王光偉，胡德順，劉喜亮

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧 朝陽 122000）

高爐生產(chǎn)中爐缸的運行狀態(tài)直接影響高爐的技經(jīng)指標，要實現(xiàn)高爐低耗、長壽、穩(wěn)定、順行，生產(chǎn)中爐缸的維護管理至關(guān)重要。鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司（以下簡稱朝陽鋼鐵）2600 m3高爐第二代爐役始于2012年11月16日，高爐共設(shè)置30個風(fēng)口，3個鐵口呈Y字形排列，其中1#、2#鐵口之間夾角為78°。爐缸采用碳磚加陶瓷杯結(jié)構(gòu)，采用蘭炭大塊炭磚，總計13層，1～8層為超微孔炭磚，9～13層為微孔炭磚，鐵口組合磚位于6、7、8層。由于爐缸直接接觸鐵水，在生產(chǎn)中會不斷受鐵水沖刷、侵蝕。爐缸的侵蝕程度將決定一代爐役的長短，爐缸運行狀態(tài)的活躍程度則直接影響爐況的順行。本文主要對朝陽鋼鐵高爐近幾年爐缸的運行狀態(tài)和出現(xiàn)的問題進行分析、總結(jié)，探索爐缸的管理模式。

1 爐缸管理模式

高爐爐缸活躍狀態(tài)和爐缸長壽是一對相互矛盾的過程。爐芯溫度直接反映爐缸活躍程度，爐缸側(cè)壁溫度則反應(yīng)爐缸受侵蝕狀態(tài)，決定爐缸能否實現(xiàn)長壽，兩者之間需要保持動態(tài)平衡。朝陽鋼鐵的爐缸管理主要從爐缸活躍狀態(tài)和爐缸長壽管理兩方面入手，建立爐芯和爐缸側(cè)壁溫度控制標準。

1.1 建立爐芯溫度控制標準

爐芯溫度是反映爐缸狀態(tài)活躍程度的重要參數(shù)。一般隨著高爐生產(chǎn)周期延長，爐芯溫度會呈逐步攀升趨勢，但對于爐況順行較好的高爐，爐芯溫度應(yīng)在一定范圍內(nèi)保持相對穩(wěn)定。若爐芯溫度長期呈下降趨勢，說明爐缸工作狀態(tài)向差，會影響高爐爐況順行，應(yīng)找出下降主因，并采取措施控制下降趨勢；若爐芯溫度呈上升趨勢，說明爐缸活躍度增加，爐缸側(cè)壁溫度會上升，需適當(dāng)采取措施控制高爐爐缸活躍度。朝陽鋼鐵爐芯溫度位于爐底中心三層炭磚上表面，其控制范圍為（430±30）℃。

1.2 建立爐缸側(cè)壁溫度控制標準

目前，國內(nèi)外高爐爐缸燒穿及爐缸側(cè)壁溫度快速升高的現(xiàn)象越來越多，成為制約高爐技經(jīng)指標的一個重要因素。國內(nèi)外大多數(shù)高爐燒穿部位及高溫點部位均集中在鐵口中心線以下，因此，朝陽鋼鐵為了確保爐缸工作的安全性，制定了黃、橙、紅警戒區(qū)域，通過控制產(chǎn)能和鐵水含鈦量來確保爐缸側(cè)壁溫度在正常的生產(chǎn)范圍內(nèi)。爐缸側(cè)壁溫度警戒區(qū)域控制標準見表1。

表1 爐缸側(cè)壁溫度警戒區(qū)域控制標準

2 爐缸溫度場異常原因分析

爐芯和爐缸側(cè)壁溫度可直接反映高爐爐缸內(nèi)溫度場的變化。爐芯溫度在一定程度上可反應(yīng)爐缸熱量儲備水平和鐵水滲透死料柱的能力。當(dāng)爐缸工作狀態(tài)變差時，爐芯和爐缸側(cè)壁溫度會呈下降趨勢；反之，當(dāng)爐缸活躍性增加時，爐缸側(cè)壁溫度會呈上升趨勢。當(dāng)爐芯溫度控制在一定的合理范圍內(nèi)時，爐缸側(cè)壁溫度也會在一定范圍內(nèi)波動；當(dāng)爐芯溫度低于合理溫度范圍的下限時，在隨后恢復(fù)爐缸中心溫度時，爐缸側(cè)壁溫度會異常升高，爐芯溫度波動的幅度越大，爐缸側(cè)壁溫度在上升過程中上升的幅度就會越大、甚至超過歷史高點。朝陽鋼鐵2013年1月至2018年4月高爐爐芯和爐缸側(cè)壁溫度變化趨勢如圖1所示。由圖1可以看出，爐缸主要經(jīng)歷了5次大的波動。下面對每個階段爐芯和爐缸側(cè)壁溫度波動的原因進行分析。

