江陰興澄特鋼3#高爐長壽經(jīng)驗的總結(jié)

劉運峰，郝亞偉

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司煉鐵廠，江蘇 江陰 214429 )

江陰興澄特鋼煉鐵分廠3#高爐(530 m3)于2005年1月開爐投產(chǎn)，至2016年6月停爐，期間無中修，一代爐役壽命達到11年5個月。一代爐役共生產(chǎn)鐵水732.95萬噸，單位爐容出鐵量已經(jīng)達到13829 t/m3。小高爐壽命一般8～10年，興澄3#高爐壽命在500m3高爐中算得上長壽高爐。下面對3#高爐的長壽經(jīng)驗進行總結(jié):

高爐長壽是一項系統(tǒng)工程技術(shù)，它涉及到設(shè)計、選材、建造、生產(chǎn)、維護等諸多方面。國內(nèi)外長壽高爐的生產(chǎn)實踐證實：科學(xué)合理的設(shè)計和優(yōu)良的施工建造是實現(xiàn)高爐長壽的基礎(chǔ)條件，而生產(chǎn)實踐中科學(xué)合理的高爐生產(chǎn)操作與日常維護對實現(xiàn)高爐長壽具有積極的作用，同時也是彌補設(shè)計和建造不足而達到高爐長壽目標(biāo)的關(guān)鍵。[1]

1 優(yōu)化爐型設(shè)計，為高爐長壽打下基礎(chǔ)。

高爐壽命與爐型設(shè)計密切相關(guān)，合理的爐型是高爐長壽的先天因素，國內(nèi)外很多高爐投產(chǎn)后3～5年發(fā)生燒穿與高爐設(shè)計有很大關(guān)系。

爐缸是高爐冶煉的起點和終點。爐缸內(nèi)型參數(shù)設(shè)計是高爐內(nèi)型參數(shù)設(shè)計的基礎(chǔ)，同時也是高爐能否強化冶煉和高爐長壽的先決條件。合理的死鐵層深度是抑制鐵水環(huán)流和減輕象腳狀異常侵蝕的有效措施。死鐵層深度一般為高爐爐缸直徑的20%～23%，3#高爐設(shè)計的死鐵層深度為1.121 m，爐缸直徑為5.65 m，為爐缸直徑的19.84%。隨著入爐原料含鐵品位的提高和高爐的強化冶煉，爐缸容積也不斷增大。適當(dāng)增大爐缸容積，能緩和渣鐵對爐缸側(cè)壁的沖刷力，減少高爐在高冶強下出現(xiàn)憋壓現(xiàn)象。另外適當(dāng)增大爐缸容積，能提高爐缸的蓄熱能力，有利于冶煉低硫鐵水。根據(jù)生產(chǎn)實踐，爐缸容積一般占爐容的16%～18%為宜，[2]興澄3#高爐的爐缸容積占爐容的15.48%，目前看來相對小些。

高爐爐腹處于風(fēng)口回旋區(qū)之上，軟熔帶的根部，是高爐爐襯侵蝕最快的區(qū)域，也是高爐長壽的關(guān)鍵。爐腹部位砌筑優(yōu)質(zhì)耐材，如氮化硅結(jié)合碳化硅磚也只能維持3年左右的時間。爐腹部位的壽命主要靠強制冷卻，在內(nèi)襯表面形成渣皮對冷卻壁進行保護。爐腹角過大，可能造成邊緣煤氣流過分發(fā)展，不利于在爐墻形成穩(wěn)定的渣皮保護層。爐腹角過小，爐腹收縮大，可能造成中心氣流過分發(fā)展，同時也不利于爐料的順利下降，影響高爐順行。因此，合理的爐腹角對形成穩(wěn)定渣皮、保護冷卻壁免受損壞起著至關(guān)重要的作用。3#高爐設(shè)計的爐腹角為81.119°。

興澄3#高爐有效容積為530 m3， 設(shè)計14個風(fēng)口，2個鐵口。采用矮胖爐型，高徑比3.12，具體尺寸如表1所示：

表1 530 m3高爐參數(shù)

