高爐護爐期間減少風(fēng)口小套燒損分析

唐 超，李滿杰

（柳鋼中金不銹鋼有限公司煉鐵廠，廣西玉林 537600）

前言

柳州鋼鐵股份有限公司（全文簡稱柳鋼）4 號高爐有效容積2 000 m3，設(shè)置26 個風(fēng)口，東西面雙出鐵場。炭磚+陶瓷杯綜合爐底結(jié)構(gòu)，除風(fēng)口外全部采用軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)。2008 年1 月23 日投產(chǎn)以來一直處于高效運行狀態(tài)，期間未經(jīng)歷大中修。4 號高爐爐缸象腳區(qū)側(cè)壁溫度整體偏高，鐵口下方處1 m第12點歷史最高溫度達473 ℃，鐵口下方處2 m 第5 點歷史最高溫度達461 ℃，從2017 年開始配加釩鈦球進行護爐生產(chǎn)。釩鈦礦護爐使?fàn)t缸各監(jiān)控點溫度控制在安全區(qū)間內(nèi)，成效顯著，但是也給生產(chǎn)帶來了負面影響。護爐生產(chǎn)影響渣鐵流動性，使?fàn)t缸活躍性、透液性變差，煤氣流分布不同程度改變。2018 年風(fēng)口小套開始出現(xiàn)頻繁燒損現(xiàn)象，原燃料條件變差時情況更為嚴(yán)重。通過對小套燒損的原因分析和總結(jié)，采取了針對性的措施，使燒損情況得以改善。

1 風(fēng)口小套損壞情況

柳鋼4 號高爐風(fēng)口小套冷卻水使用1.75 MPa的高壓工業(yè)水，水量3 850 m3/h。通過對損壞的風(fēng)口小套觀察和分析，發(fā)現(xiàn)大部分是渣鐵侵蝕滴落后造成的熔損，少部分為本身材質(zhì)或焊接質(zhì)量不合格造成的破損和煤粉沖刷造成的磨損。2018～2020年風(fēng)口小套損壞情況如表1所示。

表1 4號高爐風(fēng)口小套損壞統(tǒng)計

4 號高爐對風(fēng)口小套損壞部位作了統(tǒng)計，其中90%以上的小套為前端下部燒損，少部分為上部渣鐵滴落燒損，極少部分是煤粉磨損和裂紋。風(fēng)口小套損壞部位的統(tǒng)計結(jié)果反應(yīng)出了爐缸工況和氣流分布所存在的問題，為后期處理對策的制定提供了依據(jù)。通常風(fēng)口小套燒損情況如圖1所示。

圖1 下部燒損照片

2 損壞原因分析

2.1 爐缸活躍性降低

釩鈦礦護爐的原理是，含鈦入爐料中的TiO2在爐內(nèi)高溫還原氣氛條件下與鐵水中的C、N 元素結(jié)合生成熔點高達3 000 ℃的TiC、TiN 及其固熔體Ti（CN），凝結(jié)在爐缸、爐底的磚縫和內(nèi)襯表面，從而對爐缸、爐底內(nèi)襯起到保護作用，降低爐缸側(cè)壁溫度。這些形成的TiC、TiN、Ti（CN）化合物微粒導(dǎo)致爐渣粘度升高，造成渣鐵流動性變差，影響爐缸工作狀態(tài)，嚴(yán)重時導(dǎo)致爐缸堆積。渣鐵溫度過高導(dǎo)致爐渣還原產(chǎn)生的Ti（CN）增加，爐渣在滴落帶的焦炭料柱中滯留量增多，透液性能差，致使風(fēng)口前渣鐵聚集，是造成風(fēng)口小套下部燒損的主要原因[1]。

2.2 風(fēng)口回旋區(qū)變小

釩鈦礦護爐后在爐缸沉積的TiC、TiN 高熔點保護層占據(jù)了爐缸部分空間，爐缸容積相對變小。爐渣粘度升高，渣鐵流動性和爐缸透液性變差導(dǎo)致風(fēng)量萎縮。4 號高爐熱風(fēng)系統(tǒng)配置的4 座球式熱風(fēng)爐球床都出現(xiàn)了不同程度的板結(jié)，冷熱風(fēng)壓差高影響入爐風(fēng)量，風(fēng)溫水平長期偏低（平均1 100 ℃左右）。長期入爐風(fēng)量偏小，風(fēng)溫水平低，頻繁休風(fēng)更換小套等因素造成鼓風(fēng)動能不足，風(fēng)口回旋區(qū)變小，渣鐵由回旋區(qū)進入爐缸的空間減小而不能及時滲入，使風(fēng)口小套前端下部燒損。