圖1 2013年1月至2018年4月高爐爐芯和爐缸側(cè)壁溫度變化趨勢圖

2.1 爐芯溫度下降原因分析

2.1.1 非計劃休風(fēng)

2013年1 月～2014年8月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了上升、相持、再上升、快速下降四個階段。

（1）上升階段：從2013年1月開始隨著高爐冶煉強度的逐步強化，爐缸活躍度增加，爐芯溫度呈遞增狀態(tài)，爐缸側(cè)壁溫度也有不同程度的上升。

（2）相持階段：2013年 3～7月，爐芯溫度維持在 410 ℃左右，高爐利用系數(shù)維持在 2.25 t/（m3·d），爐缸側(cè)壁溫度保持在相對平穩(wěn)的水平。

（3）再上升階段：2013年8月～2014年8月，高爐進一步提高冶煉強度，利用系數(shù)提高至2.37 t/（m3·d）左右。隨著爐缸狀態(tài)的活躍性增加，爐芯溫度進一步上升至450℃左右，3個鐵口正下方溫度相繼呈快速上升趨勢，相比以前平穩(wěn)階段均上升了約100℃，雖然爐缸側(cè)壁溫度屬正常安全生產(chǎn)狀態(tài)，但從高爐長壽角度考慮，應(yīng)適當(dāng)控制冶煉強度，抑制爐缸側(cè)壁溫度的上升趨勢。在隨后的生產(chǎn)中，高爐利用系數(shù)控制在2.30 t/（m3·d）左右，爐芯溫度控制在430℃左右，再加上2014年4月高爐年修7天，爐缸側(cè)壁溫度的上升趨勢得到抑制。

（4）快速下降階段：2014年8月，由于轉(zhuǎn)爐事故，高爐被迫非計劃休風(fēng)164 h，由于休風(fēng)料沒有下到風(fēng)口，高爐爐缸熱量損失較大，再加上恢復(fù)時高爐鐵水不能完全消耗，需按煉鋼生產(chǎn)節(jié)奏組織生產(chǎn)，高爐恢復(fù)進程較慢，爐缸工作狀態(tài)嚴重惡化，爐芯溫度下降至350℃。

2.1.2 低冶煉強度

2014年9 月～2015年12月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了恢復(fù)、相持、快速下降三個階段。

（1）恢復(fù)階段：受非計劃休風(fēng)和高爐恢復(fù)進程較慢的影響，高爐爐缸狀態(tài)嚴重惡化。2014年9月～2015年1月，是高爐爐缸恢復(fù)工作狀態(tài)的過程。在熱制度方面鐵水物理熱需達到1 500℃以上，在裝料制度方面采用輕負荷料來疏通料柱的透氣性，確保死料柱的透液性，以減少鐵水環(huán)流對爐缸的侵蝕。經(jīng)過4個月的治理，爐缸工作狀態(tài)得到逐步恢復(fù)，爐芯溫度恢復(fù)到400℃以上。此次非計劃休風(fēng)對爐缸的傷害很大，但由于采取的措施得當(dāng)，在爐芯溫度恢復(fù)到正常水平時，爐缸側(cè)壁溫度雖都有不同程度的上升，但溫度點并沒有達到歷史高點，說明爐缸沒有發(fā)生異常侵蝕。

（2）相持階段：2015年1～10月，高爐利用系數(shù)進一步提升至 2.40 t/（m3·d）， 爐芯溫度維持在450℃左右。此階段，爐缸工作狀態(tài)較好，高爐長周期穩(wěn)定順行，爐缸側(cè)壁溫度保持平穩(wěn)下降。

（3）快速下降階段：2015年10月，由于鋼鐵行業(yè)不景氣，朝陽鋼鐵通過降低產(chǎn)能以減少虧損，高爐利用系數(shù)維持在 2.00 t/（m3·d）左右。 由于低強度冶煉，爐缸活躍性變差，爐芯溫度快速下降至330℃左右。

