馬鋼3號高爐風(fēng)口小套破損原因分析及處理

高廣靜，胡 杰，陳 軍，尹祖德，侯 軍

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司煉鐵總廠，安徽 馬鞍山243000）

馬鞍山鋼鐵股份有限公司（全文簡稱馬鋼）3號高爐有效爐容為978 m3高爐，設(shè)有18個(gè)風(fēng)口，2個(gè)鐵口。2017年1月大修投產(chǎn)，2018年10月開始，頻繁出現(xiàn)小套破損現(xiàn)象，截至2020年8月累計(jì)損壞小套22個(gè)，其中2018年5個(gè)，2019年10個(gè)，2020年7個(gè)，高爐多次被迫臨時(shí)休風(fēng)更換，對高爐各項(xiàng)指標(biāo)造成了較大影響。

1 3號高爐小套破損形式分析

一般而言，小套破損的形式主要分為鐵水熔損、機(jī)械損壞以及開裂等形式；其中鐵水熔損是指風(fēng)口小套直接與高溫渣鐵接觸造成的燒損，爐缸狀態(tài)不活躍，爐前渣鐵處理不暢，鼓風(fēng)動能不合適，或者邊緣氣流過盛等都容易導(dǎo)致小套燒損。機(jī)械損壞包括內(nèi)外磨損，即風(fēng)口小套內(nèi)側(cè)被噴吹煤粉射流磨壞和外側(cè)被爐缸內(nèi)爐料特別是循環(huán)運(yùn)動的焦炭磨壞以及塌料砸壞。開裂主要是由于風(fēng)口壁內(nèi)外側(cè)溫度和壓力差大（風(fēng)壓與冷卻水壓差），造成熱疲勞和機(jī)械疲勞，再加上小套材質(zhì)和制造工藝上的缺陷，如鑄造有氣泡、微孔、焊接不符合要求等，導(dǎo)致小套破損。

通過對3號高爐破損小套實(shí)物觀察分析可以得出（如表1所示）：小套上部破損占比63%，下部破損為23%，上下均有破損的為14%。部分破損處能看到明顯渣鐵黏結(jié)及成片小孔洞，可以確定小套破損的原因主要是渣鐵直接接觸燒損以及渣鐵熔滴熔損。

2 小套破損原因分析

2.1 焦炭轉(zhuǎn)換，氣流波動

3號高爐使用的焦炭為外購二類焦，2018年10月9日至開始使用自產(chǎn)濕焦，由于焦炭水分上升較多，粉焦比上升（如下頁圖1所示），入爐焦粉量增加，導(dǎo)致濕焦使用后高爐壓差上升，頻繁出現(xiàn)崩滑料現(xiàn)象，兩道氣流穩(wěn)定性下降，爐況波動大，產(chǎn)量下降至3 000 t/d以下。同時(shí)，由于自產(chǎn)濕焦質(zhì)量相對較好，冷熱態(tài)強(qiáng)度明顯優(yōu)于外購二類焦，為保證邊緣氣流穩(wěn)定，避免爐墻黏接，上部制度調(diào)整以疏邊為主，礦焦平臺角度逐步內(nèi)移，角差縮小（如下頁圖2所示）。調(diào)整后邊緣流指數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢，邊緣氣流進(jìn)一步得到了增強(qiáng)（如下頁圖3所示），邊緣區(qū)域還原反應(yīng)增加，易導(dǎo)致高爐塌料，增加了小套熔損及砸壞的風(fēng)險(xiǎn)。2018年10月31日、11月10日、11月11日均出現(xiàn)小套漏水，對應(yīng)邊緣氣流大幅波動及高爐塌料現(xiàn)象，因此邊緣氣流過分發(fā)展是這幾次小套漏水的主要原因。

表1 3號高爐破損小套匯總

圖1 2018年10月粉焦比及焦炭水分變化趨勢

圖2 平臺礦焦角度及角差變化圖

圖3 邊緣流（Z）及中心流（W）指數(shù)變化趨勢

2.2 鼓風(fēng)動能低，中心不活躍

3號爐2017年中修投產(chǎn)后長時(shí)間采用的風(fēng)口面積為0.192 7 m3，2017年年底開始逐步擴(kuò)大風(fēng)口，至2018年初風(fēng)口面積逐步擴(kuò)大至0.196 3 m3，而風(fēng)量沒有明顯提升，甚至有所下降，導(dǎo)致鼓風(fēng)動能下降（如圖4），風(fēng)口回旋區(qū)變小，更有利于邊緣氣流的發(fā)展，進(jìn)一步增加了小套燒損的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 氣流波動大，爐況異常

2019年10月末開始爐況波動大，26日、27日連續(xù)兩天出現(xiàn)懸料現(xiàn)象，后頻繁出現(xiàn)管道氣流，高爐爐況接近失常，至2020年2月下旬爐況才逐步恢復(fù)。爐況調(diào)整期間氣流穩(wěn)定性差，頻繁出現(xiàn)小套燒損現(xiàn)象，自2019年10月至2020年3月共燒損7個(gè)小套。