2.3 煤氣流分布改變

為促進TiC、TiN 在爐缸邊緣充分凝結(jié)，減少邊緣環(huán)流對爐缸的沖刷而取得更好的護爐效果，4 號高爐采用吹透爐缸，穩(wěn)定中心氣流的裝料制度，以爐況穩(wěn)定順行為基礎(chǔ)，避免爐缸堆積的情況，適當(dāng)疏松邊緣。

原燃料質(zhì)量變差會引起爐況較大波動，影響因素主要是強度較低的外購焦、水熄焦配用比例增加和燒結(jié)礦低溫粉化率升高。爐況主要表現(xiàn)為料柱透氣性差，爐缸工作狀態(tài)下降。為確保順行，增大風(fēng)量，采取發(fā)展邊緣的裝料制度。

邊緣氣流發(fā)展，導(dǎo)致爐墻渣皮不穩(wěn)定頻繁脫落，長期氣流沖刷造成冷卻壁和冷卻銅板破損漏水。實際數(shù)據(jù)統(tǒng)計，有少部分風(fēng)口小套是上部破損，其主要原因是邊緣氣流過剩，生成的渣鐵量也大，會出現(xiàn)少量渣鐵沿爐墻下滴打在風(fēng)口上部，造成風(fēng)口燒損；或者是爐墻渣皮脫落后，部分在風(fēng)口小套上部熔化，達到銅的熔點后造成小套燒損。

因氣流沖刷損壞的冷卻壁或冷卻板向爐內(nèi)滲水，造成該區(qū)域爐缸邊緣溫度不足，爐缸局部區(qū)域不活躍，渣鐵液聚集，對風(fēng)口小套造成熔損[2]。

3 應(yīng)對措施

3.1 合理控制操作參數(shù)

高爐配加釩鈦球冶煉過程中，爐溫水平高低直接影響TiO2在爐內(nèi)的還原。爐溫越高還原形成的TiC、TiN、Ti（CN）高熔點化合物微粒越多，鐵水中Ti含量升高，致使?fàn)t缸工作狀態(tài)變差，冶煉難度大；反之，爐溫低還原形成的高熔點化合物少，達不到護爐的效果，浪費釩鈦礦資源。同等爐溫條件下，釩鈦球入爐配比與高熔點化合物的形成量成正比。根據(jù)柳鋼煉鐵廠的研究結(jié)果表明，當(dāng)鈦負荷大于3.5kg/t Fe 時才能起到護爐效果。4 號高爐綜合鐵水質(zhì)量、生鐵產(chǎn)量、爐況穩(wěn)定性等因素制定了爐溫控制參數(shù)：［Si］＝0.4%～0.8%，［S］＝0.020%～0.040%，物理熱1 500±20 ℃，根據(jù)爐缸側(cè)壁溫度變化趨勢和入爐原燃料條件情況適當(dāng)調(diào)整釩鈦球配比。2019 年～2020 年每月平均生鐵成分如表2所示。

表2 4號高爐2019～2020年生鐵月平均成分 %

實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，最理想的爐溫控制參數(shù)為：［Si］＝0.50%～0.55%，［S］＝0.020%～0.030%，物理熱1 500±10 ℃，高爐工長以此作為日常操作的標(biāo)準(zhǔn)，提高爐溫穩(wěn)定率。

3.2 增大入爐風(fēng)量

4 號高爐配置AV71-15 軸流式風(fēng)機，生產(chǎn)過程中主要通過增減靜葉角度的方式調(diào)節(jié)入爐風(fēng)量。2019年5月份加大了護爐力度，增加釩鈦球配比，爐溫水平偏高。6 月份風(fēng)口小套損壞數(shù)量開始上升，為活躍爐缸、吹透中心、維持較高水平的鼓風(fēng)動能，4號高爐逐步加大風(fēng)量。8月份風(fēng)量較大幅度提升，從年初4 250 m3/min 加至4 450 m3/min，風(fēng)機能力基本用盡。9月份小套頻繁燒損的情況得以改善。2019年～2020年每月平均送風(fēng)參數(shù)如表3所示。