2.1.3 爐況波動

2016年1～4 月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了快速恢復(fù)相持階段和快速下降兩個階段。

（1）快速恢復(fù)相持階段：2016年1月開始，鋼鐵行業(yè)開始轉(zhuǎn)暖，朝陽鋼鐵為了保證規(guī)模效益，高爐利用系數(shù)快速由 2.0 t/（m3·d）提高至2.30 t/（m3·d）左右，爐芯溫度快速恢復(fù)至 450 ℃左右，同時爐缸側(cè)壁溫度也快速升高，突破歷史高點，達到408℃，爐缸開始受到非正常侵蝕。

（2）快速下降階段：2015年朝陽鋼鐵為了保證經(jīng)營效果，始終處在低庫存生產(chǎn)，2016年1～3月高爐提產(chǎn)，導(dǎo)致高爐原燃料庫存不足，爐料變化頻繁，入爐粉塵增多，爐況波動較大，再加上堿金屬、鋅負荷高致使爐墻結(jié)厚。2016年3月下旬至5月期間爐況失常，爐缸工作狀態(tài)逐步向差，爐芯溫度開始下降，最低降至372℃。

2.1.4 高爐年修

2016年5～12 月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了快速恢復(fù)和快速下降兩個階段。

（1）快速恢復(fù)階段：2016年5月通過休風(fēng)降料面，快速消除爐墻結(jié)厚，高爐爐況順行良好，爐芯溫度快速恢復(fù)至450℃左右，同時爐缸側(cè)壁溫度也快速升高，突破歷史高點，2016年8月達到488℃，爐缸側(cè)壁受到非正常侵蝕。

（2）快速下降階段：2016年8月24日高爐檢修32 h，爐芯溫度快速下降，最低下降至410℃左右。2016年11月7日高爐年修135 h，爐芯溫度快速下降到360℃。在以后爐況恢復(fù)中，爐芯溫度迅速恢復(fù)到正常水平。

2.1.5 高爐頻繁休風(fēng)及焦炭質(zhì)量下滑

2017年1 月～2018年4月，爐芯溫度主要經(jīng)歷了平穩(wěn)、逐級下降、恢復(fù)三個階段。

（1） 平穩(wěn)階段：2017年 4～7 月，爐芯溫度基本在430℃左右波動，爐缸側(cè)壁溫度雖有快速上升，但隨著爐況順行，并沒有維持在高位，而是在300℃左右波動，爐缸沒有受到非正常侵蝕。

（2）逐級下降階段：2017年 7月～2018年 2月，爐芯溫度呈逐步下降趨勢，最低下降至292℃，爐缸工作狀態(tài)向差趨勢明顯。2017年下半年高爐共計休風(fēng)9次，高爐頻繁休風(fēng)是導(dǎo)致爐芯溫度持續(xù)下降的誘因；2017年7月開始，焦炭粒級達不到標準，大于40 mm粒級含量降低（見圖2），小粒級焦炭明顯增多，是爐芯溫度持續(xù)下降的根本原因。

（3）恢復(fù)階段：2018年2月開始，焦化廠開始調(diào)整焦炭配煤結(jié)構(gòu)，焦炭質(zhì)量逐步好轉(zhuǎn)，爐缸工作狀態(tài)得到改善，爐芯溫度回升至410℃左右，但由于爐缸死料柱鐵水溝通能力較差，鐵水環(huán)流增加，加劇了爐缸的非正常侵蝕，爐缸側(cè)壁溫度快速上升至630℃，為了抑制環(huán)炭溫度的上升趨勢，采用休風(fēng)涼爐的方式，以確保高爐生產(chǎn)的安全性。在隨后的生產(chǎn)當(dāng)中，爐缸死料柱溝通能力加強，爐況順行得到保證，爐缸側(cè)壁溫度回落至300℃左右，高爐產(chǎn)能回到正常生產(chǎn)水平。

圖2 焦炭大于40 mm粒級含量變化趨勢圖

2.2 爐缸側(cè)壁溫度升高原因分析

朝陽鋼鐵高爐于2012年11月開始投產(chǎn)，截至2018年4月，高爐爐缸溫度場主要經(jīng)歷了5次劇烈波動（爐芯溫度低于400℃），每一次溫度場的異常變化，都會對爐缸造成傷害，加劇爐缸的侵蝕，使爐缸側(cè)壁某個方向的溫度超過歷史最高點。朝陽鋼鐵高爐歷年爐缸爐芯溫度歷史最低點及爐缸側(cè)壁溫度歷史最高點如表2所示。對每一次的爐缸側(cè)壁溫度的歷史最高點進行原因分析。