為實現(xiàn)高爐長壽，3#高爐選用當(dāng)時成熟、經(jīng)濟、質(zhì)優(yōu)的耐材。爐底爐缸材質(zhì)和砌體結(jié)構(gòu)配置如下：爐底第1～4層采用國產(chǎn)半石墨小塊炭磚，爐缸部位采用微孔模壓小塊炭磚。爐缸內(nèi)壁及爐底炭磚上部采用復(fù)合棕剛玉質(zhì)陶瓷杯結(jié)構(gòu)。鐵口區(qū)、風(fēng)口區(qū)砌磚為復(fù)合棕剛玉磚。爐腹、爐腰和爐身下部砌磚為高鋁磚，爐身上部砌磚為致密粘土磚。

爐體冷卻采用開路水冷卻，冷卻器采用板、壁結(jié)合模式。

2 穩(wěn)定氣流分布，維護好鐵口，提高爐體壽命。

2.1 控制合理的煤氣流分布

煤氣流的合理分布極其重要。煤氣流的分布對高爐耐材沖刷和冷卻設(shè)備破損、爐缸工作狀態(tài)、軟熔帶的位置和形狀等都起決定作用，它是確保爐況穩(wěn)定和高爐長壽的核心和關(guān)鍵。

合理的送風(fēng)制度和熱制度是保證高爐爐況穩(wěn)定和順行的前提。在送風(fēng)制度上通過調(diào)劑風(fēng)速和理論燃燒溫度，保證爐缸均勻活躍，初始煤氣流分布合理。3#高爐使用直徑115 mm、120 mm兩種尺寸的風(fēng)口小套，根據(jù)爐況調(diào)整風(fēng)口面積，促進高爐穩(wěn)定、順行。3#高爐風(fēng)口面積為0.152 m2，風(fēng)量基本維持1400～1500 m3/min，實際風(fēng)速255 m/s，鼓風(fēng)動能7600 kg·m/s。理論燃燒溫度控制在2100～2250 ℃。熱制度上控制物理熱1450～1470 ℃，[Si]0.35～0.5。爐況穩(wěn)定順行，下料順暢，爐前渣鐵流動性良好。根據(jù)原燃料條件，在裝制上采用適當(dāng)抑制邊緣，開放中心的布料模式，促進了爐況長期穩(wěn)定順行。適當(dāng)抑制邊緣氣流，可以減少煤氣流對高爐內(nèi)襯的沖刷；開放中心，可以保證強有力的中心氣流，有利于爐況順行，同時利用中心氣流還可以起到排鋅、排堿的效果。

2.2 針對溜槽存在的問題，合理改造溜槽提高布料的準確性和穩(wěn)定性。

原布料溜槽采用“料打料”模式，在實際生產(chǎn)中易引起溜槽變形、襯板脫落和磨穿漏料等問題，對上部布料影響較大。

2006年度5月份和9月份，3#高爐曾發(fā)生兩次較嚴重的爐況失常。期間一直采用小角度布料，才能維持高爐的相對順行。經(jīng)查系溜槽磨損后布料流束不成型，布料過程料打到溜槽后偏散，無法找到準確的角度，只能被動退角度維持生產(chǎn)。后續(xù)生產(chǎn)中甚至出現(xiàn)溜槽磨穿，引起爐況失常事故。煉鐵技術(shù)人員經(jīng)過外出考察交流論證后對溜槽進行改造，取消“料打料”溜槽，改用平板溜槽。改造使用后對新溜槽進行布料測試，選用最佳布料角度。初期3#高爐使用的角度在26～30°之間，經(jīng)布料測試后對溜槽布料角度進行實踐優(yōu)化，最終以34～37°為最佳使用角度。從2008年開始3#高爐爐況開始轉(zhuǎn)順，利用系數(shù)不斷提高，燃料消耗不斷降低。高爐順行、穩(wěn)定后，煤氣流對爐襯沖刷和侵蝕大幅降低，對延長爐體壽命起到良好的作用。

2.3 加強鐵口維護，排盡渣鐵

爐前渣鐵排放對高爐長壽起著至關(guān)重要的作用。鐵口長期打不進泥、堵口跑泥，造成鐵口偏淺。不但渣鐵出不盡，還會造成鐵水對爐缸側(cè)壁的侵蝕，引起爐缸側(cè)壁溫度升高，給高爐長壽帶來威脅。

圖1 改造前、后溜槽對照圖

圖2 3#爐布料測試圖

圖3 溜槽改造后高爐燃料比和利用系數(shù)

爐前出渣鐵作業(yè)和爐缸的活躍性密切相關(guān)，爐缸活躍性好，說明死料柱透液性好，大部分鐵水通過死料柱焦炭流到出鐵側(cè)鐵口，鐵水環(huán)流變小，減輕了鐵水對爐缸側(cè)壁的沖刷，同時有利于出盡渣鐵。[3]