表3 4號高爐2019～2020年月平均送風(fēng)參數(shù)

3.3 及時調(diào)整入爐釩鈦球配比

護爐效果的顯現(xiàn)是一個周期性的過程，釩鈦球入爐量與風(fēng)口小套損壞數(shù)量成正比關(guān)系，表1和表2的實踐生產(chǎn)數(shù)據(jù)與此結(jié)論吻合（2020 年1 月原燃料條件惡化導(dǎo)致風(fēng)口小套破損頻繁）。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，護爐效果顯現(xiàn)大概需要一個月時間。4 號高爐2019年加強對爐缸側(cè)壁溫度趨勢變化監(jiān)測，在調(diào)整釩鈦球配比時盡量做到早調(diào)、少調(diào)，使?fàn)t缸側(cè)壁溫度在合理區(qū)間波動，不宜急于求成大幅增加釩鈦球入爐量而造成爐缸工況劇烈波動。原燃料條件變差加劇了護爐對爐缸的負面影響，根據(jù)情況及時減少或停用釩鈦球。上述措施避免了風(fēng)口小套同時集中損壞的情況，減弱了小套損壞的程度，為風(fēng)口小套燒損后控水處理維持正常生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，減少休風(fēng)次數(shù)。

3.4 優(yōu)化裝料制度

4 號高爐在裝料制度調(diào)整上堅持“穩(wěn)定中心，兼顧邊緣”的原則。為保證中心氣流穩(wěn)定，采用中心加焦模式，中心焦角度在13°～15°，中心焦量控制在15%～18%，根據(jù)氣流情況適時調(diào)整。加大風(fēng)量后中心氣流顯得過盛，此時在布料矩陣的礦焦內(nèi)環(huán)各增加一個檔位，拓寬礦焦平臺，促使煤氣流均勻分布以提高煤氣利用率，中心氣流更集中有力[3]。若原燃料條件變差或爐缸工作狀態(tài)下降時，及時縮小爐料批重，減小礦石平臺寬度。保證中心氣流穩(wěn)定的同時疏松邊緣，改善料柱透氣性，緩解憋風(fēng)現(xiàn)象。

3.5 冷卻壁漏水處理

加強對冷卻壁溫度實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，對查出漏水的冷卻壁及時改通工業(yè)水，利用檢修機會進行穿管處理。將查出漏水的銅冷卻板單獨分出減小水量，利用檢修機會通過灌漿堵死。

4 結(jié)論

（1）釩鈦礦護爐后還原形成的高熔點固熔物過量、風(fēng)口回旋區(qū)變小、爐缸活躍性降低、透液性能差是風(fēng)口小套頻繁燒損的主要原因。

（2）提高爐溫穩(wěn)定率控制鐵水中鈦含量，把握好側(cè)壁溫度趨勢變化，根據(jù)爐缸工況適時適量調(diào)整釩鈦球入爐配比，避免了風(fēng)口小套同時期集中燒損的情況，減弱了燒損程度。

（3）增加入爐風(fēng)量，堅持“穩(wěn)定中心、兼顧邊緣”的裝料制度，有利于爐缸活躍、風(fēng)口回旋區(qū)加長。

（4）原燃料條件變差時料柱透氣性降低，加劇了爐缸受影響的程度，為防止?fàn)t況惡化，應(yīng)及時降低釩鈦球配比或停用釩鈦球。

【 參考文獻】

[1] 周傳典.高爐煉鐵生產(chǎn)技術(shù)手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.

[2] 王業(yè)飛.南鋼2 號高爐風(fēng)口小套燒損原因及對策[J].現(xiàn)代冶金，2017，45(1):26-28.

[3] 李滿杰，韋正強，錢海濤，等.柳鋼4 號高爐后期高產(chǎn)護爐生產(chǎn)實踐[J].山西冶金，2020，43(2):100-102.