表2 朝陽鋼鐵高爐歷年爐芯溫度歷史最低點及爐缸側(cè)壁溫度歷史最高點

2.2.1 冶煉強度升高

2018年8 月，高爐非計劃休風(fēng)164 h,休風(fēng)時間長，爐缸熱量損失較大，休風(fēng)料沒有下達風(fēng)口，在恢復(fù)爐況過程中，難于快速補充爐缸熱量。爐缸活躍度變差，爐芯溫度降至歷史最低點。在隨后的生產(chǎn)過程中，冶煉強度提高，高爐利用系數(shù)長時間維持在 2.40 t/（m3·d）以上，爐缸炭磚發(fā)生膨脹，導(dǎo)致爐缸側(cè)壁產(chǎn)生氣隙、溫度升高。

2.2.2 快速提產(chǎn)

2015年下半年，由于高爐限產(chǎn)，高爐利用系數(shù)由 2.3 t/（m3·d）降至 2.0 t/（m3·d），長時間低強度冶煉，高爐鼓風(fēng)動能嚴重不足。2016年初，高爐快速提產(chǎn)，爐缸內(nèi)部熱應(yīng)力變化不均勻，爐缸側(cè)壁膨脹不均勻，渣鐵保護層脫落，局部受到非正常侵蝕，爐缸側(cè)壁溫度升高。

2.2.3 高爐長期不順

2016年3 月末，高爐爐墻結(jié)厚，爐況順行難于保證，崩尺、滑料頻繁；爐缸熱量難于保證，爐缸狀態(tài)逐步惡化，爐況不穩(wěn)定，爐缸側(cè)壁渣鐵保護層受到破環(huán)，局部受到非正常侵蝕，導(dǎo)致爐缸側(cè)壁溫度升高。

2.2.4 高爐年修時間長

2016年11 月，高爐年修135 h，休風(fēng)時間長，爐缸熱量損失大，爐缸熱應(yīng)力變化導(dǎo)致爐缸膨脹不均勻，局部陶瓷杯剝落，爐缸側(cè)壁溫度升高。在隨后的生產(chǎn)中，通過保持高爐長周期穩(wěn)定，增加鐵水中的鈦含量，形成渣鐵保護層，爐缸側(cè)壁溫度回到正常生產(chǎn)范圍以內(nèi)。

2.2.5 焦炭質(zhì)量下滑

2017年7 月以后，高爐休風(fēng)頻繁且焦炭質(zhì)量下滑，爐缸中心死料柱透液能力差，導(dǎo)致爐缸工作狀態(tài)難以穩(wěn)定、持續(xù)變差。焦炭質(zhì)量下滑，爐缸透液能力差，爐缸內(nèi)鐵水環(huán)流增加，致使爐缸側(cè)壁受到進一步侵蝕，爐缸側(cè)壁溫度快速升高，在隨后的生產(chǎn)中通過采用增加鐵水鈦含量和休風(fēng)涼爐的方式，使爐缸溫度控制在合理范圍內(nèi)。

通過對朝陽鋼鐵高爐爐缸溫度場進行階段性分析，可以得出高爐溫度場異常的主要影響因素有爐缸熱量不足、高爐鼓風(fēng)動能不匹配和爐缸內(nèi)的渣鐵流動性不合理三個方面，在高爐冶煉過程中可以通過裝料制度、送風(fēng)制度、熱制度的合理控制，確保高爐溫度場在合理的區(qū)間內(nèi)波動，從而實現(xiàn)高爐長周期穩(wěn)定順行。

3 爐缸溫度場異常治理措施

3.1 爐芯溫度下降治理措施

（1）穩(wěn)定鐵水物理熱指數(shù)，確保物理熱和化學(xué)熱匹配。高爐日常生產(chǎn)嚴禁低爐溫操作，要保證生鐵含［Si］量與鐵水物理熱相匹配，鐵水物理指數(shù)控制范圍2.5～3.5。在鐵水物理熱指數(shù)持續(xù)低于下限時，提高鐵水化學(xué)熱，鐵水中［Si］含量下限按0.35%控制，確保鐵水溫度在1 510℃以上；鐵水物理熱指數(shù)持續(xù)高于上限時，鐵水中［Si］含量下限按0.3%控制，鐵水溫度嚴禁低于1 495℃。長時間休風(fēng)恢復(fù)爐況期間，以物理熱和化學(xué)熱是否匹配作為判定爐缸工作狀態(tài)是否正常的基礎(chǔ)依據(jù)。