合理的鐵口深度是保證渣鐵出盡的基本條件，日常操作中控制鐵口深度在1800～2000 mm。3#高爐設(shè)置南、北兩個鐵口，開鐵口間隔時間控制在25 min內(nèi)，鐵流2～3 t/min，出鐵時間在60～90 min。由于渣鐵及時排盡，減少憋壓現(xiàn)象，為爐內(nèi)操作創(chuàng)造了條件，促進了初始煤氣流的合理分布。

3 加強爐役后期爐體維護，延長高爐壽命

3.1 鑄鐵冷卻壁受到高溫沖擊及物料的機械沖刷，在渣皮頻繁脫落和黏結(jié)過程中所遭受的損害尤為嚴重，極易損壞冷卻壁。因此，預(yù)防爐身黏結(jié)和對爐身黏結(jié)渣皮的恰當(dāng)處理非常關(guān)鍵。為了保護冷卻壁不受損壞，高爐需要一定厚度的渣皮來保護冷卻壁，渣皮厚度要適當(dāng)，不能太薄，也不能太厚。渣皮厚薄通過水溫差和各段冷卻壁溫度高低來判斷，高爐爐型管控的目的就是控制爐型合理。在日常控制中，增加水溫差檢測頻次和記錄工作當(dāng)做管理水系統(tǒng)工作的重中之重。

3.2 3#高爐進入爐役后期，爐缸炭磚部分熱電偶溫度偏高，作業(yè)區(qū)制定了預(yù)警管理和應(yīng)急方案，預(yù)防發(fā)生爐缸燒穿事故。2013年6月份，爐底一層炭磚下方有兩點溫度異常升高且波動較大，最高達到700 ℃以上。3#高爐采用加入釩鈦礦在爐缸中生成高熔點的TiC、TiN及Ti(CN)對爐缸、爐底起到保護作用。加入量按TiO2入爐量5～7kg/t，同時將炭磚溫度高的風(fēng)口直徑由115 mm調(diào)整為110 mm。2013年7月20日3#高爐年修10天，利用年修機會對爐缸炭磚高溫報警處進行鉆孔壓漿，7天后炭磚溫度逐步降低到500 ℃左右。

3.3 做好爐役后期爐體維護工作。由下表可以看出3#高爐自2014年之后進入爐役后期，爐腹至爐身下部冷卻設(shè)備開始大量破損。3#高爐通過增加點檢頻次由每班4次增至6次、增加爐體查漏頻次、安裝爐殼測溫?zé)犭娕?、對發(fā)紅爐皮進行打水冷卻，利用檢修機會對破損的冷卻壁安裝銅冷卻柱和爐體壓漿等手段加強對爐體管理，防止?fàn)t殼燒穿。操作上采用抑制邊緣氣流，開放中心氣流，減氧、降頂壓，提高爐溫[Si]按0.4%～0.6%，物理熱提至1480～1500 ℃等手段，提高3#高爐運行的安全性。

圖4 2014～2016年3#高爐冷卻壁破損圖

圖5 2014～2016年3#高爐爐體安裝銅冷卻柱統(tǒng)計圖

通過采取以上措施，興澄3#高爐實現(xiàn)一代爐齡長達11年5個月的長壽生產(chǎn)紀錄。3#高爐扒爐后并對爐缸南鐵口部位炭磚進行測量，其數(shù)值如表2所示：

表2 爐缸鐵口部位碳磚測量結(jié)果

圖6 3#高爐扒爐圖

4 總結(jié)

(1)優(yōu)化爐型設(shè)計是高爐長壽的基礎(chǔ)，爐型設(shè)計時要認真分析長壽高爐的爐型參數(shù)特點，結(jié)合煉鐵原理及高爐操作實踐，優(yōu)化設(shè)計出科學(xué)、合理的爐型。

(2)日常操作中要制定科學(xué)的操作參數(shù)，控制合理的氣流分布，適當(dāng)抑制邊緣、發(fā)展中心氣流，保護好爐體耐材。

(3)爐前加強出鐵管理，維護好鐵口，減少環(huán)流對爐缸的侵蝕。

(4)爐役后期要采用多種護爐措施如硬力壓漿、噴涂造襯、安裝銅冷卻棒、釩鈦礦護爐、降低冶強等延長高爐壽命。