2.4 冶強(qiáng)降低，爐缸狀態(tài)下滑

由于爐況異常，自2019年11月開始，冶強(qiáng)降低，產(chǎn)量長時(shí)間維持在較低水平，爐缸狀態(tài)勢必會受影響，因此在2020年2月、3月爐況逐步恢復(fù)，高爐產(chǎn)量上升的過程中，爐缸狀態(tài)短時(shí)難以恢復(fù)，導(dǎo)致渣鐵處理不穩(wěn)定，出鐵時(shí)間波動，渣鐵處理不及時(shí)，導(dǎo)致小套燒損。

圖4 風(fēng)量及鼓風(fēng)動能變化趨勢

2.5 風(fēng)口數(shù)量少

3號高爐共設(shè)有18個(gè)風(fēng)口，相比其他1 000 m3級高爐風(fēng)口數(shù)量相對較少，造成風(fēng)口間死區(qū)大，特別當(dāng)風(fēng)量小、產(chǎn)量低的時(shí)候，更容易造成爐缸堆積現(xiàn)象，進(jìn)而引起風(fēng)口燒壞。

2.6 漏水冷卻壁影響

由于3號高爐發(fā)展邊緣的氣流特點(diǎn)，對高爐冷卻壁維護(hù)不利，截至2020年8月3號高爐共有25塊冷卻壁漏水，共植入微冷39個(gè)，絕大部分集中在5—8號、15—18號風(fēng)口上方；因此對應(yīng)區(qū)域受氣流波動影響最大，容易產(chǎn)生局部邊緣氣流，造成該區(qū)域物化反應(yīng)增加，渣鐵沿爐墻下滴，造成風(fēng)口燒損。從漏水小套分布情況可以看出，破損冷卻壁下方既5—8號風(fēng)口以及15—18號風(fēng)口漏水的小套共有14個(gè)，占比63%～64%。

2.7 長時(shí)間堵風(fēng)口操作

為保證足夠的鼓風(fēng)動能，提升中心氣流強(qiáng)度，2020年3月—5月堵16號風(fēng)口，由于堵風(fēng)口時(shí)間過長，該區(qū)域勢必產(chǎn)生堆積結(jié)厚，對小套起到一定保護(hù)作用，風(fēng)口全開后粘接物脫落，熱負(fù)荷變化大，導(dǎo)致風(fēng)口捅開后2 h下部漏水。

3 處理措施及效果

針對小套漏水的原因，3號高爐主要采取了以下措施：調(diào)整上、下部制度，適當(dāng)抑制邊緣，開放中心氣流，保證高爐穩(wěn)定順行；提高冶煉強(qiáng)度，維持相對高的產(chǎn)量，保證爐缸活躍性；強(qiáng)化爐前出鐵，保證渣鐵及時(shí)出凈；加強(qiáng)風(fēng)口小套及墻體水溫差監(jiān)測；調(diào)整槽下焦炭篩齒間距保證入爐焦炭粒度等。

3.1 調(diào)整上、下部制度

2019年開始3號高爐工作者開始轉(zhuǎn)變思路，嘗試打破完全依靠邊緣氣流的操作方法，逐步尋找適當(dāng)抑制邊緣，開放中心的上下部制度，力求能夠得到穩(wěn)定合適的兩道氣流分布。上部制度調(diào)整大致可分為三個(gè)階段，第一階段從2018年底至2019年7月，以平臺加漏斗的布料模式為基礎(chǔ)，調(diào)整上部布料制度，逐步開放中心，但方向不堅(jiān)定，出現(xiàn)調(diào)整上的往復(fù)。第二階段從2019年8月至2019年10月，嘗試采用中心加焦的布料模式，引導(dǎo)中心氣流，但實(shí)施效果較差，10月底出現(xiàn)異常爐況。第三階段從2019年11月至2020年3月，回歸平臺+漏斗的模式，逐步穩(wěn)定了基礎(chǔ)料制，礦焦角差從2.13°擴(kuò)大為0.73°（如圖5所示），邊緣流2.0下降至1.5左右，中心流由2.7上升至3.7（如圖6所示）。調(diào)整效果明顯，爐況順行得到了保障，高爐各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)步上升，小套漏水現(xiàn)象得到了明顯改善。

圖5 平臺礦焦角度及角差變化圖

圖6 邊緣流及中心流指數(shù)推移圖

下部制度的調(diào)整思路可以概括為：“長風(fēng)口、小進(jìn)風(fēng)面積”，逐步提高鼓風(fēng)動能，增加回旋區(qū)進(jìn)入面積，吹透中心。從一次氣流分布上配合上部制度的調(diào)整，改善中心氣流。進(jìn)風(fēng)面積從2018年的0.196 3m2，逐步縮小至2020年8月的0.181 9 m2，鼓風(fēng)動能從2018年1月—5月平均110 kJ/s提升至2020年8月的125 kJ/s以上。500 mm風(fēng)口的數(shù)目從2018年的2個(gè)增加到了目前的18個(gè)。目前風(fēng)口小套配置為：Φ120 mm×6+Φ110 mm×12，全部為500 mm長。通過這種“上引下吹”上下配合的制度，增強(qiáng)了中心氣流，保證了高爐的順行，減少了小套燒損的發(fā)生。