（2）根據(jù)爐缸活躍狀態(tài)，調(diào)整鐵水中的鈦含量。爐芯溫度持續(xù)下降時，低于下限，提高入爐焦比，提高鐵水化學(xué)熱，降低鐵水中鈦含量；當(dāng)爐芯溫度持續(xù)上升時，接近上限，降低鐵水物理熱指數(shù)，降低入爐焦比，增加鐵水中的鈦含量。

（3）通過爐型管理，確保高爐長周期穩(wěn)定順行。通過對爐身溫度場的監(jiān)控和控制，正確判斷高爐內(nèi)部煤氣流的分布情況，有目的地控制渣皮形成和脫落，形成合理的操作爐型。

（4）堅持每三個月進行一次入爐有害元素分析，并根據(jù)實際情況采取相對應(yīng)措施。針對有害元素對高爐造成的危害，通過溝通，及時停配含有害元素超標的物料。

（5）調(diào)整造渣制度。在爐缸活躍性向差時，終渣堿度按1.10～1.15調(diào)整，以達到稀釋爐渣的目的；在爐缸活躍性較好時，終渣堿度按1.15～1.20進行調(diào)整。

3.2 爐缸側(cè)壁溫度升高治理措施

（1）利用休風(fēng)機會對爐缸區(qū)域進行壓漿。高爐每次休風(fēng)，對舊的壓漿孔進行清理，同時對溫度高的區(qū)域根據(jù)實際情況重新開孔壓漿。為了避免壓漿對炭磚造成損壞，壓力不得超過1.5 MPa，

（2）根據(jù)側(cè)壁溫度上升情況，增大爐缸的供水量和降低水溫。在必要的情況下，軟水溫度降低至32℃，并將爐身水量減至最低，保證爐缸最大供水量。

（3）適當(dāng)調(diào)整造渣制度。生鐵中［Si］含量大于0.35%，終渣堿度按下限1.10～1.15控制，爐渣實物以石頭渣為準。

（4）增加高鈦球團使用比例。根據(jù)高爐側(cè)壁溫度上升的不同階段趨勢，提高鐵水中的鈦含量。

（5）加強爐前管理，保證鐵口深度3.2 m以上。針對爐缸側(cè)壁溫度異常升高的情況，采用含鈦炮泥。

（6）降低冶煉強度。根據(jù)高爐側(cè)壁溫度上升不同狀態(tài)，調(diào)整不同的冶煉強度，達到紅色報警時要進行休風(fēng)涼爐。

4 實踐效果

朝陽鋼鐵從2013年開始，持續(xù)關(guān)注高爐爐缸溫度場的變化趨勢，并采取了一系列穩(wěn)定爐缸溫度場的治理措施，將高爐爐缸活躍度控制在合理范圍內(nèi)，高爐長周期穩(wěn)定順行，實現(xiàn)了高爐每三個月檢修一次的目標。2011～2017年高爐生鐵一級品率如圖3所示。由圖3可以看出，由于高爐持續(xù)穩(wěn)定順行，鐵水質(zhì)量顯著提高，高爐生鐵一級品率呈上升趨勢，由2011年的63.60%提高至2017年的97.59%，爐缸管理實踐效果良好。

圖3 2011～2017年高爐生鐵一級品率

5 結(jié)語

爐缸熱量不足、高爐鼓風(fēng)動能不足和爐缸內(nèi)渣鐵流動不合理是高爐爐缸溫度場異常的主要影響因素。為了保持爐缸活躍狀態(tài)和高爐長壽的之間的動態(tài)平衡，朝陽鋼鐵建立了高爐爐缸管理模式，以爐芯溫度和爐缸側(cè)壁溫度控制標準為依據(jù)，對爐缸溫度場的變化采取相應(yīng)治理措施，實現(xiàn)了高爐生產(chǎn)穩(wěn)定順行，高爐生鐵一級品率由2011年的63.60%提升至2017年的97.59%，高爐生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定順行，爐缸管理實踐效果良好。