同時(shí)，隨著爐內(nèi)氣流模式的改變，高爐爐型穩(wěn)定性增加，漏水冷卻壁得到了控制，自2020年2月15日后未出現(xiàn)新增漏水冷卻壁，對穩(wěn)定爐內(nèi)氣流有利。

3.2 維持一定的冶煉強(qiáng)度，保證爐缸活躍

2020年3月爐況恢復(fù)后，高爐產(chǎn)量逐步上升，至2020年8月日產(chǎn)基本維持在3 100 t/d左右，配合良好的渣鐵處理制度，保證了爐缸的活躍性，減少了小套燒損的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 加強(qiáng)風(fēng)口小套冷卻制度的管理

馬鋼3號高爐采用外循環(huán)水冷卻，小套采用高壓水冷，目前冷卻水量維持在500 m3左右。正常小套水溫差在4.5～6.5℃左右范圍波動。日常操作中，每個(gè)班對冷卻水量及進(jìn)水溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控，并做好記錄，保證水量及進(jìn)水溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。其次，加強(qiáng)風(fēng)口區(qū)域巡檢，要求每班巡檢不小于3次，結(jié)合中控小套的進(jìn)出水量及水溫差實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，保證問題早發(fā)現(xiàn)早處理。

3.4 改善焦炭如入粒度，加強(qiáng)槽下原燃料質(zhì)量監(jiān)控

鋼3號高爐長期使用外購二類濕焦（搗固焦），與同級別高爐用焦炭相比熱態(tài)強(qiáng)度差、灰分高、堆比重大。為保證入爐焦炭粒度，減少粉末入爐量，3號高爐逐步調(diào)寬布入中心的焦炭倉篩板齒距，由原來的22 mm調(diào)整為25 mm；焦丁倉篩板齒距由11 mm調(diào)整為15 mm。其次，加強(qiáng)原燃料情況的監(jiān)控，每個(gè)班工長到槽下看料，觀察篩下物情況，測量焦炭水分，檢查篩網(wǎng)狀況，出現(xiàn)斷齒、篩網(wǎng)粘接及時(shí)補(bǔ)焊清理或聯(lián)系更換，減少粉末入爐量。

3.5 抓好爐前渣鐵處理

渣鐵不暢也是小套燒損的原因之一。馬鋼3號高爐有兩個(gè)鐵口，沒有擺嘴，目前采取的出鐵模式為兩鐵口對倒出鐵，間隔時(shí)間一般控制在20～30 min左右，正常情況下能夠滿足渣鐵處理需求。日常操作中主要是抓以下幾點(diǎn)：一是鐵口深度的維護(hù)。足夠的鐵口深度是出凈渣鐵的前提，日常操作中通過鐵口深度的變化調(diào)節(jié)打泥量，保證鐵口深度在2.5～2.7 m水平；同時(shí)根據(jù)炮泥質(zhì)量的差異及氣溫的變化控制烤炮時(shí)間及打泥壓力，確?？椎烂軐?shí)度。二是做好出鐵前的泥套維護(hù)及出鐵過程中的鐵口清理，減少跑泥事故的發(fā)生。三是根據(jù)爐況及單爐出鐵時(shí)間，靈活調(diào)整鉆桿直徑，確保出鐵時(shí)間穩(wěn)定。四是控制好開口時(shí)間間隔，根據(jù)產(chǎn)量水平，爐內(nèi)情況調(diào)整間隔時(shí)間。

3.6 處理效果

通過上述措施處理后，高爐順行得到了保障，各項(xiàng)指標(biāo)均有所提升（見下頁表2），小套漏水現(xiàn)象大幅減少，自2020年5月下旬開始高爐未出現(xiàn)小套漏水現(xiàn)象。

表2 2018年—2020年3號高爐部分指標(biāo)情況

4 結(jié)論

1）馬鋼3號高爐通過轉(zhuǎn)變操作思路，下部縮短風(fēng)口面積，使用長風(fēng)口，上部配合放開中心的料制，氣流模式由強(qiáng)烈依靠邊緣調(diào)整為中心、邊緣兩道氣流發(fā)展的模式，保證了高爐順行，控制了漏水冷卻壁的產(chǎn)生，減少爐況波動對小套的影響。

2）通過調(diào)整焦炭倉篩齒間距，改善了中心焦炭粒度，增強(qiáng)了死料柱的透氣透液性，配合后期相對高的冶強(qiáng)及良好的渣鐵處理，保證了爐缸的活躍性，減少因爐缸堆積而造成小套燒損的危險(xiǎn)。

3）通過加強(qiáng)對風(fēng)口小套冷卻制度的管理，做到有問題早發(fā)現(xiàn)早處理，降低漏水小套對高爐的影響。